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            東莞市潮德阻燃材料有限公司

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            阻燃防護服的現狀和發展趨勢——阻燃透明耐水洗涂層膠


            阻燃防護服的現狀和發展趨勢——阻燃透明耐水洗涂層膠

            阻燃防護服是指在直接接觸火焰及炙熱的物體時,能減緩火焰的蔓延,使衣物炭化形成隔離層,以保護人體安全與健康的防護服。世界各國每年都有成千上萬的人員因衣著不當而受到燒傷,同時發現往往最嚴重的燒傷源于衣服的燃燒而非火焰本身,燃燒服裝下皮膚的燒傷程度往往比直接暴露的皮膚更加嚴重。如果火場人員所穿的服裝具有阻燃熱防護性能,就能夠大大降低救火中人體的燒傷程度,同時性能優良的防護服裝也能給救火人員以信心和勇氣,增加火災中救人救物的機會,將火災引起的損失降至最小程度。另外,作為保障勞動者生命安全與健康的一種人體防護用品,阻燃防護服廣泛用于冶金、石油化工、焊接等行業,隨著人們安全意識和防護知識的提高以及國內防護服生產的發展,阻燃防護服的應用范圍日益擴大,前景十分廣闊。

            一、阻燃防護服的現狀分析

            (一)當前國內外消防服的類型及性能特點 

            1、消防戰斗服 

            早期使用的85式戰斗服的阻燃材料是在纖維中加入化學阻燃添加劑或對織物進行阻燃處理。它的阻燃性能是暫時的,會因洗滌而降低,直到消失。它的耐磨性、防靜電性、防化學試劑性都較差,熱防護性能也較差,而且在高溫情況下會產生高溫氣體、煙霧、煤焦油等增加對人體的灼傷程度。

            九十年代中期,公安消防局根據形勢發展的需要組織力量研制定型了“九七型消防戰斗服”。它的面料層是新型阻燃材料“美它斯”,防水透氣層是在布基上覆蓋聚四氟乙烯而成,隔熱層是由阻熱毯組成,舒適層是由普通棉布起絨外粘活性碳構成??茖W合理的結構、材質決定了新式戰斗服具有舊式戰斗服無可比擬的優點,更加適用于保護消防人員。

            2、消防隔熱服

            消防隔熱服是消防人員在火場上*近或接近高溫區進行滅火戰斗時穿著的防護服裝。它是由復合鋁箔、防火布、舒適層組成,能耐輻射溫度900℃,具有質輕、柔軟防水等優點。

            3、消防避火服

            消防避火服是專門為消防員短時間穿越火區和短時間進入火焰區進行滅火戰斗和撿險救援時穿著而設計的防護服裝。它是由耐火纖維布、防火層、耐火隔熱層、防水層、阻燃隔熱層、舒適層組成,能耐火焰溫度1000℃,防輻射溫度1300℃,具有優越的抗火焰燃燒、抗熱輻射滲透和整體抗熱性能。

            4、消防指揮服    

            消防指揮服是消防指揮員指揮滅火戰斗時穿著的具有一定防護功能的服裝,適用于公安消防部隊和企事業專職消防大隊以上指揮人員使用。

            5、消防防化服

            消防防化服是專門為消防人員進入化學危險品或腐蝕性物質的火災或事故現場進行滅火戰斗、搶險救援時穿著的一種防護裝備。它主要是由阻燃防化層、防火隔熱層、舒適層組成,具有應急呼叫和通信聯絡等多種功能。 $ z' @7 y2 o/ ]2 M' }6 t4 B8 O"& x

            (二)當前新型防護服應具備的性能要求和技術標準

            現在我們的消防隊伍必須裝備適應時代要求的新型防護服裝,其性能要求主要體現在以下幾個方面:

            1、外層具有阻燃防火性能

            防護服的外層是與火和熱直接接觸的一層,也是關系到產品性能好壞的最關鍵的一層,目前阻燃外層面料的加工有兩種方式:

