优普泰深圳优普泰服装科技有限公司-关于阻燃

行业知识

【什么是阻燃】

纤维的燃烧实质上是纤维受热分解出可燃性物质并与氧气激烈反应的过程,这一连续循环的反应过程中,可燃性物质、氧气和外界的热量是发生燃烧的三个基本要素,缺少任何一个要素都会导致燃烧现象的终止,因此织物的阻燃就是设法减少织物中可燃物质或氧气的产生或存在,在热源消失或离开后织物不会产生持续燃烧的现象。

【阻燃的意义】

在工业或其它一些存在易燃易爆危险的领域中,发生爆燃或其它火灾事故的概率非常高,而调查表明,事故中人体绝大部分的烧伤并不是来自于燃烧源本身,而是来自于身上的非阻燃衣物的持续燃烧。 拿爆燃事故举例,一般泄漏在空气中的可燃性气体(燃烧源)在爆燃现象发生后的3—5秒左右就会燃烧殆尽,但是在这段时间内爆燃产生的高温剧烈燃烧会引燃环境中的可燃物质,包括故事中人员身上穿着的非阻燃衣物,结果就算是燃烧源已烧尽或者人员逃离了爆燃区域,但是身上的衣物还在持续燃烧,恰恰是衣物的持续燃烧最终导致了严重的烧伤甚至死亡。因此阻燃衣物的意义在于离开火源后会马上自行熄灭, 而且燃烧部分迅速炭化而不产生熔融、滴落或穿洞, 给人时间撤离燃烧现场或脱掉身燃烧的衣服, 减少或避免烧伤烫伤, 达到保护的目的。阻燃技术这一纵深防护的形式,使火患无法蔓延并消失于无形之中,这对于降低火灾事故避免烧伤和损害具有重要意义而被工业化国家广泛采用。

【阻燃的分类】

目前阻燃技术主要有两种:一种是在非阻燃纤维中加入阻燃剂,遇高温阻燃剂被"激活",释放出不可燃气体并加速纤维脱水碳化使可燃物质减少从而达到阻燃。该种技术属于后处理阻燃,也叫耐久性阻燃,例如阻燃棉、阻燃粘胶、阻燃尼龙、阻燃涤纶等;还有一种是通过化学过程改变纤维的内在结构,使得纤维本身不支持燃烧,从而达到阻燃的目的。该种技术属于本质阻燃,也叫永久性阻燃,例如NOMEX®, KEVLAR®, PBI®等。 由于后处理阻燃织物其阻燃性能会随着使用时间以及洗涤次数的增加而逐渐降低最终消失,而且遇高温时会散发大量有毒浓烟,所以正逐渐被本质阻燃织物所替代。

【什么是热人仪实验】

在热人仪产生之前,由于根据国际相关标准测试出的面料阻燃性及热防护性等数据仅能从侧面反映出服装的防护性能,并不能直观反映出火灾事故中服装对人体的保护程度,因此杜邦公司与美国军方联合发明了热人仪实验。

热人仪实验是在特制的实验室中放置一个由耐烧材料制作的人体模特,并在模特表面设置122个温度传感器,感测范围覆盖全部的躯干和四肢,然后给模特穿上需测试的服装,实验开始时实验室内多个喷火装置会从四周多个方向同时向模特喷射高温火焰,模拟出爆燃火灾环境,持续时间为3-4秒,然后根据模特身上的温度传感器收集到的温度判断出该处皮肤的烧伤程度,最后根据烧伤面积和烧伤程度判定该服装是否符合防护要求。

【烧伤生存几率分析及热人仪实验中的产品性能对比】

下图为来自美国烧伤协会的统计分析数据,其中横坐标代表4个年龄段,纵坐标代表生存几率,图中蓝色柱代表25%的烧伤面积(二度和三度烧伤总和),红色柱代表50%烧伤面积,黄色代表75%的烧伤面积。从表中可以看出,年龄越大,烧伤面积越高,生存几率越低。

以下视频内容来自于杜邦提供的热人仪实验(有语音解说),从中可以直观地看到穿着不同材质服装在火灾爆燃事故中可能产生的烧伤情况。

【热防护TPP值的正确测试方

ASTM(美国材料实验协会)的TPP测试标准ASTM D-4108要求使用单层布进行测试,测试中让织物尽可能性承受高的温度,也就是尽量接近实际火灾中的温度。为了满足这个要求,同时也为了保证加热面料过程中不和仪器接触,试验要求在织物和测温探头之间保持一个小间隙。此方法可以精确地评价面料在皮肤与火焰之间形成防护和隔离的能力。ASTM认为,这个方法适用于测试单层工作服,比如外套、裤子和衬衫。 而使用错误的测试方法会产生误导的结果,一个例子就是用ASTM-4108多层面料方法测试单层阻燃面料,比如消防员服装。多层面料的测试方法(多层测试时传感器和测试织物之间不能有间隙)不能区分阻燃材料与非保护材料之间的区别,不管被测的织物是阻燃棉或者不是阻燃棉,测试结果只与织物的厚度和重量相关(表2)。例如,使用该错误的测试方法测量报纸和其他可燃织物的TPP值,结果是穿报纸衣服、阻燃棉衣服、NOMEX阻燃服的效果都一样,这显然是错误的。因此现在有的研究声称,阻燃处理棉的保护作用比单层NOMEX好,这是因为他们的结论是建立在不准确的TPP测试方法基础上的。

