孫 曉,王 君,陳 濤,高 陽(yáng),呂天光

(1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南 250000；2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021;3.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院,濟(jì)南 250061)

電弧是一種氣體放電現(xiàn)象?？諝饨橘|(zhì)被擊穿時(shí)產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生原因通常有電路接觸不良、絕緣失效、接地不良、開關(guān)不良等[1-2]。一般根據(jù)電弧的電極形狀、電壓大小、熱量傳遞方式等可以把電弧分為開放電弧、定向電弧、移動(dòng)電弧、噴射電弧和追蹤電弧[3]。電弧在極短的時(shí)間內(nèi)以輻射、對(duì)流等形式釋放出巨大的熱量，使電弧通路周圍的空氣被加熱，金屬電極材料被瞬間氣化，進(jìn)而壓縮周圍空氣產(chǎn)生超壓，被壓縮的空氣形成沖擊波攜帶著熾熱空氣和金屬蒸汽進(jìn)一步向周遭快速擴(kuò)散[2,4-5]。一般在電弧事故中，所產(chǎn)生的高熱量是嚴(yán)重爆燃事故的3～4倍，瞬時(shí)溫度可以高達(dá)13000 ℃左右[6-7]，燒傷是電弧事故中的主要危害[8]，其主要原因有：a)高熱量直接導(dǎo)致裸露皮膚燒傷；b)高熱量點(diǎn)燃可燃性衣物造成燒傷；c)高熱量和沖擊波共同導(dǎo)致阻燃服裝破裂，皮膚裸露產(chǎn)生燒傷；d)高熱量透過(guò)阻燃服裝，導(dǎo)致皮膚被燒傷[9]。嚴(yán)重的電弧燒傷常導(dǎo)致人員死亡，產(chǎn)生巨額的醫(yī)療費(fèi)[10-11]。根據(jù)美國(guó)芝加哥的CapSchell公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)每天都會(huì)發(fā)生5～10次電弧事故，導(dǎo)致每天有10～15名工作人員因電弧燒傷而住院，造成每天1～2人死亡[12]。中國(guó)僅南方電網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)的從業(yè)人員數(shù)就高達(dá)300萬(wàn)，此外中國(guó)電弧防護(hù)裝備水平遠(yuǎn)低于美國(guó)，因此中國(guó)因電弧事故造成的人員傷亡數(shù)可能遠(yuǎn)大于美國(guó)。Doan等[13]研究了40例電弧事故受害者的燒傷情況，結(jié)果表明：在服裝沒(méi)有被引燃的電弧事故中身體燒傷面積往往小于25%。根據(jù)美國(guó)燒傷協(xié)會(huì)不同年齡段電弧燒傷者生存率的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，身體燒傷面積小于25%的傷者生存率均高于90%，表明穿著電弧防護(hù)服可以有效提高生存率。

電弧事故難以預(yù)測(cè)，無(wú)法杜絕，而電弧防護(hù)用品作為人體的最后一道防線，可在電弧事故發(fā)生時(shí)為工作人員提供逃離的時(shí)間，可有效減少電弧事故中的人員傷亡[14-15]。因此，為保證電弧威脅中工作人員的安全，需根據(jù)作業(yè)環(huán)境和內(nèi)容配置電弧防護(hù)服[16-17]。早在20年前美國(guó)杜邦公司便開始電弧防護(hù)服的研究，在材料開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、標(biāo)準(zhǔn)制定等方面均處于領(lǐng)先地位[18]。中國(guó)目前電弧防護(hù)服的研究與開發(fā)多為模仿國(guó)外產(chǎn)品，存在電弧防護(hù)服功能性和舒適性差，對(duì)電弧防護(hù)面料的防護(hù)性能影響因素缺乏系統(tǒng)研究等問(wèn)題[19-20]。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文系統(tǒng)總結(jié)了電弧防護(hù)面料的性能參數(shù)等對(duì)防護(hù)性能的影響，為安全、高效的電弧防護(hù)服的開發(fā)和使用提供參考。

1 電弧防護(hù)面料及其防護(hù)性能參數(shù)

