热防护服热防护性能的分析与探讨

热防护服热防护性能的分析与探讨

华　涛 (江南大学,无锡,214063)

摘　要:本文在综合分析国内外热防护服研究的基础上,对热防护服的热防护原理和必须具备的热防护性能进行了分析和探讨。

关键词:热防护服,热防护性能,阻燃性,隔热性,完整性

中图分类号:TS94173113 文献标识码:B 文章编号:1004-7093(2002)08-0028-04

随着社会的发展,人民生活水平和工作环境不断改善,在消防、冶金、电力等行业的特殊环境中作业的职工穿着热防护服,以减少工伤事故和火灾造成的损失,已成为大家的共识和基本国策。因此,作为产业用纺织品的一个主要品种的热防护服的应用范围不断扩大,具有广阔的发展前景。

美国、日本及欧洲的发达国家对热防护服的研究和开发较早,热防护服在许多行业中都得到了广泛的应用。目前,他们已制订并实施了一系列先进和完善的热防护服产品标准和测试方法标准,可以较系统地设计、开发和生产各类热防护服,并较好地测试和评价热防护服的热防护性能。

与国外相比,我国热防护服研究开发起步较晚,在热防护服的开发、设计、生产和性能测试评价等方面还未形成系统的标准。但随着科技的发展以及人们工作条件的改善,借鉴国外先进经验和技术,我国在该领域的研究也正在取得显著进步。目前,我国已制订了部分行业的热防护服性能要求,已制订和建立了热防护服阻燃性能测试方法和系列标准。但总体上与国外相比还有一定差距。

本文在综合分析国内外热防护服研究的基础

收稿日期:2002-04-17

作者简介:华涛,男,1963年生,副教授。主要从事纺织新材料的研究与开发应用,热防护服性能与测试方法,红外伪装服、复合材料等课题的研究。上,对热防护服热防护性能的基本原理以及热防护服必须具备的热防护性能等进行分析和探讨。

1　热防护服的热防护原理

热防护服是对在高温或超高温条件下工作的人员进行安全保护,从而避免热源对人体造成伤害的各种保护性服装。

人体皮肤对温度非常敏感。当人体皮肤的热流密度达到2168J/cm2,即皮肤温度达到45℃时,人就会有灼痛感;当热流密度增大到5102J/ cm2,即人体皮肤温度达72℃时,就会造成皮肤的二度烧伤[1]。因此,人们穿着热防护服可以保护皮肤;在高温环境中,通过穿着热防护服,可以使人体皮肤的升温速率降低,并提供穿着者反应和逃离的时间,以避免或减轻热源对人体的伤害。

对人体造成伤害的热源有多种形式,它们的性质各不相同,因此对热防护服的热防护性能要求也不同。目前,热源的主要形式有:火焰(对流热)、接触热、辐射热、火花和熔融金属喷射物、高温气体和热蒸汽、电弧所产生的高热等。

同时,热防护服的热防护性能也与热源热量转移的方式有很大关系。通常,热量传递的方式有热对流、热传导、热辐射以及以上三种方式的结合。例如,热源中的火焰、高温气体、热蒸汽是以热对流方式传递热量,接触热、火花和熔融金属是以热传导方式传递,而辐射热则以热辐射方式传递。热量传递的多少通常用热流量表示,它是指

单位面积每秒钟通过的热量,单位是kW/m2,W/ cm2或J/cm2・s。

111　热对流

热对流是指热量依靠液体或者气体的流动来传递。在对流中,流体从高温物体获得能量后,携带着流向温度较低的区域。它是通过流体的宏观运动进行热交换的一种形式。在热防护服的实际应用中,热对流是指热量由各种高温气体和热蒸汽来传递。人们曾用以下方法来测试织物的防热对流性能。即将垂直放置的织物暴露于1200℃的火焰前,其热流量为1318J/cm2・s,在织物后面测量引起人体皮肤一度烧伤(疼痛)和二度烧伤(起泡)所需要的时间,以此来评价热防护性能。

织物防热对流性能主要与织物的重量、密度、透气性等密切相关。增加织物的重量可提高引起皮肤二度烧伤所需要的时间。同时,多层织物也比单层织物具有更好的防热对流效果。

112　热传导

热传导是指热量沿着物体传递。它从温度高的物体传递到温度低的物体。这种传递主要通过物质中相邻分子间的连续碰撞来实现。在热防护服的应用中,热传导是指热量以火花、熔融金属喷射物等为载体,接触服装并将热量通过服装传递到人体,从而对人体造成伤害。

通常,织物防熔融金属热传导性能可采用将标准PVC薄膜制成的人造皮肤置于织物背后,测定熔融金属热量通过织物后对人造皮肤造成的伤害。根据伤害的面积和程度,又可将织物热防护性能的优劣分为一级至七级。一级最好,无伤害,二级和三级分别为伤害面积小于和大于0101m2的一度烧伤,四级和五级分别为伤害面积小于和大于0101m2的二度烧伤,六级和七级分别为伤害面积小于和大于0101m2的三度烧伤[1]。

热防护服的防热传导性能与热防护服的纤维原料、结构、热源温度、热源与服装接触时的压力以及织物的含湿率等密切相关。在长时间与热源接触的使用条件下,织物的厚度和密度是影响热流量的主要因素。如果织物厚度一定,适当降低织物密度,增加织物中静止空气的含量,可以降低织物的导热,但不能引起空气的流动。如果织物与热源短时间接触,增加织物重量可提高其热容量,改善防热性能。对于由外层、隔潮层和隔热层组成的多层结构热防护服来讲,防热传导性能主要取决于隔热层。同时,增加热源温度和热源与织物接触时的压力,都会降低热防护服的防热传导性能。而热防护服含湿率对热传导性能的影响则取决于水分的含量和水分在服装中所处的位置。

113　热辐射

热辐射是指热由物体沿直线向外辐射出去。热辐射的本质是物体由于温度而引起的热量辐射,其大小与热源绝对温度的四次方成正比[2]。与热传导和热对流不同,热辐射是一种非接触传热方式,不需要任何物质作媒介,而是以电磁波形式传递热量。在热防护服的实际应用中,热辐射是造成受害者伤害的主要传热形式之一,即使是具有火焰的燃烧,其能量中也包括高达80%的热辐射。

在热防护服防热辐射性能的测试中,常将织物垂直暴露在辐射热源下,在规定的距离内,热源对织物试样进行热辐射,通过测定造成试样后面人体皮肤二度烧伤所需要的时间及热流密度来评价试样的防热辐射性能[3]。

织物防热辐射性能与织物重量、厚度、密度,以及织物表面状况有直接关系。重或厚的织物具有较高的防热辐射性能;同时,在纤维表面镀铝,在织物中夹杂一些碎铝箔,或在织物表面复合铝箔,使织物表面具有较高的反射率和良好的导电性,可以大大提高织物的防热辐射性能。

2　热防护服必须具备的热防护性能除了具有普通防护服的服用性能外,热防护服还必须具备在高温条件下对人体进行安全保护的功能,即具有特殊的热防护性能。在不同的使用场合,不同的使用环境下,对人体造成伤害的热源性质不同,热源热量传递的方式不同,对热防护服的热防护性能要求也不同。但总体来说,热防护服必须具备以下热防护性能。

211　阻燃性

阻燃性是指织物遇到特别高温或火焰时难燃或不燃;织物着火时能遏制燃烧蔓延,并且火源一旦撤离能立即自行熄灭。因此,阻燃性是热防护