國(guó)內(nèi)外防電弧織物標(biāo)準(zhǔn)研究

2021-07-19 10:45:22孫啟龍孫茂軍丁健梅張成蛟

棉紡織技術(shù) 2021年7期

孫啟龍孫茂軍丁健梅唐虹張成蛟

（安全防護(hù)用特種纖維復(fù)合材料研發(fā)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇南通，226019）

1 電弧的危害

電弧實(shí)質(zhì)是一種氣體放電現(xiàn)象。當(dāng)電壓超過(guò)空氣（絕緣介質(zhì)）的擊穿電壓時(shí)，空氣被電離，形成等離子體，同時(shí)瞬間釋放出巨大能量。電弧的危害主要有三種表現(xiàn)。一種是熱效應(yīng)：電弧瞬間放電產(chǎn)生巨大的焦耳熱，電弧核心溫度可超過(guò)10 000℃，電弧通道周圍空氣被瞬間加熱后體積迅速膨脹，形成高熱氣流，其中包含金屬電極的熔融飛濺物，可直接造成裸露皮膚的嚴(yán)重灼傷，或者點(diǎn)燃可燃性衣物，抑或?qū)е聹炀]、錦綸等衣物熔融黏附于皮膚，造成嚴(yán)重?zé)齻?。因此，熱效?yīng)是電弧危害的主要表現(xiàn)。另一種是沖擊波效應(yīng)：電弧放電在電弧通道內(nèi)釋放巨大的焦耳熱，使電弧通道以超音速向外膨脹、擠壓電弧通道周圍的氣體，產(chǎn)生沖擊波，沖擊波超壓可導(dǎo)致人員鼓膜充血或者造成聽覺(jué)傷害，劇烈的沖擊波可直接導(dǎo)致人體內(nèi)臟器官損傷。在通常的電弧事故中沖擊波超壓相對(duì)較小，不是主要傷害。最后一種是強(qiáng)紫外效應(yīng)：電弧熱效應(yīng)導(dǎo)致氣體、金屬等原子發(fā)生能級(jí)躍遷，釋放出各種頻段的電磁波，其中含有大量的紫外線；紫外線穿透性能較差，只要皮膚表面衣物不破裂，即可形成有效防護(hù)。

電弧事故難以預(yù)測(cè)，且電弧事故常造成重大的人身傷害［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，法國(guó)電氣事故平均每年125起，其中電弧事故占77%，造成永久殘疾占21%，死亡事件30起，住院治療達(dá)153人次，非住院治療34人次。防電弧服可以有效降低電弧事故對(duì)人體造成的傷害，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用［2］。隨著社會(huì)的發(fā)展和安全意識(shí)的提高，電弧防護(hù)用品在我國(guó)也逐漸得到了應(yīng)用。

2 防電弧織物的開發(fā)現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求

2.1 防電弧織物的開發(fā)現(xiàn)狀

對(duì)防電弧織物有以下要求：具有良好的阻燃性能，在電弧熱效應(yīng)作用下不被點(diǎn)燃；具有良好的隔熱性能，較大的緊度可以減少熾熱空氣的透過(guò)，較大的厚度和多層結(jié)構(gòu)可以減少熱量的傳導(dǎo)，提升面料的隔熱性能；在熱流沖擊作用下不產(chǎn)生破裂，否則易導(dǎo)致電弧防護(hù)失效。

防電弧織物破裂緣于三個(gè)方面：織物受熱碳化后強(qiáng)度下降；沖擊波的超壓作用對(duì)織物進(jìn)行破壞；織物在高熱作用下產(chǎn)生劇烈熱收縮，形成內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致織物損傷。