電弧防護(hù)服的主要材料為電弧防護(hù)面料，其主要的纖維原料有間位芳綸、對(duì)位芳綸、阻燃粘膠纖維、阻燃腈氯綸、阻燃棉、阻燃尼龍等[21]。國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)如：電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 320-2019《個(gè)人電弧防護(hù)用品通用技術(shù)要求》、美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM F1506-20a《暴露于火焰和電弧危害中工人穿著的阻燃和電弧防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)性能規(guī)范》和國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC61482-2-2018《帶電作業(yè)-電弧防護(hù)服-第2部分：要求》規(guī)定了面料的電弧防護(hù)、阻燃、機(jī)械等相關(guān)性能要求，其中電弧防護(hù)性能參數(shù)主要有兩個(gè)體系：

a)基于美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM F1959/F1959M-2014《確定服裝材料電弧等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》和國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61482-1-1-2019《帶電作業(yè)-電弧防護(hù)服-第1-1部分測(cè)試方法-方法1：利用開放電弧確定材料和防護(hù)服的電弧等級(jí)》的電弧熱防護(hù)性能值(ATPV)即入射的電弧能量有50%的可能導(dǎo)致熱能透過(guò)織物造成二度燒傷的能量值；破裂閾值(Ebt)即入射的電弧能量有50%的可能導(dǎo)致織物破裂的能量值。

b)基于國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61482-1-2-2019《帶電作業(yè)-電弧防護(hù)服-第1-2部分測(cè)試方法-方法2：通過(guò)使用受限和定向電弧確定材料和服裝的電弧防護(hù)等級(jí)》的1級(jí)和2級(jí)。該標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法為合格性檢測(cè)，1級(jí)指在電流4 kA、電壓400 V、放電時(shí)間0.5 s的定向電弧作用下，織物后皮膚不產(chǎn)生二度以上燒傷的防護(hù)水平；2級(jí)指在電流7 kA、電壓400 V、放電時(shí)間0.5 s的定向電弧作用下，織物后皮膚不產(chǎn)生二度以上燒傷的防護(hù)水平。

體系a)中電弧能量達(dá)到ATPV值和Ebt值均有50%的可能導(dǎo)致二級(jí)燒傷和面料破裂，而體系b)中達(dá)到1級(jí)和2級(jí)的防護(hù)面料在相應(yīng)的電弧作用下不發(fā)生二度燒傷，理論上說(shuō)體系b)的評(píng)價(jià)根據(jù)安全性。此外，體系a)可明確給出電弧防護(hù)面料量化的電弧防護(hù)值，而體系b)只能判斷面料是否合格，所以體系a)被認(rèn)為更加科學(xué)，得到了美洲、亞洲等大規(guī)模應(yīng)用。

影響電弧防護(hù)面料防護(hù)性能的因素較多，包括：纖維組成、厚度、透氣性、顏色、組織結(jié)構(gòu)等性能參數(shù)以及使用過(guò)程中沾染的汗液、油污、粉塵等，他們對(duì)電弧防護(hù)性能具有較大影響，研究電弧防護(hù)性能影響因素對(duì)提升電弧防護(hù)面料設(shè)計(jì)水平和使用水平具有重要意義。

2 織物結(jié)構(gòu)性能參數(shù)對(duì)電弧防護(hù)性能的影響

2.1 纖維組成對(duì)電弧防護(hù)性能的影響

中國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 320-2019《個(gè)人電弧防護(hù)用品通用技術(shù)要求》規(guī)定：電弧防護(hù)面料需采用本質(zhì)阻燃纖維原料制備。常使用的纖維原料有間位芳綸、對(duì)位芳綸、阻燃粘膠纖維、阻燃腈氯綸等。纖維原料對(duì)電弧防護(hù)性能影響尚未得到系統(tǒng)研究。Zhu等[22]以間位芳綸、阻燃粘膠纖維、對(duì)位芳綸和導(dǎo)電纖維為主要原料制備了混紡比為93/0/5/2、70/23/5/2、46/47/5/2和23/70/5/2，面密度為 180 g/m2的電弧防護(hù)面料，其ATPV值如圖1所示，隨著間位芳綸纖維增加ATPV值呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。朱雯等[23]選用14種電弧防護(hù)面料，對(duì)面料力學(xué)、阻燃和電弧防護(hù)性能進(jìn)行聚類分析，結(jié)果表明: 電弧防護(hù)性能與織物熱防護(hù)性能、斷裂強(qiáng)力及撕破強(qiáng)力相關(guān)性較大，以間位芳綸為主成分的面料力學(xué)性能較好。