            (1)在纖維中加入化學添加劑或對織物進行阻燃處理,即以吸附沉積、化學鍵結合、非極性范德華力結合或粘結作用使阻燃劑固著在織物或紗線上,以獲得阻燃效果。

            (2)提高成纖高聚物的熱穩定性,可提高裂解溫度,抑制可燃氣體的產生,增加炭化程度,使纖維不易著火燃燒,比如在大分子鏈中引入芳環或芳雜環,線形大分子之間反應變成三維交聯結構等。第一種方法的發展取決于阻燃劑的發展和工藝流程的改進,第二種方法則是和一些高性能纖維的發展聯系在一起的。

            阻燃劑是一種能降低高分子材料燃燒性能的物質,主要是用來降低材料在火焰中的可燃性,減慢火焰蔓延的速度,火焰移去后能使材料很快自熄,不再陰燃。阻燃劑的分類,從反應機理可分為反應型和添加型;從化學結構可分為有機阻燃劑和無機阻燃劑。最常用的阻燃劑是以元素周期表中第Ⅲ族的硼和鋁、第Ⅴ族的氮、磷、銻、鉍元素,第Ⅶ族的氯和溴等元素為基礎的某些化合物。

            下面是阻燃防護服外層面料廣泛應用的幾種阻燃纖維:

            a.純棉阻燃纖維

            純棉阻燃纖維是磷-氨系阻燃劑、交鏈樹脂、柔軟劑等材料,對純棉纖維進行特殊加工整理,具有優良的阻燃、耐洗、透氣、透濕、手感柔軟、無毒無害、無皮膚過敏等性能,是阻燃防護服的第二代面料。該產品適用于各行業的防護用品,并根據需要可賦予織物以防水透濕、抗紫外線等性能。

            b.碳纖維   

            碳纖維是一種含碳量在90%以上的高強度、高模量纖維。由于碳纖維主要是由碳元素組成,因此它不燃燒,化學性能穩定,耐腐蝕;碳纖維比重小,熱膨脹系數小,導熱系數大,在高溫下機械性能變化??;還具有良好的導電性。用碳纖維制成的復合材料,強度高、耐沖擊、重量輕,廣泛應用于航天、航空、汽車工業等。

            c.芳香族聚酰胺纖維

            耐高溫的芳香族聚酰胺纖維具有很好的熱穩定性、優異的化學和物理性能,柔軟、強韌、耐磨。如美國杜邦(DuPont)公司在60年代發明并投入使用的間位芳香族聚酰胺纖維(Nomex),在200℃下能保持原強度的80%左右,260℃下持續使用100h仍能保持原強度的65%—70%,在火焰中難燃,具有自熄性,耐老化良好,能耐大多數有機溶劑和酸堿的腐蝕。主要用于制作易燃易爆環境的防護服、消防服和宇航服。由于其突出的性能和廣闊的市場,各國紛紛進行研究開發。

            d.聚苯并咪唑纖維(PBI)  

            由美國塞拉尼斯(Celanese)公司于20世紀60年代中期研制成功,是一種典型的雜環高分子耐熱纖維,它是由間苯二甲酸二苯酯和聯苯四胺縮聚而成,可用溶液紡絲法紡絲成形。PBI在空氣中不燃燒,其極限氧指數高達38—46,550℃高溫下不熔化、不冒煙,不收縮或很少收縮,織物仍保持完整、柔軟,耐化學藥品性好,回潮率達13%—15%,服用性好,穿著舒適。

            2、良好的防水透氣性能     

            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*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,所以消防服必須有一定的防水性能。同時,火場溫度高、熱量大,消防員活動量大,人體排汗多,如果消防服透氣性差,就會使人感到悶熱、窒息,嚴重影響戰斗力。目前解決該問題的方法是采用復合微孔四氟乙烯膜的阻燃布,微孔四氟乙烯膜本身是耐高溫的,只要微孔的孔徑在一定范圍內,材料的耐靜水壓和透氣性能達到一定的指標,就能阻擋水的通過而又暢通地排出汗蒸氣。例如我國的97式消防戰斗服和抗非典防護服就都采用了這種材料。

            3、良好的隔熱性能

            據資料表明,火場的溫度在60℃—1100℃之間,而輻射熱在1.5Kw/㎡?s—200Kw/㎡?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*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性能的作用特別突出。