國(guó)內(nèi)一般采用具有永久阻燃性能的原料制備防電弧織物，通常采用間位芳綸、對(duì)位芳綸、聚酰亞胺纖維、阻燃腈氯綸、阻燃粘膠、導(dǎo)電纖維等混紡制備。間位芳綸阻燃性能較好，受電弧熱流作用后迅速收縮碳化，產(chǎn)生較厚的碳化層，具有良好的隔熱性能；同時(shí)纖維具有較高的強(qiáng)度，摻量較大時(shí)可以提高織物的整體強(qiáng)力，從而保證織物在電弧熱流沖擊作用下不破裂。對(duì)位芳綸強(qiáng)度高，熱收縮率小，少量對(duì)位芳綸的摻入對(duì)織物力學(xué)性能影響不大，但是可以作為“骨架材料”，提高織物的高溫尺寸穩(wěn)定性。阻燃腈氯綸阻燃性能良好，纖維價(jià)格低，在電弧熱流沖擊作用下產(chǎn)生大量不燃?xì)怏w，可對(duì)電弧熱流產(chǎn)生“對(duì)沖”作用，從而對(duì)電弧熱進(jìn)行有效防護(hù)。阻燃粘膠吸濕性能好，可大幅度提高織物的舒適性能；導(dǎo)電纖維可以增強(qiáng)織物的防靜電性能，解決間位芳綸、對(duì)位芳綸等易產(chǎn)生靜電的問(wèn)題。

除永久阻燃防電弧織物以外，國(guó)外也大量采用阻燃棉、阻燃錦綸的混紡防電弧織物。純紡的阻燃棉和阻燃錦綸織物在高熱作用下分別表現(xiàn)為表面迅速碳化和表面迅速熔融，在厚度制約下難以形成有效的電弧防護(hù)，然而阻燃棉、阻燃錦綸的混紡織物在電弧高熱作用下形成碳和熔融錦綸混合物，可以保證混紡織物在高熱作用下仍具有一定強(qiáng)度，不至于破裂。但是與上述永久阻燃防電弧織物相比，同樣防護(hù)等級(jí)的阻燃棉、阻燃錦綸混紡防電弧織物更厚，但具有更低的價(jià)格，更有利于防電弧產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。

另外，防電弧織物還包括防電弧雨衣織物，通常由防電弧織物經(jīng)PVC、PU涂層處理或與PU等防水透氣膜復(fù)合而成。除防電弧性能以外，還具有防水、透濕、防風(fēng)等性能，而且經(jīng)涂層和覆膜后織物的防電弧性能較原織物得到顯著提高，在國(guó)外市場(chǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2 國(guó)內(nèi)外防電弧織物標(biāo)準(zhǔn)要求

我國(guó)防電弧織物的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)只有DL/T 320—2019《個(gè)人電弧防護(hù)用品通用技術(shù)要求》（以下簡(jiǎn)稱DL/T 320—2019）［3］。該標(biāo)準(zhǔn)既規(guī)定了電弧危害評(píng)估方法和電弧防護(hù)用品的選配方法，還對(duì)防電弧服、防電弧手套、防電弧面罩等提出了技術(shù)要求，其中對(duì)防電弧服織物的阻燃性能、高溫尺寸穩(wěn)定性能、機(jī)械性能和電弧防護(hù)性等提出了具體要求。

在國(guó) 外，NFPA 70E—2018《Standard for Electrical Safety in the Workplace》（以下簡(jiǎn)稱NF?PA 70E—2018）詳細(xì)描述了電弧危害評(píng)估方法和電弧防護(hù)用品的選配方法，而防電弧服織物阻燃、機(jī)械等相關(guān)性能要求則由ASTM F1506?20—2020《Standard Performance Specification for Flame Resistant and Electric Arc Rated Protective Clothing Worn by Workers Exposed to Flames and Electric Arcs》以下簡(jiǎn)稱（ASTM F1506?20—2020）和IEC 61482?2—2018《Live Working Pro?tective Clothing against the Thermal Hazards of An Electric Arc Part 2：Requirements》（以下簡(jiǎn)稱IEC 61482?2—2018）進(jìn)行了描述。此外，ASTM F1891—2019《Standard Specification for Arc and Flame Resistant Rainwear》（以下簡(jiǎn) 稱ASTM F1891—2019）規(guī)定防電弧雨衣面料的技術(shù)要求［4?7］。