圖1 不同混紡比間位芳綸/阻燃粘膠纖維/對(duì)位芳綸/導(dǎo)電纖維面料的ATPV值Fig.1 ATPV values of meta-aramid/flame-retardant viscose fiber/para-aramid/conductive fiber fabrics with different blending ratios

阻燃腈氯綸可以有效提高面料的電弧防護(hù)性能，目前美國(guó)DuPont公司ProteraTM電弧防護(hù)面料由阻燃腈氯綸、間位芳綸、對(duì)位芳綸、導(dǎo)電纖維按照混紡比65/28/5/2組成，具有良好的防護(hù)效果[24-25]。王濤等[26]制備了阻燃粘膠纖維與阻燃腈氯綸混紡比分別為0/100、20/80、40/60、60/40、80/20和100/0 6款平紋織物，阻燃性能測(cè)試結(jié)果表明：隨著阻燃腈氯綸混比的增加，陰燃時(shí)間呈增加趨勢(shì)?？偟膩?lái)說(shuō)，阻燃腈氯綸在電弧防護(hù)中具有良好表現(xiàn)，但是其強(qiáng)度較低且存在陰燃問(wèn)題，可能導(dǎo)致其摻入量過(guò)大時(shí)面料的阻燃性能和Ebt值不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。沈劍等[27]制備了阻燃腈氯綸/阻燃粘膠/第三纖維組分混紡比為48/37/15的電弧防護(hù)面料，研究了第三組分為間位芳綸、對(duì)位芳綸、聚酰亞胺和芳砜綸時(shí)面料的電弧防護(hù)性能，結(jié)果表明：第三組分為間位芳綸時(shí)ATPV值與面密度比值顯著低于第三組分為對(duì)位芳綸、聚酰亞胺和芳砜綸的面料。李凍等[28]探索了聚芳噁二唑(POD)纖維在電弧防護(hù)方面的應(yīng)用，研究表明：隨著POD纖維含量的增加，紗線斷裂強(qiáng)度和熱力損失率先降低后上升，斷裂伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)；當(dāng)POD纖維含量為20%時(shí)，混紡紗線斷裂強(qiáng)度和熱力損失率最低；但是并未測(cè)試當(dāng)POD纖維面料的電弧防護(hù)性能。

除上述本質(zhì)阻燃類電弧防護(hù)面料以外，棉纖維純紡或含棉纖維混紡的后阻燃整理類面料在國(guó)外市場(chǎng)也得到了廣泛的應(yīng)用。張生輝等[29]制備了2款阻燃腈氯綸、對(duì)位芳綸和間位芳綸混紡電弧防護(hù)面料和1款棉與錦綸混紡電弧防護(hù)面料，對(duì)比其性能發(fā)現(xiàn)：前2款面料強(qiáng)力性能優(yōu)異，符合中國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的要求，而后者撕破強(qiáng)力較低，達(dá)不到我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求，但可以達(dá)到美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 面密度對(duì)電弧防護(hù)性能的影響

