阻燃防护服轰燃条件下阻燃性能影响因素探讨

董永昭,朱世杰,郑炜博,盛 华

(1.中国石油化工股份有限公司健康安全环保管理部,北京 100728 2.中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心,山东东营 257000)

0 前言

由于石油石化行业存在众多易燃易爆的生产场所,为减少工作人员暴露在不可预测的高温燃烧状态下受伤或死亡的风险,需要加强阻燃防护服的研究[1]。GB 39800—2020《个体防护装备配备规范》系列标准、《个体防护装备标准化提升三年专项行动计划(2021—2023年)》文件明确提出要强化个体防护装备的质量安全监管和个体防护装备质量水平。

因此,在石油石化易燃易爆场所中配备阻燃防护服,不仅是依法合规的要求,更是保障员工生命安全的必要手段和企业职责所在。中国石油化工集团有限公司在GB 8965.1—2020《防护服装 阻燃服》等防护服装系列标准基础上,发布实施了企标Q/SH 0832.1—2022《阻燃防静电服 第1部分:夏装》。本文以某批次阻燃防护服夏装检验过程中的测试数据为基础,从防护服内在、外在以及洗涤次数等方面分析了其影响因素,并对开展该项测试需要关注的技术细节进行了分析。

1 阻燃防护服阻燃性能主要测试指标

GB 8965.1—2020和Q/SH 0832.1—2022对于阻燃性能的测试指标中有针对面料与成衣方面的规定。其中面料阻燃性能的测试指标包括热防护性能值、续燃时间、阴燃时间、损毁长度以及有无熔融、滴落等,阻燃服国标与企标在面料阻燃性能方面要求相似。成衣阻燃性能的测试指标为成品轰燃条件下的阻燃性能,国标要求A级、B级服装测试二级烧伤和三级烧伤面积之和不得大于总面积的25%、50%;企标要求不大于35%,接近A级标准[2]。

根据近年来针对阻燃防静电服开展的配备质量检验以及新型阻燃防静电服研发检验发现,面料阻燃性能的测试指标均能够达到国标及企标要求,然而在成品轰燃条件下的阻燃性能测试方面,检验发现部分阻燃防静电服未达到企标要求,无法达到有效的防护性能,甚至部分标注3A面料(93%间位芳纶+5%对位芳纶+2%抗静电纤维)成分的阻燃服性能不达标,应引起相关单位的高度重视。

2 阻燃防护服轰燃条件下阻燃性能影响因素

2.1 内在影响因素

内在影响因素主要包括:面料中纤维成分及对应含量、混纺过程中纤维含量偏差、面料单位面积质量、面料纤维成分阻燃性能等。

2.1.1面料中纤维成分及对应含量

对成品轰燃条件下阻燃性能不合格的服装面料进行面料成分的定性和定量测试,利用FZ/T 01057.1—2007《纺织纤维鉴别试验方法 第1部分:通用说明》、GB/T 2910.7—2009《纺织品 定量化学分析 第7部分:聚酰胺纤维与某些其他纤维混合物(甲酸法)》、GB/T 41418—2022《纺织品 定量化学分析 间位芳香族聚酰胺纤维与对位芳香族聚酰胺纤维的混合物(氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺法)》以及FZ/T 01057.8—2012《纺织纤维鉴别试验方法 第8部分:红外光谱法》的测试方法,检验结果为间位芳纶纤维94.6%、对位芳纶纤维4.1%、其他纤维1.3%,其中芳纶纤维总含量为98.7%。

从纤维含量检验结果分析,基本与企标Q/SH 0832.1—2022中面料二的成分(原液着色的93%间位芳纶纤维、5%对位芳纶纤维和2%导电纤维),即有防静电性能的阻燃面料(3A面料)成分一致。

2.1.2混纺过程中纤维含量偏差

在纤维混纺过程中,各类纤维成分的含量难免有一定偏差,也在一定程度上影响面料及成衣的阻燃性能,从上述纤维成分含量测试结果与企标成分对比看,间位芳纶纤维含量偏差为1.6%,对位芳纶纤维含量偏差为0.9%。目前纤维成分含量的判定标准GB/T 29862—2013《纺织品 纤维含量的标识》中,对纤维含量允差进行了规定:①产品或产品的某一部分含有两种及以上的纤维,在标签上标明的每种纤维含量允差为5%(标签含量:40%棉/40%涤纶/20%锦纶;允许含量:35%～45%棉/35%～45%涤纶/15%～25%锦纶);②当标签上的某种纤维含量≤10%时,纤维含量允差为3%;当某种纤维含量≤3%时,实际含量不得为0。

