王 諾 高翼強(qiáng) 吳艷杰 吳紅艷

1.河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北 石家莊 050018;2.北京服裝學(xué)院材料設(shè)計與工程學(xué)院，北京 100029

滅火防護(hù)服是消防員在火災(zāi)救援現(xiàn)場穿著以用來保護(hù)頭頸、腿部和手臂等軀干的專用服裝。國內(nèi)消防服一般由4層織物組成，分別為外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層[1]。防護(hù)服的外層和舒適層一般為機(jī)織物，外層與火焰直接接觸，舒適層接觸人體皮膚。公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA10—2014《消防員滅火防護(hù)服》對防護(hù)服各組成部分的性能有強(qiáng)制和明確的要求，如外層和舒適層的阻燃性、穩(wěn)定性和力學(xué)性能?；馂?zāi)救援現(xiàn)場，在高速水流的連續(xù)作用下，防護(hù)服的外層將不可避免地被水打濕，同時，高強(qiáng)度的救援活動和高溫環(huán)境易使防護(hù)服的內(nèi)層被汗水浸濕。舒適層汗液的蒸發(fā)和外層水分的滲透使防護(hù)服處于含有水分的濕態(tài)。

水分對多層織物熱防護(hù)性能影響的研究表明，不同條件下，水分會提高或降低織物的熱防護(hù)性能。李紅燕[2]認(rèn)為，在高強(qiáng)度和熱流量的短時間作用下，水分有助于提高防護(hù)服的熱防護(hù)性能。含水量越多，單層織物的熱防護(hù)性能越好。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，處于濕態(tài)的織物的熱防護(hù)性能優(yōu)于干態(tài)織物。曹娟等[3]研究認(rèn)為，隨著含水量的增加，織物的熱防護(hù)性能逐漸提高。在含水量相同的情況下，織物越厚，其熱防護(hù)性能越好。Barker等[4]研究發(fā)現(xiàn)，在6.3 kW/m2的低輻射下，水分能降低織物的熱防護(hù)性能。這些研究雖因測試條件及熱傳導(dǎo)性能的復(fù)雜性而尚未有統(tǒng)一結(jié)論，但都表明濕度是影響織物熱防護(hù)性能的一個重要因素。因此，對處于濕態(tài)的防護(hù)服的熱防護(hù)性進(jìn)行研究具有重要意義。本文將以消防員滅火防護(hù)服常用的織物為研究對象，對不同含水率的單層和多層織物的熱防護(hù)性能進(jìn)行研究。

1 試驗

1.1 材料

選擇常用于消防員滅火防護(hù)服的5種外層織物(A1～A5)、1種防水透氣層織物(B)、1種隔熱層的織物(C)和4種舒適層織物(D1～D4)用于本試驗, 其規(guī)格如表1所示。

表1 各層織物的種類和規(guī)格

1.1.1 單層織物

選擇外層(A1～A5)和舒適層(D1～D4)單層織物為試樣，研究含水率對其熱防護(hù)性能的影響。

1.1.2 多層織物

各層織物試樣的尺寸均為15 cm×15 cm。按外層、防水透氣層、隔熱層、舒適層依次疊加組合后，用線密度為21.9 tex×3的芳綸1414縫紉線縫合為4層結(jié)構(gòu)的防護(hù)服織物試樣，即多層織物試樣，分別記為1#～12#(表2)。

表2 多層織物結(jié)構(gòu)

1.2 熱防護(hù)性能測試

熱防護(hù)性能(Thermal Protective Performance)用透過織物引起人體二度燒傷的熱能值kTPP表征，其是目前評價服裝熱防護(hù)性能的通用指標(biāo)。采用對流和輻射兩種傳熱方式能夠較為客觀地評估織物的實際熱防護(hù)效果。本測試在陜西元豐紡織技術(shù)研究有限公司生產(chǎn)的RFH-Ⅱ型熱防護(hù)性能測試儀上完成。測試中，熱通量(F，即熱輻射和熱對流綜合作用)為81.3 kW/m2，相當(dāng)于1.9 cal/(cm2·s)。kTPP值可按下式計算:

kTPP=F×T

式中：F—熱通量，cal/(cm2·s)；

T—燒傷時間，s。

先將制備的單層和多層織物試樣依次放入烘箱，干燥10 min后稱取干態(tài)質(zhì)量并記錄。按照織物的含水率(5%、10%、15%和25%)計算噴水量，然后將水均勻地噴灑在水平放置的織物試樣表面，分舒適層到外層、外層到舒適層、外層和舒適層同時這3種噴灑方式?？椢镌嚇游鼭窈笾糜谒芰洗忻芊? h。最后取出各織物試樣，10 min內(nèi)完成熱防護(hù)性能的測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 含水率對單層織物熱防護(hù)性能的影響

含水率不同的外層和舒適層織物試樣的kTPP測試結(jié)果如表3。

表3 含水率不同的外層和舒適層的熱防護(hù)性能測試結(jié)果

由表3知，隨著外層和舒適層織物試樣含水率的增加，其kTPP值增加，面料的熱防護(hù)性能提高。其中，A3和D1織物試樣的熱防護(hù)性能表現(xiàn)較好。當(dāng)含水率從0增加到25%時，外層A3的kTPP值增加了74%。舒適層D1的kTPP值增加了61%。在含水率增大的過程中，外層和舒適層織物試樣的kTPP值有一定差異。當(dāng)含水率0增加到5%時，外層織物試樣的kTPP值增幅不足10%。與含水率為15%的織物試樣相比，含水率為25%的外層織物試樣的kTPP值增加了20%～50%。對于舒適層織物試樣，含水率為15%的織物試樣的kTPP值比含水率為5%的試樣增加了16%～35%。究其原因是測試時隨著含水率的增加，織物試樣含水分增多，一方面水分蒸發(fā)消耗部分熱量，另一方面水分抑制了火焰的蔓延，降低了織物的燃燒速度，延長了二級燒傷時間，因此，kTPP值增大。