面料的面密度對(duì)電弧防護(hù)性能影響較大。隨著面料面密度的增加，一方面織物的隔熱性能得到提升；另一方面面料對(duì)電弧產(chǎn)生的熾熱氣流阻擋作用也逐漸增強(qiáng)；這都能夠減少透過(guò)面料的熱量，從而提升其ATPV值[30]。此外，隨著面料面密度的增加，面料厚度增加，強(qiáng)度增強(qiáng)，使其產(chǎn)生破裂的Ebt值也能夠得到提升。李凍等[31]比較了2款原料組成為阻燃腈氯綸/間位芳綸/對(duì)位芳綸23/35/42，面密度分別為180 g/m2和230 g/m2的電弧防護(hù)面料性能，結(jié)果表明：后者的ATPV值比前者增加了42%。李俠等[32]測(cè)試了4種面密度為200～290 g/m2電弧防護(hù)面料的ATPV值、Ebt值等性能指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果如圖2所示，面料的面密度與其ATPV值呈正相關(guān)關(guān)系。Zhu等[22]以間位芳綸、阻燃粘膠纖維、對(duì)位芳綸、導(dǎo)電纖維為主要原料制備了混紡比為46/47/5/2，面密度分別為180、210、240和270 g/m2的電弧防護(hù)面料，其ATPV和Ebt與面密度之間關(guān)系如圖2所示，隨著面密度的增加，ATPV和Ebt均呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。

圖2 不同面密度間位芳綸/阻燃粘膠纖維/對(duì)位芳綸/導(dǎo)電纖維混紡面料的ATPV值和Ebt值Fig.2 ATPV value and Ebt value of different areal density meta-aramid/flame retardant viscose fiber/para-aramid/conductive fiber blended fabrics

2.3 組織結(jié)構(gòu)對(duì)電弧防護(hù)性能的影響

李俠等[33]研究了電弧爆燃對(duì)電弧防護(hù)面料的破壞機(jī)理，圖3為2種2/1斜紋組織電弧防護(hù)面料在不同能量電弧暴露后的表面及截面破壞情況圖。由圖3可見(jiàn)電弧對(duì)電弧防護(hù)面料的破壞首先發(fā)生在迎弧面的浮線處，為了減少電弧對(duì)經(jīng)紗或緯紗單一紗線的集中破壞，可采用經(jīng)緯紗浮線長(zhǎng)度差異較小的平紋、1/2斜紋和2/1斜紋組織，但是平紋組織面料撕裂強(qiáng)度低，所以1/2斜紋和2/1斜紋組織更加適用于電弧防護(hù)面料。由電弧防護(hù)面料截面圖可見(jiàn)，即使入射能量達(dá)到了面料的ATPV值(2種面料的c試樣入射能量均已達(dá)到ATPV值)，面料受損深度仍然較小，面料背面并未受顯著影響，因此可采用雙層組織增加面料的熱阻隔性能，提升其ATPV值。孫凱飛等[34]以阻燃粘膠為主體纖維，混入阻燃腈氯綸、間位芳綸、對(duì)位芳綸、聚酰亞胺等多種纖維，設(shè)計(jì)了2種單層和2種雙層電弧防護(hù)面料，測(cè)試了各試樣的ATPV值、Ebt值等性能指標(biāo)，結(jié)果表明：以阻燃粘膠、芳綸和導(dǎo)電纖維混紡紗制成的雙層組織結(jié)構(gòu)面料性能較理想，ATPV值和Ebt值顯著高于單層面料。杜邦公司[35]發(fā)明了1款結(jié)構(gòu)類似消防服外層面料的電弧防護(hù)面料，采用了雙層結(jié)構(gòu)，兩層之間相互連接形成了一系列袋狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)電弧熱暴露后，暴露面受熱收縮，袋狀結(jié)構(gòu)鼓脹形成隔熱層，具有良好的防護(hù)性能，與相同面密度2/1斜紋組織相比，ATPV值提高1倍。

圖3 電弧防護(hù)面料在不同能量電弧暴露后的表面及截面破壞情況圖Fig.3 Surface and cross-section morphology of arc protection fabrics exposed to arc with different energies

