消防服用棉型多層織物系統(tǒng)透濕性測(cè)試與分析

楊 柳，楊建忠，李 龍(， )

消防服是在滅火工作中直接接觸火源及炙熱物體時(shí)，保護(hù)消防員人身安全的防護(hù)服。在救火現(xiàn)場(chǎng)溫度高、熱量大，加之消防隊(duì)員活動(dòng)量大，人體排汗多，由于作業(yè)環(huán)境為高溫, 其溫度遠(yuǎn)高于人體溫度, 此時(shí)輻射和對(duì)流散熱已不能進(jìn)行, 人體唯一的散熱途徑就是蒸發(fā)散熱[1]，如消防服透氣性差，穿著消防服的人會(huì)感到疲勞，不舒適，嚴(yán)重影響戰(zhàn)斗力。所以消防服的防水、透氣性能應(yīng)有一個(gè)合理的匹配[2]。

防水和透氣對(duì)于材料來說似乎是矛盾的，但對(duì)于新型消防服必須既能防水又能透氣。因?yàn)橐话愕幕饒?chǎng)救火大量用水當(dāng)滅火劑，消防服必須有一定的防水性能[1]。

目前，在消防服的生產(chǎn)中，國(guó)內(nèi)外最常用的防水透氣層為聚四氟乙烯( Polytetrafluoroethylene，簡(jiǎn)稱PTFE膜)樹脂為原料，經(jīng)拉伸形成的微孔薄膜。薄膜厚度約為25 μm，氣孔率為82%，每平方厘米有14億個(gè)微孔，平均孔徑為0.14 μm，孔徑0.2 ～5 μm，小于輕霧的最小直徑(20～100 μm)，而遠(yuǎn)大于水蒸氣分子的直徑(0.0003～0.0004 μm)，使水蒸氣能通過這些永久的物理微孔通道擴(kuò)散，同時(shí)水滴不能通過，而且PTFE薄膜是拒水的，因而這樣的薄膜具有優(yōu)良的防水透濕性能[3]。

本研究采用三種不同棉型阻燃面料層壓PTFE膜織物作為多層阻燃系統(tǒng)中的外層和防水透氣層，與NOMEX/FR-VISCOSE面料作為外層的多層系統(tǒng)進(jìn)行防水透濕性的對(duì)比，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。篩選出符合防水透濕性能標(biāo)準(zhǔn)的多層消防服用織物組合。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 透濕量術(shù)語及試驗(yàn)原理

透濕量WVT(Water vapour transmission rate)是指在織物兩面分別存在恒定的水蒸汽壓的條件下，規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸汽質(zhì)量，以該條件下的 g/(m2·d)為單位。

試驗(yàn)原理是把盛有吸濕劑或水并封以織物試樣的透濕杯放置于規(guī)定溫度和濕度的密封環(huán)境中，根據(jù)一定時(shí)間透濕杯(包括試樣和吸濕劑或水)質(zhì)量的變化計(jì)算出透濕量。

1.2 試樣及測(cè)試環(huán)境

本試驗(yàn)采用YG(B)216X型織物透濕儀，測(cè)試方法按照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T12704-91織物透濕量測(cè)定方法 透濕杯法》。試樣直徑為70 mm，每個(gè)樣品取3個(gè)試樣。測(cè)試涂層織物時(shí)，如未特別指明，則以涂層面為測(cè)試面。試樣應(yīng)在至少距布邊1/10幅寬，距匹端2 m遠(yuǎn)處裁取。試樣應(yīng)無影響測(cè)試結(jié)果的疵點(diǎn)。試驗(yàn)箱溫度設(shè)定為38℃，相對(duì)濕度90%，氣流速度0.3～0.5 m/s。試驗(yàn)箱溫度控制精度為±0.5℃，相對(duì)濕度控制精度為±2%。

外層選用三種棉型阻燃覆膜面料及兩種NOMEX/FR-VISCOSE芳綸/阻燃粘膠面料、隔熱層均為51#針刺氈芳綸1313；舒適層均采用42# NOMEX/FR-VISCOSE芳綸/阻燃粘膠面料。具體織物規(guī)格如表1所示。各層配伍方式如表2所示。

表1 試驗(yàn)樣品的基本規(guī)格

注：A4、A5、D1均為NOMEX/FR-VISCOSE芳綸/阻燃粘膠面料；PTFE膜為聚四氟乙烯膜。

表2 各層配伍方式

1.3 試驗(yàn)方法

在溫度38℃，相對(duì)濕度90%，氣流速度0.3～0.5 m/s的試驗(yàn)條件下，按照表2的配伍方式分別對(duì)五種多層織物系統(tǒng)進(jìn)行透濕性測(cè)試。每塊樣品取3塊做平均值，精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

試樣透濕量按下式計(jì)算

(1)

式中:WVT—每平方米每天(24 h)的透濕量，g/(m2·d)；

Δm—同一試驗(yàn)組合體兩次稱重之差，g；

S—試樣試驗(yàn)面積，m2；

t—試驗(yàn)時(shí)間，h。

樣品透濕量為三個(gè)試樣透濕量的算術(shù)平均值[修約到10 g/(m2·d)]

