阻燃防护服是指极限氧指数(LOD)大于25%的服装,在直接接触火焰及炙热的物体或与瞬间高强热辐射时,这种服装能够减缓火焰的蔓延,使衣物碳化形成隔离层而保护人体安全。阻燃防护服通常由天然阻燃纤维,添加型改性阻燃纤维或经暂时性、半耐久型阻燃剂整理的织物构成。
高性能耐高温阻燃防护服则是指采用天然阻燃纤维加工而成的特种阻燃防护服。该防护服具有永久的防火隔热功能,在遇火及高温下不会产生融滴,始终能保持足够的强度和服用性能,面料尺寸稳定,不会强烈收缩或破裂,具有耐磨损、抗撕裂、重量轻和穿着舒适等综合特性。
一、阻燃隔热防护服的性能要求
总体来说,阻燃隔热防护服必须具备以下性能:
1. 耐热性能
大火可以使温度在几分钟内升至600℃。即使在未直接失火的房间内温度也有300℃左右,可以熔化塑料的高温足以置人于死地。热防护服主要用于高温作业,须在高温下保持自身所具有的各项物理力学性能,不发生收缩、熔融和脆性碳化。
2.阻燃性能
阻燃性是指织物遇到特别高温或火焰时难燃或不燃;织物着火时能遏制燃烧蔓延,并且火源一旦撤离能立即自行熄灭。火灾中,最严重的烧伤往往发生于人们衣服着火的部位,所以隔热服的阻燃性能是非常重要的。在隔热防护服的使用过程种,一般是织物的某一面去迎接火焰,而内侧则很少接触火焰,这就要求隔热服织物具备抵抗火焰从一侧烧透到另一侧的性能,所以还需考虑织物对火焰的烧透性能。
3.隔热性
在隔热防护服的实际使用中,大多数使用者并不直接接触火焰,而外界热量以热对流、热辐射、热传导形式传递给人体,对人体造成伤害。隔热服必须具备较好的减缓和组织热量传递的性能,避免热源对人体造成伤害。热防护服必须具备较好的减缓和阻止热量传递的性能,避免热源对人体造成伤害,给高温环境下工作的隔热服使用者提供良好的安全防护。隔热服的隔热性,不仅与隔热防护服纤维原料的导热性有关,更于服装的设计、服装面料、衬料、里料的结构有很大关系。
4.防液体透过性
它是指隔热防护服具有的阻止高温水、油、溶剂或其他液体通过服装纤维材料、织物内孔隙、服装接缝处、针孔的性能。隔热防护服防液体透过性能与服装用纤维材料性质、织物结构及服装结构有关。
5.服用性能和穿着舒适性
隔热防护服除了具备热防护性能外,还必须具有良好的服用性能和穿着舒适性,如具有一定的拉伸强度、撕破强度、耐磨性、染色牢固度和耐洗性,还应有一定的热湿传递能力,以利于人体热量散失和汗蒸发,具有较低的生理负荷。
此外,隔热防护服还要求质量轻、穿脱方便、结构宽松,对跑、爬、跳等动作没有限制,不易引起钩挂,在容易受伤的部位采取加强措施,满足协调性和舒适性的要求,提高工作效率。
耐高温隔热防护服的基本组成
美国消防安全协会(nfpa)的规范 MFPA—1971与欧洲标准规范EN-469,均要求隔热防护服必须由四层组成,即防火外层、防水透湿层、隔热防火层、防火内层。通过黏结的办法把具有各种功能的材料结合在一起,使隔热防护服成为阻燃、透湿、防水等多功能的载体,提供全方位的保护。
