朱國(guó)營(yíng) 陸忠躍

摘要：消防水帶是消防滅火救援及消防員技能訓(xùn)練的必需裝備，隨著消防水帶使用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，輕量化、性能化成為消防水帶行業(yè)方向。本文對(duì)聚乙烯纖維消防水帶（浮力水帶）在編織過(guò)程中反光和夜光絲織入工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將接頭和護(hù)套進(jìn)行夜光和反光標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)制造出工作壓力高、質(zhì)量輕、高耐磨性、具有導(dǎo)向、操作方便、正確指揮的功能性消防水帶，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明本研究對(duì)提高消防水帶產(chǎn)品質(zhì)量、提高消防員滅火作戰(zhàn)效能有著重要意義。

關(guān)鍵詞：夜光反光消防水帶； 超高分子量聚乙烯纖維； 耐磨； 輕便： 功能性強(qiáng)

1 引言

在滅火前線(xiàn)，夜光反光消防水帶（以下簡(jiǎn)稱(chēng)水帶）是消防人員實(shí)施全天候滅火戰(zhàn)斗必要的武器，也是他們作戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)最親密的伙伴之一，它承載著傳輸水或其他液態(tài)滅火藥劑到火場(chǎng)的艱巨任務(wù)。近年來(lái)，城市用地日趨緊張，促使高層建筑物向高空發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，高層建筑比比皆是。能不能有足夠的水壓不間斷地送到水槍陣地上，直接關(guān)系到火災(zāi)撲救的成敗，這就要求水帶能夠承載高壓。在實(shí)際使用中，因水帶彎曲、擠壓、倒伏等因素，往往需要更高的壓力，當(dāng)下夜晚經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，夜間消防救援滅火工作對(duì)消防水帶的功能化提出了更高要求，消防指揮員能夠在夜間正確指揮就必須使用夜光反光消防水帶作為導(dǎo)向，指揮水槍控制和消滅火點(diǎn)，消防員夜間接頭水槍的連接必須快速，在地面或跌落的接頭必須馬上找到，以最快速度完成所有動(dòng)作，第一時(shí)間滅火成功是關(guān)鍵。

筆者在消防隊(duì)伍調(diào)研中發(fā)現(xiàn)：十年前消防水帶設(shè)計(jì)工作壓力最大為2.0MPa，現(xiàn)在為4.0MPa，且成為普遍趨勢(shì)。隨著耐壓值升高，整根水帶的質(zhì)量相應(yīng)增加較多，質(zhì)量過(guò)重會(huì)增加消防員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低救援效能，甚至延誤滅火戰(zhàn)機(jī)，造成生命和財(cái)產(chǎn)的巨大損失。因此，本研究嘗試采用高強(qiáng)度、高模量的聚乙烯纖維材料，對(duì)相應(yīng)的生產(chǎn)工藝進(jìn)行創(chuàng)新，制造出高強(qiáng)度、高耐磨、質(zhì)量輕的水帶產(chǎn)品。用該材料制造的水帶和喉管，由于重量輕已研發(fā)用于消防無(wú)人機(jī)、森林滅火、海上油井、水上飛行器的使用。

2 研究過(guò)程

2.1 經(jīng)、緯線(xiàn)材料的選擇

傳統(tǒng)水帶的經(jīng)緯線(xiàn)采用滌綸長(zhǎng)絲及丙綸長(zhǎng)絲，現(xiàn)對(duì)以下三種材料的性能進(jìn)行比較（表1）

超高分子量聚乙烯纖維的強(qiáng)度是滌綸長(zhǎng)絲的4倍，比重是滌綸長(zhǎng)絲的70%，延伸率是滌綸長(zhǎng)絲的50%，可見(jiàn)，同樣的設(shè)計(jì)工作壓力下，該纖維制造的水帶更輕便，它可以浮在水面上，且具備疏水性。采用該纖維作為經(jīng)緯線(xiàn)的主編織線(xiàn)，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐磨、防割、抗靜電、抗老化、抗紫外線(xiàn)、抗酸堿、抗蟲(chóng)霉等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)三種不同的工藝方案進(jìn)行研究。

方案一：經(jīng)、緯線(xiàn)全部采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋的編織方式進(jìn)行編織。

方案二：部分采用超高分子量聚乙烯纖維。經(jīng)線(xiàn)中至少有一根由該纖維制成的紗線(xiàn)，緯線(xiàn)中至少有一根由該纖維制成的紗線(xiàn)，用平紋或斜紋的編織方式進(jìn)行編織。

