韋玉輝, 蘇兆偉，黃天賜，唐 欣，佘敏楚楚

(1.安徽工程大學 紡織服裝學院，安徽 蕪湖 241000；2.應急管理部上海消防研究所，上海 200032；3.杭州職業(yè)技術學院 達利女裝學院，浙江 杭州 310018)

火災、爆炸等多種安全事故救援現場屬于煙霧、灰塵、金屬粉末、煤灰、泥土、有毒有害氣體等各種污漬共存的作業(yè)環(huán)境[1-3]。同時，作業(yè)人員在執(zhí)行救援任務時，需要完成裝備搬運、水帶拖拽、架梯登梯、火鉤使用、破拆及搜尋、人員救護等一系列高強度體力勞動，會大量出汗。消防服裝又屬于消防應急救援工作人員執(zhí)行救援任務的必備裝備，且在執(zhí)行救援任務的過程中必然會沾染其作業(yè)環(huán)境的各類污漬[4-6]。目前關于消防服裝的研究主要集中在新型防護材料研發(fā)、熱濕舒適性能提升、工藝優(yōu)化、應急救援工作人員的救援能力及救援工作指揮效率提升等方面[7-9]。關于救援服裝表面沉積污漬吸附形式、洗消處理及其對服用功能或服用性能是否產生影響的研究報道甚少[9-10]。根據相關衣物污漬清洗研究理論，衣物吸附污漬后，若采用合適的洗滌處理，使其表面沉積的污漬及時清除，并給予適當的維護保養(yǎng)，使其重復使用，是完全可以的，但關于具有防護功能的消防服裝吸附污漬后，經過洗消處理，其是否可以重復使用的研究未見報道[11-13]。消防服裝因其使用環(huán)境的高危險性，其防護功能要求極高，且用于消防服裝的材料、加工、附件裝備的成本極高，國家每年要花費大量人力、物力進行相關服裝的生產與研發(fā)。若研究可證明表面沉積污漬的消防服裝通過正確洗消、維護、保養(yǎng)便能重復使用，將可有效避免目前因污漬沉積，誤判裝備“不可使用”帶來的經濟損失與資源浪費[1,4,13]。因此，本文以消防救援現場比較常見的油漬和泥漬作為實驗模擬污漬，系統(tǒng)探究污漬種類、污漬吸附前后、洗消處理前后，常用消防面料阻燃性能、透氣性能、拒水性能、外觀形貌的變化規(guī)律，以期為消防服裝的重復使用或者高效洗消提供技術指導。

1 實驗

1.1 實驗樣品及材料

1.1.1 實驗樣品

由于消防服裝最外層面料易沾染污漬，而中間層和內層沾染污漬的可能較低，故可選擇以下3種目前較常用的消防服裝外層面料，作為實驗面料：1#(93%芳綸1314，5%Kevlar，2%抗靜電纖維)、2#(98%芳綸1313，2%芳綸1414)及3#(100%阻燃棉)。本文將重點分析影響外層面料表面吸附污漬前和洗消前后的阻燃性能、透氣性能、拒水性能的變化規(guī)律。實驗面料由赫菲斯托斯高性能纖維制造(東莞)有限公司提供。其具體參數如表1所示。

表1 實驗面料規(guī)格

1.1.2 實驗材料

為探究消防服裝表面吸附污漬和洗消處理是否影響其阻燃性能、透氣性能、拒水性能，本文結合一線消防隊員的走訪調研結果和網上火災現場報道的文獻資料，確定以泥漬、油漬作為實驗用污漬，進行實驗。實驗材料如表2所示。

表2 實驗材料

1.2 實驗過程

1.1.2 污漬布制備

(1)泥漬污漬布的制備方法：①在乙醇水溶液中加入平平加O，充分攪拌至其完全溶解，加入0.5%的炭黑粉，并用高速攪拌機高速攪拌10 min；攪拌轉速設置為1 000 r/min，制得炭黑分散均勻的炭黑分散液；②稱取適量黏土，放入一定量的去離子水中，沸煮30 min；③將用去離子水溶解充分的六偏磷酸鈉(SHMP)溶液滴加至黏土水溶液中，用攪拌機以1 000 r/min的轉速攪拌15 min，制得黏土分散液；④將一定量的炭黑分散液加至黏土分散液中，用攪拌機以1 000 r/min攪拌15 min，制得泥漬污液；⑤將裁剪的外層實驗樣布放入泥漬污液中浸漬6 h，再經二浸二軋?zhí)幚?，自然晾干，即可制得泥漬污漬布。