(1) 防火外层(The Outer Shell Fabric) 。阻燃防火层为隔热防护服的最外一层,它直接与火源、热源相接触。在应用中会受到各种磨损、钩挂作用,因此要求外层具有永久阻燃防火性能,包括防止直接灼烧的热传导性能和防辐射热的渗透性能,同时还要有足够的强力和耐撕裂能力。常采用耐高温阻燃纤维来制作防火外层,包括改性阻燃纤维和本质型耐高温阻燃纤维。欧美等国的隔热服的防火外层主要采用芳纶,杜邦研发的 Nomex RⅢA面料含Nomex R、Kevlar R纤维和P-140防静电纤维,使防护服具有优异的阻燃性、热防护性和防静电性能。芳砜纶的开发成功改变了我国耐高温产品依赖进口的局面。由于芳砜纶没有熔点,而且分解温度在400℃以上,不熔融,不收缩或仅呈微小收缩,所以很适合单独使用或与其他纤维混纺用作防火外层。由于本质型耐高温阻燃纤维的合成工艺复杂、技术难度大、成本高,世界上能够生产这些纤维的国家不多。因此在阻燃和耐高温要求不高的场合,大量应用各种阻燃整理纺织品和阻燃改性纤维。应用量较大的阻燃改性合成纤维有阻燃涤纶、阻燃锦纶、阻燃腈纶和阻燃黏胶纤维等,天然纤维有阻燃棉纤维、阻燃羊毛纤维等。
(2) 防水透湿层。在外层下面有防水层,用于防止水、腐蚀性液体等进入,同时排除人体湿气。过去通常采用氯丁橡胶涂层织物,现在采用聚四氟乙烯微孔薄膜(简称为PTFE),可以既防水又透气,以防止在身体与隔热防护服之间产生热压。我国的97式消防战斗防护服就采用了这种材料。专利CN 101001547A 中公开的美国杜邦公司的一种用于消防员的防护服,其透气防潮层为厚度12~250µm的四氟乙烯基聚合物。复合OSHAFire Brigades Standard 材料主要有:氯丁橡胶涂层芳香族聚酞胺织物,戈尔特克(GorerexTM)织物,戈尔特克斯加氯丁橡胶涂层织物,涤、棉氯丁橡胶涂层织物等。
(3) 防水隔热层(The Thermal Barrier Fabric)。隔热层是处于隔热防护服面料的中间层,用于防止热量的传入,以提高消防人员或高温作业人员的耐受时间。所以隔热层材料要有良好的隔热、防辐射热性能和良好的透湿性能。一般选用服用性能较好的永久性阻燃短纤维做成薄型毡类非织造布,如100%防水阻燃羊毛、芳香族聚酰胺的针刺织物及芳香族聚酰胺的非织造絮垫。美国军用军用材料开发机构(AMDRC)的陆军军部提出了两种绝热材料:43%涤纶短纤维和57%聚烯烃微细纤维:100%涤纶的树脂固定(Resin.Stabilized)絮垫 [37]。杜邦公司用水射流喷网法生产的Nomex和Kevlar纤维混合非织造不Sontara 可以用作服装的热绝缘层,由于其体积的蓬松性和静止空气的绝缘特性,使其比同样面密度的机织材料增加50%~100%的热防护性能,可以用较低的重量获得同等或较高的热防护性能。
(4) 防火内层(The Inner Layer)。防火内层要求柔软舒适,有良好的吸湿透湿性能,在阻燃防护服中加入衬里层主要是从舒适性的角度进行考虑,可以防止外层织物与人体直接接触而产生刺痒感,而且若该层选材合理,还可以达到良好的排汗效果,使工作人员在穿着隔热防护服时更加舒适。
美国、日本、西欧等国家先后开发出了芳香聚酰胺、PAN、PPS、PBA、三聚氰胺(MF)等阻燃性优良的阻燃纤维。其中由美国杜邦公司发明并工业化生产的 NomexⅢA 纤维是目前全世界使用最普遍的阻燃防护服材料。这类新型防护服不仅作为特种军服使用,还被广泛用作各类宇航服、消防服、警用防暴服、赛车服、石油化工防火工作服等。