强热流量下耐热阻燃织物的热防护性能.pdf

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1、第2 9 卷第9 期 2 0 0 8 年9 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 9 S e p 2 0 0 8 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 9 0 0 5 6 0 4 强热流量下耐热阻燃织物的热防护性能 崔志英，张渭源 ( 东华大学服装学院，上海2 ( X 】0 5 1 ) 摘要利用C S I 2 0 6 热防护性能测试仪对N o m e x 、P B I 、K e n n e l 、芳砜纶、阻燃棉等织物的热防护性能进行测试，分析 不同的热流量、静止空气层、纤维种

2、类、织物厚度、质量、透气性对热防护性能的影响。实验表明：纤维的种类、总热 流量的大小是影响织物热防护性能的主要因素；随着织物厚度和质量的增加，织物T P P 值增大，而随着透气性的增 加，T P P 值减小。 关键词耐热阻燃织物；热防护性能；热流量；物理特性 中图分类号：T S1 9 5 1 7文献标识码：A T h e r m a lp r o t e c t i v ep e r f o r m a n c eo fh e a ta n df l a m er e s i s t a n t f a b r i c si nf l a m ee x p o s u r e C U IZ h

3、 i y i n g ，Z H A N GW e i y u a n ( F a s h i o nI n s t i t u t e ，D o n g h u aU m t , e r s 出y ，S h a n g h a i2 0 0 0 5 1 ，C h a a ) A b s t r a c tT h et h e r m a lp r o t e c t i v ep e r f o r m a n c eo f13h e a ta n df l a m er e s i s t a n tf a b r i c sm a d ew i t ha r o m a t i c p o

4、 l y a m i d e ( a r a m i d ) ，p o l y b e n z i m i d a z o l e ( P B I ) ，K e r m e l ，P S A ，f l a m e r e s i s t a n tc o t t o n ，a n db l e n d so fK e r m e l w i t hf l a m er e t a r d a n tr a y o nf i b e r sw a se v a l u a t e di nl a b o r a t o r yt e s t su s i n gf l a m ee x p o

5、s u r e st oc o n v e c t i v ea n d r a d i a n th e a ts o u r c e s F a c t o r ss u c h 鹊h e a tf l u x ，s t i l l n e s sa i rl a y e r ，f i b e rt y p e ，f a b r i ct h i c k n e s s ，w e i g h to f f a b r i c ，a n da i rp e r m e a b i l i t yw e r ed i s c u s s e d E x p e r i m e n t a lr

6、 e s u l t sr e v e a l e dt h a tf i b e rt y p e ，h e a tf l u xw e r e i m p o r t a n tv a r i a b l e s W i t ht h ew e i g h ta n d t h i c k n e s s i n c r e a s i n g ，T P P W a Si n c r e a s i n g H o w e v e r ，a i r p e r m e a b i l i t yW a sn e g a t i v ef o rT P P K e yw o r d sh e

7、 a ta n df l a m er e s i s t a n tf a b r i c ；t h e r m a lp r o t e c t i v ep e r f o r m a n c e ；h e a tf l u x ；p h y s i c a lp r o p e r t y 随着社会的发展，耐热阻燃织物的防护性越来 越受到人们的重视。保护人体不受火焰的伤害或减 小火焰对人体的伤害，要求织物不仅具有阻燃性，而 且还具有优异的隔热性。 。本文利用C S I 2 0 6 热防 护性能测试仪，研究耐热阻燃织物在火焰暴露下的热 防护性能，探讨织物物理特性与热防护性能之间的关 系，

8、以及不同热流量条件下织物热防护性能的变化， 从而为合理地开发与选择耐热阻燃织物提供参考。 l 实验 1 1 试样 试样及其物理特性如表l 所示，选用目前常用 于热防护服的耐热阻燃织物，如N o m e x A 、K e n n e l 、 P B I 、芳砜纶( P S A ) 、阻燃棉等织物。 1 2 实验方法 1 2 1 热防护性能的测试 T P P 实验是目前国际上通用的评价织物热防护 性能的实验方法。本文采用C S I 2 0 6 热防护性能测 试仪，其构造原理见图1 。测试仪主要由气体燃烧 器和石英灯管、热源预屏蔽装置、试样夹持装置、热 量计和绘图记录仪组成。测试仪的热源由气体燃烧

