阻燃防护织物热防护性能与热湿舒适性能的评价研究

李 杰，狄宏静，赵 越，王海广

（江苏省纺织产品质量监督检验研究院，江苏 南京 210007）

阻燃防护服是指在接触火焰或炽热物体后，在一定时间内能够阻止本身被点燃、有焰燃烧和阴燃的防护服。高性能阻燃服一般包括阻燃外层、防水层、隔热层和舒适内层。阻燃外层要求对内层和人体起到保护作用，为安全逃生提供足够的时间；防水层用于避免在高温环境下防护服外界的液态水渗入服装后，使人体受到严重的烧伤；隔热层要求具有较高的热阻，可有效地阻止热量以热传导、热辐射的方式对人体造成伤害；舒适内层为普通纺织品，可以与人体直接接触。

纺织品阻燃性能测试一直是国内各检测机构在纺织品功能性检测方面研究的热点。研究方向主要归结在两个方面：一是纺织品阻燃性能测试方法的建立，主要从燃烧机理出发，尽可能高度模拟燃烧的实际情况，侧重方法的科学性、可操作性和稳定性；二是相关阻燃防护用品产品标准的研究，主要从使用环境需求和防护热源的形式出发，要求满足热防护的基本需求，侧重指标的科学性、全面性和合理性。

通常，纺织品的阻燃性能主要包括垂直、水平、45°等燃烧法测试，但能够反映综合热防护性能的TPP法（热对流和热辐射混合作用下的防护性能测试）却较少使用，尤其是高温高湿条件下的热湿舒适性能更易被忽视。本课题从阻燃防护服的产品标准出发，重点研究热防护性能和热湿舒适性能两方面关键功能指标，特别是以高性能阻燃面料为基础，研究了多层组合试样在不同参数条件下，阻燃防护性能测试的可行性。同时，将热阻、湿阻、透气性等指标作为热湿舒适性能评价指标，探讨其替代原产品标准中透湿量这一指标的可行性。

1 试验材料

1.1 试验面料的选择

（1）阻燃层：普通芳纶面料、Nomex面料。

（2）防水隔热层：PTFE+阻燃黏胶面料、阻燃黏胶+PTFE面料。

（3）舒适层：纯棉面料、黏胶面料。

1.2 基本物理性能和功能性指标测试方法

1.2.1 克重

测试标准：GB/T 4669—2008《纺织品 机织物 单位长度质量和单位面积质量的测定》；试验仪器：电子天平；试验环境：（20±2）℃、（65±3）%相对湿度；试样尺寸：10 cm×10 cm；重复次数：5 次，取其平均值，精确至0.01 g。

1.2.2 厚度

测试标准：GB/T 3820—1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》；试验仪器：YG（B）141D 数字式织物厚度仪；试验环境：（20±2）℃、（65±4）%相对湿度；试样尺寸：直径大于压脚 50 mm，且覆盖压脚后能取10处不同位置进行测量；重复次数：10 次，取其平均值，精确至0.01 mm。

1.2.3 织物密度

测试标准：GB/T 4668—1995《机织物密度的测定》；试验仪器：织物密度镜；试验环境：（20±2）℃、（65±4）%相对湿度；重复次数：5 次，取其平均值，精确至1根/10 cm。

1.2.4 热防护性能

测试标准：GB 8965.1—2009《防护服装 阻燃防护第1部分：阻燃服》附录A[1]；试验设备：TPP热防护指数测试仪。

1.2.5 热湿舒适性能

测试标准：GB/T 11048—2018《纺织品 生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定（蒸发热板法）》；试验设备：人体舒适度测试系统。

1.2.6 透气性能

测试标准：GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》；试验设备：织物透气量仪。本研究所使用试验面料的详细信息如表1所示。

表1 面料基本信息

2 试验结果及数据分析

2.1 材料组合方式

上述6种面料经全面组合得到8种不同的织物系统，记为 S1～S8，具体如表2所示。

表2 织物系统组合方式

2.2 热防护性能

织物系统热防护性能测试结果见表3。从表3测试结果可知，组合织物系统的灼烧时间和TPP值均明显高于阻燃织物本身，即组合试样的热防护性能明显提高。主要是由于隔热层对热量的传递有较好的阻断作用，可延缓并阻止热量向织物系统内部传递。

表3 织物系统热防护性能测试结果

同时可见，偶数系统编号的组合试样灼烧时间和TPP值，在织物系统厚度偏小的情况下，均高于奇数系统编号的试样，即S2＞S1、S4＞S3、S6＞S5、S8＞S7，说明阻燃层材料的热防护性能对整个织物系统的热防护性能起到决定性的作用。隔热层与防水透气层的位置对织物系统整体热防护性能基本没影响，即S5≈S1、S6≈S2、S7≈S3、S8≈S4。这是由于在干态测试条件下，防水透气层并未发挥防水作用，但真实燃烧环境中会有水渗入阻燃服内部。由于水的导热性能很好，会加速热量传递，导致TPP值下降，目前的测试方法并未涉及湿态测试条件，在后续的标准制修订中应考虑。

2.3 热湿舒适性能

阻燃防护服应该在具备较好热防护性能的基础上，同时具备较好的热湿舒适性能，主要是当人体与防护服之间的微环境湿度过大时，不适感会限制人体的正常生理动作，导致行动迟缓，甚至休克，最后失去活动能力[2-3]。同时，水汽凝结在舒适层和中间层，也会导致热传递加快，增大灼伤的可能性。现行阻燃服标准GB 8965.1—2009《防护服装 阻燃防护 第1部分：阻燃服》中有透湿量大于等于6 000 g/（m2·24 h）的要求，但由于组合试样厚度过大，不适合测试。

织物系统热湿舒适性能测试结果如表4所示。从表4结果可见，防水透气层的透气性能、热阻、湿阻，对整个织物系统的热湿舒适性能起到关键作用。其中，透气性指标甚至可以代表织物系统的整体透气性，即组合体整体的透气性能主要由防水透气层决定。透湿指数是评价材料透湿性能的无量纲指标，其值介于0～1，0意味着材料完全不透湿，1意味着材料与同样厚度空气层具有相同的热阻和湿阻。从测试结果看，PTFE膜与棉和黏胶材料的透湿性能相当，同时具备防水作用，是很好的防水透湿材料，可用于阻燃服的防水透湿层。该指标是材料的热阻和湿阻比值乘以常数60，可以同时反映材料的热阻和湿阻，不受材料厚度限制，能够区分不同阻燃服的热湿阻及透湿性能，可以用于评价其热湿舒适性能[4]。

续表4

3 结语

热防护性能和热湿舒适性能是评价阻燃防护服性能最关键的两个指标，通过多层不同功能面料组合的方式，可以兼顾两种性能，更好地保护使用者的生命安全。阻燃层本身的热防护性能对组合试样的热防护性能起到决定性作用，防水透气层对织物热湿舒适性能影响最大。考虑到阻燃防护服在向智能化方向发展，未来的热防护服的防护性能测试还应向热量监测、视频监控、人体功效评价等方向发展。