(2)油漬污漬布的制備方法：①稱取質量比為65∶35的司盤-80與吐溫-80，將司盤-80溶于蒸餾水，而將吐溫-80與0.1%油溶紅溶于大豆油中，分別用攪拌機以500 r/min的轉速攪拌10 min，待用；②用攪拌機將與司盤-80混合充分的水溶液以500 r/min的轉速攪拌10 min，緩慢加入混合充分的含有吐溫-80的大豆油(油水比為3∶1)，并用攪拌機以500 r/min的轉速攪拌10 min后，換高速攪拌機以10 000 r/min的轉速攪拌6 min，制得油漬污液；③將裁剪的外層實驗樣布放入油漬污液中充分浸漬6 h，再經二浸二軋?zhí)幚?，自然晾干，即可制得油漬污漬布。

1.1.2 洗消實驗

實驗采用的洗消方式軸下：機械攪拌；洗滌劑為中性洗滌液，用量為2%；主洗水溫為30 ℃，浴比為1∶15，轉速為30 r/min，時間為30 min；漂洗次數為2次，轉速為700 r/min，時間為9 min，浴比為1∶30。

1.3 實驗評測指標

(1)阻燃性能：參照GB/T 5455-2014《紡織品燃燒性能垂直方向損毀長度、陰燃和續(xù)燃時間的測定》，采用型號為YG(B)815D-Ⅰ型(垂直法)織物阻燃性能測試儀進行原樣、吸附后樣品和洗消后樣品的陰燃時間、續(xù)燃時間和損毀長度的測試，對比分析污漬吸附與洗消處理對織物樣品阻燃性能的影響。樣品尺寸為300 mm×80 mm，點燃時間為12 s。

(2)透氣性：參照GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測定》，利用型號為YG(B)461D-Ⅱ型數字式織物透氣量儀進行原樣、吸附后樣品和洗消后樣品的透氣性能測試。

(3)拒水性：采用型號為DSA25B織物接觸角測試儀進行靜態(tài)接觸角和動態(tài)吸附過程的測試。測試所取水滴的體積均為5 μL。每個樣品選取5個不同位置進行測試，以其平均值作為測試樣品的接觸角數據。

(4)形貌特征：分別采用型號為MF52-N的倒置熒光顯微鏡和型號為VHX-5000超景深三維顯微鏡，對原樣、吸附后樣品和洗消處理后樣品的形貌特征進行觀測，對比分析其織物詳品的形態(tài)變化。

2 實驗結果與討論

2.1 阻燃性能

表3所示為污漬吸附與洗消處理前后的阻燃性能實驗結果。

由表3可知，1#、2#、3#3種面料吸附油漬和泥漬后，其阻燃性能均呈現明顯的下降趨勢，但吸附油漬的阻燃性能下降程度大于吸附泥漬的阻燃性能下降程度。油漬一般屬于飽和脂肪酸、單元不飽和脂肪酸、多元不飽和脂肪酸，含有大量的低級烴及其衍生物，燃點很低，遇到明火時很容易燃燒，也可助燃，故織物面料吸附油漬后，其續(xù)燃時間和損毀長度明顯增加。而泥漬本身不具有助燃成分，僅是在制備過程中添加了吐溫等有機乳化劑(含氧有機化合物)，故其被吸附后，雖然也會導致面料阻燃性能的下降，但下降程度遠低于吸附油漬的情況，即相比油漬，其續(xù)燃時間和損毀長度的增加量較小。同時，實驗發(fā)現：吸附污漬的面料，經過洗消處理后，其阻燃性能可基本恢復到未吸附狀態(tài)，說明洗消處理可最大限度地保證消防服裝的阻燃性能，保障消防人員的人身安全。相比于原布，洗消后面料的阻燃性能仍有輕微下降。因為洗消處理后，面料表面仍有少量的污漬未被清除，故洗消后的續(xù)燃時間、陰燃時間和損毀長度均有輕微增加(相比于未吸附樣品)。此外，對比3種阻燃面料在未吸附、吸附污漬、洗消處理條件下的續(xù)燃時間、陰燃時間和損毀長度發(fā)現：3種面料中，不論是否吸附污漬、吸附何種污漬、是否洗消處理，3#(100%阻燃棉織物)的阻燃性能均最差，1#和2#相對較好。這是因為1#和2#面料主要成分是芳綸纖維，芳綸纖維屬于苯環(huán)共軛體系類纖維，分子的耐熱性能較好，而3#面料是易燃棉織物經阻燃整理制得的，其阻燃性能主要與整理劑有關，表現較差。綜上所述，面料阻燃性能與纖維種類、表面是否吸附污漬、吸附污漬的種類及是否洗消處理均存在一定關系。