            4、防靜電性能   

            在石油化工等行業的工作環境中,靜電也有可能成為點火源,引起火災,防靜電纖維在易燃易爆的環境中增加穿著者的安全系數,同時防靜電纖維還能改善服裝的舒適性和耐磨性。如杜邦公司的P-140消除靜電的碳芯纖維,能吸引織物上的電荷,在碳芯上感應相反的電荷,當感應電荷達到一定能級時,就會使周圍的空氣分子離子化,中和了織物上和碳芯纖維上的電荷,而消除靜電。

            5、整體結構的協調性

            消防服不但要具備很好的熱防護性能,還要求重量輕、穿卸方便,結構寬松,對跑、跳、爬等動作沒有限制,不易引起勾掛,穿著舒適;在受力較大的部位和容易受傷的部位如膝、肘、襠、胸、肩等處的縫線和結構上采取加強措施。

            (三)防護服整體熱防護性能的測試  

            在以往研究消防員的防護服裝時,一般都是以制作服裝材料的阻燃性能來判定熱防護性能的優劣,但這只是一個方面,不能完全反映服裝整體的熱防護性能。國外技術發達國家如美國、日本、英國等國家除了制定和建立了較完整的評定阻燃性能的測試方法外,還建立了熱防護性能其他方面的各項測試標準,如熱防護服的隔熱性、完整性和抗液體滲透性等,以及反映綜合熱防護性能的TPP(熱輻射和熱對流混合作用防護性能測試)法和Thermoman(熱力人體模型)法。其中Thermoman法是用穿著真人尺寸服裝的人體模型,施以實驗室模擬可控急速燃燒實驗條件,通過人體模型身上分布的若干個熱傳感器測量和計算透過被測服裝傳到人體表面各部位的熱量和溫度,得出人體承受二度和三度燒傷的面積及部位,來評價服裝對人體的熱防護效果。

            我國于1996年由上海消防科學研究所承擔《消防員防護服裝整體熱防護性能評價研究》的研究項目,經過兩年時間,完成了項目研究。該項目是我國首次使用“消防假人”技術對消防員防護服裝的整體熱防護性能包括耐火焰燃燒性能和抗輻射熱滲透性能進行試驗研究,不僅對服裝的材質和整體結構等方面進行分析評定,而且對服裝穿著者的燒傷程度進行定性定量的評判,將我國消防員防護服裝的研究推到了一個新的高度。

            二  阻燃防護服的發展趨勢

            (一)首先,紡織品阻燃標準的發展目前有以下三個方面:國際化和系列化、性能要求的全面性和多重性及標準數量和類型的增加。

            我國和世界上大多數國家的阻燃紡織品性能測試方法都向國際標準(ISO)*近,有的是直接采用,有的是等同或等效采用;在產品標準上則向國際化和系列化方向發展。我國消防部門已先行一步,消防員普通防護服性能要求及試驗方法、消防隔熱服、消防避火服和消防防化服四個產品形成了行業系列標準。

            在性能要求的全面性和多重性方面,紡織產品標準除了阻燃性要求外,已向適用性方面發展,如服裝面料有強力、透氣(濕)、硬挺度、縮水率、顏色及毒性等要求。另外,視不同的使用環境還要增加特殊防護性能的要求,焊接服要增加防熔融金屬滴的沖擊的要求,消防服要增加抗輻射和防水性要求,石化和煤礦用防護服要增加抗靜電性要求。

            我國已有阻燃織物及制品生產企業100多家,年產數千萬米阻燃織物和數百萬套服裝,應用領域已包括冶金、化工、石油、林業、消防、電力、煤炭、建筑和交通等行業。1997年,修訂了三個測試方法和兩個產品標準,隨著規范生產,確保產品質量和開發新產品的需要,紡織品阻燃標準的數量和類型將會迅速增加。

            (二)阻燃防護服的開發研制策略

            1、從纖維入手,提高性能,降低成本

            采用混紡法。將高性能阻燃纖維與各種低價格的阻燃纖維或非阻燃纖維組合,雖然價格仍相對較高,但可以從一定程度上彌補某些高性能纖維的價格缺陷,不失為一種降低成本的有效途徑。 

            將分子結構及紡絲工藝作改進。目前發達國家使用較普遍的高性能阻燃纖維織物,如Nomex、PBI,比其它阻燃纖維織物性能優異,但價格昂貴,在國內很難大面積推廣使用,如果能從工藝上改進,降低成本,就可以很好解決這一問題。

