聚乙烯纤维消防水带（浮力水带）夜光反光的探究

朱国营 陆忠跃

摘要：消防水带是消防灭火救援及消防员技能训练的必需装备，随着消防水带使用领域越来越广泛，轻量化、性能化成为消防水带行业方向。本文对聚乙烯纤维消防水带（浮力水带）在编织过程中反光和夜光丝织入工艺进行设计，并将接头和护套进行夜光和反光标进行设计，通过合理设计制造出工作压力高、质量轻、高耐磨性、具有导向、操作方便、正确指挥的功能性消防水带，试验数据表明本研究对提高消防水带产品质量、提高消防员灭火作战效能有着重要意义。

关键词：夜光反光消防水带； 超高分子量聚乙烯纤维； 耐磨； 轻便： 功能性强

1 引言

在灭火前线，夜光反光消防水带（以下简称水带）是消防人员实施全天候灭火战斗必要的武器，也是他们作战训练时最亲密的伙伴之一，它承载着传输水或其他液态灭火药剂到火场的艰巨任务。近年来，城市用地日趋紧张，促使高层建筑物向高空发展，随着科学技术和现代工业的发展，高层建筑比比皆是。能不能有足够的水压不间断地送到水枪阵地上，直接关系到火灾扑救的成败，这就要求水带能够承载高压。在实际使用中，因水带弯曲、挤压、倒伏等因素，往往需要更高的压力，当下夜晚经济活动频繁，夜间消防救援灭火工作对消防水带的功能化提出了更高要求，消防指挥员能够在夜间正确指挥就必须使用夜光反光消防水带作为导向，指挥水枪控制和消灭火点，消防员夜间接头水枪的连接必须快速，在地面或跌落的接头必须马上找到，以最快速度完成所有动作，第一时间灭火成功是关键。

笔者在消防队伍调研中发现：十年前消防水带设计工作压力最大为2.0MPa，现在为4.0MPa，且成为普遍趋势。随着耐压值升高，整根水带的质量相应增加较多，质量过重会增加消防员的劳动强度，降低救援效能，甚至延误灭火战机，造成生命和财产的巨大损失。因此，本研究尝试采用高强度、高模量的聚乙烯纤维材料，对相应的生产工艺进行创新，制造出高强度、高耐磨、质量轻的水带产品。用该材料制造的水带和喉管，由于重量轻已研发用于消防无人机、森林灭火、海上油井、水上飞行器的使用。

2 研究过程

2.1 经、纬线材料的选择

传统水带的经纬线采用涤纶长丝及丙纶长丝，现对以下三种材料的性能进行比较（表1）

超高分子量聚乙烯纤维的强度是涤纶长丝的4倍，比重是涤纶长丝的70%，延伸率是涤纶长丝的50%，可见，同样的设计工作压力下，该纤维制造的水带更轻便，它可以浮在水面上，且具备疏水性。采用该纤维作为经纬线的主编织线，具有强度高、质量轻、耐磨、防割、抗静电、抗老化、抗紫外线、抗酸碱、抗虫霉等优点。经过反复试验，设计三种不同的工艺方案进行研究。

方案一：经、纬线全部采用超高分子量聚乙烯纤维，用平纹或斜纹的编织方式进行编织。

方案二：部分采用超高分子量聚乙烯纤维。经线中至少有一根由该纤维制成的纱线，纬线中至少有一根由该纤维制成的纱线，用平纹或斜纹的编织方式进行编织。

方案三：采用超高分子量聚乙烯纤维与其他纤维组成混合纱线。经线中至少有一根纱线为混合纱线，纬线中至少有一根纱线为混合纱线，混合纱线至少由一根超高分子量聚乙烯纤维单丝和至少一根涤纶单丝缠绕而成，绕向为“S”或“Z”向。

2.2 内衬里胶料的选择

超高分子量聚乙烯纤维的软化点低、熔点低，这对水带的衬里制作提出了较高要求，衬里胶料必须与之相匹配，并通过热熔胶复合的方式完成衬里与编织层的粘合。

2.3 外涂层的选择

必要时，水带外表面可增添一层耐磨、防滑、防霉的涂层。

3 试验分析

3.1 试验一

设计样本：设计工作压力2.5MPa、内径φ65mm

经、纬线均采用超高分子量聚乙烯纤维，用平纹或斜纹编织方式，通过热熔胶复合方式完成衬里粘合。此法制作的水带单位长度质量为215-220 g/m，按照国标耐磨实验要求进行测试，耐磨次数达150次。若在水带外增加外涂层，经耐磨测试，耐磨次数达190次，具有防滑作用。

