蒸汽防护服装的性能要求及研究现状Yd15134
刘洪凤，张富丽 海军医学研究所，上海200433
收稿日期：2012-03-01
作者简介：刘洪风(1975-)，女，山东省人，助理研究员，主要从事特种防护服装的研究工作。
原载:上海纺织科技2012/5;14-16
【摘要】：叙述了蒸汽防护服装的防护原理及影响因素，介绍了目前美、法两国蒸汽防护服装相关研究概况，并提出蒸汽防护服
装必须具备防蒸汽透过性能、耐高温性能、隔热性能以及一定的服用性能。
【关键词】：蒸汽；防护服装；防护原理；影响因素；性能；研究；研究现状
【中图分类号】TS941.731 文献标识码：A 文章编号：1001-2044(2012)05-0014-03
航海过程中，装备长时间工作、振动和疲劳可能会导致蒸汽管道破损或接头密封损坏，造成高温高压蒸汽泄漏。蒸汽的意外喷射对海军特别是核潜艇工作人员是一种潜在的危险，短时间内会造成人员伤亡。发电厂蒸汽轮机工作人员、蒸汽管道检修人员和仪表安装人员有时也会面临被意外喷射出的蒸汽灼伤的危险，如1993年6月，美国西北部发电厂一座装置上的阀门破裂，蒸汽喷射而出，受害者身体被灼伤50％ 以上，一周后死亡[1]。为此，需要一种蒸汽防护服装来对工作人员进行安全保护，一旦蒸汽泄漏，工作人员可穿着并进行抢修工作，以保护更多的人免受蒸汽伤害。
1 蒸汽防护原理及影响因素[2]
蒸汽防护服装是对在高温蒸汽环境下的工作人员进行安全防护、避免高温蒸汽对人体造成伤害的一种个体防护服装。
通常，热量传递的方式有对流、传导、辐射以及以上3种方式的综合。对于高温蒸汽而言，热量传递的主要方式是热对流，同时，与防护材料未接触时有热辐射，接触后则有热传导，整个过程3种热传递方式并存。因此，蒸汽防护就是对这3种热传递方式的防护。
服装的防热对流功能主要体现在织物的防热对流性能上，与织物的质量、密度、透气性等密切相关。增加织物质量可延长引起皮肤二度灼伤所需时间，同时多层织物比单层织物具有更好的防热对流效果，不透气织物优于透气织物。另外，织物不透气的处理方式也影响防护效果[3]。在织物上表面进行不透气处理与在织物下表面进行相同的不透气处理比较，在热蒸汽环境中暴露相同时间，前者热流量明显小于后者。
蒸汽防护服装的防热传导性能与防护服装采用的纤维原料、织物结构、服装结构、蒸汽温度、蒸汽与服装接触时的压力等密切相关。纤维原料的隔热性越好，服装的防热传导性能越好。若织物厚度一定，适当降低织物的密度，增加织物中静止空气的含量，可降低织物的导热性。增加蒸汽温度和蒸汽与服装接触时的压力都会降低服装的防热传导性能。
热辐射是一种非接触传热方式，不需要任何物质媒介，其大小与热源绝对温度的四次方成正比。织物的防热辐射性能与织物质量、厚度、密度以及织物表面状况有直接关系。厚重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，可大大提高织物的防热辐射性能。
2 蒸汽防护服装的性能要求
作为一种个体防护装备，蒸汽防护服装首先必须具备高温蒸汽环境条件下对人体的安全防护功能，其次还需要具有一定的服用性能和穿着舒适性。
2.1 防护功能
根据蒸汽的热量传递方式，蒸汽防护服装必须具备的防护功能有防蒸汽透过性能、耐高温性和隔热性能等。
2.1.1 防蒸汽透过性能
防蒸汽透过性能是指能够防止热蒸汽在自身压力或外在压力的情况下穿透服装的性能。蒸汽一旦透过服装，将直接对人体造成伤害。防蒸汽透过性能主要与服装面料的性能和结构有关，还与服装的设计与结构有关。因此，要求蒸汽防护服装面料不透气或尽量减少孔隙，服装设计过程中尽量减少拼接，对于缝制过程中产生的服装接缝和针孔等进行密封处理，免蒸汽通过这种缝隙到达皮肤，对人体造成伤害。
