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阻燃防护服的现状和发展趋势——阻燃透明耐水洗涂层胶


阻燃防护服的现状和发展趋势——阻燃透明耐水洗涂层胶

阻燃防护服是指在直接接触火焰及炙热的物体时,能减缓火焰的蔓延,使衣物炭化形成隔离层,以保护人体安全与健康的防护服。世界各国每年都有成千上万的人员因衣着不当而受到烧伤,同时发现往往最严重的烧伤源于衣服的燃烧而非火焰本身,燃烧服装下皮肤的烧伤程度往往比直接暴露的皮肤更加严重。如果火场人员所穿的服装具有阻燃热防护性能,就能够大大降低救火中人体的烧伤程度,同时性能优良的防护服装也能给救火人员以信心和勇气,增加火灾中救人救物的机会,将火灾引起的损失降至最小程度。另外,作为保障劳动者生命安全与健康的一种人体防护用品,阻燃防护服广泛用于冶金、石油化工、焊接等行业,随着人们安全意识和防护知识的提高以及国内防护服生产的发展,阻燃防护服的应用范围日益扩大,前景十分广阔。

一、阻燃防护服的现状分析

(一)当前国内外消防服的类型及性能特点 

1、消防战斗服 

早期使用的85式战斗服的阻燃材料是在纤维中加入化学阻燃添加剂或对织物进行阻燃处理。它的阻燃性能是暂时的,会因洗涤而降低,直到消失。它的耐磨性、防静电性、防化学试剂性都较差,热防护性能也较差,而且在高温情况下会产生高温气体、烟雾、煤焦油等增加对人体的灼伤程度。

九十年代中期,公安消防局根据形势发展的需要组织力量研制定型了“九七型消防战斗服”。它的面料层是新型阻燃材料“美它斯”,防水透气层是在布基上覆盖聚四氟乙烯而成,隔热层是由阻热毯组成,舒适层是由普通棉布起绒外粘活性碳构成。科学合理的结构、材质决定了新式战斗服具有旧式战斗服无可比拟的优点,更加适用于保护消防人员。

2、消防隔热服

消防隔热服是消防人员在火场上*近或接近高温区进行灭火战斗时穿着的防护服装。它是由复合铝箔、防火布、舒适层组成,能耐辐射温度900℃,具有质轻、柔软防水等优点。

3、消防避火服

消防避火服是专门为消防员短时间穿越火区和短时间进入火焰区进行灭火战斗和捡险救援时穿着而设计的防护服装。它是由耐火纤维布、防火层、耐火隔热层、防水层、阻燃隔热层、舒适层组成,能耐火焰温度1000℃,防辐射温度1300℃,具有优越的抗火焰燃烧、抗热辐射渗透和整体抗热性能。

4、消防指挥服    

消防指挥服是消防指挥员指挥灭火战斗时穿着的具有一定防护功能的服装,适用于公安消防部队和企事业专职消防大队以上指挥人员使用。

5、消防防化服

消防防化服是专门为消防人员进入化学危险品或腐蚀性物质的火灾或事故现场进行灭火战斗、抢险救援时穿着的一种防护装备。它主要是由阻燃防化层、防火隔热层、舒适层组成,具有应急呼叫和通信联络等多种功能。 $ z' @7 y2 o/ ]2 M' }6 t4 B8 O"& x

(二)当前新型防护服应具备的性能要求和技术标准

现在我们的消防队伍必须装备适应时代要求的新型防护服装,其性能要求主要体现在以下几个方面:

1、外层具有永久阻燃防火性能

防护服的外层是与火和热直接接触的一层,也是关系到产品性能好坏的最关键的一层,目前阻燃外层面料的加工有两种方式:

(1)在纤维中加入化学添加剂或对织物进行阻燃处理,即以吸附沉积、化学键结合、非极性范德华力结合或粘结作用使阻燃剂固着在织物或纱线上,以获得阻燃效果。

(2)提高成纤高聚物的热稳定性,可提高裂解温度,抑制可燃气体的产生,增加炭化程度,使纤维不易着火燃烧,比如在大分子链中引入芳环或芳杂环,线形大分子之间反应变成三维交联结构等。第一种方法的发展取决于阻燃剂的发展和工艺流程的改进,第二种方法则是和一些高性能纤维的发展联系在一起的。