2.4 透氣性對(duì)電弧防護(hù)性能的影響

面料的透氣性和面密度存在顯著的相關(guān)關(guān)系，一般面密度越大面料的透氣性越小[36]，但是也存在特殊情況，如單層織物和雙層織物面密度相同時(shí)，雙層織物的透氣性顯著高于單層織物，涂層面料透氣性顯著低于普通面料，所以本文對(duì)透氣性的影響進(jìn)行單獨(dú)討論。透氣性和電弧防護(hù)性能之間具有直接關(guān)系，電弧爆燃產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，與相對(duì)靜態(tài)燃燒不同，沖擊波攜帶的高能熱空氣更容易透過(guò)面料產(chǎn)生燒傷，透過(guò)的熾熱氣體量越多，越容易導(dǎo)致燒傷，李躍等[37]利用高壓氣流模擬電弧爆燃產(chǎn)生的沖擊波，測(cè)試了沖擊氣流作用下透過(guò)面料的氣體體積，透過(guò)面料的氣體體積與ATPV值關(guān)系如圖4所示，由圖4可見(jiàn)10種電弧防護(hù)面料中有8種，隨著沖擊氣流作用下透氣量增加，面料的ATPV值減小。2個(gè)試樣不符合上述規(guī)律，其中1個(gè)為雙層組織，雖然面密度較大，但是組織結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，在氣流沖擊下透過(guò)氣體較多，但是其雙層結(jié)構(gòu)可有效降低熱傳導(dǎo)量，從而擁有較高電弧防護(hù)性能值；另一試樣與所得規(guī)律相偏離的原因尚不明，但是實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)只有10種面料，樣本數(shù)量仍有待提高。此外，隨著電弧的電流、電壓、產(chǎn)生方式等因素的變化，電弧能量傳輸也呈現(xiàn)不同方式，除對(duì)流熱以外輻射熱也是重要的熱傳輸方式，這也是上述模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生偏差的主要原因[38]。

圖4 電弧防護(hù)面料ATPV值與沖擊氣流作用下的透氣量之間關(guān)系Fig.4 Relationship between ATPV value of the arc protection fabric and air permeability under the impact of the airflow

除常規(guī)電弧防護(hù)面料以外，透氣性差的涂層或覆膜結(jié)構(gòu)電弧防護(hù)面料常用作電弧防護(hù)雨衣材料，在歐美國(guó)家也得到了應(yīng)用。該面料在破裂之前可有效防護(hù)對(duì)流熱。Doughty等[39]系統(tǒng)總結(jié)了美國(guó)電弧防護(hù)雨衣材料的演變過(guò)程，美國(guó)電力行業(yè)早期主要使用熔融基材(滌綸、尼龍織物)的PVC、氯丁橡膠、聚氨酯涂層面料，該類面料的Ebt值略微高于 5 cal/cm2；而目前美國(guó)電力行業(yè)基本都使用非熔融基材(對(duì)位芳綸織物最為常見(jiàn))雨衣，性能顯著優(yōu)于前者。Hoagland等[40]研究了氯丁橡膠/間位芳綸織物和PVC/間位芳綸和對(duì)位芳綸混紡織物等復(fù)合面料的電弧防護(hù)性能，結(jié)果表明復(fù)合面料比常規(guī)含有間位芳綸的電弧防護(hù)面料更具保護(hù)性，但成本也有所增加。

2.5 顏色對(duì)電弧防護(hù)性能的影響

2013年Arcwear公司[41]分析了35個(gè)原料為純棉和棉錦混紡(混紡比88/12、80/20、75/25)斜紋面料，對(duì)面料的ATPV值與面密度比值進(jìn)行比較，對(duì)比結(jié)果如圖5所示，表明顏色對(duì)電弧防護(hù)性能存在影響，總的趨勢(shì)為：黃色和橙色面料防護(hù)性能最低，海軍藍(lán)色面料防護(hù)性能最高，寶藍(lán)色、卡其色、灰色和淺灰色面料防護(hù)性能介于它們之間，靛藍(lán)色的牛仔斜紋布面密度較大，ATPV值與面密度比值與其他顏色偏差較大，但也呈現(xiàn)出較大值。該研究利用不同織物“ATPV值與面密度比值”進(jìn)行比較只是權(quán)宜之計(jì)，不同面密度的織物“ATPV值與面密度比值”是否具有可比性尚待研究。

