新型消防服外层镀铝阻燃隔热面料的研发及性能测试

(江苏南纬悦达纺织研究院，盐城，224007)

近年来，火灾的频繁发生使人们的生命财产安全和生活品质受到极大的威胁， 因此，灭火救援装备的研发成为科研工作者研究的热点。消防员隔热防护服是用于消防员在灭火救援靠近火焰区受到强辐射热侵害时穿着的防护服[1]。火灾发生时的高温酷热环境对于消防员的防护服装提出了更高的要求，应更加注重防护服装的功能性和舒适性。在消防作业中，个体防护装备的优劣直接影响着消防员作战效率的高低，隔热防护服为消防员的生命安全提供重要保障。目前，隔热防护服主要有外层、隔热层和舒适层三层复合而成。外层由铝箔复合基布而成，铝箔可以对袭来的高温强辐射进行反射，阻止高温热量向里层透射，基布主要采用芳纶或玻璃纤维等阻燃面料，铝箔与基布通过耐高温胶热压复合，铝箔基布复合面料作为外层具有较高的热辐射反射率及优良的阻燃性；隔热层主要采用芳纶非织造布或隔热棉制作，以进一步阻挡热量的传递；舒适层主要由芳纶与阻燃黏胶纤维混纺制成的面料制作，以保证消防员在灭火战斗中身体的舒适性。隔热消防服的外层面料作为高温强辐射直接接触的层面，其结构的设计与加工工艺对整体隔热防护服的防护性能有直接影响。吕海荣等[2]对使用新型纤维材料研发阻燃防护服装的主要工艺，包括各层面料的选择、层次的搭配、参数的确定以及不同层次间的复合进行了分析。李利君等[3]论述了耐高温阻燃防护服的面料情况，并对防护服的性能评价方法作了分析和探讨。李红燕等[4]研究了消防服用多层织物系统的阻燃性能及热防护系数。曹永强等[5]用铝箔、聚酯膜和芳纶基布复合制成消防员隔热防护服外层面料，但是在实际生产过程中，铝箔的复合工艺难度较大，既要考虑铝箔的强力，又要考虑芳纶基布的强力。由于两者的强力差异较大，故在复合过程中要选择合适的张力控制才能保证复合后铝箔面不致破损或不会出现褶皱现象；同时，在两者复合过程中，铝箔与芳纶基布接着胶料的选择也是要考虑的问题，如接着强力和耐高温性等。另外，铝箔复合基布外层面料的穿着舒适性较差，这是由于铝箔属非柔性材料，复合在基布上后，整个外层面料手感僵硬，穿在身上时会使得消防员的灭火救援动作变得非常不灵活；而且铝箔为非透气性材料，消防员在战斗过程中身体散发的汗液、水汽被阻隔在隔热层及舒适层，会使得消防员产生闷湿感觉，从而极大地影响消防员的作战效率。本文探讨了在芳纶基布上进行铝胶涂层来研发隔热消防服外层面料，旨在为新型消防服用面料的设计与加工提供参考。

1 试验过程

1.1 材料与仪器

材料：芳纶1313面料(规格见表1)，油性聚氨酯(高鼎精细化工〔昆山〕有限公司)，接着剂(高鼎精细化工〔昆山〕有限公司)，环化磷酸酯阻燃剂(远瑞宝业股份有限公司)，丁酮(韩国进口)，铝粉，钢辊，烧杯，玻璃棒。

仪器：GS-3131型电热鼓风干燥箱(新蕥检测仪器有限公司)，LLY-07A型垂直法阻燃性能测试仪(莱州市电子仪器有限公司)，LFY-607A型热防护性能测试仪(山东省纺织科学研究院)。

表1 芳纶1313面料规格

1.2 铝胶涂层面料的制备

1.2.1 铝胶A工艺配方

油性聚氨酯：100%

接着剂：0%～10%

环化磷酸酯阻燃剂：0%～20%

丁酮：0%～30%

铝粉：0%～5%

1.2.2 铝胶B工艺配方

油性聚氨酯：100%

接着剂：0%～10%

环化磷酸酯阻燃剂：0%～20%

丁酮：0%～50%

铝粉：5%～10%

1.2.3 芳纶1313基布涂层工艺

(1)将配制好的铝胶A倒在芳纶1313面料上，用规定号钢辊(控制湿涂布量)刮涂于芳纶1313面料表面。

(2)将涂层好的芳纶1313面料放置于100 ℃的电热鼓风干燥箱中烘干3 min，然后将温度升高至150 ℃放置10 min，将其取出准备第二次涂层。

(3)将配制好的铝胶B倒在上述第一次铝胶A涂层表面，用规定号钢辊(控制湿涂布量)进行第二次刮涂。

(4)将第二次涂层好的芳纶1313面料放置于100 ℃的电热鼓风干燥箱中烘干3 min，然后将温度升高至150 ℃放置10 min，将其取出，即完成消防员隔热防护服外层面料的制作。