3.2 试验二

设计样本：设计工作压力为2.5MPa、内径φ80mm

经、纬线均采用超高分子量聚乙烯纤维，用平纹或斜纹编织方式，通过热熔胶复合方式完成衬里粘合。此法制作的水带单位长度质量为250-260 g/m，按照国标耐磨实验要求进行测试，耐磨次数达150次。

3.3 试验三

设计样本：设计工作压力2.5MPa、内径φ65mm

经线中由超高分子量聚乙烯纤维制成的纱线为200根，緯线中由超高分子量聚乙烯纤维制成的纱线为2根、涤纶丝1根。经纬线中其余纱线均为涤纶长丝或涤纶纱，用平纹或斜纹编织方式，通过热熔胶复合方式完成衬里粘合。此法制作的水带单位长度质量为240-250 g/m，按照国标耐磨实验要求进行测试，耐磨次数达150次。若在水带外增加外涂层，经耐磨测试，耐磨次数达190次，具有防滑作用。

3.4 试验四

设计样本：设计工作压力为2.5MPa、内径φ80mm

经线中由超高分子量聚乙烯纤维制成的纱线为250根，纬线中由超高分子量聚乙烯纤维制成的纱线为3根，涤纶长丝1根。经纬线中其余纱线均为涤纶长丝或涤纶纱，用平纹或斜纹编织方式，通过热熔胶复合方式完成衬里粘合。此法制作的水带单位长度质量为280-290 g/m，按照国标耐磨实验要求进行次数，耐磨次数达150次。若在水带外增加外涂层，能够明显增强防滑作用。

3.5 试验五

设计样本：设计工作压力为2.5MPa、内径φ80mm

经线中有混合纱线250根，纬线中有混合纱线3根，经、纬线中其余纱线为涤纶长丝（涤纶纱），经、纬线中的混合纱线均由一根超高分子量聚乙烯纤维单丝和一根涤纶单丝“Z”向缠绕而成，用平纹或斜纹编织方式，过热熔胶复合方式完成衬里粘合。此法制作的水带单位长度质量为280-290 g/m，按照国标耐磨实验要求进行次数，耐磨次数达到150次，按照国标耐磨实验要求进行测试，耐磨次数达150次。若在水带外增加外涂层，能够明显增强防滑作用。

3.6 对比试验一

设计样本：设计工作压力2.5MPa、内径φ65mm

经、纬线均采用涤纶长丝，用平纹或斜纹编织方式。其他处理和测试方法以及测试条件同【试验一】，经测试，水带单位长度质量为400-450 g/m，耐磨次数为115次。

3.7 对比试验二

设计样本：设计工作压力2.5MPa、内径φ80mm

经、纬线均采用涤纶长丝，用平纹或斜纹编织方式。其他处理和测试方法以及测试条件同【试验二】，经测试，水带单位长度质量为490-510 g/m，耐磨次数为118次。

4 安全性能设计分析

消防水带织物层选用超高分子量聚乙烯纤维作为经纬线的主编织线，以设计工作压力2.5MPa、内径φ65mm的水带为例进行安全性能校核计算。该样本衬里结构及分布均匀，衬里层的弹性优于织物层，在水压作用下，水带各处所受压力是均匀一致的。因此在设计时应考虑保护使用者的安全，要求水带爆破时应断纬，绝不能断经。在消防水带安全性能设计时，经线所承受的爆破压力必须大于纬线的爆破压力。

5 结论

一是更轻便，比传统经纬线为涤纶长丝的水带在总质量上减轻约50%。

二是除了质量轻外，设计工作压力能达到5.0MPa以上，实现了輕便高压的目标，增加夜光反光的功能，大大提高消防战训及实战救援的能效。

三是按照国家标准《消防水带》GB6246-2011中“耐磨性能”的试验方法，新材料新工艺水带产品的耐磨次数是传统水带的1.5倍，甚至更高。这样能解决消防部队反映的水带不耐磨损，拖拉几次就损坏的难题。

四是本研究的新材料虽然耐高温性能差一点，但应用于消防水带且使用介质进行灭火和降温，因此对水带的质量和使用没有根本影响。

五是本研究的新材料虽然价格高于涤纶丝6-7倍，据初步试验使用寿命是涤纶丝水带的3-5倍，且重量轻等因素，综合成本要低于涤纶丝水带，安全性、稳定性、内外层匹配性能得到提高。

用超高分子量聚乙烯纤维制作的25-65型消防水带，与传统涤纶长丝水带相比，水带编织层总质量可减少50%，爆破试验压力提高15%，耐磨次数提高50%。并且具有夜光反光、防割、抗紫外线、抗酸碱、抗老化、抗虫霉、抗静电、延伸率低、疏水性等优点。在消防灭火救援、战训、无人机、消防船、森林灭火、海上油井等方面具有广阔的应用前景。

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