阻燃剂是一种能降低高分子材料燃烧性能的物质,主要是用来降低材料在火焰中的可燃性,减慢火焰蔓延的速度,火焰移去后能使材料很快自熄,不再阴燃。阻燃剂的分类,从反应机理可分为反应型和添加型;从化学结构可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂。最常用的阻燃剂是以元素周期表中第Ⅲ族的硼和铝、第Ⅴ族的氮、磷、锑、铋元素,第Ⅶ族的氯和溴等元素为基础的某些化合物。

下面是阻燃防护服外层面料广泛应用的几种阻燃纤维:

a。纯棉阻燃纤维

纯棉阻燃纤维是磷-氨系阻燃剂、交链树脂、柔软剂等材料,对纯棉纤维进行特殊加工整理,具有优良的阻燃、耐洗、透气、透湿、手感柔软、无毒无害、无皮肤过敏等性能,是阻燃防护服的第二代面料。该产品适用于各行业的防护用品,并根据需要可赋予织物以防水透湿、抗紫外线等性能。

b.碳纤维   

碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维。由于碳纤维主要是由碳元素组成,因此它不燃烧,化学性能稳定,耐腐蚀;碳纤维比重小,热膨胀系数小,导热系数大,在高温下机械性能变化小;还具有良好的导电性。用碳纤维制成的复合材料,强度高、耐冲击、重量轻,广泛应用于航天、航空、汽车工业等。

c.芳香族聚酰胺纤维

耐高温的芳香族聚酰胺纤维具有很好的热稳定性、优异的化学和物理性能,柔软、强韧、耐磨。如美国杜邦(DuPont)公司在60年代发明并投入使用的间位芳香族聚酰胺纤维(Nomex),在200℃下能保持原强度的80%左右,260℃下持续使用100h仍能保持原强度的65%—70%,在火焰中难燃,具有自熄性,耐老化良好,能耐大多数有机溶剂和酸碱的腐蚀。主要用于制作易燃易爆环境的防护服、消防服和宇航服。由于其突出的性能和广阔的市场,各国纷纷进行研究开发。

d。聚苯并咪唑纤维(PBI)  

由美国塞拉尼斯(Celanese)公司于20世纪60年代中期研制成功,是一种典型的杂环高分子耐热纤维,它是由间苯二甲酸二苯酯和联苯四胺缩聚而成,可用溶液纺丝法纺丝成形。PBI在空气中不燃烧,其极限氧指数高达38—46,550℃高温下不熔化、不冒烟,不收缩或很少收缩,织物仍保持完整、柔软,耐化学药品性好,回潮率达13%—15%,服用性好,穿着舒适。

2、良好的防水透气性能     

一般火场上大量使用水当灭火剂来扑救火灾,如果消防服不防水,则会有很多不利影响:(1)在冬季,消防员穿着湿透的消防服会造成冻伤;(2)湿透的消防服*近火焰时产生的热蒸汽会对消防员造成烫伤;(3)吸水过多会增加负重,影响灵活性和舒适性,所以消防服必须有一定的防水性能。同时,火场温度高、热量大,消防员活动量大,人体排汗多,如果消防服透气性差,就会使人感到闷热、窒息,严重影响战斗力。目前解决该问题的方法是采用复合微孔四氟乙烯膜的阻燃布,微孔四氟乙烯膜本身是耐高温的,只要微孔的孔径在一定范围内,材料的耐静水压和透气性能达到一定的指标,就能阻挡水的通过而又畅通地排出汗蒸气。例如我国的97式消防战斗服和抗非典防护服就都采用了这种材料。

3、良好的隔热性能

据资料表明,火场的温度在60℃—1100℃之间,而辐射热在1.5Kw/㎡•s—200Kw/㎡•s,因此适应火场的防护服必须具有良好的热防护性能,包括防直接灼烧的热传导性能和防辐射热的渗透性能。只*单薄的阻燃外层是不够的,如果采用增加外层材料厚度来达到要求,又会使成本太高。新型消防服装一般选用服用性能较好的永久性阻燃短纤维做成薄型毡类无纺布,这类材料作为消防服的隔热材料对消防服的热防护性能的作用特别突出。

