一、實驗
1．1試樣
本文研究所采用的試樣(如表1)均來自于消防服產(chǎn)品中普遍使用的織物品類，既有國外企業(yè)生產(chǎn)的間位芳綸Nomex和對位芳綸Kevlar(美國杜邦公司)、聚苯并咪唑(PBI)纖維(美國空氣力學材料實驗室，AFNL)的織物，也有國內(nèi)企業(yè)研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的間位芳綸New Star(煙臺氨綸有限公司)、芳砜綸Tanlon(上海特氨綸纖維有限公司)等阻燃耐高溫纖維的織物，如表l所示。編號E1～E4的織物為間位芳綸與少量Kevlar、抗靜電碳纖維混紡的織物(簡稱芳綸類織物)或純間位芳綸織物，其中E1～E3織物采用的間位芳綸是Nomex，E4織物采用純間位芳綸New Star；編號Fl～F3的織物采用的是Tanlon(簡稱芳砜綸類織物)；編號Gl—G4的織物為國產(chǎn)阻燃棉織物(簡稱阻燃棉類織物)；編號H1、H2的織物為PBI與Kevlar等混紡的織物(簡稱PBI／芳綸類織物)。

1．2實驗方法
上普遍使用TPP值評價織物的熱防護性能，通過對織物表面導致人體二度燒傷所需熱能的測定來評價織物的總體熱防護性能¨J。TPP值越高，織物的熱防護性能越好。本文實驗按照NFPAl971標準進行，采用美國CSI公司生產(chǎn)的TPP-026型號熱防護性能測試儀。實驗時總熱流量設定為8．4 J／(cm2·s)，試樣大小為150 mm×150 mm。
實驗時將試樣水平放置在設定熱流量的熱源上面，在規(guī)定的距離內(nèi)，熱源由熱對流和熱輻射兩種不同形式發(fā)熱，其中50％為熱對流，50％為熱輻射。置于試樣后的量熱計溫度值隨熱源作用的時間而變化，從而測量出造成人體皮膚二度燒傷所需要的時間，并以此評價服裝的相對熱防護能力。實驗中采用計算機數(shù)據(jù)采集軟件程序記錄銅制校準熱量計的溫度七升。將溫度上升的速率，或者沿時間軸的溫度下降速率與熱量計常數(shù)相結(jié)合進行熱流量的計算。rrPP值即為施加的熱流量和已記錄的基于二度燒傷所需耐熱時間的乘積。熱防護性能測試儀的構(gòu)造簡圖如圖l所示。

二、結(jié)果與討論
2．1熱防護性能試驗結(jié)果織物試樣在熱防護性能試驗中的測試結(jié)果及其質(zhì)量變化如表2所示。

2．2 TPP值比較分析
由表2可知，Hl具有zui高的11PlP值，表明了該織物充分利用了高性能纖維PBI與Kelvar的優(yōu)良熱防護性能，是消防服用外層織物的*選擇之一。由于綜合性能優(yōu)異，H1是當前美國應用的消防防護服外層織物。芳綸和芳砜綸織物均具有較高的11PP值，總體上隨著其織物厚度的增加而增加；我國自主研發(fā)的Tanlon織物和NewStar芳綸織物熱防護性能已接近被廣泛使用和認可的耐高溫纖維Nomex織物，它們在熱防護性能方面并無顯著差異。對于阻燃棉織物，特別是G1和G3，其TPP值與其較大的厚度是密切關(guān)聯(lián)的。在相同的厚度及面密度條件下，阻燃棉織物的熱防護性能不及芳綸織物和芳砜綸織物突出。綜合表2中各類外層織物的TPP測試結(jié)果，芳綸織物、芳砜綸織物以及PBI纖維織物因為其自身的化學結(jié)構(gòu)成為具有良好的耐熱性、阻燃性和熱防護性的*型阻燃織物，相比于通過阻燃后整理加工而成的阻燃棉織物熱防護性能更好。