根据GB/T 29862—2013判定,该批次服装面料纤维成分允差符合要求,然而国标对于纤维含量允差的要求相对宽松,不利于对阻燃面料成分含量的严格控制,同时也会对面料及成衣的阻燃性能造成不利影响。

2.1.3面料单位面积质量(克重)

测试该批产品面料的单位面积质量为159 g/m2,符合企标Q/SH 0832.1—2022中对面料克重(160±10) g/m2的要求。同时对部分阻燃服夏装面料克重与成衣轰然测试进行了统计,其中标注面料成分为93%间位芳纶纤维、5%对位芳纶纤维、2%导电纤维,如表1所示。

表1 阻燃服夏装面料克重与成衣轰燃测试汇总

从表1可以看出,001批次服装的成品轰燃条件下阻燃性能指标超出了企标要求,而002、003、004批次服装的面料单位面积质量与001批次相差较少,成品轰燃条件下阻燃性能均达到企标要求,但阻燃性能(烧伤面积)数据分别为27.72%、24.88%、15.99%,相差较大。虽然一般情况下同批次同成分阻燃面料的热防护性能随着克重的增加而有所提高[3],但根据表1所示,服装面料克重与阻燃性能无明确对应关系。

2.1.4面料纤维成分阻燃性能

企标Q/SH0832.1—2022中规定了阻燃服的两种面料成分:①面料一为执行中国石化专有技术要求的配方,不低于10%对位芳纶纤维、不低于50%腈氯纶纤维、不高于30%纤维素纤维与2%导电纤维混织、有防静电性能的阻燃面料(以下简称仪特斯面料);②面料二为原液着色的93%间位芳纶纤维、5%对位芳纶纤维与2%导电纤维混纺、有防静电性能的阻燃面料(以下简称3A面料)。通过对不同面料成分阻燃服及其面料阻燃性能的测试发现,仪特斯面料遇火后主要外观变化为碳化,3A面料遇火后主要外观变化为收缩、碳化[4]。该批次阻燃服轰燃检测相关情况如图1所示。

图1 阻燃服轰燃测试情况

从图1可以看出,该批次阻燃服测试后在腿部特别是小腿连接脚踝处收缩明显,从对应的烧伤面积也可以看出,在腿部有较多二级以及三级烧伤。由此可见,阻燃服遇火后的热收缩性,从而引起对躯干防护的不到位,是关系阻燃性能的重要因素。国内相关学者对不同阻燃面料的热收缩率进行了研究,不同面料燃烧前后的热收缩率及变化情况,见表2(测试环境为面料在700～800 ℃火焰中燃烧13 s和1 min热收缩率的对比)。

表2 不同面料燃烧前后的热收缩率对比情况[5]

从表2对比情况分析,不同阻燃面料的热收缩性差异较大,特别是对位芳纶纤维与间位芳纶纤维的差异较明显,阻燃面料应用的间位芳纶纤维和对位芳纶纤维在定位上有明显的不同,间位芳纶纤维以隔热阻燃为主,而对位芳纶纤维为阻燃服装提供了框架支撑,避免阻燃服因受热较大而比例收缩严重,引起躯干暴露,加重烧伤,所以在阻燃服配方中,对位芳纶纤维虽然参与混纺的比例较低,却是关键混纺阻燃组分,应保障其最低比例不小于5%(即3A配方面料的公开比例),对于保障阻燃服阻燃防护性能有重要作用。

2.2 外在影响因素

外在因素主要为燃烧假人人体模型尺寸与阻燃服尺寸匹配情况、燃烧假人试验系统测试参数条件。

2.2.1燃烧假人人体模型尺寸与阻燃服尺寸匹配情况

由于企标Q/SH0832.1—2022中规定,成品轰燃条件下的阻燃性能测试按照ISO 13506—1—2017[6]规定的方法进行,其中对成人人体模型的测量值进行了明确,见图2、表3。

图2 ISO13506—1中成人人体模型的测量示意

表3 ISO13506—1中成人人体模型的测量值[6]

