耐高溫阻燃防護服的面料

　　目前,國際上比較通用的耐高溫阻燃防護服的結構由外及內主要分為三層: 阻燃外層、防水透氣層和隔熱層。下面就這三層所用的材料進行介紹。

2.1 阻燃外層

(1)芳香族聚酰胺纖維。芳香族聚酰胺纖維分為間苯二甲酰間苯二胺纖維(國外商品名為Nomex,國內商品名為芳綸1313)和對苯二甲酰間苯二胺纖維(國外商品名為Kevler,國內商品名為芳綸1414)。Nomex是目前全世界使用最普及的防護服材料,該防護服能有效地提供防護突發(fā)火災所帶來的危險,包括高溫和火焰,這是因為Nomex是一種耐燃而且耐高溫的纖維,遇火不融滴,也不助燃;另外Nomex防護服所提供的防護能力是永久的,不會因為洗滌或穿著而降低。

芳綸1313纖維是由酰胺橋鍵互相連接的芳基所構成的線型大分子。由于極強的氫鍵作用,使之結構穩(wěn)定,具有優(yōu)越的耐熱性能以及優(yōu)良的阻燃性能、耐化學性能與機械性能等特點[5]芳綸1313纖維在一般高溫狀態(tài)下能保持較高的強力,在177~200℃工作溫度下,時間長達20 000 h仍能保持原強度的90%左右。在火焰中不燃,LOI(氧指數)值達到29~32。能耐大多數酸、堿、漂白劑和溶劑,斷裂強度0.47 N/tex(1 tex=10-6kg/m)。總之,芳綸1313纖維綜合性能較好、耐熱壽命長、耐磨、耐多次屈折性好,并耐各種化學試劑,因此適宜制作易燃易爆環(huán)境中的工作服及高溫下使用的材料[5]。

(2) Visil纖維【6】。Visil纖維是芬蘭Sateri OY公司制造的一種新型的耐高溫阻燃黏膠纖維,這種纖維由纖維素和硅酸鹽組成,不是一種單純的纖維素纖維。它是在黏膠纖維生產工藝的基礎上,采用雙相自然再生工藝生產出來的一種混合型纖維。這種纖維以纖維素為主體,其大分子內部形成硅酸鹽分子網絡和大量的化學結合水。硅酸鹽與水結合使纖維素的燃燒性能發(fā)生變化,尤其是用鋁改變了硅酸表面特性。在熱解過程中,無機部分的表面有助于束縛原子團,因此阻滯了燃燒。正是這種原因和化學水的釋放作用,使得燃燒速度緩慢,如果移開火源,具有自熄能力。化學水的釋放也是Visil纖維具有阻燃性的一個重要因素。

Visil纖維的物理機械性能與普通黏膠纖維相類似,不但吸濕透氣易染色,而且耐酸耐堿耐蟲蛀;與其他阻燃纖維相比較,成本低,無污染,可加工成各種紡織品。這種纖維可通過自然生物降解成為有機和無機的混合土壤。如果在高溫條件下炭化,會燃燒生成無毒的SiO2。由于這種纖維的分子結構決定了其技術性能的特殊性,根據ISO 4589《塑料———氧指數法測定燃燒性》標準測試,其LOI為28~31;回潮率為9%~11%;吸水能力50% ~ 60%;單纖維強度1.5 ~1.9 cN/dtex;伸長率18%~25%;硅酸鹽含量(SiO2+Al2O3)30%~33%。

(3)芳砜綸纖維(PSA)[9]。芳砜綸,即聚砜基酰胺纖維,是上海市紡織科學研究院和上海市合成纖維研究所共同研究和生產的一種耐高溫纖維,由對苯二甲酰氯和4′4二氨基二苯砜及3′3二氨基二苯砜為主要原料聚合后,溶解于二甲基乙酰胺中,然后經濕紡工藝或干紡工藝加工而成。它的成纖高聚物是由酰胺基和砜基相互連接對位苯基和間位苯基所構成的線型大分子,由于大分子主鏈上存在強吸電子的砜基基團,通過苯環(huán)的雙鍵共扼,使其具有優(yōu)異的耐熱特性。

芳砜綸的力學性能與芳綸1313相近,而其耐熱性、熱穩(wěn)定性、阻燃性等方面優(yōu)于芳綸1313纖維。此外,它還具有潤滑性、耐摩性、抗沖擊性、電絕緣性等。其LOI值高達33,耐化學性好,在熱空氣中(300℃,2 h)收縮率<2%、強度保持率(300℃,100 h)為80%。

2.2 具有良好的防水透濕性能的防水層

防水層緊靠外層織物，起到防水、防止蒸汽和有害化學物質滲透的作用。我們知道，一般火場上大量使用水當滅火劑來撲救火災，如果消防服不防水，則會有很多不利影響:①在冬季，消防員穿著濕透的消防服會造成凍傷;②濕透的消防服靠近火焰時產生的熱蒸汽會對消防員造成燙傷;③吸水過多會增加負重，影響靈活性和舒適性。所以防水層主要的設計目的是使消防人員保持干爽，保護穿著者免受有毒煙霧和有害化學物質的傷害。同時，消防員在救火時活動量大，出汗多，所以消防服在滿足防水的要求同時，還必須具有透濕汽性，以使汗液能及時排出。因此防水層織物既要防水又要透汽，即為水分不能透過、但水蒸氣能透過的防水透濕織物。

最著名的微孔膜防水透濕涂層織物是美國GoRE公司生產的GoRE一TEx⑧織物，由GO既專利技術制成的白色GORE一TEX薄膜，此薄膜每平方厘米由90億個小孔組成，這些小孔比水分子小2萬倍、比水蒸氣分子大700倍，同時呈不規(guī)則排列。因此GoRE一TEx⑧面料既可使人體自然排出汗氣，又可以阻擋外部的雨雪及寒風侵入人體，因而被譽為“人體的第二層皮膚。GoRE一TEx⑧織物于1976年推向市場，它能夠減小濕氣在織物中積聚的量，提高舒適感，尤其是在惡劣氣候條件下避免服裝內產生明顯的水蒸氣凝聚;其次在一定條件下，為人體提供恰當的生理舒適感，最大限度地減少防水層對汗液的蒸發(fā)散熱的不利影響。

2.3 隔熱層[7]

據資料表明,火場的溫度在60~1 100℃之間,而輻射熱在1.5~200 kW/(m2•s),因此適應火場的防護服必須具有良好的熱防護性能,包括防直接灼燒的熱傳導性能和防輻射熱的滲透性能。只靠單薄的阻燃外層是不夠的,如果采用增加外層材料厚度來達到要求,又會使成本太高。新型消防服裝一般選用服用性能較好的永久性阻燃短纖維做成薄型氈類無紡布,這類材料作為消防服的隔熱材料對消防服的熱防護作用特別突出。

專利CN 101001547A[14]中公開的美國杜邦公司的一種用于消防員的防護服,其隔熱層為包含對芳族聚酰胺或間芳族聚酰胺的棉絮。隔熱層用于防止熱量的傳入,以提高消防人員或高溫作業(yè)人員的耐受時間。隔熱層往往位于服裝的最內層,因此其舒適性也是十分重要的。幾種性能優(yōu)良的隔熱材料如下:100%防水阻燃羊毛、芳香族聚酰胺的針刺織物及芳香族聚酰胺的無紡絮墊。

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