2．3燃燒后試樣表面外觀變化
織物試樣經(jīng)TPP燃燒試驗后的表面外觀如表3所示，不同品類的阻燃耐高溫纖維織物經(jīng)燃燒后表面外觀存在較大差異。從織物的尺寸穩(wěn)定性分析，芳綸織物(E1～FA)、阻燃棉類織物(G1一G4)以及PBI／Kevlar類織物(H1～H2)都具有較好的尺寸穩(wěn)定性，燃燒后織物沒有產(chǎn)生明顯收縮，而我國自主開發(fā)的芳砜綸織物(Fl～F3)的經(jīng)緯向尺寸變化較明顯，收縮較大，表明芳砜綸的熱穩(wěn)定性還有待進一步提高。從織物的表面性狀分析，我國生產(chǎn)的New Star芳綸織物(E4)燃燒后表面有脆化現(xiàn)象，出現(xiàn)孔洞，其織物的TPP測試值不能充分評價其基本的熱防護性能；阻燃棉類織物(Gl～G4)表面也出現(xiàn)面積相對較大的焦糊狀硬塊，脆化現(xiàn)象較嚴重；而PBI／Kevlar類織物(HI—H2)表面只出現(xiàn)輕微褪色，織物的物理性能基本完好，表明該高性能纖維具有突出的物理及化學穩(wěn)定性。結(jié)合表2分析可知，阻燃棉類織物中具有較小TPP值的G2、G4試樣的表面焦化面積均大于G1、G3，表明燃燒后織物表面外觀變化與織物的1'PP值以及織物厚度具有一定的相關(guān)性。在同品類織物中TPP值越小、厚度越薄的織物燃燒后的焦化面積越大，表面外觀變化越顯著。另外，纖維本身的化學性能是影響織物燃燒后表面外觀變化的決定性因素，芳綸類試樣、芳砜綸試樣、阻燃棉類試樣、PBI／芳綸類試樣各自表現(xiàn)出不同外觀變化特征。

2．4熱防護性能試驗前后試樣的質(zhì)量變化
在TPP試驗過程中織物試樣的質(zhì)量不斷減少，即織物燃燒后有質(zhì)量損失，表2中記錄了熱防護性能試驗中織物試樣燃燒前后質(zhì)量的變化及質(zhì)鼉損失率的情況。其中芳砜綸類、芳綸類和PBI／芳綸混紡類試樣燃燒前后質(zhì)量損失率較小，且平均值接近，都集中在5％一10％之間；質(zhì)量損失zui多的是阻燃棉類試樣，平均質(zhì)量損失率在20％～25％之間。通過阻燃后整理加工方式而具有阻燃性能的阻燃棉織物接觸到熱源后，織物中的阻燃氣體、阻燃劑等耗盡以后會散發(fā)大量的熱氣體、熱焦油、煙等，造成質(zhì)鼉損失大而減弱了熱防護效果，因而織物的熱防護性能也較差，即TPP值較低；自身具有穩(wěn)定的化學結(jié)構(gòu)的芳綸織物、芳砜綸織物以及PBI纖維織物接觸熱源的過程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化和散失少，質(zhì)量損失少，相應熱防護性能好，即TPP值較高。可見，在接觸到猛火等熱源過程中織物的質(zhì)量損失率越小，越有利于發(fā)揮其熱防護性能。總之，織物熱防護性能實驗中織物試樣直接面對的是對流熱和輻射熱，同時試樣背面的溫度的上升還與織物的傳導熱防護性能相關(guān)。因此，織物的熱防護性能來自于織物防護對流熱、輻射熱和傳導熱的綜合因素。它與纖維類型、纖維的分布排列形式、空氣／體積比率、孑L洞率、特別是單個孔徑的尺寸，以及織物厚度、面密度、密度、表面性狀都有密切關(guān)聯(lián)。就本研究中的消防服用的四類外層織物而言，其熱防護性能有較大差異，都隨著織物的面密度及厚度的增加而提高。盡管織物面密度大、厚度厚，對于整體熱防護性性能而言是有利的，但是也增加了服裝的整體重量，可能增加了對穿著者的體熱散失的阻礙、加劇了體熱蓄積，因此消防服用外層織物的選擇還需綜合考慮熱防護性能之外的其他因素，特別是尺寸穩(wěn)定性、熱收縮率、外觀變化等。

三、結(jié)論
本文就消防服用四類外層織物芳綸織物、芳砜綸織物、阻燃棉織物及PBI纖維與對位芳綸的混紡織物等的熱防護性能進行了比較研究。研究發(fā)現(xiàn)，PBI纖維與Kevlar的混紡織物的熱防護性能，芳綸織物和芳砜綸織物均具有較高的TPP值。研究表明我國自主研發(fā)的Tanlon織物和New Star間位芳綸織物熱防護性能已接近被廣泛使用和認可的耐高溫纖維Nomex織物，在熱防護性能方面并無顯著差異，但在燃燒后外觀穩(wěn)定性方面不足。在TPP試驗過程中，織物試樣燃燒前后存在質(zhì)量損失的現(xiàn)象。通過阻燃后整理加工方式而具有阻燃性能的阻燃棉織物燃燒后質(zhì)量損失大，熱防護性能較差；自身具有穩(wěn)定的化學結(jié)構(gòu)的芳綸織物、芳砜綸織物以及PBI纖維織物，在接觸熱源的過程中質(zhì)量損失少，相應熱防護性能好。本研究中的消防服用四類外層織物的熱防護性能隨著織物的面密度及厚度的增加而提高。

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