○:88/12錦棉混紡，□:純棉，◇:80/20或75/25錦棉混紡；Y:黃色，O:橙色，N:海軍藍(lán)色，K:卡其色，G:灰色，RB:寶藍(lán)色，LG:江灰色，BD:深藍(lán)色，ID:靛藍(lán)牛仔布圖5 純棉和棉錦混紡面料的ATPV值與面密度比值Fig.5 Ratio of ATPV value to areal density of pure cotton and cotton-polyamide blended fabric

湯曉蘭等[42]采用相同的紡、織工藝制備相同規(guī)格的芳綸1414/芳綸1313/阻燃粘膠纖維混紡比為5/50/45，面密度為180 ～190 g/m2的4種混紡電弧防護(hù)面料，顏色分別為藏青、天藍(lán)、橙色和熒光黃。對(duì)其電弧防護(hù)性能的研究結(jié)果表明：面料顏色對(duì)電弧防護(hù)性能具有顯著影響，其中藏青色面料的電弧防護(hù)性能最好。上述研究都表明顏色對(duì)電弧防護(hù)性能存在影響，但是存在樣本較少的問(wèn)題，此外，顏色對(duì)電弧防護(hù)性能的影響機(jī)理尚不清晰。結(jié)合防電弧織物在紫外線作用下的性能變化相關(guān)研究結(jié)論[43-45]，可以認(rèn)為：“深色面料對(duì)電弧產(chǎn)生的熱輻射具有較高的吸收性能，快速吸收能量使得面料表面快速升溫，導(dǎo)致面料表面收縮緊密化、面料表面碳化變厚或纖維分解產(chǎn)生大量難燃?xì)怏w，這些變化可以消耗一部分能量，還可以阻止高熱沖擊氣流的滲透，所以可以提升電弧防護(hù)性能”。

3 汗液、油污、粉塵沾染對(duì)電弧防護(hù)性能的影響

電弧防護(hù)服不單單使用在電力領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于石化、采礦等領(lǐng)域，使用工況復(fù)雜，常沾染各種污染物。此外，電弧防護(hù)服在使用過(guò)程中難免沾染人體汗液，特別是在夏季的高溫天，大量的汗液很容易浸透防護(hù)服及其內(nèi)部棉或其他纖維素纖維內(nèi)衣。Klausing等[46]系統(tǒng)研究了汗液對(duì)電弧防護(hù)面料防護(hù)性能的影響，結(jié)果表明：面密度為267 g/m2的橙色棉/錦88/12電弧防護(hù)面料，吸收水分增重124%時(shí)ATPV值由10.4 cal/cm2下降到5.5 cal/cm2，而面密度為261 g/m2的海軍藍(lán)色棉/錦88/12電弧防護(hù)面料，吸收水分增重100%時(shí)ATPV值由8.7 cal/cm2增加到12 cal/cm2，二者呈現(xiàn)出完全相反的變化趨勢(shì)，研究者解釋后者的原因是顏色和水分的共同作用引起了ATPV值增加。Hoagland等[47]研究了模擬汗液(1%的氯化鈉水溶液)、柴油、齒輪油、液壓油、鈀粉、炭粉、干石灰、干水泥、泥漿、濕水泥等沾染物對(duì)電弧防護(hù)性能的影響，結(jié)果如圖6所示，潮濕沾染物降低電弧防護(hù)性能；干燥污染物影響較小。浸透了汗液的防護(hù)服及內(nèi)衣還容易在高于4160 V電壓作用下形成電弧通路，在防護(hù)服或內(nèi)衣下產(chǎn)生傷害巨大的“追蹤電弧”。Hoagland等[48]利用模擬實(shí)驗(yàn)在衣物內(nèi)部產(chǎn)生了“追蹤電弧”，這種電弧極易導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)齻?，然而含有大量模擬汗液的內(nèi)衣卻沒(méi)有出現(xiàn)燒焦破裂的現(xiàn)象，相對(duì)保存完整。主要原因是液體蒸發(fā)消耗了大量的熱量，導(dǎo)致內(nèi)衣未受到嚴(yán)重破壞。這種現(xiàn)象對(duì)電弧事故調(diào)查帶來(lái)了一定的困擾[49]?？偟膩?lái)說(shuō)汗液對(duì)面料電弧防護(hù)性能的影響可以總結(jié)為以下3點(diǎn)：a)汗液受熱后產(chǎn)生高溫蒸汽易導(dǎo)致燙傷，同時(shí)汗液往往導(dǎo)致織物的熱傳導(dǎo)率升高，透過(guò)織物的熱量增多從而導(dǎo)致燒傷；b)汗液受熱蒸發(fā)，可帶走部分熱量，從而減少透過(guò)織物的熱量；c)面料大量吸水后，棉、阻燃粘膠、天絲等纖維素纖維吸濕膨脹，面料緊度增加，對(duì)流熱更加難以穿透面料，也可能使透過(guò)織物的熱量減少。所以汗液對(duì)面料防護(hù)性能的影響是多角度，無(wú)法一概而論。

