文/曹永強(qiáng)

編輯 朱麗晶

消防員進(jìn)行滅火過程中，由于火場熱量和在火場停留時(shí)間不同，會對滅火防護(hù)服產(chǎn)生顯著影響，降低防護(hù)性能。本文通過對6種消防員滅火防護(hù)服熱老化后開展熱防護(hù)性能和機(jī)械強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)，研究受熱對消防員滅火防護(hù)服的影響，并提出在標(biāo)準(zhǔn)中增加熱老化后防護(hù)性能指標(biāo)要求的建議。

消防員滅火防護(hù)服是每個(gè)消防員進(jìn)入火場時(shí)必須配備的個(gè)人防護(hù)裝備，對消防員身體起到了多功能綜合保護(hù)作用。其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到消防員的生命安全和身體健康。消防員滅火防護(hù)服通常由多層織物組合構(gòu)成，具有較好的熱防護(hù)性能和強(qiáng)力，能夠阻擋火場對人體的危害。

美國滅火防護(hù)研究基金會2008年編制的《Thermal Capacity of Fire Fighter Protective Clothing》(消防員防護(hù)服的熱容)研究報(bào)告，曾經(jīng)調(diào)研了57 例常規(guī)火場中發(fā)生的消防員燒傷情況，發(fā)現(xiàn)其中21 例的消防員穿著的滅火防護(hù)服有一定程度過火或烘烤變色的痕跡。很多情況表明，在接觸火焰或經(jīng)過高溫烘烤后，滅火防護(hù)服外層材料會發(fā)脆，強(qiáng)力、阻燃以及防水性能會有所降低，被認(rèn)為是一種熱老化作用。但由于熱老化后材料的性能不能用觀察方法直觀判斷，因此非常有必要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評估。

本文研究設(shè)計(jì)了具體的實(shí)驗(yàn)方法，目的在于分析幾種消防員滅火防護(hù)服暴露于輻射熱或接觸熱后，熱防護(hù)性能和機(jī)械強(qiáng)力的變化情況，確定熱老化對防護(hù)服的性能影響。

測試原理

滅火防護(hù)服性能測試分為兩個(gè)階段。第一階段是將防護(hù)服材料組合試樣暴露于輻射熱和接觸熱條件下各一段時(shí)間，其中熱老化時(shí)長分為兩種，一種為試樣背面溫升達(dá)到24 ℃的時(shí)間，另一種為外層材料發(fā)生變色的時(shí)間。原因在于試樣背面溫升達(dá)到24 ℃通常被認(rèn)為是基本熱防護(hù)要求，即有可能引起燒傷時(shí)的溫升條件。外層材料變色則代表著有可能材料本身發(fā)生了損傷。第二階段實(shí)驗(yàn)是將試樣脫離輻射，進(jìn)行熱防護(hù)性能和強(qiáng)力性能測試。

試樣

測試的試樣包括消防員滅火防護(hù)服各層材料：外層、隔熱層、防水透氣層以及舒適層材料。所有試樣從6 種防護(hù)服上剪裁，試樣特性見表1。

實(shí)驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置包括：輻射熱性能測試儀、接觸熱測試儀、TPP 性能測試儀，以及織物強(qiáng)力機(jī)。

測試步驟

試樣熱老化處理

按照GB/T 8629—2017《 紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》洗滌5 次。通過前期反復(fù)測試，確定試樣的熱老化時(shí)長，見表2。一組試樣暴露在輻射熱（熱通量40 kW/m）條件下，熱老化時(shí)長為溫升24 ℃時(shí)間，用于熱防護(hù)性能測試；另一組試樣暴露在接觸熱（熱通量80 kW/m）條件下，熱老化時(shí)長為外層變色時(shí)間，用于機(jī)械強(qiáng)力測試。

表1 試樣特性

性能測試

熱老化處理后，將兩組試樣在溫度20 ℃，相對濕度65%環(huán)境下調(diào)節(jié)24 h。然后分別按照XF 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》、GB/T 3917.3—2009《紡織品 織物撕破性能 第3 部分：梯形試樣撕破強(qiáng)力的測定》，以及GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1 部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》標(biāo)準(zhǔn)，分別進(jìn)行熱防護(hù)性能和機(jī)械強(qiáng)力測試。結(jié)果見表3 ～表6。

測試分析

熱老化后熱防護(hù)性能

通過表3 和表4 的數(shù)據(jù)可以看出，在熱老化處理后，總體上防護(hù)服材料組合的熱防護(hù)性能都有所下降，下降幅度通常都不是很大，并且老化后基本上能夠達(dá)到XF 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》中TPP 值（Thermal Protective Performance，熱防護(hù)性能）不低于28 的要求。