方案三：采用超高分子量聚乙烯纖維與其他纖維組成混合紗線(xiàn)。經(jīng)線(xiàn)中至少有一根紗線(xiàn)為混合紗線(xiàn)，緯線(xiàn)中至少有一根紗線(xiàn)為混合紗線(xiàn)，混合紗線(xiàn)至少由一根超高分子量聚乙烯纖維單絲和至少一根滌綸單絲纏繞而成，繞向?yàn)椤癝”或“Z”向。

2.2 內(nèi)襯里膠料的選擇

超高分子量聚乙烯纖維的軟化點(diǎn)低、熔點(diǎn)低，這對(duì)水帶的襯里制作提出了較高要求，襯里膠料必須與之相匹配，并通過(guò)熱熔膠復(fù)合的方式完成襯里與編織層的粘合。

2.3 外涂層的選擇

必要時(shí)，水帶外表面可增添一層耐磨、防滑、防霉的涂層。

3 試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)一

設(shè)計(jì)樣本：設(shè)計(jì)工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm

經(jīng)、緯線(xiàn)均采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋編織方式，通過(guò)熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為215-220 g/m，按照國(guó)標(biāo)耐磨實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行測(cè)試，耐磨次數(shù)達(dá)150次。若在水帶外增加外涂層，經(jīng)耐磨測(cè)試，耐磨次數(shù)達(dá)190次，具有防滑作用。

3.2 試驗(yàn)二

設(shè)計(jì)樣本：設(shè)計(jì)工作壓力為2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)、緯線(xiàn)均采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋編織方式，通過(guò)熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為250-260 g/m，按照國(guó)標(biāo)耐磨實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行測(cè)試，耐磨次數(shù)達(dá)150次。

3.3 試驗(yàn)三

設(shè)計(jì)樣本：設(shè)計(jì)工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm

經(jīng)線(xiàn)中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線(xiàn)為200根，緯線(xiàn)中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線(xiàn)為2根、滌綸絲1根。經(jīng)緯線(xiàn)中其余紗線(xiàn)均為滌綸長(zhǎng)絲或滌綸紗，用平紋或斜紋編織方式，通過(guò)熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為240-250 g/m，按照國(guó)標(biāo)耐磨實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行測(cè)試，耐磨次數(shù)達(dá)150次。若在水帶外增加外涂層，經(jīng)耐磨測(cè)試，耐磨次數(shù)達(dá)190次，具有防滑作用。

3.4 試驗(yàn)四

設(shè)計(jì)樣本：設(shè)計(jì)工作壓力為2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)線(xiàn)中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線(xiàn)為250根，緯線(xiàn)中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線(xiàn)為3根，滌綸長(zhǎng)絲1根。經(jīng)緯線(xiàn)中其余紗線(xiàn)均為滌綸長(zhǎng)絲或滌綸紗，用平紋或斜紋編織方式，通過(guò)熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為280-290 g/m，按照國(guó)標(biāo)耐磨實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行次數(shù)，耐磨次數(shù)達(dá)150次。若在水帶外增加外涂層，能夠明顯增強(qiáng)防滑作用。

3.5 試驗(yàn)五

設(shè)計(jì)樣本：設(shè)計(jì)工作壓力為2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)線(xiàn)中有混合紗線(xiàn)250根，緯線(xiàn)中有混合紗線(xiàn)3根，經(jīng)、緯線(xiàn)中其余紗線(xiàn)為滌綸長(zhǎng)絲（滌綸紗），經(jīng)、緯線(xiàn)中的混合紗線(xiàn)均由一根超高分子量聚乙烯纖維單絲和一根滌綸單絲“Z”向纏繞而成，用平紋或斜紋編織方式，過(guò)熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為280-290 g/m，按照國(guó)標(biāo)耐磨實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行次數(shù)，耐磨次數(shù)達(dá)到150次，按照國(guó)標(biāo)耐磨實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行測(cè)試，耐磨次數(shù)達(dá)150次。若在水帶外增加外涂層，能夠明顯增強(qiáng)防滑作用。