表3 阻燃性能測試結果

2.2 透氣性能

圖1所示為污漬吸附與洗消處理前后的透氣性能實驗結果。由圖1可知，相比于原樣，吸附油漬和泥漬的織物樣品透氣性能均呈現明顯的下降趨勢。其中，面料吸附油漬時的透氣性能下降明顯大于其吸附泥漬時的透氣性能下降程度。油漬屬于液體污漬，可以滲透到纖維內部，使纖維膨脹，導致纖維、紗線之間的空隙減小，透氣性能下降較多。泥漬屬于固體顆粒狀污垢，當其被吸附在織物表面時，顆粒狀污垢會粘附在面料表面，堵塞一部分紗線空隙，故相應織物樣品的透氣性能也有一定程度下降，但下降程度遠低于油漬吸附的情況。同時，實驗發(fā)現：經過洗消處理，3種面料的透氣性能基本恢復至未吸附污漬時的透氣性能，說明洗消處理可實現面料透氣性能的恢復；泥漬和油漬相比，在相同的洗消條件下，泥漬透氣性能恢復程度明顯高于油漬。泥漬屬于固體顆粒狀污垢，其與面料主要依靠范德華力的物理吸附，清除相對容易，洗消處理后，洗凈率較高，故其透氣性能恢復也較好。相反，油漬分子量較大，當其與纖維接觸時，能迅速粘附于纖維表面，并滲透到織物內部，結合較為牢固，較難去除，而且吸附與解吸也并不是完全可逆的，洗消處理后仍會有部分污漬滯留在織物表面或者內部，洗凈率較低，故相比于原樣，其洗消處理后的透氣性出現了輕微下降趨勢。因此，日常洗消時，應根據吸附污漬種類選擇合適的洗消程序，以便提高洗消清潔度，最大限度地保障服裝再次使用的性能和消防人員的人身安全。

圖1 透氣性能實驗結果

2.3 拒水性能

表4所示為污漬吸附與洗消處理前后的拒水性能實驗結果。由表4可知：3#(100%阻燃棉織物)吸附油漬和泥漬后，親水性能依然良好，水分子接觸角均為0°，但動態(tài)平衡時間明顯延長，說明阻燃棉織物吸附污漬后，水滴滴落在其表面的吸附時間延長了，親水性有輕微的下降；相反，1#(93%芳綸1314、5%Kevlar、2%抗靜電纖維)和2#(98%芳綸1313、2%芳綸1414)面料吸附污漬后，拒水性能均發(fā)生了不同程度的變化(其中，吸附油漬時，其接觸角增大，拒水性能提升，而吸附泥漬時，接觸角減少，親水性能提升，拒水性能下降；洗消處理后，其接觸角又基本恢復至原狀，說明對表面污漬進行洗消處理，可保證消防服裝重復使用時的防護性能，增加使用頻次，延長服裝使用壽命)。同時，實驗發(fā)現：1#、2#面料吸附污漬后，水滴滴落后所需動態(tài)平衡時間延長。其中，吸附油漬所需的動態(tài)平衡時間大于吸附泥漬所需動態(tài)平衡時間。紗線吸附油漬后，其表面會形成一層油膜，使其表面光滑度增大，故水滴滴落時，穩(wěn)定性較差，需要更多的時間才能達到穩(wěn)定；相反，吸附泥漬時(因泥漬屬于帶有一定電荷的污漬，會且以固體顆粒狀粘附在面料表面)，泥漬與滴落的水滴結合，相互之間有一定的斥力，只要較短的反應時間便可達到平衡，故其水滴滴落所需平衡時間僅呈現輕微增加趨勢。對比吸附污漬的面料，洗消處理后的面料，接觸角和動態(tài)平衡時間均能基本恢復至未吸附污漬時的狀態(tài)。這說明織物吸附污漬后，若不進行洗消處理而繼續(xù)使用，則會降低其拒水性能，影響其穿著舒適性，但洗消處理后，其拒水性能和穿著舒適性均可恢復至原始狀態(tài)。