DL/T 320—2019配置原則：可能面臨電弧能量大于6 cal/cm2的人員或進(jìn)入可能有電弧危害區(qū)域的人員；防護(hù)織物分4級(jí)，1級(jí)（6 cal/cm240 cal/cm2，Ebt>40 cal/cm2，單位面積質(zhì)量≤600 g/m2）。

NFPA 70E—2018配置原則：可能暴露在入射能量大于1.2 cal/cm2的電弧危害中的人員；防護(hù)織物分4級(jí)，1級(jí)：4 cal/cm2≤A T P V和Ebt兩者之間較小值<8 cal/cm2；2級(jí)：8 cal/cm2≤A T P V和Ebt兩者之間較小值<25 cal/cm2；3級(jí)：25 cal/cm2≤A T P V和Ebt兩者之間較小值<40 cal/cm2；4級(jí)：A T P V和Ebt兩者之間較小值≥40 cal/cm2。

DL/T 320—2019對(duì)單層防護(hù)織物性能要求。洗前阻燃性能要求：損毀長(zhǎng)度≤100 mm，續(xù)燃時(shí)間≤2 s，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5455—2014《紡織品燃燒性能垂直方向損毀長(zhǎng)度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》。洗后阻燃性能要求：按照GB/T 17595—1998《紡織品織物燃燒試驗(yàn)前的家庭洗滌程序》洗滌?烘干100次后，損毀長(zhǎng)度≤100 mm，續(xù)燃時(shí)間≤2 s（同時(shí)要求應(yīng)采用本質(zhì)阻燃材料）。對(duì)斷裂強(qiáng)力的要求：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量≤200 g/m2，斷裂強(qiáng)力300 N；200 g/m2<單位面積質(zhì)量≤290 g/m2，斷裂強(qiáng)力450 N；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3923.2—2013《紡織品織物拉伸性能第2部分：斷裂強(qiáng)力的測(cè)定（抓樣法）》。對(duì)撕破強(qiáng)力的要求：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量≤200 g/m2，撕破強(qiáng)力25 N；200 g/m2<單位面積質(zhì)量≤290 g/m2，撕破強(qiáng)力40 N；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3917.3—2009《紡織品織物撕破性能第3部分梯形試樣撕破強(qiáng)力的測(cè)定》。對(duì)耐磨性能的要求：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量≤200 g/m2，耐磨性能300圈；200 g/m2<單位面積質(zhì)量≤290 g/m2，耐磨性能400圈；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30314—2013《橡膠或塑料涂覆織物耐磨性的測(cè)定泰伯法》。高溫尺寸穩(wěn)定性≤10%，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GA10—2014《消防員滅火防護(hù)服》。洗滌尺寸穩(wěn)定性在±2.5%以內(nèi)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8630—2013《紡織品洗滌和干燥后尺寸變化的測(cè)定》。

