呂 歡 劉 琳 權(quán)國明 杜彥龍 黨 敏

1. 陜西元豐紡織技術(shù)研究有限公司,陜西 西安 710038;2. 陜西紡標(biāo)檢測認(rèn)證有限公司,陜西 西安 710038

金屬在冶煉、轉(zhuǎn)運、鑄造及加工處理過程中,易發(fā)生熔融金屬飛濺、泄漏等狀況,這會給操作人員人身安全帶來隱患。因此,對作業(yè)環(huán)境中存在高溫熔融金屬飛濺、滴落等風(fēng)險的工作人員,應(yīng)配備相應(yīng)的抗熔融金屬防護服,以減少或避免金屬熔體的傷害[1]。當(dāng)前,依據(jù)使用場景的不同,抗熔融金屬防護服主要有焊接防護服和防熔融金屬飛濺防護服兩種。

焊接防護服主要應(yīng)用于電焊、切割等行業(yè),是焊接工人工作時需穿著的服裝,能在較小的熔融金屬滴沖擊的環(huán)境中實現(xiàn)對焊接場所勞動個體的保護。關(guān)于焊接防護服,國際標(biāo)準(zhǔn)委員會制定了 ISO 11611:2015Protectiveclothingforuseinweldingandalliedprocesses[2],國內(nèi)也制定了國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.2—2009《防護服裝 阻燃防護 第2部分:焊接服》[3]。其中,焊接防護服用面料的主要性能評價指標(biāo)包括強力性能、阻燃性能、熱穩(wěn)定性能、熱防護性能及抗熔融金屬沖擊性能等。焊接作業(yè)過程中,最大的危害來自較小的金屬熔滴。四散的金屬熔滴會形成沖擊,并在凝固時釋放潛熱,其熱量能透過面料對人體皮膚造成灼傷,故抗熔融金屬沖擊性能是焊接防護服面料的重要性能指標(biāo)。

防熔融金屬飛濺防護服適用于有熔融金屬飛濺的金屬冶煉工況,其能防止作業(yè)時飛濺的熔融金屬對個體造成傷害。關(guān)于防熔融金屬飛濺織物,國際標(biāo)準(zhǔn)委員會制定了 ISO 11612:2015Protectiveclothing-Clothingtoprotectagainstheatandflame-Minimumperformancerequirements[4],國內(nèi)也制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 64083—2021《防熔融金屬飛濺織物》[5]。防熔融金屬飛濺織物的主要性能評價指標(biāo)包括強力性能、阻燃性能、熱防護性能、抗熔融鋁(鐵)沖擊性能等,其中抗熔融鋁(鐵)沖擊性能最為關(guān)鍵。

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展及工業(yè)科技的進(jìn)步,抗熔融金屬防護服的市場需求逐漸擴大。為規(guī)范企業(yè)合理化生產(chǎn),并更好地保障作業(yè)人員的生命安全,國內(nèi)外已針對抗熔融金屬防護服的指標(biāo)要求及測試方法制定了系列標(biāo)準(zhǔn),以評價服裝/織物對熔融金屬的防護性能[6]。本文將就國內(nèi)外抗熔融金屬防護服的抗熔融金屬沖擊性能、防熔融金屬飛濺性能進(jìn)行對比和分析,以期為提升國內(nèi)抗熔融金屬防護服的質(zhì)量檢測、性能評價等提供理論依據(jù)。

1 焊接防護服

1.1 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)方面,焊接防護服現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.2—2009,該標(biāo)準(zhǔn)適用于焊接及相關(guān)作業(yè)場所作業(yè)人員的防護服。GB 8965.2—2009以GB 15701—1995《焊接防護服》為基礎(chǔ),與國家現(xiàn)行焊接安全及防護規(guī)定相協(xié)調(diào),同時借鑒了歐美等的國家標(biāo)準(zhǔn)。

