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        沖擊氣流作用下防電弧面料透氣量與ATPV關(guān)系研究

        2021-09-27 08:42:54孫茂軍吳元方孫啟龍
        紡織報告 2021年8期
        關(guān)鍵詞:透氣電弧沖擊波

        李 躍,孫茂軍,陳 強(qiáng),吳元方,孫啟龍,王 茹

        (1.海寧昱品環(huán)保材料有限公司,浙江 海寧 314400;2.南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,江蘇 南通 226019)

        電弧爆燃會產(chǎn)生巨大熱量,極易點(diǎn)燃衣物,對皮膚造成熱灼傷。因此,電力工人在超過200 V電壓下作業(yè)時[1],要使用電弧防護(hù)裝備[2]。防電弧服比普通阻燃防護(hù)服更能抵御電弧爆燃的高熱和沖擊波,減少對人身的傷害[3]。因此,對防電弧面料的研發(fā)具有重要意義。

        電弧的形成一般可分為4個階段[4]:壓縮階段、膨脹階段、排放階段和熱效應(yīng)階段。與靜態(tài)燃燒不同,電弧爆燃會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波,而沖擊波攜帶的高能熱空氣更容易透過織物,對人體造成灼傷。因此,研究電弧爆燃時透過防電弧面料的氣體量十分重要。

        在電弧防護(hù)性能測試方面,美國和歐洲早已制定了防電弧紡織材料測試標(biāo)準(zhǔn),例如ASTM F1959/F1959M[5]、NFPA 70E[6]、IEEE 1854[7]等。加拿大和西班牙也建立了比較完備的電弧防護(hù)性能測試實驗室。國內(nèi)尚沒有建立電弧防護(hù)性能測試機(jī)構(gòu),也缺少相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)與配備規(guī)范,對我國防電弧面料的開發(fā)已經(jīng)形成了阻礙。

        電弧熱性能值(Arc Thermal Performance Value,ATPV)是指入射到單位面積上的能量有50%的可能性使足夠的熱量穿透材料引起二度燒傷的最小能量值[8],是防電弧面料的重要性能指標(biāo)。ATPV越大,電弧防護(hù)性能越好。本研究旨在得到防電弧面料防護(hù)性能的間接評價方法,自制了電弧爆燃沖擊波模擬裝置,研究了不同ATPV的防電弧面料在沖擊氣流作用下透過氣體量之間的關(guān)系。

        1 實驗

        1.1 實驗裝置

        模擬電弧沖擊波實驗裝置包括氣流發(fā)生裝置、試樣固定裝置和氣體收集裝置(圖1),氣流發(fā)生裝置包括儲氣罐,儲氣罐上裝有壓力表、進(jìn)氣閥、出氣閥和沖擊氣流出口;試樣固定裝置包括基座、橡膠墊和壓板,橡膠墊與壓板留有中心孔,測試樣品位于橡膠墊與壓板之間;氣體收集裝置由單向閥和氣體收集軟袋構(gòu)成,采用排液法測試透過氣體量。

        圖1 模擬電弧沖擊波實驗裝置

        1.2 實驗方法

        進(jìn)行電弧防護(hù)性能測試時,需要洗滌3次預(yù)處理,所以本實驗先將7種防電弧面料洗滌3次后,切制成8 cm×8 cm,每種面料各剪3塊,10種試樣的詳細(xì)信息如表1所示。

        表1 防電弧面料的性能指標(biāo)

        將試樣固定于壓板和橡膠墊之間,打開氣泵和進(jìn)氣閥,向儲氣罐內(nèi)注入氣體,當(dāng)壓力表的指針指到4 bar(大約為電弧爆炸產(chǎn)生的壓力)時,停止注氣,確認(rèn)單向閥為打開狀態(tài)且氣體收集軟袋里的空氣被排凈后,迅速按動出氣閥,使高壓沖擊氣流沖向試樣,進(jìn)入氣體收集軟袋內(nèi),立即關(guān)閉氣體收集裝置的單向閥,防止氣體回流;取下氣體收集軟袋,將其連接到測量裝置的導(dǎo)管上,將軟管伸入倒置的量筒中,打開單向閥,擠壓氣體收集軟袋,將袋內(nèi)的氣體壓入量筒中,當(dāng)氣體排凈后取出量筒中的軟管,讀取量筒上的數(shù)據(jù)并記錄。

        2 結(jié)果與分析

        根據(jù)表1和測試結(jié)果進(jìn)行繪圖,得出防電弧面料在沖擊氣流作用下的透氣量與ATPV之間的關(guān)系,如圖2所示。

        圖2 沖擊氣流作用下的透氣量與ATPV之間的關(guān)系

        從圖2可以看出,在10種防電弧面料中,有8種ATPV與沖擊氣流作用下的透氣量呈近似負(fù)線性關(guān)系。隨著防電弧面料在沖擊氣流作用下的透氣量減小,防護(hù)面料的ATPV呈上升趨勢。其中,試樣8為雙層組織,雖然面密度較大,但是組織結(jié)構(gòu)相對松散,在氣流沖擊下透過氣體較多,但是其雙層結(jié)構(gòu)可有效減少熱傳導(dǎo)量,從而擁有較高的電弧防護(hù)性能值。試樣9與所得規(guī)律偏離的原因尚不明確,有待進(jìn)一步研究。實驗樣本數(shù)量還不足,目前可以得到的結(jié)論是:在本實驗中,80%的防電弧面料符合“高壓沖擊氣流作用下的透氣量越小,ATPV越大”的規(guī)律。

        3 結(jié)語

        本課題通過模擬電弧爆燃沖擊波,研究了防電弧面料在沖擊氣流作用下的透氣量與ATPV之間的關(guān)系,10種面料中有8種滿足“高壓沖擊氣流作用下的透氣量越小,ATPV越大”的特征,有助于電弧防護(hù)性能的間接評價,缺點(diǎn)是實驗樣本數(shù)不足。

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