相對于其他原料，棉纖維的回潮率較高，纖維吸收水分能力強(qiáng)，吸收速度較快。水分子進(jìn)入棉纖維后，與親水基團(tuán)的親和力較大，溫度升高時，分子振動對水分子與纖維分子結(jié)合力的影響相對較小。因此，含棉織物的kTPP值增幅較大。

從織物結(jié)構(gòu)看，面密度越大的織物，其kTPP值的增幅較明顯。面密度大的織物，其結(jié)構(gòu)緊密厚實，當(dāng)噴灑相同的水分時，織物含水率偏低，水分導(dǎo)熱作用不明顯，熱源穿過織物傳遞到皮膚的熱量較少，二級燒傷時間長，故kTPP值較大。

2.2 含水率對多層織物熱防護(hù)性能的影響

2.2.1 外層向舒適層滲透

以4層結(jié)構(gòu)的多層織物試樣1#～5#(表2)為測試樣，按照所計算的含水率將水均勻地噴灑在水平放置的各試樣的外層，使水分從外層向舒適層滲透，測試不同濕態(tài)條件(不同含水率)下各多層織物試樣的kTPP值(圖1)。

圖1 不同含水率的多層織物試樣的kTPP值

由圖1知，隨著含水率的增大，4層結(jié)構(gòu)織物的kTPP值增加。與單層織物試樣的kTPP值增幅(外層的40%～75%和舒適層的35%～61%)相比，多層織物試樣的kTPP值增幅(33%～52%)有所減小。當(dāng)4層織物試樣的含水為5%～15%時，kTPP值的增幅為15%～26%；含水率為15%～25%時，kTPP值的增幅不足10%。由面密度較大的外層織物構(gòu)成的多層試樣，kTPP的增幅均高于40%。

多層織物kTPP值增幅小于單層織物，可能是試樣在浸濕過程中，隔熱層和防水透氣層吸收了部分水分，導(dǎo)致停留在外層和舒適層的水分減小。因此，含水率對多層織物試樣的熱防護(hù)性的影響小于單層織物。而面密度較大的外層織物，其結(jié)構(gòu)更為緊密，浸透到隔熱層和防水透氣層的水分子數(shù)量少，停留在表層的水分子數(shù)量多，因而，水分對其kTPP值的影響較為明顯。

2.2.2 舒適層向外層滲透

以4層結(jié)構(gòu)的多層織物1#～6#試樣(表2)為測試樣，按照所計算的含水率在水平放置的各試樣的舒適層表面均勻噴水，使水從舒適層向外層滲透。測試不同濕態(tài)條件下各多層織物試樣的kTPP值(圖2)。

圖2 不同含水率的多層織物試樣的kTPP值

由圖2知，4層結(jié)構(gòu)織物的kTPP值隨含水率的增大而增加，kTPP值均大于28.00。5#試樣在含水為15%～25%時，kTPP值高達(dá)45.00以上。當(dāng)織物含水率從0增加到25%時，4層結(jié)構(gòu)織物的kTPP值的總體增長幅度為5%～33%。與從外層噴水相比，從舒適層噴水的試樣kTPP值增幅較為緩慢，甚至出現(xiàn)了負(fù)增長。在相同含水率條件下，舒適層單層織物的kTPP值增幅為35%～60%。舒適層選用全棉阻燃織物時，在織物含水率從0增加到25%的過程中，4層結(jié)構(gòu)試樣的kTPP值增幅大于20%。

從舒適層方向加濕，水分被舒適層織物吸收的較多，滲透到外層織物的水分減少。因kTPP測試時，外層織物首先與熱源直接接觸，所以kTPP值的增長較為緩慢。在相同含水率下，與單層織物相比，多層織物的舒適層吸收的水分較少，熱防護(hù)性能的增長幅度放緩。因此，水分對kTPP值的影響較為明顯。

2.2.3 雙向滲透

按照所計算的含水率同時從各多層織物試樣的外層和舒適層噴水(雙向)，測試濕態(tài)下各試樣的熱防護(hù)性能(表4)。

表4 不同含水率的多層織物試樣在雙向噴水條件下的熱防護(hù)性能測試結(jié)果

表4說明，含水率的增大有助于提高多層結(jié)構(gòu)織物的kTPP值。5#試樣在含水率為25%時，其kTPP值達(dá)到了51.87 cal/cm2。當(dāng)織物含水率從0增加到25%且雙向加濕時，4層結(jié)構(gòu)織物的kTPP值的總體增長幅度為20%～48%，增加幅度比僅從舒適層加濕時為大，但略低于僅從外層加濕時的增幅。

雙向加濕時，外層水分的含量介于單向的從舒適層加濕和從外層加濕之間，因此，水分對織物熱防護(hù)性能的影響介于從舒適層和外層單向加濕的狀態(tài)。

3 結(jié)論

隨著含水率的增加，不管是單層織物還是多層織物，kTPP值都增加，織物的熱防護(hù)性能提高，說明濕度對織物熱防護(hù)性能有一定影響。在含水率相同的條件下，濕度對單層織物的熱防護(hù)性能的影響大于對多層織物；從外層加濕時，多層織物的熱防護(hù)性能優(yōu)于從舒適層加濕的多層織物。