GB 8965.2—2009規(guī)定,焊接防護服用面料的抗熔融金屬沖擊性能的測試方法參照GB/T 17599—1998《防護服用織物 防熱性能 抗熔融金屬滴沖擊性能的測試》,即金屬熔滴按一定的角度沖擊試樣,試樣后方傳感器測定經(jīng)15滴金屬熔滴沖擊后試樣反面的溫升狀況,其測試原理如圖1所示。當(dāng)經(jīng)15滴金屬熔滴沖擊后,試樣背后的傳感器溫升不超過40 K,則判定試樣的抗熔融金屬沖擊性能合格。

1.2 國外標(biāo)準(zhǔn)

目前,國外有關(guān)抗熔融金屬沖擊性能紡織品的指標(biāo)及測試標(biāo)準(zhǔn)主要參考 ISO 11611:2015。該標(biāo)準(zhǔn)對不同焊接活動場所用焊接防護服的防護等級進(jìn)行了分類說明,并規(guī)定了焊接防護服的最低性能要求和測試方法。

ISO 11611:2015將焊接防護服分為Class 1(適用于輕級危害場合)和Class 2(適用于重級危害場合)兩個等級,并規(guī)定了抗熔融金屬沖擊性能測試依照 ISO 9150:1988Protectiveclothing-Determinationofbehaviourofmaterialsonimpactofsmallsplashesofmoltenmetal進(jìn)行。其中,Class 1要求試樣后方傳感器溫升40 K所需金屬熔滴數(shù)為[15,25);Class 2要求試樣后方傳感器溫升40 K所需金屬熔滴數(shù)不小于25。Class 1試樣適用于有輕微熔滴形成的焊接場所,能在危害較小的焊接操作或工況下提供防護;Class 2試樣適用于有大量熔滴形成的焊接場所,能在更危險的焊接操作或工況下提供保護。

1.3 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對比

GB 8965.2—2009和ISO 11611:2015均為焊接防護服用標(biāo)準(zhǔn),兩者均對焊接防護服的抗熔融金屬沖擊性能做出了要求。雖然國標(biāo)與國際標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于抗熔融金屬沖擊性能的測試原理相似,但在測試數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式及防護等級的劃分方面存在不同,具體表現(xiàn)在以下兩方面。

(1)抗熔融金屬沖擊性能測試數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)方式不同。GB 8965.2—2009是以經(jīng)15滴金屬熔滴沖擊后,試樣后方傳感器測得的溫升數(shù)據(jù)作為測試數(shù)據(jù)的,溫升數(shù)據(jù)越小,則試樣的抗熔融金屬沖擊性能越好;ISO 11611:2015是以試樣后方傳感器測得溫升40 K所需的金屬熔滴數(shù)作為測試數(shù)據(jù)的,傳感器溫升40 K所需的金屬熔滴數(shù)越多,則試樣的抗熔融金屬沖擊性能越好。

(2)抗熔融金屬沖擊性能的等級劃分不同。盡管GB 8965.2—2009已將焊接防護服面料的防護等級劃分為3個級別——A、B、C,但該等級的劃分僅針對面料的阻燃性能,未就面料的抗熔融金屬沖擊性能進(jìn)行等級劃分;ISO 11611:2015將不同焊接活動場所用焊接防護服面料劃分為Class 1(應(yīng)對輕級危害)和Class 2(應(yīng)對重級危害)兩個等級,并對兩個等級的抗熔融金屬沖擊性能指標(biāo)做出了具體要求。

表1歸納了GB 8965.2—2009和ISO 11611:2015兩種標(biāo)準(zhǔn)的測試條件及指標(biāo)要求。從表1可以看出:GB 8965.2—2009對面料抗熔融金屬沖擊性能指標(biāo)的要求與ISO 11611:2015中Class 1(應(yīng)對輕級危害)防護等級相當(dāng);GB 8965.2—2009要求測試用金屬熔滴的質(zhì)量為(0.50±0.05)g,而ISO 11611:2015要求測試用金屬熔滴的質(zhì)量為(0.50±0.03)g,國際標(biāo)準(zhǔn)中對金屬融滴的質(zhì)量要求更高。結(jié)合國際上對應(yīng)對重級危害的防護服有潛在的市場需求,建議國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)參照ISO 11611:2015中的要求對焊接防護服進(jìn)行等級劃分,以滿足不同客戶的要求。

