韓 泉，王 瑾，夏燕茂

（1.江蘇奧神新材料股份有限公司，江蘇 連云港 222000；2.江蘇省灌云中等專業(yè)學校，江蘇 連云港 222000）

消防員滅火防護服是保障消防員在消防救援中免受灼傷和高溫傷害的重要裝備之一。作為消防員的最后一道安全防護，消防員滅火防護服的作用至關(guān)重要，其材料選擇、款型設計評價方法也隨著時代發(fā)展和科技進步而不斷改進和提高。本研究基于燃燒假人試驗的測試方法，客觀、全面地評價一種新的高性能纖維—甲綸聚酰亞胺纖維在滅火防護服中的應用優(yōu)勢。

1 聚酰亞胺材料介紹

1.1 甲綸聚酰亞胺纖維介紹

聚酰亞胺是分子主鏈上含有酰亞胺基團的一類高分子聚合物，是綜合性能最佳的有機高分子材料之一。甲綸Suplon?是江蘇奧神新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚酰亞胺纖維，采用全球首創(chuàng)干法紡絲聚酰亞胺纖維生產(chǎn)工藝，原液著色，品質(zhì)優(yōu)異，生產(chǎn)高效，過程環(huán)保，極限氧指數(shù)高達38%，屬于不燃材料；耐高低溫，5%失重溫度高達570 ℃；耐候性能極好，紫外輻射不褪色、不衰減，適用于滅火防護服及其他阻燃防護紡織品[1]。

1.2 滅火防護服的主要材料

消防員滅火防護服一般由4層面料組成，分別為防火層（外層）、防水透氣層、隔熱層和舒適層。外層的主要功能是防火阻燃；防水透氣層用于防止外部液體滲入內(nèi)部，同時能將人體產(chǎn)生的熱氣排出；隔熱層的主要作用是隔離體外高溫熱傳導和熱輻射；舒適層舒適柔軟且有吸濕排汗的功能。目前，為了減重，也可以選擇3層結(jié)構(gòu)，就是將防水透氣層和隔熱層組合為一層。

國際上的消防員滅火防護服面料主要由高性能纖維材料制成，包括間位芳綸纖維、對位芳綸纖維、PBI纖維、PBO纖維等。近年來，我國的消防員滅火防護服材料也由后整理阻燃棉逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉季]纖維、PBI纖維等。一些企業(yè)開始研發(fā)、推廣聚酰亞胺纖維在滅火防護服及其他消防裝備中的應用并取得了一定的進展。

1.3 甲綸聚酰亞胺面料在滅火防護服中的應用

本研究選用的滅火防護服面料是基于甲綸聚酰亞胺纖維開發(fā)的4層面料，分別是外層面料（采用原液著色甲綸聚酰亞胺纖維的雙層復合面料）、防水透氣層（采用甲綸聚酰亞胺纖維水刺無紡布覆PTFE膜）、隔熱層（采用甲綸聚酰亞胺纖維水刺無紡布）、舒適層（采用甲綸聚酰亞胺纖維混紡面料），結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

圖1 甲綸聚酰亞胺纖維混紡面料結(jié)構(gòu)示意

2 燃燒假人試驗

2.1 主要評價方法

全面、客觀地測試和評價滅火防護服的熱防護性能是促進滅火防護服發(fā)展的一個重要基礎(chǔ)。目前，消防服裝的性能評價可分為織物性能測評和服裝整體性能評價兩方面，織物性能評價有熱防護性能（Thermal Protective Performance，TPP）法、輻射熱防護性能（Radiant Protective Performance，RPP）法和熱蓄積測試服（Stored Energy Tester，SET），通常以人體皮膚達到二度燒傷的時間為標準。服裝整體評價包括防護性和舒適工效性評價，其中，燃燒假人是當前公認的能客觀、全面地評估服裝整體熱防護性能的專用設備，利用燃燒假人模擬滅火防護服在實際火場中的穿著狀況，通過模擬熱流量、燃燒時間和火焰分布，預測人體皮膚達到二度和三度燒傷的部位和程度，對服裝的整體熱防護性能進行評價[3]。

2.2 對比測試

本研究在4層面料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行研究分析，測試選擇的滅火防護服由同一廠家生產(chǎn)，同一款式，不同面料，分別為甲綸聚酰亞胺4層面料和某型號芳綸4層面料。在XF 10—2014《消防員滅火防護服》[4]行業(yè)標準條件下測試，甲綸滅火防護服的TPP值為40.2，測試用芳綸滅火防護服TPP值為41.0。TPP測試結(jié)果相近，但芳綸滅火防護服略高。燃燒假人試驗的測試標準為BS EN ISO 13506-1：2017，測試條件見表1。

表1 測試條件

圖2和圖3分別為甲綸滅火防護服和測試用芳綸滅火防護服在燃燒試驗前后的外觀表現(xiàn)。甲綸滅火防護服燃燒后尺寸幾乎無變化，表面完好，服裝仍保持柔軟，可順利穿脫。測試用芳綸滅火防護服燃燒后收縮嚴重，面料炭化、開裂嚴重，無法正常穿脫，測試結(jié)束后需要剪開袖口才能順利脫下。

圖2 甲綸滅火防護服試驗前后

圖3 測試用某現(xiàn)行芳綸滅火防護服試驗前后

將試驗數(shù)據(jù)整理成表2。甲綸滅火防護服對應的總燒傷面積為15.28%；測試用芳綸滅火防護服對應的總燒傷面積為53.34%。此處頭部和腳部未做防護，燒傷面積不在計算范圍內(nèi)。從試驗數(shù)據(jù)反映的燒傷面積來看，甲綸滅火防護服對應的總燒傷面積比測試用芳綸滅火防護服對應的燒傷面積小了38.06%。

表2 燒傷面積對比

3 結(jié)論分析

從數(shù)據(jù)來看，測試用芳綸滅火防護服的TPP值更高，這主要是因為芳綸面料在TPP測試時遇熱炭化收縮導致熱通量減少。然而，在燃燒假人測試中，面料炭化開裂后，會大大降低熱防護性能，同時面料收縮嚴重也會減少面料各層之間的空氣，導致隔熱效果下降。甲綸滅火防護服正是因為聚酰亞胺材料本身的耐溫性更高，阻燃等級更高，在明火測試過程中仍能保持面料和服裝的完整性，持續(xù)提供防護，所以，假人燒傷面積遠小于芳綸滅火防護服。

XF 10—2014《消防員滅火防護服》對滅火防護服的整體熱防護性能、面料阻燃性能、熱穩(wěn)定性、面料及輔料的強力等物理性能都提出了具體的要求。面料生產(chǎn)企業(yè)可以通過結(jié)構(gòu)調(diào)整補充強力，但是耐燒蝕性能由材料本身的特性決定，甲綸聚酰亞胺面料的高氧指數(shù)、高炭化分解溫度和極小的損毀長度反映了這一特性，這也是甲綸聚酰亞胺面料的優(yōu)勢所在。

通過燃燒假人試驗，客觀、全面地反映了甲綸聚酰亞胺纖維在滅火防火服中的應用優(yōu)勢，提升了整體熱防護性能，是開發(fā)滅火防護服的理想材料。