ASTM F1506?20—2020對(duì)單層防護(hù)織物性能要求。洗前阻燃性能要求：損毀長(zhǎng)度≤152 mm，續(xù)燃時(shí)間≤2 s，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D6413—2008《Standard Test Method for Flame Resistance of Textiles（Vertical Test）》。洗后阻燃性能要求：按照AATCC 135—2018《Dimensional Changes of Fabrics after Home Laundering》洗滌?烘干25次后損毀長(zhǎng)度≤152 mm，續(xù)燃時(shí)間≤2 s。對(duì)斷裂強(qiáng)力的要求：101 g/m2≤單位面積質(zhì)量≤200 g/m2，斷裂強(qiáng)力134 N；201 g/m2≤單位面積質(zhì)量≤290 g/m2，斷裂強(qiáng)力179 N；單位面積質(zhì)量≥291 g/m2，斷裂強(qiáng)力223 N，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D5034—2009《Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Fabrics（Grab Test）》。對(duì)撕破強(qiáng)力的要求：101 g/m2≤單位面積質(zhì)量≤200 g/m2，撕破強(qiáng)力11 N；201 g/m2≤單位面積質(zhì)量≤290 g/m2，斷裂強(qiáng)力18 N；單位面積質(zhì)量≥291 g/m2，撕破強(qiáng)力22 N，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D1424—2019《Standard Test Method for Tearing Strength of Fabrics by Falling Pendulum（Elmendorf Type）Apparatus》。洗滌尺寸穩(wěn)定性≤3%，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)AATCC 135—2018《Dimension?al Changes of Fabrics after Home Laundering》。

IEC 61482?2—2018對(duì)單層防護(hù)織物性能要求。阻燃性能要求：洗滌?烘干5次后，不能燃燒至頂部或任意邊緣，無(wú)破洞形成，無(wú)燃燒或熔融滴落物，陰燃時(shí)間≤2 s，續(xù)燃時(shí)間≤2 s，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO 15025—2000《Protective Clothing Protection against Heat and Flame Method of Test for Limit?ed Flame Spread》。對(duì)斷裂強(qiáng)力的要求：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量≤220 g/m2，斷裂強(qiáng)力250 N；單位面積質(zhì)量>220 g/m2，斷裂強(qiáng)力400 N；測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO 13934?1—2013《Textiles Tensile Properties of Fabrics Part1：Determination of Maximum Force and Elongation at Maximum Force Using the Strip Method》。對(duì)撕破強(qiáng)力的要求：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量≤220 g/m2，撕破強(qiáng)力10 N；單位面積質(zhì)量>220 g/m2，撕破強(qiáng)力15 N，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO 13937?2—2000《Textiles Tear Properties of Fabrics Part 2：Determination of Tear Force of Trouser Shaped Test Specimens（Single Tear Method）》。高溫尺寸穩(wěn)定性≤5%，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO 17493—2016《Clothing and Equipment for Protection against Heat Test Method for Convective Heat Resistance Using a Hot Air Circulating Oven》。洗滌尺寸穩(wěn)定性在±3%，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ISO 5077—2007《Tex?tiles Determination of Dimensional Change in Washing and Drying》。

從以上標(biāo)準(zhǔn)的性能要求可以看出，國(guó)外對(duì)防電弧紡織品的使用要求更加嚴(yán)格，可能暴露在入射能量大于1.2 cal/cm2的電弧危害中的人員都需要配置防電弧服裝，而國(guó)內(nèi)則要求可能面臨電弧能量大于6 cal/cm2的人員或進(jìn)入可能有電弧危害區(qū)域的人員配置防電弧服裝。同時(shí)，國(guó)內(nèi)對(duì)防電弧織物的防護(hù)級(jí)別劃分要求與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)存在明顯不同，國(guó)外只對(duì)織物的A T P V和Ebt之間的較小值進(jìn)行要求，而國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)A T P V、Ebt和單位面積質(zhì)量同時(shí)做出了嚴(yán)格的要求，且明顯高于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)。雖然測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)略有不同，但還是可以看出國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)防電弧織物阻燃性能、力學(xué)性能、洗滌尺寸穩(wěn)定性等的要求顯著高于國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)；國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)還要求防電弧織物采用本質(zhì)阻燃材料，而國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)則沒(méi)有相關(guān)要求。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品必須采用間位芳綸、對(duì)位芳綸等價(jià)格較高的纖維原料，而國(guó)外則出現(xiàn)了阻燃棉、阻燃錦綸混紡織物、PVC涂層阻燃棉、阻燃腈氯綸面料等性價(jià)比較高的產(chǎn)品。