表1 焊接防護服用標(biāo)準(zhǔn)的測試條件及指標(biāo)要求Tab.1 Test conditions and index requirements of welding protective clothing standards

2 防熔融金屬飛濺防護服

2.1 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

近年來,國內(nèi)陸續(xù)開始了對防熔融金屬飛濺織物的自主研發(fā)與生產(chǎn),并打破了這一領(lǐng)域高端產(chǎn)品長期依賴進(jìn)口的局面。對于防熔融金屬飛濺織物,國內(nèi)的研發(fā)起步較晚,長期缺少相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)支撐,這嚴(yán)重制約了我國防熔融金屬飛濺織物的發(fā)展。陜西元豐紡織技術(shù)研究有限公司(簡稱元豐公司)通過與多家單位的共同努力,制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 64083—2021《防熔融金屬飛濺織物》,且該標(biāo)準(zhǔn)已于2022年2月1日正式實施。

FZ/T 64083—2021適用于鋁、鐵等冶煉工況下穿著的防熔融金屬飛濺防護服用機織物,不涉及針織物及皮革等。根據(jù)熔融金屬飛濺防護機制,防熔融金屬飛濺織物應(yīng)滿足阻燃、熔融金屬快速滑脫及隔熱等性能要求,但目前公開的研究及專利主要關(guān)注這類織物的熔融金屬飛濺防護等級及阻燃性能[7]。

FZ/T 64083—2021規(guī)定了防熔融金屬飛濺織物抗熔融鋁、熔融鐵沖擊性能的測試方法,即以不同質(zhì)量的熔融金屬澆注到以一定角度放置的織物上,結(jié)合貼附在織物背面的聚氯乙烯(PVC)薄膜的變化程度,評價織物的防熔融金屬飛濺性能。其測試原理如圖2所示。FZ/T 64083—2021選擇鐵和鋁分別作為重金屬和輕金屬的代表,因為熔融鐵和熔融鋁在物理性質(zhì)方面存在顯著差異。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同金屬的特性,對熔融金屬的澆注溫度、澆注高度及試樣水平角度等做出了不同的規(guī)定,并根據(jù)能承受的澆注熔融金屬的質(zhì)量評定織物的防護等級。標(biāo)準(zhǔn)要求,經(jīng)規(guī)定程序洗滌后的織物,抗熔融鋁或熔融鐵沖擊性能的測試結(jié)果至少應(yīng)達(dá)到D1或E1等級。

圖2 防熔融金屬飛濺性能測試原理Fig.2 Test principle of anti-melt metal splash performance

2.2 國外標(biāo)準(zhǔn)

目前,在歐美等國家,冶金作業(yè)用抗熔融金屬飛濺防護服的研發(fā)企業(yè)較多,并已形成了以ISO 11612:2015Protectiveclothing-Clothingtoprotectagainstheatandflame-Minimumperformancerequirements與ISO 9185:2007Protectiveclothing-Assessmentof

resistanceofmaterialstomoltenmetalsplash為核心的標(biāo)準(zhǔn)評價體系。

ISO 11612:2015適用于暴露在輻射熱、對流熱、接觸熱及熔融金屬飛濺等多種場合的防護服,適用范圍不僅包括機織物,還涵蓋針織物、皮革、金屬化織物及防護服用輔料等。該標(biāo)準(zhǔn)對各類防護服用防熔融金屬飛濺織物的性能指標(biāo)及防護服的設(shè)計進(jìn)行了規(guī)范和要求,并規(guī)定抗熔融鋁或熔融鐵飛濺性能測試標(biāo)準(zhǔn)為ISO 9185:2007。ISO 9185:2007適用于單層或多層防護織物的熔融鋁或熔融鐵飛濺性能測試。