4、防静电性能   

在石油化工等行业的工作环境中,静电也有可能成为点火源,引起火灾,防静电纤维在易燃易爆的环境中增加穿着者的安全系数,同时防静电纤维还能改善服装的舒适性和耐磨性。如杜邦公司的P-140消除静电的碳芯纤维,能吸引织物上的电荷,在碳芯上感应相反的电荷,当感应电荷达到一定能级时,就会使周围的空气分子离子化,中和了织物上和碳芯纤维上的电荷,而消除静电。

5、整体结构的协调性

消防服不但要具备很好的热防护性能,还要求重量轻、穿卸方便,结构宽松,对跑、跳、爬等动作没有限制,不易引起勾挂,穿着舒适;在受力较大的部位和容易受伤的部位如膝、肘、裆、胸、肩等处的缝线和结构上采取加强措施。

(三)防护服整体热防护性能的测试  

在以往研究消防员的防护服装时,一般都是以制作服装材料的阻燃性能来判定热防护性能的优劣,但这只是一个方面,不能完全反映服装整体的热防护性能。国外技术发达国家如美国、日本、英国等国家除了制定和建立了较完整的评定阻燃性能的测试方法外,还建立了热防护性能其他方面的各项测试标准,如热防护服的隔热性、完整性和抗液体渗透性等,以及反映综合热防护性能的TPP(热辐射和热对流混合作用防护性能测试)法和Thermoman(热力人体模型)法。其中Thermoman法是用穿着真人尺寸服装的人体模型,施以实验室模拟可控急速燃烧实验条件,通过人体模型身上分布的若干个热传感器测量和计算透过被测服装传到人体表面各部位的热量和温度,得出人体承受二度和三度烧伤的面积及部位,来评价服装对人体的热防护效果。

我国于1996年由上海消防科学研究所承担《消防员防护服装整体热防护性能评价研究》的研究项目,经过两年时间,完成了项目研究。该项目是我国首次使用“消防假人”技术对消防员防护服装的整体热防护性能包括耐火焰燃烧性能和抗辐射热渗透性能进行试验研究,不仅对服装的材质和整体结构等方面进行分析评定,而且对服装穿着者的烧伤程度进行定性定量的评判,将我国消防员防护服装的研究推到了一个新的高度。

二  阻燃防护服的发展趋势

(一)首先,纺织品阻燃标准的发展目前有以下三个方面:国际化和系列化、性能要求的全面性和多重性及标准数量和类型的增加。

我国和世界上大多数国家的阻燃纺织品性能测试方法都向国际标准(ISO)*近,有的是直接采用,有的是等同或等效采用;在产品标准上则向国际化和系列化方向发展。我国消防部门已先行一步,消防员普通防护服性能要求及试验方法、消防隔热服、消防避火服和消防防化服四个产品形成了行业系列标准。

在性能要求的全面性和多重性方面,纺织产品标准除了阻燃性要求外,已向适用性方面发展,如服装面料有强力、透气(湿)、硬挺度、缩水率、颜色及毒性等要求。另外,视不同的使用环境还要增加特殊防护性能的要求,焊接服要增加防熔融金属滴的冲击的要求,消防服要增加抗辐射和防水性要求,石化和煤矿用防护服要增加抗静电性要求。

我国已有阻燃织物及制品生产企业100多家,年产数千万米阻燃织物和数百万套服装,应用领域已包括冶金、化工、石油、林业、消防、电力、煤炭、建筑和交通等行业。1997年,修订了三个测试方法和两个产品标准,随着规范生产,确保产品质量和开发新产品的需要,纺织品阻燃标准的数量和类型将会迅速增加。

(二)阻燃防护服的开发研制策略

1、从纤维入手,提高性能,降低成本

采用混纺法。将高性能阻燃纤维与各种低价格的阻燃纤维或非阻燃纤维组合,虽然价格仍相对较高,但可以从一定程度上弥补某些高性能纤维的价格缺陷,不失为一种降低成本的有效途径。 

将分子结构及纺丝工艺作改进。目前发达国家使用较普遍的高性能阻燃纤维织物,如Nomex、PBI,比其它阻燃纤维织物性能优异,但价格昂贵,在国内很难大面积推广使用,如果能从工艺上改进,降低成本,就可以很好解决这一问题。