2.1.2 耐高温性能
蒸汽防护服装的耐高温性能指服装在高温热蒸汽环境下，能够保持织物原有的外观形态，内在质量不降低，不会发生熔融、收缩和脆化断裂等。不同的蒸汽环境，需要的耐高温性能不同。如1个标准大气压下饱和蒸汽的温度是100℃，这就要求防护服至少要耐100℃的温度。蒸汽温度越高，热流密度越大，耐高温性能则要求越高。
2.1.3 隔热性
隔热性是指防护服必须具备较好的热减缓和阻止热量传递的性能。具有良好隔热性的防护服能为穿着者在外界高温蒸汽和人体之间提供一道保护屏障，使外界热量难以通过服装，从而为穿着者提供安全防护。蒸汽防护服装的隔热性不仅与防护服采用的纤维原料的导热性有关，更与服装的设计、服装面料、衬料、里料的结构有很大关系。
2.2 其他性能
优良的蒸汽防护服装不仅要求对外来高温蒸汽具有良好的阻隔作用，同时，还要具备一定的股用功能，如断裂强度、撕破强度、耐磨性等。在满足这些要求的前提下，还应尽量达到功能性和舒适性的平衡，即要求服装具有一定的热湿传递能力，以利于人体热量散失和汗液蒸发。
3 蒸汽防护服装的研究现状
为避免高温蒸汽环境对人体造成伤害，保护工作人员，国外很早就开始进行蒸汽防护服装的研究。
3.1 美国民用蒸汽防护服装[1]
美国杜邦公司1994年研发出一种面料并将其应用于蒸汽防护服的生产。服装面料由Nomex织物、Sontara仿丝织物夹芯、Kevlar／Nomex混纺织物以及蒸汽阻挡膜等多层材料制成，能防止被热表面、化学火焰、腐蚀性物质和灼热的固体、液体、气体和蒸汽所灼伤。蒸汽防护服能全部遮盖身体，头巾、围嘴很长，能盖住胸部，有利于护颈；手套袖筒长，能盖到袖口上，有利于护腕；另外，服装还能装上旋风冷却系统，增加舒适性。防护服可耐受276℃、6 032 kPa的蒸汽直接喷射8 s而避免1级或2级灼伤，适用于发电厂蒸汽轮机工作人员、蒸汽管道检修人员和仪表安装人员使用。
3.2 美国军用蒸汽防护服装[4]
美国海军为潜艇装备全套蒸汽防护装备，使工作人员能够安全进入潜艇中充满蒸汽的舱室实施紧急修理或人员救援。整套装备由蒸汽防护服(图1)、隔热头套(图2)、蒸汽防护手套(图3)和蒸汽防护靴4部分组成。
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图1 美国海军 蒸汽防护服 |
图2 美国海军 隔热头套 |
图3美国海军 蒸汽防护手套 |
3.2.1 蒸汽防护服
图1中的连体蒸汽防护服采用复合材料制成。从头罩与肩结合部位斜至大腿外侧成对角线前开口，拉链闭合，头罩面部窗口很宽，保证穿着者视野开阔。脚部有短袜式脚套与服装连为一体。背部可扩展，以存放携气式呼吸器，两个隐蔽排气阀防止膨胀；袖口有搭扣，保证腕部可调。
复合材料为橙黄色，由坚韧的基布涂覆多层膜而成，具有抗蒸汽渗透性能。蒸汽防护性能符合NFPA1991标准，面密度不低于356g/m2；厚度不低丁0.66 mm；经、纬向撕破强力分别不低于833 N和794 N。
面罩最小可视范围为38.1 cm x 38.1 cm，由3层材料组成，内外两层为经模压、抛光的PVC，内层厚度0.5 mm，外层厚度1.0 mm；中间夹层是0.127 mm厚的杜邦特氟龙FEP(氟化乙烯丙烯共聚物)薄膜。
3.2.2 隔热头套