2.3 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對比

關(guān)于織物的防熔融金屬飛濺性能,ISO 11612:2015與FZ/T 64083—2021的檢測方法基本一致,都是以不同質(zhì)量的熔融金屬澆注一定角度放置的試樣,記錄澆注后貼附在試樣背面的PVC薄膜的變化程度,最后根據(jù)澆注的熔融金屬質(zhì)量評定試樣的防熔融金屬飛濺防護等級的,其測試原理、測試環(huán)境及檢測結(jié)果等級的劃分也基本相同(表2)。

FZ/T 64083—2021是在ISO 11612:2015的基礎(chǔ)上制定的,FZ/T 64083—2021部分試驗條件的要求較ISO 11612:2015更全面細(xì)致,具體表現(xiàn)在以下兩方面。

(1)試樣的預(yù)處理。研究表明,羊毛纖維的鱗片結(jié)構(gòu)有利于飛濺的熔融金屬在其表面滑脫,熔融金屬對羊毛纖維黏附性較低,因此,為提升織物的防護性能,大多數(shù)防熔融金屬飛濺織物都含有羊毛纖維[8-9]。但是羊毛纖維具有縮絨性,濕熱條件下含羊毛纖維的織物易氈縮,且羊毛纖維含量越大,氈縮現(xiàn)象越嚴(yán)重。故FZ/T 64083—2021結(jié)合羊毛混紡織物的洗滌氈縮特性,以織物中羊毛纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為依據(jù),對測試前織物的洗滌方式進(jìn)行了分類說明,即按照GB/T 8629—2017的規(guī)定,羊毛纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥30%的織物選擇程序4G洗滌,其他織物則選擇程序6N洗滌,并在洗滌5次后按照滾筒烘干法(F法)烘干。FZ/T 64083—2021要求含毛量不同的織物,洗滌次數(shù)一致但洗滌程序不同,而ISO 11612:2015要求所有織物的洗滌方式和洗滌次數(shù)均一致。

(2)金屬規(guī)格的要求。ISO 11612:2015明示了金屬鋁、鐵的成分要求,FZ/T 64083—2021在其基礎(chǔ)上結(jié)合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)增設(shè)了對金屬鋁、鐵具體規(guī)格的要求,即金屬鋁應(yīng)符合GB/T 3190—2008《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》的要求,金屬鐵應(yīng)符合GB/T 718—2005《鑄造用生鐵》的要求。

因此,可以考慮將行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 64083—2021與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11612:2015進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)和檢測結(jié)果互認(rèn),以降低國內(nèi)企業(yè)在產(chǎn)品出口貿(mào)易時的檢驗、檢測成本。此外,兩項標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于PVC薄膜的變化程度均由人為判定,數(shù)據(jù)結(jié)果存在多樣性及不確定性,故有關(guān)測試結(jié)果的判定方式還有待進(jìn)一步的完善。

此外,金屬鐵的熔融溫度較金屬鋁高,故熔融鐵的澆注溫度高,其對織物的短期耐高溫性能要求更嚴(yán)格。而熔融鋁發(fā)生飛濺時,其相對于熔融鐵更易黏附于織物表面,并通過織物進(jìn)行熱傳導(dǎo),故對人體的熱傷害比熔融鐵大。由此可以推斷,防熔融鋁飛濺的面料能防熔融鐵飛濺,但防熔融鐵飛濺的面料不一定能防熔融鋁飛濺。

3 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展探討

相對于歐美日等發(fā)達(dá)地區(qū)與國家,我國在抗熔融金屬防護服(如焊接防護服、防熔融金屬飛濺防護服等)的研究方面起步較晚,研發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)較為落后,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定也較晚。