3.6 對(duì)比試驗(yàn)一

設(shè)計(jì)樣本：設(shè)計(jì)工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm

經(jīng)、緯線(xiàn)均采用滌綸長(zhǎng)絲，用平紋或斜紋編織方式。其他處理和測(cè)試方法以及測(cè)試條件同【試驗(yàn)一】，經(jīng)測(cè)試，水帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為400-450 g/m，耐磨次數(shù)為115次。

3.7 對(duì)比試驗(yàn)二

設(shè)計(jì)樣本：設(shè)計(jì)工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)、緯線(xiàn)均采用滌綸長(zhǎng)絲，用平紋或斜紋編織方式。其他處理和測(cè)試方法以及測(cè)試條件同【試驗(yàn)二】，經(jīng)測(cè)試，水帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量為490-510 g/m，耐磨次數(shù)為118次。

4 安全性能設(shè)計(jì)分析

消防水帶織物層選用超高分子量聚乙烯纖維作為經(jīng)緯線(xiàn)的主編織線(xiàn)，以設(shè)計(jì)工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm的水帶為例進(jìn)行安全性能校核計(jì)算。該樣本襯里結(jié)構(gòu)及分布均勻，襯里層的彈性?xún)?yōu)于織物層，在水壓作用下，水帶各處所受壓力是均勻一致的。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮保護(hù)使用者的安全，要求水帶爆破時(shí)應(yīng)斷緯，絕不能斷經(jīng)。在消防水帶安全性能設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)線(xiàn)所承受的爆破壓力必須大于緯線(xiàn)的爆破壓力。

5 結(jié)論

一是更輕便，比傳統(tǒng)經(jīng)緯線(xiàn)為滌綸長(zhǎng)絲的水帶在總質(zhì)量上減輕約50%。

二是除了質(zhì)量輕外，設(shè)計(jì)工作壓力能達(dá)到5.0MPa以上，實(shí)現(xiàn)了輕便高壓的目標(biāo)，增加夜光反光的功能，大大提高消防戰(zhàn)訓(xùn)及實(shí)戰(zhàn)救援的能效。

三是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《消防水帶》GB6246-2011中“耐磨性能”的試驗(yàn)方法，新材料新工藝水帶產(chǎn)品的耐磨次數(shù)是傳統(tǒng)水帶的1.5倍，甚至更高。這樣能解決消防部隊(duì)反映的水帶不耐磨損，拖拉幾次就損壞的難題。

四是本研究的新材料雖然耐高溫性能差一點(diǎn)，但應(yīng)用于消防水帶且使用介質(zhì)進(jìn)行滅火和降溫，因此對(duì)水帶的質(zhì)量和使用沒(méi)有根本影響。

五是本研究的新材料雖然價(jià)格高于滌綸絲6-7倍，據(jù)初步試驗(yàn)使用壽命是滌綸絲水帶的3-5倍，且重量輕等因素，綜合成本要低于滌綸絲水帶，安全性、穩(wěn)定性、內(nèi)外層匹配性能得到提高。

用超高分子量聚乙烯纖維制作的25-65型消防水帶，與傳統(tǒng)滌綸長(zhǎng)絲水帶相比，水帶編織層總質(zhì)量可減少50%，爆破試驗(yàn)壓力提高15%，耐磨次數(shù)提高50%。并且具有夜光反光、防割、抗紫外線(xiàn)、抗酸堿、抗老化、抗蟲(chóng)霉、抗靜電、延伸率低、疏水性等優(yōu)點(diǎn)。在消防滅火救援、戰(zhàn)訓(xùn)、無(wú)人機(jī)、消防船、森林滅火、海上油井等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王秀芬，凌繩，《聚合物材料》[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2007

[2] 張艷，周宏等.超高分子量聚乙烯纖維在防彈、防刺材料方面的應(yīng)用[J].紡織科學(xué)研究，2009（4）：16-27

[3] 顧超英，趙永霞.國(guó)內(nèi)外超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2010（4）：52-55

[4] 任意.超高分子量聚乙烯纖維性能及應(yīng)用概述[J].廣州化工，2010，38（8）：87-88

[5] 趙剛，趙莉，謝雄軍.超高分子量聚乙烯纖維的技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展[J].纖維復(fù)合材料，2011（1）：50-56

[6] 鄧曉秧，UHMWPE纖維工藝及原理淺析[J].高科技纖維與應(yīng)用，2014.39（6）：50-53

[7] 呂生華王結(jié)亮等，UHMWPE纖維高強(qiáng)度繩索的研究[J].工程塑料應(yīng)用，2003.31（6）：33-35