隔热头套(见图2)采用围嘴式设计，长度过肩，顶部圆形，底部展开。脸部开口部分用松紧带环绕一圈，松紧带由外层材料覆盖，两道明线缝合。围嘴在肩部开口以保证戴时可放平。围嘴底部必须用外层材料包边。为保证延展性，头套所有接缝从上到下用Nomex缝线进行五线包缝。隔热头套采用双层面料制作，外层为Nomex／粘胶单罗纹针织物，面密度不低于244 g／m2，顶破强力不低于353 N；内层为Kevlar／Nomex三维拉舍尔针织物，面密度不低于288 g／m2，顶破强力不低于265 N，厚度不低于3.9 mm。
3.2.3 蒸汽防护手套
蒸汽防护手套(见图3)为两指长手套，由防水外层、蒸汽防护层、隔热衬垫和内衬四层材料组成，手掌和拇指用皮革加固，护腕长17.8 cm，腕部最上端使用弹性尼龙绳锁扣。防水外层是面密度不低于64 g／m2的聚氨酯涂层尼龙抗撕裂面料；蒸汽防护层为聚氨酯泡沫，两面均涂覆聚氨酯薄膜；隔热衬是经过硅树脂处
理的涤纶长丝絮片，面密度不低于325 g／m2；内衬为黑色的尼龙塔夫绸，面密度不低于68 g／m2。
3.2.4 蒸汽防护靴
蒸汽防护靴为消防员硫化橡胶靴，靴帮黑色，靴头和靴面为黄色，白色高耐磨大底，内底加衬垫。鞋跟为模压橡胶，靴全部加内衬，有套穿用的提带。靴面和靴帮有聚氨酯泡沫隔热层，内衬选用羊毛或阻燃材料。
3.3 法国的蒸汽防护服装研究[3]
法国为保护海军工作人员特别是核潜艇工作人员，避免其意外暴露在热蒸汽中造成潜在危害，在法国海军医学研究所建立了蒸汽实验室，主要用来研究热蒸汽暴露对人的生理学影响以及评价织物和防护服装的防护能力。研究发现，(1)同种厚度情况下，不透汽织物比透汽织物能更有效地限制蒸汽的热传递。开始暴露于蒸汽喷射环境时，透汽织物因为水分的凝聚、分散和织物对水分的吸收散热可能有1个热流量峰值。对透汽织物进行不透汽处理后此现象消失。(2)材料越厚，它的热防护性能越好，但存在1个最大值。在织物里侧增加同样厚度的材料，不透汽织物复合材料的防护性能更好。(3)服装和织物的蒸汽防护性能存在一致性。具有一定厚度、多层、不透汽的服装能够提供理想的蒸汽防护，服装的松紧程度对防护性能也有影响。宽松式裁剪使服装和皮肤之间的空气层变厚，更有利于蒸汽防护。
3.4 我国的蒸汽防护服装研究情况
我国对蒸汽暴露后对人的生理学影响及对蒸汽灼伤后的医学处理研究较多，对其他类别热防护服的研究也较多，如阻燃防护服、消防服等，但对蒸汽防护服装的研究还处于初级阶段，针对其防护机理、织物及服装的蒸汽防护性能评价等方面的研究还有待深入。
4 展望
随着个体防护在我国越来越受到重视，蒸汽防护机理将会受到关注，蒸汽防护织物和蒸汽防护服装将不断得到发展，对服装的性能要求也会越来越高。理想的蒸汽防护服装应同时具有良好的蒸汽防护性能、充分的活动性和低的生理热负荷，不仅能使工作人员得到安全防护，还能兼顾穿着舒适性。
参考文献：
[1] 汪融译.压力下的防护——杜邦的防“蒸汽”服[J].高科技纤维与应用,1996,21(1);23-24.
[2] 华涛.热防护服热防护性能的分析与探讨[J].产业用纺织品,2002,20(8);28-31.
[3] Anne-Virginie D.,Bruno S.,Alain M.Thermal Protection Against Hot Steam Stress,Blowing Hot and Cold;Protecting Against Climatic Extremes”[J].RTO-MP-076;2002.4;8-1～8-5.
[4] Ensemble,steam suit,submarine[J].CID;A-A-59764,2005.