2、充分利用国内条件,发展阻燃整理工艺

注重对无害阻燃剂的开发和阻燃整理工艺的改进是提高阻燃纺织品性能的重要手段。另外注重高新技术的应用,如近些年开发的纳米材料,国内的新技术已能够将有关的纳米微粒稳定地分布在涤纶或其它合纤的纺丝液中,然后纺出具有抗菌、防紫外线、防臭、消臭、远红外反射或吸收红外线等功能的合纤。在印染和后整理方面,则采用涂层、浸轧或吸尽等方法,使天然纤维或普通化纤也具有特殊的功能。通过纳米技术应用于纺织品整理的特点是,既保持衣物原本质感和外观,又因应用纳米材料使纺织品的处理效果更均匀及持久。 ;

3、加强织物结构的研究    

一种织物的性能与其结构是密不可分的。阻燃织物的结构(组织、密度、纱线条件等)能影响许多性能,除阻燃、隔热性外,还与拉伸性能、弯曲性能、折皱弹性、悬垂性、刚柔性、吸湿性、透气性等有关。因此,加强织物的结构研究是开发舒适性阻燃面料的有效途径。如西北纺织工学院研制的双层阻燃织物,就是利用织物结构的变化,外层采用强度大、耐磨性好、弹性好的阻燃涤纶,可以保证织物挺括不皱、外形美观、结实耐用,而内层选择吸湿性强、放湿快、柔软性好的棉为原料,并配以组织的变化,既能满足阻燃防护服的防护性能和服用性能,又能较好地满足其舒适性。

4、加强合作开发 :

随着科技的进步,要求人们在工作中有良好的协调能力,对阻燃防护服来说同样需要合作,从阻燃舒适性纤维的研制、面料的开发、服装设计生产以及测试工作的完成,是一个不可分割的连续过程,任何一个环节出现问题或不能很好的完成,都会影响产品的最终质量。例如,一件阻燃防护服的面料的阻燃性、舒适性很好,但服装的结构设计不合理,这件服装就不能达到运动的舒适性,致使消防队员穿上后行动很不方便,结果降低了消防人员的工作效率,这样的阻燃服就不能称为是一件好的防护服,因此,各部门之间的协调合作、共同努力是很必要的。

(三)绿色环保作为一个设计理念引入服装始于80年代,而1997年2月,在德国最新成衣展中,首次集中展示了环保服装。据专家分析,环保服装的特定含义是指经过毒理学测试并具有相应标志的服装。这些标志对服装上所含的有毒、有害物质范围限制很广,也很严,从pH值、染色牢度、甲醛残留、致癌染料、有害金属、卤化染色载体、特殊气味等化学刺激因素和致病因素到阻燃要求、安全性、物理刺激等方面都有规定。因此,合理、自觉地选用无害于人类健康的化学剂、色素,并控制有害物质,以实现自然与人类、技术的良性循环。

目前阻燃防护服的推广使用还存在着许多不利因素,如使用单位的经济效益普遍不好,产品质量较差,价格偏高,没有强制性法规等,但随着科技的进步,阻燃防护服本身质量的提高,成本降低,人们安全意识和自我保护意识的提高以及相关法规的出台,具有良好的阻燃性能和舒适性能的防护服将被相关行业广泛接受,对它的研究也会越来越深入。未来防护服将采用新型合成材料制成,集防火、防毒、防化为一体,向穿着舒适度发展。服装内部有可连续工作六小时的微气候调节装备,克服了原来冬冷夏热的缺点。防护手套和靴子更加轻便、好用。消防队员的手腕上带有袖珍报警器,它随时可以以数字形式显示空气的安全指数、各类烟气在空气中的比数,若毒气威胁到消防队员的生命安全,它会马上报警,灵敏度很高。报警器还向指挥部发放消防员的准确位置,以及消防员的脉搏跳动情况。若消防员遇险,脉搏跳动不正常,报警器马上就自动向指挥部发出求救信号,从而可以尽快得到救助。我们的未来不是梦,随着社会的发展和进步,各种火灾、自然灾害也不断攀升,我们相信这些防护装备今后将不断完善,更好地为人类抗御各类灾害服务。

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