圖6 不同沾染物對(duì)電弧防護(hù)面料ATPV值的影響情況Fig.6 Influence of different contaminants on the ATPV value of arc protection fabrics

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文介紹了電弧防護(hù)性能參數(shù)，探討了纖維組成、厚度、織物組織結(jié)構(gòu)、透氣性、顏色等織物結(jié)構(gòu)性能參數(shù)和使用過(guò)程中沾染的汗液、油污、粉體等因素對(duì)電弧防護(hù)性的影響情況，得到如下結(jié)論：

a)纖維組成、面密度、織物組織結(jié)構(gòu)、透氣性、顏色對(duì)電弧防護(hù)性能具有顯著影響，間位芳綸和阻燃腈氯綸的使用可以提高ATPV值，但根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，并不能得到混紡比與ATPV值或Ebt值的確切關(guān)系；組成相同的電弧防護(hù)面料隨著面密度增加，ATPV值和Ebt值呈顯著增加趨勢(shì)；一般情況下隨織物的透氣性增加織物的ATPV值減小，不透氣的涂層面料具有更高的ATPV值；藏青色、海軍藍(lán)色等深色織物相對(duì)橙色、熒光黃等淺色織物具有較高的電弧防護(hù)性能。

b)使用過(guò)程中電弧防護(hù)服沾染的濕潤(rùn)污染物或汗液對(duì)電弧防護(hù)性能有負(fù)面影響，在高電壓電弧事故中易產(chǎn)生“追蹤電弧”，在不破壞或者輕度破壞內(nèi)衣和防護(hù)服的情況下，導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)齻?/p>

4.2 建議

根據(jù)本文的結(jié)論，對(duì)電弧防護(hù)織物的設(shè)計(jì)開發(fā)提出以下建議：

a)雙層織物較同面密度的單層織物可以在保證良好的透氣性的情況下，具有較高的ATPV值。2021年中國(guó)防電弧服新國(guó)標(biāo)《防護(hù)服裝 防電弧服》發(fā)布[50]，標(biāo)準(zhǔn)中提出了與美國(guó)消防協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 70E：2018《工作場(chǎng)所電氣安全標(biāo)準(zhǔn)》接軌的技術(shù)要求，由ATPV值和Ebt值雙達(dá)標(biāo)要求調(diào)整為ATPV值和Ebt值之間較小值達(dá)標(biāo)即可，這將有助于雙層電弧防護(hù)織物的開發(fā)應(yīng)用。

b)深色織物具有較好的防電弧性能；1/2斜紋和2/1斜紋組織可減少電弧對(duì)經(jīng)紗或緯紗單一紗線的集中破壞；若使用單位對(duì)織物顏色和織物組織無(wú)特殊要求時(shí)，可以優(yōu)先推薦深色的1/2斜紋和2/1斜紋電弧防護(hù)織物。

c)應(yīng)積極開發(fā)單向?qū)裾砑夹g(shù)，賦予內(nèi)衣及防護(hù)服單向?qū)裥阅?，盡量把汗液導(dǎo)流至外部，或在面料表面構(gòu)建超疏水結(jié)構(gòu)，減少污染物的附著，從而提高其使用水平。