【阻燃防护服的功能性与舒适性说明】

一、背景与现状分析

    据统计,英国火灾死亡人数每年约1000人,美国火灾死亡人数更多,每年约8000余人,受伤者达15万~25万人,经济损失达4亿美元,同时发现在火灾中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, 因此,研究纺织品阻燃技术,开发各种阻燃纺织品,制定阻燃纺织品的法律法规等就成了人们研究的重要课题。

    早期的阻燃防护服使用的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。目前,阻燃防护服面料国际较先进的采用芳香族聚酰胺、芳香族聚酰亚胺、聚苯并咪唑等高科技、永久性耐热防火纤维材料,在面料的纤维组份中同时含有耐高温纤维、高强低延伸防弹纤维及抗静电纤维,同时采用特殊加工整理的纯棉阻燃纤维或腈纶等对阻燃面料进行后处理。但在功能性得到大大改善的同时,成本也大大增加,舒适性能也没有能跟上功能性迅速提高的步伐,同时服装结构等方面的因素也常常被忽略,这是目前国内厂商在生产制造阻燃防护服时存在的主要问题。


二、阻燃防护服的性能要求

2.1 阻燃防护服的功能性要求

    随着城市构造的变化、建筑物的高层、深层以及大规模化、高度情报化社会的发展、惊人的技术革新的出现,火灾的发生原因也一度呈现复杂多样化的趋势。在这种复杂的局面下,适应时代要求的新型阻燃防护服装,其性能要求主要体现在以下几个方面:

2.1.1 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,目前阻燃防护服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。这种方法的发展取决于阻燃剂的发展和工艺流程的改进。

   (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。这种方法则是和一些高性能纤维的发展联系在一起的。

2.1.2 良好的防水性能 

    一般火场上大量使用水当灭火剂来扑救火灾,所以阻燃防护服还应具有良好的防水性能,如果防护服比如消防服不防水,则会产生很多不利影响:(1)在冬季,消防员穿着湿透的消防服会造成冻伤;(2)湿透的消防服接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。

2.1.3 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。只有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。新型阻燃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,这类材料作为隔热材料的热防护性能的作用特别突出。

2.1.4 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,从而消除静电。

2.2 阻燃防护服的舒适性要求

    阻燃防护服除了要满足最基本的功能性要求之外,还必须满足其穿着的舒适性。织物重量、面料种类、服装款式及外衣和内衣的材料和穿着层数往往是影响防护服舒适性的主要因素,下面具体从透气性和服装结构两个方面进行分析:

2.2.1 良好的透气性能 

    火场温度高、热量大,消防员活动量大,人体排汗多,如果防护服透气性差,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汽。 

2.2.2 整体结构的协调性 

    阻燃防护服不但要具备很好的热防护性能,还要求质轻、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。因此,在受力较大的部位和容易受伤的部位如膝、肘、裆、胸、肩等处可以在结构上采取加强措施,以实现服装结构上的功能性与舒适性。比如肩部无缝,袖底部位拼接的特殊设计以允许手臂达到最大活动范围;袖口装内罗纹袖口,裤角里面橡皮筋收紧及可翻换式直立衣领设计,以阻挡火等喷溅,防火阻燃的棉质衣领安全、舒适又吸汗;背带裤的背带可调节;裤膝盖处加多一块贴布,内衬阻燃隔热棉,防磨损,保护膝盖部位;装高亮度阻燃反光带增加服用人员的能见度。


三、阻燃防护服的研发策略

3.1 从纤维入手,提高性能,降低成本

    一是采用混纺法。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进行混纺,可以从一定程度上弥补某些高性能纤维的价格缺陷。 二是将分子结构及纺丝工艺作改进。目前发达国家普遍使用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。

3.2  重视阻燃剂的开发和阻燃整理工艺的发展,采用高新技术

    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,应用纳米技术整理

的纺织品,既能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。

3.3  加强对阻燃织物结构的研究 ,实现功能性与舒适性的结合

    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、隔热性等功能性外,还与拉伸性能、弯曲性能、折皱弹性、悬垂性、刚柔性、吸湿性、透气性等影响织物舒适性的性能有关。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。 

3.4  加强开发过程中的协调与合作

    阻燃防护服的生产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,是一个完整的过程,任何一个环节出现问题,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,就会影响穿着效果与其功能的发挥。因此,各部门之间的协调与合作是很有必要的。


四、结束语

    随着科技的进步和人类自我意识与环境保护意识的增强,人们越来越重视功能性、环保型新型面料的研制与开发,在各种新型面料的开发中,具有特种防护功能的产品正在蓬勃发展,并且必将成为引导世界纺织业发展的一股重要力量。随着阻燃防护服本身质量的提高,成本的降低,应用领域的扩展以及相关法律法规的出台,具有良好的阻燃性能和舒适性能的防护服将在人们的日常生活中扮演越来越重要的角色,将被人们广泛接受,因此,对它的研究也会越来越深入,并且这将对能更好的发挥对人们的防护作用,具有更深远的意义。(来源四川大学)