9、器和石英管提供，它包括2 个与水平成4 5 。位置放置 的气体燃烧器，以及在它们之间排列的9 根红外石 英管。 收稿日期“ 2 0 0 7 1 0 0 6 修回日期“ - 2 0 0 8 0 3 2 1 作者简介：崔志荚0 9 7 3 - - ) ，女，副教授，博士生。研究方向为服装功能与舒适性、服豢与人体科学。E - m a i l ：e u i t y d l m e d u C I I 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第9 期崔志英等：强

10、热流量下耐热阻燃织物的热防护性能 。5 7 。 表1 织物的物理特性 T a b 1P h y s i c a lp r o p e r t i e so ff a b r i c s 石英管 图1T P P 性能测试原理图 F i g I S c h e m a t i cd i a g r a mo fT P Pt e s t e r 测试时试样水平放置在以对流和辐射混合热作 用的火焰上方，织物正面对热源，试样距石英管 1 2 5n l l n ，置于试样后的热量计的温度随热源作用的 时间而变化，温度记录仪每隔0 1s 自动记录热量计 随时间上升的温度变化值并绘成曲线，曲线与S t 0 1

11、 标准曲线的相交点即为造成人体皮肤二度烧伤所需 要的时间，与此条件下的总热量乘积即为T P P 值【4 。 。T P P 值越大，则织物的热防护性能越好，人 体皮肤越不容易烧伤。 试样大小为1 5 0m l n 1 5 0n m l 。暴露面积为 1 0 0m m 2 。每个试样测试3 块，取其平均值。实验时， 总热流量分别设定为6 3k W m 2 ( 对流辐射5 0 5 0 ) 和 8 4k W m 2 ( 对流，辐射7 0 3 0 ) 。所有的试样在测试前 都在标准环境下平衡2 4h 。 1 2 2 试样物理特性的测试 试样的厚度采用Y G l 4 1 D 数字式织物厚度仪按 照G B

12、T3 8 2 0 - - - 1 9 9 7 进行测定；透气性能采用 Y G 4 6 1 E 型电脑式透气性测试仪按照G B T5 4 5 3 1 9 9 7 进行测定。 2 结果与讨论 2 1 纤维种类对织物热防护性能的影响 表2 示出总热流量等于8 4k W m 2 ( 对流，辐射 7 0 3 0 混合热) 火焰暴露下的织物性能，图2 示出铜 片热量计记录的温度上升曲线( 织物与铜片热量计 间隔6m m ) 。 裹2 总热漉量为跗k W m z 火焰暴露下织物的性能 T a b 2P e r f o r m a n c eo ff a b r i c so n8 4k W l m 2 日蛐

13、ee x p o s u r e 试样号二度烧伤时问I sT P P 值( k W s I n 以) 注：织物与热量计间隔6m m 。 图2 不同织物的热量计温度上升曲线 F i S 2 C a l o r i m e t r i cr e s p o n s e sf o rv a r i o u sf a b r i c s 从表2 和图2 可以看出：阻燃棉织物的温度上 升曲线最陡，即温度上升最快，T P P 值最小，造成皮 肤二度烧伤的时间最短，其热防护性能最差；其次是 腈棉混纺织物；而芳砜纶、N o m e x 、K e r m e l 、 P B I ，K e v l 耐N o m

14、e x 混纺织物的温度上升曲线较缓，T P P 值较大，二度烧伤时间较长，其热防护性能较好。这 可能是棉纤维、聚丙烯腈纤维的极限氧指数( L O t ) 7 3 l 6 5 9 6 2 5 9 3 O 5：2堪埔m垮坦玎博掩n 8 2 l 3 6 5 3 l 3 O 2 O 8 7 9 8 5 7 6 7 O 7 7 9 9 5 I 2 3 4 5 6 7 8 9 O l 2 3 p蠹索叫 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 5 8 纺织学报 第2 9