2 結(jié)果與討論

外層透濕量及多層織物系統(tǒng)透濕量測(cè)試結(jié)果如表3所示：

表3 透濕量測(cè)試結(jié)果

根據(jù)《GA10—2002消防員滅火消防服標(biāo)準(zhǔn)》防水透氣層的透水蒸氣性能中規(guī)定：水蒸氣透過量不應(yīng)小于5000 g/(m2·d)。而整體防護(hù)性能對(duì)于透濕性能并未做具體規(guī)定，就消防服舒適性來說，整體透濕性越好，即透濕量越大，則穿著者的服用舒適度越高。

由表3可以看出，外層透濕量均能達(dá)到《GA10-2002消防員滅火消防服標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定水蒸氣透過量不應(yīng)小于5000 g/(m2·d)的標(biāo)準(zhǔn)，而棉型阻燃覆膜面料A1、A2、A3的透濕量明顯低于無覆膜芳綸/阻燃粘膠面料A4、A5。因?yàn)閷訅篜TFE膜的覆膜面料普遍比單層芳綸/阻燃粘膠面料厚度大，而織物厚度與織物的透濕性成反比關(guān)系，這是由于水蒸汽通過厚度較大的織物時(shí), 容易殘留在織物空隙中, 或被纖維所吸收，導(dǎo)致織物間隙減小, 進(jìn)一步阻礙濕傳遞, 最終影響織物透濕率，使之減??；另一方面PTFE膜本身也會(huì)對(duì)水蒸氣的透過量有一定的影響。

就覆膜面料A1、A2、A3來說，平方米重和厚度均最小的覆膜阻燃防撕裂棉面料A2的透濕性能最好，而覆膜棉錦阻燃面料A1與覆膜阻燃防撕裂棉面料A2和覆膜阻燃帆布A3的透濕量差距較大，主要是因?yàn)锳1層壓的PTFE膜較A2、A3厚度大，對(duì)蒸氣透過量有一定的阻礙作用。

對(duì)于無覆膜面料A4、A5，芳綸/阻燃粘膠面料A4的透濕量為7456 g/(m2·d)，而克重較大的A5的透濕量為8603 g/(m2·d)遠(yuǎn)大于A4，這里織物組織對(duì)于透濕性能的影響超過了平方米重的影響。即斜紋組織A5的透濕量大于平紋組織A4。

五種多層織物系統(tǒng)的透濕性亦均超過了《GA10-2002消防員滅火消防服標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定水蒸氣透過量不應(yīng)小于5000 g/(m2·d)的標(biāo)準(zhǔn)。透濕量從大到小依次為：5#>3#>4#>1#>2#，5#多層織物系統(tǒng)外層為芳綸/阻燃粘膠面料的透濕性能最好，但作為消防戰(zhàn)斗服，在消防滅火過程中，會(huì)使用大量的流動(dòng)水進(jìn)行滅火，從而沾濕服裝，而水的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)大于纖維的導(dǎo)熱系數(shù)，潮濕的阻燃防護(hù)服對(duì)火場(chǎng)的工作人員更可能造成灼傷。因此作為沖入火場(chǎng)的消防戰(zhàn)斗服，防水透濕層是不可或缺的。因而，綜合以上因素，3#多層織物系統(tǒng)外層為覆膜阻燃帆布為最優(yōu)組合。

圖1 單層織物透濕性與厚度相關(guān)性圖

由圖1可知，一般情況下，織物厚度與織物的透濕性成反比關(guān)系，即織物越厚，透濕性越差。而對(duì)于覆膜織物層壓于織物的PTFE膜本身也會(huì)對(duì)水蒸氣的透過量有一定的影響。

3 結(jié)論

3.1織物組織對(duì)于織物的透濕性也存在一定的影響，芳綸/阻燃粘膠面料A4的透濕量為7456 g/(m2·d)，而克重較大的A5的透濕量為8603 g/(m2·d)遠(yuǎn)大于A4，即芳綸/阻燃粘膠面料A5的透濕性最好。

3.2五種多層織物系統(tǒng)中，透濕量從大到小依次為：5#>3#>4#>1#>2#，5#多層織物系統(tǒng)的透濕性能最好，但綜合消防服對(duì)于面料的特殊要求，3#多層織物系統(tǒng)為消防戰(zhàn)斗服的最佳選擇。

3.3一般情況下，織物厚度和平方米克重與織物的透濕性成反比關(guān)系；對(duì)于覆膜織物層壓于織物的PTFE膜本身也會(huì)對(duì)水蒸氣的透過量有一定的影響。

[1] 沈蘭萍,李一玲,謝光銀,潘海容.雙層放熱阻燃織物的產(chǎn)品開發(fā)及其性能測(cè)試[J].西北紡織工學(xué)院學(xué)報(bào),2000，(1)：10—16.

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