从图2及表3可以看出,人体模型总高为181.0 cm,公差范围为±6.0 cm,送检服装相较于假人模型的整体标准值尺寸偏小。初步分析原因为ISO 13506—1—2017标准中模型尺寸主要参照欧美男性身材,而送检服装根据企标Q/SH0832.1—2022制作,主要参照我国成年男性身材,因此造成一定偏差。而阻燃服相对于假人模型偏小,则服装会与假人贴合紧密,与穿着宽松的服装测试相比,其测试热量累积值会更加接近二级或三级的烧伤面积,因此假人模型尺寸对于轰燃测试结果存在一定程度的影响。

2.2.2燃烧假人试验系统测试参数条件

目前国际上主流的燃烧假人轰燃试验系统测试参数条件如表4所示。

表4 燃烧假人轰燃试验系统测试参数条件[7]

从表4可以看出,主流试验系统均符合企标Q/SH 0832.1—2022中引用的标准GB 8965.1—2020的测试参数条件中关于测试热通量为84×(1±5%) kW/m2、暴露时间为(3.0±0.1) s的要求。从平均火焰热通量标准偏差看,试验系统2的火焰热通量控制相对稳定。而使用火焰热通量控制更加稳定的试验系统,有助于获取更加准确的试验数据。

2.3 洗涤次数影响

在日常使用中,洗涤是防护服性能下降的主要因素之一[1]。为了解不同配方阻燃防静电服在长时间穿用后的安全防护性能指标,按照国标GB 8965.1—2020 B中规定的洗涤标准:洗涤程序4 N,洗涤时间每次15 min,四次漂洗时间10 min。分别对洗涤0,50(国家标准中规定的测试洗涤次数),180(模拟用户实际长期使用条件下洗涤次数)次后的阻燃服成品轰燃条件下的阻燃性能进行测试。

2.3.1阻燃性能测试结果

选取3A配方平纹面料和仪特斯配方斜纹面料进行测试,按照上述国标规定方法进行洗涤,分别对于洗涤0,50,180次的面料进行测试,测试结果见表5和表6。

表5 3A配方面料洗涤后阻燃性能测试结果

表6 仪特斯配方面料洗涤后阻燃性能测试结果

相对远高于国家标准规定洗涤50次的要求,按照洗涤180次后,进行性能测试,更能反映出阻燃面料不受洗涤次数影响的本质阻燃性能。经过同条件对比,两款本质阻燃面料都表现出了良好的防护性能。其中,3A配方面料在洗涤180次后阻燃性能稳定性表现良好;仪特斯配方面料经180次洗涤后,经向损毁长度增加了8 mm,纬向损毁长度增加了7 mm,虽有所增加,测试数据仍符合国家标准B级规定(损毁长度≤100 mm)和企业标准Q/SH 0832.1—2022规定(损毁长度≤90 mm)要求,仪特斯配方面料相对3A配方面料在热防护系数方面表现出一定优势。

2.3.2成品轰燃条件下阻燃性能测试结果

按照上述国标规定方法洗涤0,50,180次后进行成品轰燃条件下阻燃性能测试,3A配方面料测试结果分别为23.67%、24.88%、29.24%,仪特斯配方面料测试结果分别为23.49%、24.15%、29.42%。

由结果可以看出,洗涤50次后,烧伤面积略有增加,洗涤180次后两种面料轰燃数据依然满足国家标准B级要求和企业标准要求。

3 结论与建议

a) 阻燃防静电服是具有高度技术性和专业性的防护装备,必须严格执行有关产品技术规范,并严格开展质量抽检,保障其性能可靠。作为影响阻燃性能的决定性因素,必须通过严格的混纺生产质量控制确保阻燃防静电面料的混纺组分质量和比例,进而保障其最终阻燃性能。其中,对位芳纶纤维是阻燃防静电服混纺面料的关键组分,为防止面料受热过度收缩提供骨架支撑作用,必须按照配方要求,保障其基本比例。

b) 轰燃假人与测试衣服的匹配是保障实验结果准确的重要组成部分,建议在开展检验工作前,要严格根据轰燃实验假人的尺寸及有关实验要求来开展工作。考虑到用户对阻燃服防护性能的高要求,以及实际穿戴中的各种自然磨损、破损等因素,应该及时更换防护性能不佳的阻燃服。作为单位配备的基本要求,根据试验数据,在使用洗涤达到180次左右时,更新阻燃服是比较适宜的。