表4 拒水性能實驗結果

2.4 形貌特征

表5所示為污漬吸附與洗消處理前后的形貌特征觀測結果。由表5可知：未吸附污漬的織物表面紗線排列規(guī)整，經緯紗線編織紋理結構明顯，紗線間空隙較大；吸附污漬后，紗線間空隙明顯變小(尤其是3#100%阻燃棉面料)，但兩種污漬(油漬和泥漬)在面料表面的吸附形態(tài)不同(油漬滲透到纖維內部后，纖維直徑明顯膨脹，纖維表面光滑；泥漬以顆粒狀粘附在面料表面、紗線表面或紗線間空隙、纖維表面或纖維間孔洞中，導致織物表面存在明顯的顆粒狀或者塊狀污漬。對比3種面料發(fā)現：100%阻燃棉面料對兩種污漬的吸附性能表現均為最優(yōu)，吸附量最多(這是因為阻燃棉織物是棉纖維阻燃處理得到的，纖維內部存在大量空隙，容納污漬的能力較強，而芳綸纖維分子排列規(guī)整、晶體結構明顯、疏水性較強，吸附污漬能力相對較弱，故在同樣的吸附條件下，其吸附污漬的量相對較少)；洗消處理后，面料表面的規(guī)整度輕微下降，并出現了少量纖維端頭；在同樣的洗消條件下，吸附油漬的織物洗消后表面紗線更規(guī)整、光滑，斷裂破損現象較少，泥漬則相反。洗消是一個利用洗滌劑、水流、機械力等綜合作用將面料表面污漬從其載體(織物)表面剝離到洗消介質(水)中的過程，其涉及各種機械外力(摩擦、纏繞、摔打等)的作用，很容易使面料表面出現磨損。這進一步說明開展針對消防服裝洗消程序優(yōu)化研究的必要性。

表5 形貌特征觀測結果

3 結論

通過系統(tǒng)研究未吸附污漬、吸附污漬、洗消后，消防面料的阻燃性能、透氣性能、拒水性能和微觀形貌，發(fā)現：相比于未吸附污漬面料(原布)，吸附污漬面料的阻燃性能、透氣性能、拒水性能均呈現不同程度的變化，但洗消處理后，其阻燃性能、透氣性能、拒水性能又可基本恢復至未吸附狀態(tài)，說明在日常救援過程中，消防面料沾染污漬后應及時洗消，以便最大限度地保證其防護性能。吸附油漬的面料，阻燃性能、透氣性能在洗消后呈下降趨勢，拒水性能在洗消后呈上升趨勢；相反，吸附泥漬的面料，阻燃性能(續(xù)燃時間、陰燃時間、損毀長度增加)、透氣性能和拒水性能在洗消后均呈現顯著的下降趨勢。對比同樣的吸附或洗消處理條件下不同面料的防護性能發(fā)現：芳綸1314和芳綸1414的阻燃性能拒水性能均優(yōu)于100%阻燃棉織物，說明消防面料的防護性能不僅與是否吸附污漬、吸附污漬種類、是否洗消處理相關，而且與面料自身性能有關，尤其是纖維成分；不同污漬的吸附形式不同(油漬以滲透到纖維內部形式存在，吸附污漬后的纖維膨脹，且面料表面光滑；泥漬以顆粒狀或者塊狀粘附在紗線表面或纖維空隙內，面料表面較粗糙)。本文的研究結果既可有效解決消防服裝表面沉積污漬使其外觀貌似損傷，不可繼續(xù)使用，造成的使用壽命縮短或資源浪費等問題，也可為消防服裝吸附污漬后經過合理洗消，便可重復使用的做法提供一定依據。