15、 卷 较小，所以试样4 、1 3 在火焰暴露下容易燃烧，从而 导致模拟皮肤的温度上升快，相应地其热防护性能 也差。而对于芳砜纶、N o m e x 、K e r m e l 、P B I 等斌样，其 纤维的L O 值都比棉纤维、聚丙烯腈纤维大很多， 故试样在火焰暴露下不易燃烧，模拟皮肤的温度上 升缓慢。而且从表2 可看到，对于厚度与面密度相 似的试样3 和5 ，试样3 的T P P 值大于试样5 ，这可 能是因为试样3 中含有2 0 P B I 纤维，P B I 纤维的 L O I 值大于K e r m e l 纤维( 试样5 ) 。由此可见，纤维 的种类是影响织物热防护性能的主要因素。 2

16、2 织物的物理特性对热防护性能的影响 织物的热防护性能除了与纤维的种类有关外， 织物的物理特性对其性能也有一定的影响。表3 示 出组成成分都为芳砜纶( P s A ) 纤维的试样8 、9 、1 0 和 1 1 ，在总热流量为8 4k W m 2 火焰暴露下的T P P 值与 织物的厚度、质量、透气性的相关系数。可以看到， 对于纤维成分相同的织物，T P P 值与织物的厚度、 质量有显著的正相关性。即随着织物厚度、质量的 增加，织物的T P P 值呈上升的趋势，织物的热防护 性能也越好；反之也成立。如试样8 的质量和厚度 最大，其T P P 值也最大；而试样l O 的厚度和质量最 小，其T P

17、P 值也最小。 表3 芳砜纶织物的丌 P 值与物理性能的相关系数 T a b 3C o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to fT P Pr a t i n ga n d p h y s i c a lp r o p e r t i e sf o rP S Af a b r i c s 从相关系数可知，织物的透气性与T P P 值呈负 相关性，但相关性不显著。即随着织物透气性的增 加，热防护性能呈现下降的趋势。这是因为织物的 透气性越好，热量就越容易在织物中传递，从而导致 织物的热防护性能下降。 2 3 暴露条件对热防护性能的影响 改变热流量的大小，使

18、总热流量分别为 6 3k W m 2 ( 对流辐射5 0 5 0 ) 和8 4k W m 2 ( 对流辐射 7 0 3 0 ) ，并且使织物与热量计直接接触，测试暴露条 件对热防护性能的影响。表4 示出不同热流量暴露 下，试样与热量计直接接触时皮肤二度烧伤时间与 T P P 值。可以看出，热流量为6 3k W m 2 的二度烧伤 时间比热流量为8 4k W m 2 的二度烧伤时间长，即热 流量越小，热防护时间越长。因为总热流量越小，传 递到皮肤的热量越少，则皮肤温度上升得越慢，从而 造成皮肤二度烧伤的时间越长。而且从实验结果可 以看到，热流量为6 3k W m 2 织物的T P P 值小于热流

19、 量为8 4k W m 2 织物的T P P 值，这是由于总热流量中 对流辐射热的比例不同所致，总热流量为6 3k W m 2 的对流热所占的比例小于8 4k W m 2 中的对流热所占 的比例。由此可见，辐射热源和对流热源对织物的 热防护性能的影响程度也是不同的。 裹4 不同比例的对流，辐射热流量下 皮肤二度烧伤时间与T P P 值 T a b 4T i m eo ft h e2 “d e g r e eb u r ni n j u r ya n d 豫P 嘶 o nd i f f e r e n tc o n v e c t i v e r a d i a n th e a tf l u

