消防服外层用阻燃织物的防护性能探讨

朱超俊

上海伊贝纳纺织品有限公司，上海 201514

消防服外层用阻燃织物的防护性能探讨

朱超俊

上海伊贝纳纺织品有限公司，上海 201514

对消防服外层用Nomex®111A面料、 PI面料、 PI/Kevlar®混纺面料及PBI/Kevlar混纺面料等的阻燃性能和热防护性能进行测试，并就它们在极限氧指数、垂直燃烧、高温燃烧及热防护性能测试中的测试值进行对比，分析这些面料用于消防服外层的优势与缺陷。

消防服外层面料，阻燃性能，热防护性能

消防服用面料必须具备阻燃和耐高温等功能。GA 10—2014《消防员灭火防护服》标准中规定，防护服的外层面料经过25次洗涤后，燃烧损毁长度不应大于100 mm，续燃时间不应大于2 s，且不应有熔融、滴落现象；经(260±5) ℃的高温热稳定性能试验后，被测面料沿经、纬向的尺寸变化率不应大于10%，表面应无明显变化。

近年，市场上出现了许多在性能方面符合消防服用外层面料的高性能阻燃纤维材料，如间位芳纶(Nomex®纤维)、对位芳纶(Kevlar®纤维)、聚酰亚胺(PI)纤维、 聚苯并咪唑(PBI)纤维、芳砜纶等。本文选取了四组面料(表1)进行阻燃性能和热防护性能测试，以对比这些纤维材料及其混纺面料的阻燃性能和热防护性能。

表1 四组面料及规格

1 纤维介绍

1.1 Nomex 111A纤维

Nomex 111A纤维是由质量分数为93%的Nomex 纤维、质量分数为5%的Kevlar 纤维和质量分数为2%的抗静电纤维混合而成的，其具有卓越的阻燃隔热性能。Nomex 111A纤维的极限氧指数高于28%，由其制成的面料在约380 ℃时会急剧收缩并膨胀碳化，在热源和人体皮肤之间形成一层碳防护层，使热源或火焰的危害减至最低。Nomex 111A纤维在高温或火焰中不会熔化，也不会形成熔滴，脱离火源时会自行熄灭。

1.2 PI纤维

PI纤维是以酰亚胺环(—CO—N—CO—)为结构特征的高性能聚合物材料，其具有极好的耐温性及优异的力学、绝缘、耐溶剂等性能。PI纤维极限氧指数可高达38%，可在260 ℃的高温下长期稳定使用，其热分解温度在500 ℃以上，且热膨胀系数极低，在火焰中几乎不膨胀，且无熔滴现象。

1.3 Kevlar纤维

对位芳纶即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维。Kevlar是美国杜邦公司生产的对位芳纶的商品名，其具有优异的强度和极高的模量，单纱强度可达26.5～29.6 cN/dtex，是相同线密度钢纤维的5倍，常被用于生产防弹衣。Kevlar纤维的极限氧指数为29%，具有极好的耐高温和热稳定性能，在430 ℃左右碳化，在火焰中热收缩非常小，且无熔滴现象。

1.4 PBI纤维

PBI纤维是一种杂环高分子耐热纤维，其大分子主链上含有苯并咪唑撑，全称为聚-2,2’-间苯撑-5,5’-双苯并咪唑，具有阻燃性、尺寸热稳定性、高温下耐化学稳定性及穿着舒适性等。PBI纤维的极限氧指数可高达36%～41%，燃烧时不熔融、不收缩或很少收缩，脱离火源后会立即自熄。 此外，PBI纤维的吸湿率可达13%～15%，较高的吸湿性和柔软的手感使得由其制成的织物具有良好的穿着舒适性和纺织加工性能。

2 阻燃性能和热防护性能测试

2.1 极限氧指数测试

极限氧指数(LOI)是指在氮气和氧气的混合气体中，燃烧物持续燃烧所需要的最低的含氧量体积百分数，是表示材料燃烧难易程度的一项评价指标。LOI值越高，则面料的阻燃性能越好。本文分别就Nomex 111A面料、PI面料、PI/Kevlar混纺面料及PBI/Kevlar混纺面料的LOI值进行了测试，对比了四组面料的阻燃性能(表2)。

表2 四组面料的LOI值

2.2 垂直燃烧法测试

垂直燃烧法适用于有阻燃要求的织物阻燃性能的测定。测试过程中被测面料先垂直放置，其上端由试样夹夹持，自由端暴露于规定的气体火焰上方，测定面料在火焰中燃烧12 s后的续燃时间(即有焰燃烧时间)、阴燃时间(即无焰燃烧时间)及损毁长度。四组面料的垂直燃烧法测试结果见表3。

表3 四组面料的垂直燃烧法测试结果

2.3 高温燃烧测试

高温燃烧试验测试织物在不同温度的空气环境中的自燃状况。试验步骤：将烘箱升温至试验温度后，保温30 s，再分别放入四组测试面料，保温24 s后，观察面料在此温度下有无发生自燃，并记录面料的自燃温度。测试所得四组面料的自燃温度归纳于表4。

表4 四组面料的自燃温度

2.4 热防护性能测试

热防护性能(Thermal Protective Performance)是指透过织物引起人体二度烧伤的热能值，即TPP值。热防护性能测试仪由传导热源和辐射热源组成，它将材料的热防护性能和人体皮肤的热感受联系起来，为服装的热防护效果建立了更为客观的评价体系。所以，TPP值是评价面料热防护性能的一项重要技术指标。TPP值越高，面料的热防护性能越强。试验测得四组面料的TPP值归纳于表5。

表5 四组面料的TPP值

3 结论

(1) 在极限氧指数测试中，PBI/Kevlar混纺面料的LOI值最高；

(2) 在垂直燃烧法测试中，PI面料、PI/Kevlar混纺面料、PBI/Kevlar混纺面料的续燃时间、阴燃时间和损毁长度接近，它们均具有优良的阻燃性能；

(3) 在高温燃烧测试中，四组面料在一定高温情况下均能发生自燃，所以在消防救援中均应避免长时间接近火焰，其中PBI/Kevlar混纺面料的自燃温度最高；

(4) 在热防护性能测试中，Nomex 111A面料的TPP值最高，其具有最好的热防护性能。

Discussion on protective property of FR-textiles for firefighters’ outer

ZhuChaojun

IBENA Shanghai Technical Textiles Co., Ltd., Shanghai 201514, China

The flame-resistance property and thermal protective performance of firefighters’ outer fabrics, which were Nomex®111A fabric, PI fabric, PI/Kevlar®blending fabric and PBI/Kevlar blending fabric, were tested. And the values forLOItest, vertical buring test, high temperature combustion test and thermal protective performance test were compared to analyze the advantages and disadvantages of all fabrics for firefighters’ outer.

firefighter’s outer fabric, flame-resistance property, thermal protective performance

2016-04-20

朱超俊，男，1982年生，工程师，主要从事消防、工业阻燃防护面料的开发与研究工作

TS156

A

1004-7093(2016)09-0023-02