阻燃隔热防护服的发展现状及性能研究yd16612
开吴珍 刘少轩
作者单位：开吴珍.中国纺织工业联合会科技发展部：刘少轩，天津工业大学纺织学院
原载：纺织导报2013／9;58-60
【摘要】：本文介绍了阻燃隔热防护服的性能、内外从结构及对面料性能的要求、以及国外在热防护服和相关高性能纤维领域的研究开发情况，并对该领域的发展进行了展望。
【关键词】：阻燃隔热防护服、高性能纤维；舒适性、多功能性
【中图分类号】：TQ342.7 文献标志码：A
阻燃隔热防护服是指在消防、钢铁，石油石化、矿山钻井等高温环境下作业的工作人员穿着的防护服装，能够抵御流热、热传导、热辐射以及熔融金属溅射和热蒸汽对于人体的伤害。尤其是对于消防工作人员来说，性能良好的阻燃隔热防护装备既可以保证自身的生命安全，而且可以最大限度地提高救灾效率。
1 阻燃隔热防护服的性能及对面料的要求
1.1阻燃隔热防护服的性能
阻燃隔热防护服的基本要求是阻燃、隔热、耐高温。其中，隔热性不仅与防护服纤维原料的导热性有关，更与服装的设计、面料衬料、里料结构有很大关系。此外，一件合格的阻燃隔热防护服装还必须具备完整性和防液体透过性，前者是指热防护服在高温条件能够保持织物原有的外观形态，内在质量不降低，不发生收缩、熔融和脆性炭化的性能，后者指热防护服阻止水、油或其他液体透过服装的性能，该性能与服装用纤维材料的性质、织物结构等有关。
除上述必备性能外，阻燃隔热防护织物还应具有必要的拉伸强度、撕破强度、耐磨性、染色牢度和耐洗性等常规性能。另外，有些场合(如处理易燃化学品造成的事故)还需考虑对化学品喷溅的防护，此时理想的防护服应该能同时提供高水平的防火和防化学品性能。
1.2阻燃隔热防护面料的性能要求
1.2.1 外层
阻燃性能：损毁长度不应大于100 mm，续燃时间不应大于2s，且不应有熔融等现象：
表面抗湿性：沾水等级不应小于3级，
断裂强力：经、纬向干态断裂强力不应小于650 N；
撕破强力：经、纬向撕破强力不应小于100 N;
热稳定性能：经(260土5)℃热稳定性能试验后.沿经、纬方向尺寸变化率不应大于l0％.试样表面无明显变化；
色牢度：耐洗沾色不小于3级，耐水摩擦不小于3级。
1.2.2 防水透气层
耐静水压：耐静水压不应小于17 kPa；
透水蒸汽性能：水蒸汽透过量不应小于5 000 g，(m2·24 h)；
热稳定性能：经(180±5)℃热稳定性能试验后，沿经、纬方向尺寸变化率不应大于5％.试样表面无明显变化。
1.2.3 隔热层
阻燃性;损毁长度不应大于100mm，续燃时间不应大于2s，且不应有熔融等现象；
舒适层；不应有熔融等现象；
整体防护性：热防护能力TPP值不应小于28 cal／cm2；
针距密度：各部位缝制线路顺直、整齐、平服、牢固、松紧适宜，明暗线每3 cm不应小于12针，包缝线每3 cm不小于9针，
色差：防护服的领与前身、袖与前身、袋与前身、左右前身小应小于4级.其它表面部位不应小于4级：
接缝断裂强力：防护服外层接缝断裂强力不应小于650N。
2 国外阻燃隔热防护服用纤维的开发
阻燃隔热防护服应具有永久的防火隔热功能，在高温高湿等恶劣气候条件下也能保持足够的强度和服用性能；遇火及高温下不会发生融滴，面料尺寸稳定，不会强烈收缩或破裂，具有耐磨损、抗撕裂等特性。在发达国家，这些新型防护服不仅作为特种军服被大量使用，更被广泛应用于宇航服、消防服、赛车服、石油化工防火工作服和电工服等众多专业领域。
美国等发达国家在耐高温阻燃防护服用纤维领域具
有垄断地位。20世纪60年代末，美国DuPont(杜邦)公司发明并工业化生产间位芳香族聚酰胺纤维——商品命名为Nomex®，并作为高科技产品首先被应用于航空航天等尖端领域。由于这种纤维具有突出的性能和市场前景，世界其他国家也开始对其进行研究开发。如日本帝人公司在20世纪80年代研制出同类产品并将其命名为Teijinconex纤维，年产量约3 000 t：法国罗那公司于20世纪90年代初投入了聚酰胺-酰亚胺纤维Kermel，年产约600 t：德国BASF(巴斯夫)公司于20世纪90年代末在美国投产了三聚氰胺纤维Basofil，产量约450t：此外，日本尤尼吉卡公司也建成了500 t产能的工厂：但由于一些原因放弃了这一产品的生产并将设备等转卖给其他公司。从以上信息不难看出，目前美国杜邦和日本帝人在特种纤维加工市场上基本占据垄断地位，而且逐步向高附加值民用防护领域进军。
3 阻燃隔热防护服的结构
按照美国NFPA 197l标准的规定，我国消防防护服一般采用3层结构，即阻燃外层、防水层和隔热层。
3.1 阻燃外层