20、x 注：织物与热量计直接接触。 对比表2 、4 可以看出，对于同一种试样，热流量 同为8 4k W m 2 时，织物与热量计直接接触测得的 T P P 值与二度烧伤的时间都小于织物与热量计有 间距时测得的结果。这是因为静止空气是很好的隔 热介质，织物与热量计非直接接触时，织物与模拟皮 肤铜片热量计间存在的静止空气层有效地阻隔了热 量向模拟皮肤传递，从而延长了模拟皮肤到达二度 烧伤的时间。 3结论 1 ) 对于耐热阻燃织物，纤维的种类、总热流量 的大小是影响其热防护性能的主要因素。纤维的极 限氧指数越大，则相应的织物越不易燃烧，热防护性 能也越好。而且暴露的总热流量越大，造成模拟皮 肤二度烧伤的

21、时间越短；相反，总热流量越小，造成 模拟皮肤二度烧伤的时间越长。 2 ) 织物的物理特性对热防护性能也有影响。 对于纤维成分相同的织物，T P P 值与织物的厚度、 质量具有显著的正相关性，即织物越厚重，其T P P 值越大，热防护性能也越好。而织物的透气性 ( 下转第6 6 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 6 6 纺织学报第2 9 卷 算了纤维体积分数的理论值和实际值，结果显示，二 者符合较好，但仍存在一定的差别，理论值偏大的主 要原因是模

22、型假设的理想化和未考虑气泡等的 影响。黼 参考文献： 1 E l l y i nF ，C a r r o l lM ，K u j a w s k iD 。e ta 1 T h eb e h a v i o u ro f m u h i d i r e c t i o n a lf i l a m e n tw o u n df i b r eg l a s s e p o x yt u b u l a s u n d e rb i a x i a ll o a d i n g J C o m p o s i t e sP a r tA ，1 9 9 7 ，2 8 ( 9 1 0 ) ：7 8

23、1 7 9 0 2 M a r t e n sM ，E l l y i nF B i a x i a lm o n o t o n i cb e h a v i o ro fa m u h i d i r e c t i o n a l 一枷f i b e re p o x yp i p e J C o m p o s i t e sP a r t A ，2 0 0 0 ，3 1 ( 9 ) ：1 0 0 1 1 0 1 4 3 M e r t i n yP ，E L l y i nF A ne x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o nO l

24、 l t h e e f f e c t o fm u l t i - a n g l ef i l a m e n tw i n d i n go nt h es t r e n g t ho f t u b u l a rc o m p o s i t es t r u c t u r e s J C o m p o s i t eS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ，2 0 0 4 ，6 4 ( 1 ) ：l 一9 4 g H y i nF ，M a V e n sM B i a x i a lf a t i g u eb e h a v i o

25、 u ro fa m u h i d i r e c t i o n a lf i l a m e n t - w o u n dg l a 鹪f i b e r e p o x yp i p e J C o m p o s i t e sS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，6 1 ( 4 ) ：4 9 1 5 0 2 - 5 M e r t i n yP ，E l l y i nF 。H o t h a nA S t a c k i n gs e q u e n c ee f f e c to f m u l t i - u n g

26、 l ef i l a m e n tw o u n dt u b u l a rc o m p o s i t es t r u c t u r e s J J o u r n a lo fC o m p o s i t eM a t e r i a l s 。2 0 0 4 ，3 8 ( 1 3 ) ：1 0 9 5 1 1 1 3 6 周仕刚R P M 管中轴向纤维的应用及其性能 J 玻璃 钢，复合材料，2 0 0 5 ( 2 ) ：4 l 一4 4 n “- 一h + 7 】 8 9 1 0 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 L e aRH ，Y a n gC I m p r o

27、 v i n gt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f c o m p o s i t ep i p eu s i n gm u l t i a x i a l f i l a m e n tw i n d i n g 【C ， 5 3 r dN A C EA n n u a lC o n f e r e n c ei nC o r r o s i o n C a l i f o r n i a ： N A C EP n p b l i s h e r ，1 9 9 8 ：4 5 8 C o h e nD ，M a n t e l lS c