            2、充分利用國內條件,發展阻燃整理工藝

            注重對無害阻燃劑的開發和阻燃整理工藝的改進是提高阻燃紡織品性能的重要手段。另外注重高新技術的應用,如近些年開發的納米材料,國內的新技術已能夠將有關的納米微粒穩定地分布在滌綸或其它合纖的紡絲液中,然后紡出具有抗菌、防紫外線、防臭、消臭、遠紅外反射或吸收紅外線等功能的合纖。在印染和后整理方面,則采用涂層、浸軋或吸盡等方法,使天然纖維或普通化纖也具有特殊的功能。通過納米技術應用于紡織品整理的特點是,既保持衣物原本質感和外觀,又因應用納米材料使紡織品的處理效果更均勻及持久。 ;

            3、加強織物結構的研究    

            一種織物的性能與其結構是密不可分的。阻燃織物的結構(組織、密度、紗線條件等)能影響許多性能,除阻燃、隔熱性外,還與拉伸性能、彎曲性能、折皺彈性、懸垂性、剛柔性、吸濕性、透氣性等有關。因此,加強織物的結構研究是開發舒適性阻燃面料的有效途徑。如西北紡織工學院研制的雙層阻燃織物,就是利用織物結構的變化,外層采用強度大、耐磨性好、彈性好的阻燃滌綸,可以保證織物挺括不皺、外形美觀、結實耐用,而內層選擇吸濕性強、放濕快、柔軟性好的棉為原料,并配以組織的變化,既能滿足阻燃防護服的防護性能和服用性能,又能較好地滿足其舒適性。

            4、加強合作開發 :

            隨著科技的進步,要求人們在工作中有良好的協調能力,對阻燃防護服來說同樣需要合作,從阻燃舒適性纖維的研制、面料的開發、服裝設計生產以及測試工作的完成,是一個不可分割的連續過程,任何一個環節出現問題或不能很好的完成,都會影響產品的最終質量。例如,一件阻燃防護服的面料的阻燃性、舒適性很好,但服裝的結構設計不合理,這件服裝就不能達到運動的舒適性,致使消防隊員穿上后行動很不方便,結果降低了消防人員的工作效率,這樣的阻燃服就不能稱為是一件好的防護服,因此,各部門之間的協調合作、共同努力是很必要的。

            (三)綠色環保作為一個設計理念引入服裝始于80年代,而1997年2月,在德國最新成衣展中,首次集中展示了環保服裝。據專家分析,環保服裝的特定含義是指經過毒理學測試并具有相應標志的服裝。這些標志對服裝上所含的有毒、有害物質范圍限制很廣,也很嚴,從pH值、染色牢度、甲醛殘留、致癌染料、有害金屬、鹵化染色載體、特殊氣味等化學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規定。因此,合理、自覺地選用無害于人類健康的化學劑、色素,并控制有害物質,以實現自然與人類、技術的良性循環。

            目前阻燃防護服的推廣使用還存在著許多不利因素,如使用單位的經濟效益普遍不好,產品質量較差,價格偏高,沒有強制性法規等,但隨著科技的進步,阻燃防護服本身質量的提高,成本降低,人們安全意識和自我保護意識的提高以及相關法規的出臺,具有良好的阻燃性能和舒適性能的防護服將被相關行業廣泛接受,對它的研究也會越來越深入。未來防護服將采用新型合成材料制成,集防火、防毒、防化為一體,向穿著舒適度發展。服裝內部有可連續工作六小時的微氣候調節裝備,克服了原來冬冷夏熱的缺點。防護手套和靴子更加輕便、好用。消防隊員的手腕上帶有袖珍報警器,它隨時可以以數字形式顯示空氣的安全指數、各類煙氣在空氣中的比數,若毒氣威脅到消防隊員的生命安全,它會馬上報警,靈敏度很高。報警器還向指揮部發放消防員的準確位置,以及消防員的脈搏跳動情況。若消防員遇險,脈搏跳動不正常,報警器馬上就自動向指揮部發出求救信號,從而可以盡快得到救助。我們的未來不是夢,隨著社會的發展和進步,各種火災、自然災害也不斷攀升,我們相信這些防護裝備今后將不斷完善,更好地為人類抗御各類災害服務。

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