1.3 性能测试

1.3.1 垂直燃烧试验

采用LLY-07A型垂直法阻燃性能测试仪测定阻燃纺织品的损毁长度、续然时间、阴燃时间及熔融滴落现象。适用于GB/T 5455、GB/T 13488、ISO 1210、ASTM D6413、CFR 1615/1616等标准。依据GB/T 5455—1997《纺织品 燃烧性能试验 垂直法》[6]进行试验，测量损毁长度，记录续然时间和阴燃时间，并观察有无熔融滴落现象。

1.3.2 热防护性能试验

采用LFY-607A型热防护性能测试仪测定单层或多层阻燃材料的热防护系数(TPP)，TPP值越大表明热防护性能越好。适用于GB 8965.1—2009、ISO 17492:2003、NFPA 2112、NFPA 1971等标准，依据GB 8965.1—2009《防护服装 阻燃防护 第1部分：阻燃服》[7]附录A热防护性能试验方法进行测试。根据计算机界面的温度采集曲线和人体二级烧伤曲线的相交点，可读出二级烧伤的时间及TPP值。

TPP=Ft

(1)

式中：TPP——热防护系数，kW·s/m2；

F——暴露热通量，kW/m2；

t——导致烧伤的时间，s。

取3块试样的平均值为计算结果。

2 结果分析

2.1 垂直燃烧试验

芳纶1313面料与涂铝胶芳纶1313面料的垂直燃烧试验数据如表2所示。

从表2可以看出，芳纶1313面料与涂铝胶芳纶1313面料的垂直燃烧试验结果均符合GA 634—2006标准要求；涂铝胶芳纶1313面料的损毁长度小于芳纶1313面料，其损毁长度减小了16 mm，这是因为涂铝胶芳纶1313面料在燃烧过程中，铝胶能够有效地阻止芳纶面料的燃烧，而且在铝胶配方中加有阻燃剂，芳纶1313面料自身具有阻燃性，铝胶涂层于芳纶1313面料上，面料的厚度增加，这也提高了面料的阻燃性能。涂铝胶之后其续然、阴燃时间均为0 s，也无熔融滴落现象，故涂铝胶芳纶1313面料能够满足消防员隔热服外层面料的阻燃性能要求。

表2 垂直燃烧试验数据

2.2 热防护性能试验

芳纶1313面料与涂铝胶芳纶1313面料的热防护性能试验数据如表3所示。

表3 热防护性能试验数据

从表3可以看出，涂铝胶芳纶1313面料的TPP值、量热器升温及相交时间均大于芳纶1313面料，芳纶1313面料涂铝胶后的TPP值较涂层前提高了371.9 kW·s/m2，涂铝胶芳纶1313面料的热防护性能好于芳纶1313面料。这是因为芳纶1313面料涂铝胶后，表面的铝层可以很好地反射高温热量；同时，由于涂层后面料的厚度增加，涂铝层也可以很好地保护基布芳纶面料免遭热辐射和对流热源的破坏。所以涂铝胶芳纶1313面料的热防护性能较好，能够满足消防员隔热服外层面料的热防护性能要求。

3 结语

配制铝胶涂于芳纶1313面料上，对涂铝胶后芳纶1313面料进行垂直燃烧试验和热防护性能试验，分别测试其损毁长度、续然时间、阴燃时间、熔融滴落现象、热防护系数、量热器升温及相交时间等指标，得出以下结论：

(1) 涂铝胶芳纶1313面料的损毁长度明显小于芳纶1313面料，芳纶1313面料经过铝胶涂层后阻燃性能提高；

(2)涂铝胶芳纶1313面料的热防护系数、量热器升温及相交时间均大于芳纶1313面料，芳纶1313面料经过铝胶涂层后热防护性能和隔热性能大大提高；

(3)涂铝胶芳纶1313面料可以用于消防员隔热服外层面料，其制作工艺过程简单，同时能满足穿着舒适等要求。

[1] 中华人民共和国公安部.GA 634—2006 消防员隔热防护服[S].北京：中国标准出版社,2006.

[2] 吕海荣,杨彩云.新型阻燃防护服的研发及其性能测试[J].科学研究,2008(6):13-16.

[3] 李利君,李风.耐高温阻燃防护服研究进展[J].消防技术与产品信息,2009(4):12-15.

[4] 李红燕,张渭源.消防服用织物的阻燃性能及其TPP值[J].纺织学报,2008,26(4):520-525.

[5] 曹永强,柳素燕.新型消防员隔热防护服外层面料结构及加工[J].防护装备技术研究,2011(1):9-10.

[6] 国家技术监督局.GB/T 5455—1997 纺织品 燃烧性能试验 垂直法[S].北京：中国标准出版社,1997.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 8965.1—2009 防护服装 阻燃防护 第1部分：阻燃服[S].北京：中国标准出版社,2009.