隨著工業(yè)的快速發(fā)展,抗熔融金屬防護服的要求也越來越多樣化。目前,國內(nèi)對焊接防護服抗熔融金屬沖擊性能等級的評判較為單一,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并結(jié)合工作環(huán)境及防護服的損傷程度,進(jìn)行抗熔融金屬沖擊性能等級的區(qū)分。由北京市勞動保護科學(xué)研究所等單位承擔(dān)的國家強制性標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.2—2022《防護服裝 焊接服》已于2022年12月29日發(fā)布,并將于2024年1月1日開始實施。新標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合了國內(nèi)焊接防護服的實際生產(chǎn)水平及面料的生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀,并根據(jù)我國焊接防護服的實際使用需求,參考ISO 11611:2015,將焊接防護服的抗熔融金屬沖擊性能分為A、B兩等級,進(jìn)一步完善了不同工作環(huán)境對焊接防護服的性能要求。此項強制性國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布提升了特種防護服裝標(biāo)準(zhǔn)體系的全面性,有助于更好地保障冶金作業(yè)人員的人身安全。

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 64083—2021是元豐公司等多家企業(yè)在ISO 11612:2015的基礎(chǔ)上,針對防熔融金屬飛濺織物的性能評價而制定的。該標(biāo)準(zhǔn)的實施填補了國內(nèi)冶金作業(yè)用防熔融金屬飛濺織物標(biāo)準(zhǔn)的空白,其在防熔融金屬飛濺性能的測試與要求方面與GB 8965.3—2022和ISO 11612:2015高度一致。但目前熔融金屬飛濺測試儀仍以德國WAZUA公司生產(chǎn)的設(shè)備為主,國內(nèi)方面相關(guān)測試儀器嚴(yán)重匱乏,產(chǎn)品指標(biāo)的檢測及標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用受阻[10]。元豐公司針對測試標(biāo)準(zhǔn)ISO 9185:2007研發(fā)出防熔融金屬飛濺性能測試儀,目前已得以應(yīng)用。

隨著全球高性能纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及產(chǎn)能的不斷擴大,高性能纖維種類層出不窮[11],這為抗熔融金屬防護服的研制提供了良好的基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展,企業(yè)及工人對防護服的性能要求也越來越多樣化,各類招標(biāo)活動中不僅要求產(chǎn)品具備良好的防護性能,還要具有舒適和高性價比等優(yōu)勢,因此未來抗熔融金屬防護服將朝著輕質(zhì)、經(jīng)濟、高效的方向發(fā)展。

4 結(jié)論

(1)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11611:2015和國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.2—2009在抗金屬熔滴沖擊性能測試原理方面相似,但應(yīng)注意指標(biāo)要求有區(qū)別。一般,滿足ISO 11611:2015規(guī)定的防護服也滿足GB 8965.2—2009的要求,但滿足GB 8965.2—2009要求的防護服未必滿足ISO 11611:2015的要求。

(2)不同焊接場合的操作人員可能受到的傷害及其程度不盡相同,因此有必要根據(jù)焊接防護服的使用場合、作業(yè)類型等對防護級別做出劃分,實現(xiàn)精準(zhǔn)防護。未來,GB 8965.2—2022的正式實施將滿足不同應(yīng)用場合對焊接防護服的技術(shù)要求,確保作業(yè)人員生命安全,同時還可避免某些場合的過度防護,減少不必要的浪費。

(3)ISO 11612:2015作為國際標(biāo)準(zhǔn),由于語言的原因,在采納、宣傳與推廣方面受限。FZ/T 64083—2021作為國內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已正式實施,國家強制標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.3—2022將于2024年1月1日開始實施,這兩項標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的防熔融金屬飛濺性能檢測方法和指標(biāo)要求均與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11612:2015一致。建議加強國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的宣傳力度,讓下游企業(yè)在選購防熔融金屬飛濺織物時真正做到懂標(biāo)準(zhǔn)、用標(biāo)準(zhǔn)。