阻燃外层是防护服抵御外界火焰、高温环境的第一道屏障，因此，除应具有较强的阻燃功能外.还要具备足够高的强度、耐磨性，抗穿孔顶破性、色牢度等性能，以保证防护服在高温火场环境下对各种热传递介质具有较强的抵抗力，并在特定时间内保持防护服装的功能和外形的完整性，保证不会发生剧烈的收缩或破损，使穿着防护服的消防人员等有允分的时间完成任务或避险。
传统阻燃隔热防护服通常采用石棉／棉为原料，但由于石棉对人体有害，因此无石棉防护服的开发成为热点。目前，外层防护织物主要分为涂层和非涂层织物两种，其中，前者又包括金属涂层织物与非金属涂层织物两种。
性能优良的非涂层隔热防护或高温防护织物主婴以芳香族聚酰胺纤维为原料.如杜邦公司开发的Nomex®和Kevlar®，另外还包括拒水耐久性阻燃(PFR)棉、聚苯并咪唑(PBI)纤维等。
金属涂层以涂金属铝为主，因为铝具有什么交强的反射性，在强大的热辐射火灾场地，防辐射热效率可达95％～98％。Abbott等人发现以青铜膜代替铝膜.并以尿烷(Urethane)涂膜，或直接将尿烷涂在铝膜上，可使其防护性能大火提高。Abbott和Norman还指出，将viton
A、铝色的PU、纯PU依次涂在Kevlar®长丝织物上，不仅可提高耐用性，而且还能在一定程度上提高穿着舒适性。Brenneman也提出了提高铝膜耐磨性的方法。
非金属涂层材料主要包括氯丁橡胶.硅橡胶、聚氯丁烯、活性炭泡沫等。NCTRU研制出一种非反射、吸湿性织物，实验结果表明，在湿态下其防护性能甚至高于所用的铝膜反射织物：Breckenridge和John也对通过湿态外层来降低热应激进行了研究；Belitsin等人提出无机纤维织物附加富铝红柱石-硅石纤维材料(Mullite-Silica)涂层后同样具有很好的防护效果。
防火服与高温工作服虽都要求防护外层具有较好的阻燃隔热性能，但由于使用环境不同，因此所选原料会有很大区别。比如炼钢工作服外层还要求织物不粘熔融金械，金属液落上后迅速滑落。Zirpro羊毛在这方面性能最优，其次为棉。而玻璃纤维、芳纶、石棉织物等对其均不适合。
表面光滑的外防护层也具有一定的防熔融金属效果。Kellner等人提出以弹性基布粘敷上耐高温颗粒或耐高温短纤，研制出应用于冶金、玻璃制造等高温环境下的防护服面料，效果很好： Moenne提出以羊毛、阻燃粘胶纤维及阻燃涤纶三者混纺.加工成织物后用于非极端环境，不仅降低了成本，且织物具有一定的舒适性；Howarh等研制出一种具有阻燃性的弹性纤维，用它加工的防护服在合体性上有了很大的提高。
3.2 防水层
存隔热层湿屏蔽效果不佳的情况下，高温环境下防护服外界的液态水渗入服装后对人体的烧伤程度将更严重。防水层用于避免这种情况的发生，通常为涂层或层压防水材料。目前符合OSHA Fire Brigade Standard的汽屏层材料主要包括氯丁橡胶涂层芳香族聚酰胺织物、Gore-texTM织物，Gore-texTM加氯丁橡胶涂层织物，涤/棉氯丁橡胶涂层织物等。另外，剪绒毛皮用于防水层的效果也很好。
3.3 隔热层
隔热层可以有效阻止热量以传导和辐射的形式到达人体。隔热材料本身应具有较高的热阻能力，同时楞以通过特殊的结构提高材料内部的空气含量，强化隔热性能。隔热层往往位于服装的最内层，因此其舒适性也十分重要。
据调查，100％拒水阻燃羊毛、芳香族聚酰胺纤维的针刺织物和右面织造絮垫等郜是性能优良的隔热材料。美国军用材料开发机构(AMDRC)研究出了两种绝热材料：
43％涤纶短纤+57％聚烯烃微细纤维：采用树脂胶结充填的100％涤纶絮垫。Bailey等人则提出在热防护服内、外两层间加铝铂织物层，并以金属钩或线固定，靠铝铂反射降低传热达50％。经编尼龙织物同聚氨醋泡沫塑料的层压织物也是一种隔热效果较好的材料。
4 展望
高性能热防护服可以有效抵御外界恶劣环境给作业人员带来人身伤害。随着科技的发展，高性能纤维、新型整理技术等新材料、新技术在阻燃隔热防护服上得到日益广泛的应用，不仅使防护服具有优异的防护性能，同时使其穿着舒适性和日常护理性能得到较大改进。未来，该类防护服将继续朝着高防护性、优良的穿着舒适性和多功能性方向发展。
(1)防护性是防护服的基本功能和要素。耍进一步改善热防护服的防护性能，就需开发和应用性能更加优异的高性能纤维和防护服加上技术。
(2)高性能热防护服的穿着舒适性与材料的重量、手感、透气透湿性能等因素密切相关。将选择性透过膜复合材料、相变材料等应用于高性能防护服上，可减轻防护服重量，增强了透气透湿性，还可调节温度，从而显著改善防护服的穿着舒适性。
(3)热防护服在穿着过程中往往要防护多种外界因素带来的伤害，而多功能化是抵御这些潜在危险的重要途径。例如在高性能防护服中加入微电子系统．可以实时地反馈穿着者所处的环境状况，实现自我调节，纳米技术等的应用不仅可提高防护服的防护性能还可使其具有识别、强化、治疗等特殊功能。