表2 試樣熱老化時(shí)長

表3 接觸熱老化前后數(shù)據(jù)熱防護(hù)性能對比

但事實(shí)上，有兩點(diǎn)需要注意，一是不同的試樣因材料組合不同，其耐受熱老化的能力是不相同的。其中外層的芳綸和PBI 纖維比P84纖維更為耐熱，因此4試樣的性能下降較大。

二是影響熱防護(hù)性能最關(guān)鍵的因素是外層材料的受熱收縮。外層材料克重越小，受熱后收縮越明顯，導(dǎo)致會有更多的熱量傳遞到試樣背面，也驗(yàn)證了為何5試樣熱老化后防護(hù)性能降低最為明顯，熱防護(hù)性能降低了23.4%（接觸熱老化后）。

此外，盡管試樣老化后測試的TPP 值依然較高，但經(jīng)過熱老化后，試樣外層基本都已經(jīng)發(fā)脆、碳化，稍加觸碰，便會損壞，因此實(shí)際情況下將會失去防護(hù)功能。

熱老化后機(jī)械強(qiáng)力

通過表5 和表6 的數(shù)據(jù)可以看出，在熱老化處理后，試樣的斷裂強(qiáng)力下降通常不顯著，但撕破強(qiáng)力下降明顯，部分試樣撕破強(qiáng)力已經(jīng)不能滿足XF 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》中不低于100 N 的要求。

說明外層材料受熱變色，仍舊保留一定的柔韌性，尚能夠在纖維軸線方向承受拉伸力，但織物纖維可能已出現(xiàn)收縮（光學(xué)顯微鏡下可看到纖維間不再致密，出現(xiàn)縫隙），使得撕破強(qiáng)力大幅降低。

由于實(shí)驗(yàn)中對于織物變色的判斷是基于裸眼觀測，因此不同試樣的熱老化時(shí)長具有差異，有些材料變色或許僅僅是染色劑發(fā)生了化學(xué)變化，并非織物結(jié)構(gòu)受到影響，沒有帶來機(jī)械強(qiáng)力降低，其熱老化程度需要進(jìn)一步分析。

表4 輻射熱老化前后熱防護(hù)性能對比

表5 熱老化前后試樣斷裂強(qiáng)力對比

表6 熱老化前后試樣撕破強(qiáng)力對比

測試結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室中采用了40 kW/m的輻射熱和80 kW/m的接觸熱，對防護(hù)服試樣進(jìn)行熱老化。根據(jù)國際上對火場熱通量的劃分，發(fā)生猛烈燃燒的油罐附近，或發(fā)生建筑轟燃時(shí)，其輻射熱通量為13 ～120 kW/m；火場地面溫度在300 ℃以上時(shí)，接觸熱通量便能夠達(dá)到80 kW/m?；谶@種實(shí)際情況與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

第一，消防員穿著滅火防護(hù)服暴露于猛烈燃燒的火場，均會對防護(hù)服的防護(hù)性能具有不良影響。尤其要格外重視過火后防護(hù)服外層發(fā)生的局部變色，強(qiáng)力可能會顯著降低，因此要加強(qiáng)滅火后的防護(hù)服的檢查，必要時(shí)予以報(bào)廢。

第二，在猛烈燃燒的火場，滅火防護(hù)服外層發(fā)生變色的時(shí)間為2 ～10 s，因此火場中在沒有水槍保護(hù)的情況下，10 s 內(nèi)防護(hù)服將會發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞。尤其是接觸滾燙地面或火焰時(shí)，5 s 內(nèi)外層便會破壞，機(jī)械強(qiáng)力會大幅降低。因此，在膝部和肘部等部位，應(yīng)采用加強(qiáng)層設(shè)計(jì)。同時(shí)，如果在火場中停留較長時(shí)間，應(yīng)將防護(hù)服報(bào)廢。

第三， 火場中無水槍保護(hù)時(shí)，滅火防護(hù)服的最長防護(hù)時(shí)間為20 ～30 s。與外層面料及其克重密切相關(guān)。外層面料熱收縮小，克重大，則可獲得更長的防護(hù)時(shí)間。外層面料建議克重為210～240 g/m為宜。

第四，隔熱層及防水透氣層材料對防護(hù)服熱防護(hù)性能具有一定影響，但并非起到?jīng)Q定性作用，外層經(jīng)過熱老化后，防護(hù)服防護(hù)性能將顯著降低。建議修訂滅火防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)，將外層面料熱老化后的性能作為滅火防護(hù)服產(chǎn)品的考核指標(biāo)。（本文作者單位系應(yīng)急管理部上海消防研究所）