28、 ，Z h a oL E f f e c to ff i b e rv o l u m ef r a c t i o n o nf i l a m e n tw o u n dc o m p o s i t ep r e s s u r ev e s s e l 咖叭g I l I J C o m p o s i t e sP a r tB 2 0 0 1 ，3 2 ( 5 ) ：4 1 3 4 2 9 B a n e r j e lA 。S u nL ，M a n t e l lSC ，e ta 1 M o d e l a n d e x p e r i m e n t a ls t u d

29、 y o ff i b e rm o t i o ni nw e tf d a m e n t w i n d i n g J C o m p o s i t eP a r tA ，1 9 9 8 ，2 9 ( 3 ) ：2 5 1 2 6 3 Z h a oL i y a n g ，M a n t e l lSC F i n i t ee l e m e n tm o d e l i n go ft h e f i l a m e n tw i n d i n gp r e c e * 褐 J C o m p 0 6 i t eS t r u c t u r e s ，2 0 0 1 ， 5

30、 2 ( 3 4 ) ：4 9 9 5 1 0 陈利，李嘉禄，李学明，等三维方型编织预制件的纱 线编织结构 J 复合材料学报，2 0 0 0 ，1 7 ( 3 ) ：l 一5 庞宝君，杜善义。韩杰才三维四向编织复合材料细观 组织及分析模型 J 复合材料学报，1 9 9 9 ，1 6 ( 3 ) ： 1 3 5 1 3 9 蒋云，朱建勋，张建钟，等2 5 维编织结构纤维体积含 量的数值计算 J 纤维复合材料，2 0 0 3 ，2 0 ( 2 ) ：7 1 1 郁兰立体机织物及其中纤维的体积含量 J 】纺织导 报，2 0 0 3 ( 2 ) ：7 4 7 6 姜亚明，谢霞。邱冠雄，等多向纤维缠绕预

31、制件的纤 维取向 J 纺织学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 6 ) ：3 6 4 0 马忠辉，孙秦三维四向编织复合材料纤维体积含量 的预测及参数分析 J 西北工业大学学报，2 0 0 3 ， 2 1 ( 6 ) ：6 6 2 6 6 6 ( 上接第5 8 页) 与T P P 值具有一定的负相关性，即随着织物透气性 的增加，其热防护性能下降。 3 ) 织物与模拟皮肤间的静止空气层对织物的 热防护性能也有一定的影响，在其他条件相同的情 况下，模拟皮肤与织物之间有静止空气时的二度烧 伤时间与T P P 值比紧密接触无静止空气时的大。 黼黼 参考文献： 1 张建春，赵艳志耐高温阻燃防护织物N O M

32、 E X m A 及 其性能测试研究 J 中国劳动防护用品2 0 0 7 ，4 1 ( 4 ) ： 2 3 【4 】 5 3 3 3 6 刘丽英K e n n e l V i s c o s eF R 混纺阻燃织物的开发 J 上海纺织科技，2 0 0 4 ，3 2 ( 1 ) ：4 9 5 0 华涛，杨元热防护服热防护性能测试方法的探 讨 J 产业用纺织品，2 0 0 3 ，2 1 ( 1 0 ) ：3 4 3 7 S t o l lAM ，C h l a n t aMA M e t h o da n d 咖s y s t e mf o r e v a l u a t i o no ft h

33、e r m a lp r o t e c t i o n J A e r o s p a c eM e d i c i n e ， 1 9 6 9 4 0 ( 1 1 ) ：1 2 3 2 一1 2 3 7 I t z h a kS h a l e v ，R o g e rL ，B a r k e r P r o t e c t i v ef a b r i c s ：a c o m p a r i s o n o fl a b o r a t o r ym e t h o d sf o re v a l u a t i n gt h e r m a l p r o t e c t i v ep e r f o r m a n c ei nc o n v e c t i v e r a d i a n te x p o s u r e s J T e x t i l eR e s e a r c hJ o u r n a l 。1 9 8 4 ，6 4 ( i o ) ：6 4 8 6 5 4 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark