文章編號(hào) | 1009-265X(2020)06-0030-06

來(lái)源 | 《現(xiàn)代紡織技術(shù)》2020年第6期

作者 | 王珍玉a，蔣璐璐a，金艷蘋(píng)a,b

( 浙江理工大學(xué)，a.服裝學(xué)院；b.浙江省服裝工程技術(shù)研究中心，杭州 )

作者簡(jiǎn)介 | 王珍玉(1994-)，女，河南商丘人，碩士研究生，主要從事功能紡織服裝材料方面的研究。

定型機(jī)、涂層機(jī)專業(yè)生成廠家無(wú)錫前洲興華機(jī)械2021年3月16日訊 為研究消防服用多層織物在受到光照、水分兩種環(huán)境因素共同作用時(shí)，其熱防護(hù)性能的變化，選取國(guó)內(nèi)常用的4種消防服用面料進(jìn)行多層織物組合，測(cè)試其在進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)光照處理和不同程度潤(rùn)濕處理下的TPP值，采用Origin和SPSS軟件對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：光照會(huì)降低多層織物的熱防護(hù)性能，潤(rùn)濕量則會(huì)提高其熱防護(hù)性能。經(jīng)過(guò)相同時(shí)間光照處理后，多層織物的熱防護(hù)性能隨潤(rùn)濕量的提高而提高。隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，未飽和潤(rùn)濕狀態(tài)下，其熱防護(hù)性能總體呈降低趨勢(shì)；飽和潤(rùn)濕狀態(tài)下，其熱防護(hù)性能先增加后減小；當(dāng)光照時(shí)間為20 h、潤(rùn)濕量為100%時(shí)，熱防護(hù)性能最好，達(dá)到48.5 cal/m2，比未經(jīng)光濕處理提高9 cal/m2。

  關(guān)鍵詞  消防服；多層織物；光濕作用；熱防護(hù)性能

目前消防服普遍采用多層織物組合的形式，由外至內(nèi)分別為外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層[1]。作為火場(chǎng)中直接接觸火源的防護(hù)屏障，消防服能夠減少或隔絕火場(chǎng)環(huán)境對(duì)消防員的傷害，減少人員傷亡損失[2-3]。但在穿著和存儲(chǔ)過(guò)程中，消防服不可避免會(huì)受到光照、熱、水分、熱蒸汽等環(huán)境因素的影響[4-5]，從而造成性能的變化。作為功能防護(hù)型服裝，熱防護(hù)性是評(píng)判消防服性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一[6]，目前許多學(xué)者已從熱輻射類型、輻射時(shí)間、水分、結(jié)構(gòu)參數(shù)等方面對(duì)消防服用織物熱防護(hù)性能的影響進(jìn)行研究。孟瑾[7]選擇常用的消防外層織物為研究對(duì)象，用自制的氙燈日曬儀進(jìn)行日曬處理，研究不同輻照強(qiáng)度和輻照時(shí)間對(duì)織物力學(xué)性能和熱學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)經(jīng)日光照射后織物的TPP值有所提高，但隨著輻照強(qiáng)度和輻照時(shí)間的增加，熱防護(hù)性能有所降低。周靜等[8]利用YG611E型日曬氣候色牢度儀模擬太陽(yáng)光，通過(guò)控制不同輻照強(qiáng)度對(duì)芳砜綸織物分別進(jìn)行不同時(shí)間的光照處理，發(fā)現(xiàn)織物的拉伸強(qiáng)力和拉伸斷裂強(qiáng)力總體上隨光照時(shí)間的延長(zhǎng)而減弱，其熱防護(hù)性能略有減小但不顯著。Mandal等[9]分別將織物暴露于火焰、熱輻射、熱水和熱蒸汽等熱傷害源下，研究不同熱源對(duì)織物熱防護(hù)性能的影響。發(fā)現(xiàn)濕度會(huì)對(duì)織物的熱防護(hù)性能產(chǎn)生影響，且主要由織物對(duì)水分的吸收量來(lái)決定。陳萌等[10]發(fā)現(xiàn)在含水率小于32%的低含水率狀態(tài)下，消防服用多層織物熱防護(hù)性能隨著外層織物含水率的增加而減小。

上述學(xué)者多從外層織物或單一因素研究消防服織物熱防護(hù)性能的變化，但火場(chǎng)環(huán)境異常復(fù)雜，織物通常會(huì)受到多種因素的共同作用。本文以常用的消防服用多層織物為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行光、濕復(fù)合處理，測(cè)試處理前后多層織物的熱防護(hù)性能。采用Origin和SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探究復(fù)合環(huán)境因素作用下消防服用多層織物熱防護(hù)性能的變化情況，為消防服熱防護(hù)性能研究提供一定的借鑒和參考，從而設(shè)計(jì)和研發(fā)在實(shí)際環(huán)境使用中具有良好熱防護(hù)性能的消防服。

實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選取制作消防服時(shí)常用的4種面料組合成多層織物，其中外層選用芳綸1414(江蘇天地造新材料科技有限公司)，編號(hào)為A；防水透氣層選用芳綸氈覆PTFE膜(浙江帕森防護(hù)安全科技有限公司)，編號(hào)為B；隔熱層選用芳綸氈(江蘇凱盾新材料源頭廠家)，編號(hào)為C；舒適層選用阻燃棉(鄭州特安防護(hù)紡織有限公司)，編號(hào)為D。各層織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各層織物結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.2 光濕處理方案

1.2.1 光照處理

采用QUV/spray紫外光加速老化儀對(duì)多層織物進(jìn)行光照處理，輻照強(qiáng)度設(shè)為1.1 kW/m2。因芳綸織物耐光性差[11-12]，進(jìn)行30 h的光照處理后，其力學(xué)性能明顯變差，因此光照時(shí)間分別設(shè)為0、10、20、30 h，將多層織物試樣平鋪在儀器中進(jìn)行光照處理。經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)光照和潤(rùn)濕處理的先后順序?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)顯著影響[13]，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)置先光照后潤(rùn)濕的處理方案。

1.2.2 光濕復(fù)合處理

在救火環(huán)境中，消防服織物會(huì)接觸到不同量的水分從而被不同程度地潤(rùn)濕。由于消防員救火時(shí)的消防用水大多是自來(lái)水，所以本次實(shí)驗(yàn)采用自來(lái)水從外層方向?qū)椢镞M(jìn)行噴濕處理，噴濕量分別設(shè)置為0、30%、60%、100%，其中100%為飽和潤(rùn)濕狀態(tài)。具體潤(rùn)濕處理如下：恒溫恒濕環(huán)境下，將經(jīng)光照處理后的外層織物完全浸沒(méi)在盛有1 000 mL自來(lái)水的燒杯中，浸潤(rùn)180 s后將其取出，自然懸掛直至無(wú)水滴落下。使用XY系列精密電子天平對(duì)潤(rùn)濕后的外層織物進(jìn)行稱重，記錄潤(rùn)濕后的織物重量，計(jì)算試樣在100%飽和潤(rùn)濕狀態(tài)的含水量。30%潤(rùn)濕、60%潤(rùn)濕的含水量分別為100%潤(rùn)濕狀態(tài)下含水量的30%、60%，含水量為0時(shí)表示未對(duì)織物進(jìn)行噴濕處理。對(duì)外層織物表面均勻噴灑所需的水分量，將其放入密封袋中并在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度為(20±2) ℃，相對(duì)濕度為65%±5%下調(diào)濕12 h以保證水分均勻分布在織物內(nèi)部，確保實(shí)驗(yàn)的可靠性。

1.3 多層織物性能測(cè)試

1.3.1 基本性能測(cè)試

根據(jù)GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》要求，外層織物斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力需分別滿足標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3923.1—2013和GB/T 3917.3—2009的要求；外層、隔熱層、舒適層織物阻燃性能需要滿足GB/T 5455—2014《紡織品燃燒性能垂直方向損毀長(zhǎng)度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》要求，所以需對(duì)各層織物按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力和阻燃性測(cè)試。另外，采用YG(B)141D數(shù)字式織物厚度儀按照標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 3820—1997)以及YG(B)216-Ⅱ型織物透濕量?jī)x按照標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5453—1997)分別對(duì)光照前后的多層織物進(jìn)行厚度、透氣性測(cè)試。

1.3.2 熱防護(hù)性能測(cè)試

熱防護(hù)性是消防服應(yīng)滿足的重要性能之一，按照GA10—2014《消防服滅火防護(hù)服》標(biāo)準(zhǔn)，采用CSI-206型TPP測(cè)試儀對(duì)經(jīng)光濕處理前后的多層織物進(jìn)行TPP值的測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)要求，消防服多層織物TPP值不得小于28 cal/m2。

結(jié)果與討論

2.1 基本性能測(cè)試結(jié)果

外層織物的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力以及外層、隔熱層和舒適層的阻燃性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，所選各層織物試樣均滿足GA 10—2014《消防員滅火防護(hù)服》標(biāo)準(zhǔn)，可用于實(shí)驗(yàn)研究。

表2 織物基本性能測(cè)試結(jié)果

2.2 光濕作用對(duì)織物基本性能的影響

多層織物經(jīng)光照處理前后，結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能有所不同，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 光照前后織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能測(cè)試結(jié)果

由表3可以看出，多層織物經(jīng)光照處理前后，結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能有所不同。經(jīng)光照處理后，多層織物厚度整體上略有減小，這是因?yàn)榭椢镌诠庹者^(guò)程中產(chǎn)生收縮，從而造成厚度減小。外層織物經(jīng)、緯向密度均是先增加后減小，這是由于隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，紗線受熱產(chǎn)生膨脹，從而使其經(jīng)緯密度變小[7]。且由于紡紗制造工藝的緣故，經(jīng)向變化較緯向明顯。除此之外，光照過(guò)程中，織物中的水分不斷蒸發(fā)從而使其平方米質(zhì)量減小。且隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，多層織物的熱收縮導(dǎo)致紗線之間變得更加緊密，空隙減小，從而導(dǎo)致其透氣效果變?nèi)酰笟庑灾饾u減小。

通過(guò)SPSS對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析可以得到：光照時(shí)間與外層織物經(jīng)向密度、面密度和多層織物的透氣性、厚度相關(guān)系數(shù)分別為0.659、0.832、0.886、0.735，均為負(fù)相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明對(duì)織物進(jìn)行光照處理后，外層織物經(jīng)向密度、面密度，多層織物透氣性、厚度均減小。光照時(shí)間與外層織物緯向密度間的相關(guān)系數(shù)為0.086，說(shuō)明時(shí)間對(duì)織物緯向密度的影響不顯著。

多層織物經(jīng)潤(rùn)濕處理前后，結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 潤(rùn)濕前后織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能測(cè)試結(jié)果

由表4可以看出，潤(rùn)濕后外層織物的經(jīng)緯密度變化不大，但多層織物的透氣性會(huì)減小。這是因?yàn)樗x織物吸水后不易變形，所以經(jīng)、緯向密度無(wú)顯著變化。但水分填充了紗線間的空隙，使氣體透過(guò)率減少，從而透氣性變差。

通過(guò)SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以知道，多層織物的透氣率和潤(rùn)濕狀態(tài)的相關(guān)系數(shù)為0.990，呈高度負(fù)相關(guān)關(guān)系。即增加織物的潤(rùn)濕量，多層織物的透氣率明顯下降。

由表3、表4可以知道，光照主要通過(guò)影響織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)影響其性能，水分則對(duì)該織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)顯著影響。

光濕處理后，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 光濕處理后織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能測(cè)試結(jié)果

由表5可以看出，對(duì)多層織物表面進(jìn)行光照和潤(rùn)濕處理前后，外層織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)及多層織物的厚度、透氣率等有所變化。經(jīng)相同時(shí)間的光照處理后，潤(rùn)濕量對(duì)外層織物的經(jīng)緯密度、多層織物的厚度無(wú)顯著影響，但會(huì)降低多層織物的透氣率；經(jīng)過(guò)相同潤(rùn)濕量的處理后，隨著光照時(shí)間的增加，織物經(jīng)向密度、透氣率有所降低；厚度先增加后減小，但總體較未經(jīng)光濕處理前小。

2.3 光濕作用對(duì)多層織物熱防護(hù)性能的影響

對(duì)多層織物進(jìn)行光照、潤(rùn)濕單獨(dú)處理以及光濕復(fù)合處理后，其TPP值有不同的變化。

單一因素下TPP值測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)圖1、圖2，復(fù)合作用下TPP值測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 光濕復(fù)合作用與TPP間的關(guān)系

由圖1可以看出，在對(duì)多層織物進(jìn)行不同時(shí)間的光照處理后，其熱防護(hù)性能有所降低，其中在光照10 h后，降低效果最明顯。這是由于經(jīng)過(guò)10 h的光照后，外層織物經(jīng)緯密度增加、厚度減小，且多層織物間的空隙變得更加緊密，即各層織物間的空氣層減小，從而降低其熱防護(hù)性能。

圖1 光照時(shí)間與TPP間的關(guān)系

由圖2可以看出，對(duì)多層織物進(jìn)行潤(rùn)濕處理后，其熱防護(hù)性能逐漸增加，但增加速率逐漸減緩。這是由于水分會(huì)增加織物的儲(chǔ)熱能力，延緩熱量傳遞到人體皮膚的速率，并且水分接觸熱環(huán)境時(shí)會(huì)蒸發(fā)，使熱量散失，從而減緩被燒傷的時(shí)間[14]，對(duì)消防員的安全起到防護(hù)作用。

圖2潤(rùn)濕量與TPP間的關(guān)系

通過(guò)SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，可以發(fā)現(xiàn)，光濕單一潤(rùn)濕狀態(tài)下，TPP值與光照時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為0.773，呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；與潤(rùn)濕量間的相關(guān)系數(shù)為0.899，呈高度正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明光照會(huì)降低多層織物的TPP值，水分則使織物TPP值有所提高。

由圖3可以看出，多層織物在經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的光照以及不同程度的潤(rùn)濕處理后，其熱防護(hù)性能的變化趨勢(shì)大體相同。經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的光照處理后，TPP值隨外層潤(rùn)濕狀態(tài)的增大而增大，即熱防護(hù)性能變好。這是由于經(jīng)相同時(shí)間的光照處理后，水分對(duì)熱防護(hù)性能的影響呈主要作用。水分減緩織物的加熱速率，并延遲織物被點(diǎn)燃的時(shí)間，從而加長(zhǎng)其達(dá)到二級(jí)燒傷的時(shí)間，熱防護(hù)性能變好。在潤(rùn)濕量分別為0、30%、60%時(shí)，隨著光照時(shí)間的增加，多層織物的熱防護(hù)性能整體呈減弱趨勢(shì)。這是由于在該潤(rùn)濕狀態(tài)下，光照對(duì)織物產(chǎn)生的影響大于水分。光照使織物產(chǎn)生熱收縮，造成其厚度的減小，且纖維間的空氣層減少，使多層織物的熱防護(hù)性能減弱。潤(rùn)濕量為100%時(shí)，其熱防護(hù)性能在光照時(shí)間為10、20 h后有所增加，光照時(shí)間為30 h后有所降低。其中光照時(shí)間為20 h、潤(rùn)濕量為100%時(shí)，多層織物熱防護(hù)性能最大，達(dá)到48.5 cal/m2。這主要是由于在水分含量較高、光照時(shí)間較短時(shí)，水分產(chǎn)生的影響大于光照，使其熱防護(hù)性能提高；但由于外層織物為芳綸，耐光性較差，長(zhǎng)時(shí)間的光照作用使其力學(xué)性能降低，進(jìn)而使其防護(hù)性能變差。

通過(guò)SPSS對(duì)TPP值、光照時(shí)間、潤(rùn)濕量進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表6所示。

表6 方差分析

由表6可知，TPP值與光照時(shí)間和潤(rùn)濕量交互作用間的統(tǒng)計(jì)量F為19.755，相應(yīng)的概率值P=0.000<0.001，說(shuō)明光照和水分的復(fù)合作用對(duì)多層織物熱防護(hù)性能產(chǎn)生顯著影響。

采用SPSS軟件建立織物表面經(jīng)光濕處理后TPP值與光照時(shí)間及外層潤(rùn)濕量間的回歸模型，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 織物表面經(jīng)光濕處理后TPP值與光照時(shí)間及外層潤(rùn)濕量間的回歸模型

記多層織物熱防護(hù)性能為Y，光照時(shí)間為T(mén)，外層潤(rùn)濕量為R。由表7可知，可建立回歸模型Y=-0.055T+0.087R+38.664。在該模型中，變量間的相關(guān)系數(shù)R=0.929，調(diào)整R2=0.863，接近于1，說(shuō)明變量間的相關(guān)程度較高。回歸系數(shù)t所對(duì)應(yīng)的概率值P均小于0.05，說(shuō)明回歸系數(shù)均是顯著的。容差均遠(yuǎn)大于0.1，方差膨脹因子均遠(yuǎn)小于10，說(shuō)明光照時(shí)間、外層潤(rùn)濕量這兩因素間不存在共線性關(guān)性，可用來(lái)獨(dú)立表示織物熱防護(hù)性能。

結(jié) 論

通過(guò)測(cè)試消防服用多層織物在進(jìn)行不同時(shí)間光照以及不同潤(rùn)濕量復(fù)合處理下的TPP值，分析光濕作用對(duì)消防服用多層織物熱防護(hù)性能的影響，得到以下結(jié)論：

a)光照和水分對(duì)消防服用外層織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)及多層織物的基本性能產(chǎn)生不同程度的影響。光照后外層織物經(jīng)向密度、面密度以及多層織物厚度、透氣性均有所降低，外層織物緯向密度變化則不顯著。潤(rùn)濕量對(duì)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)影響不明顯，但會(huì)降低其透氣性。

b)光照作用下多層織物的熱防護(hù)性能整體呈降低趨勢(shì)；外層織物潤(rùn)濕量能顯著提高其熱防護(hù)性能，且隨潤(rùn)濕量的增加，防護(hù)性能逐漸增加。

c)光濕復(fù)合作用對(duì)多層織物的熱防護(hù)性能有顯著影響。經(jīng)相同時(shí)間的光照處理后，可通過(guò)增加外層織物的潤(rùn)濕量來(lái)提高多層織物的熱防護(hù)性能。光照時(shí)間為20 h、潤(rùn)濕量為100%時(shí)，熱防護(hù)性能最好，達(dá)到48.5cal/m2，比未經(jīng)光濕處理前提高9 cal/m2。可建立多層織物TPP值(Y)與光照時(shí)間(T)、外層潤(rùn)濕量(R)間的回歸方程：Y=0.055T+0.087R+38.664。

  參考文獻(xiàn)