文章編號 | 1009-265X(2020)06-0030-06

來源 | 《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、涂層機專業(yè)生成廠家無錫前洲興華機械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，其熱防護性能的變化，選取國內(nèi)常用的4種消防服用面料進行多層織物組合，測試其在進行不同時長光照處理和不同程度潤濕處理下的TPP值，采用Origin和SPSS軟件對測試數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果表明：光照會降低多層織物的熱防護性能，潤濕量則會提高其熱防護性能。經(jīng)過相同時間光照處理后，多層織物的熱防護性能隨潤濕量的提高而提高。隨著光照時間的延長，未飽和潤濕狀態(tài)下，其熱防護性能總體呈降低趨勢；飽和潤濕狀態(tài)下，其熱防護性能先增加后減?。划敼庹諘r間為20 h、潤濕量為100%時，熱防護性能最好，達到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]。作為火場中直接接觸火源的防護屏障，消防服能夠減少或隔絕火場環(huán)境對消防員的傷害，減少人員傷亡損失[2-3]。但在穿著和存儲過程中，消防服不可避免會受到光照、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。作為功能防護型服裝，熱防護性是評判消防服性能優(yōu)劣的重要指標之一[6]，目前許多學(xué)者已從熱輻射類型、輻射時間、水分、結(jié)構(gòu)參數(shù)等方面對消防服用織物熱防護性能的影響進行研究。孟瑾[7]選擇常用的消防外層織物為研究對象，用自制的氙燈日曬儀進行日曬處理，研究不同輻照強度和輻照時間對織物力學(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，但隨著輻照強度和輻照時間的增加，熱防護性能有所降低。周靜等[8]利用YG611E型日曬氣候色牢度儀模擬太陽光，通過控制不同輻照強度對芳砜綸織物分別進行不同時間的光照處理，發(fā)現(xiàn)織物的拉伸強力和拉伸斷裂強力總體上隨光照時間的延長而減弱，其熱防護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，研究不同熱源對織物熱防護性能的影響。發(fā)現(xiàn)濕度會對織物的熱防護性能產(chǎn)生影響，且主要由織物對水分的吸收量來決定。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性能的變化，但火場環(huán)境異常復(fù)雜，織物通常會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象，對其進行光、濕復(fù)合處理，測試處理前后多層織物的熱防護性能。采用Origin和SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行分析，探究復(fù)合環(huán)境因素作用下消防服用多層織物熱防護性能的變化情況，為消防服熱防護性能研究提供一定的借鑒和參考，從而設(shè)計和研發(fā)在實際環(huán)境使用中具有良好熱防護性能的消防服。

實 驗

1.1 實驗材料

實驗選取制作消防服時常用的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)，編號為A；防水透氣層選用芳綸氈覆PTFE膜(浙江帕森防護安全科技有限公司)，編號為B；隔熱層選用芳綸氈(江蘇凱盾新材料源頭廠家)，編號為C；舒適層選用阻燃棉(鄭州特安防護紡織有限公司)，編號為D。各層織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表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多層織物進行光照處理，輻照強度設(shè)為1.1 kW/m2。因芳綸織物耐光性差[11-12]，進行30 h的光照處理后，其力學(xué)性能明顯變差，因此光照時間分別設(shè)為0、10、20、30 h，將多層織物試樣平鋪在儀器中進行光照處理。經(jīng)預(yù)實驗發(fā)現(xiàn)光照和潤濕處理的先后順序?qū)嶒灲Y(jié)果無顯著影響[13]，所以實驗設(shè)置先光照后潤濕的處理方案。

1.2.2 光濕復(fù)合處理

在救火環(huán)境中，消防服織物會接觸到不同量的水分從而被不同程度地潤濕。由于消防員救火時的消防用水大多是自來水，所以本次實驗采用自來水從外層方向?qū)椢镞M行噴濕處理，噴濕量分別設(shè)置為0、30%、60%、100%，其中100%為飽和潤濕狀態(tài)。具體潤濕處理如下：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在盛有1 000 mL自來水的燒杯中，浸潤180 s后將其取出，自然懸掛直至無水滴落下。使用XY系列精密電子天平對潤濕后的外層織物進行稱重，記錄潤濕后的織物重量，計算試樣在100%飽和潤濕狀態(tài)的含水量。30%潤濕、60%潤濕的含水量分別為100%潤濕狀態(tài)下含水量的30%、60%，含水量為0時表示未對織物進行噴濕處理。對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準環(huán)境溫度為(20±2) ℃，相對濕度為65%±5%下調(diào)濕12 h以保證水分均勻分布在織物內(nèi)部，確保實驗的可靠性。

1.3 多層織物性能測試

1.3.1 基本性能測試

根據(jù)GA 10—2014《消防員滅火防護服》要求，外層織物斷裂強力和撕破強力需分別滿足標準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度、陰燃和續(xù)燃時間的測定》要求，所以需對各層織物按照相應(yīng)標準進行斷裂強力、撕破強力和阻燃性測試。另外，采用YG(B)141D數(shù)字式織物厚度儀按照標準(GB/T 3820—1997)以及YG(B)216-Ⅱ型織物透濕量儀按照標準(GB/T 5453—1997)分別對光照前后的多層織物進行厚度、透氣性測試。

1.3.2 熱防護性能測試

熱防護性是消防服應(yīng)滿足的重要性能之一，按照GA10—2014《消防服滅火防護服》標準，采用CSI-206型TPP測試儀對經(jīng)光濕處理前后的多層織物進行TPP值的測試。標準要求，消防服多層織物TPP值不得小于28 cal/m2。

結(jié)果與討論

2.1 基本性能測試結(jié)果

外層織物的斷裂強力、撕破強力以及外層、隔熱層和舒適層的阻燃性能測試結(jié)果見表2。由表2可知，所選各層織物試樣均滿足GA 10—2014《消防員滅火防護服》標準，可用于實驗研究。

表2 織物基本性能測試結(jié)果

2.2 光濕作用對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，其測試結(jié)果見表3。

表3 光照前后織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能測試結(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，這是因為織物在光照過程中產(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，這是由于隨著時間的延長，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。且隨著光照時間的延長，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)?，透氣性逐漸減小。

通過SPSS對測試數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析可以得到：光照時間與外層織物經(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，均為負相關(guān)關(guān)系。說明對織物進行光照處理后，外層織物經(jīng)向密度、面密度，多層織物透氣性、厚度均減小。光照時間與外層織物緯向密度間的相關(guān)系數(shù)為0.086，說明時間對織物緯向密度的影響不顯著。

多層織物經(jīng)潤濕處理前后，結(jié)構(gòu)參數(shù)及基本性能測試結(jié)果見表4。

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

由表4可以看出，潤濕后外層織物的經(jīng)緯密度變化不大，但多層織物的透氣性會減小。這是因為所選織物吸水后不易變形，所以經(jīng)、緯向密度無顯著變化。但水分填充了紗線間的空隙，使氣體透過率減少，從而透氣性變差。

通過SPSS對數(shù)據(jù)進行分析可以知道，多層織物的透氣率和潤濕狀態(tài)的相關(guān)系數(shù)為0.990，呈高度負相關(guān)關(guān)系。即增加織物的潤濕量，多層織物的透氣率明顯下降。

由表3、表4可以知道，光照主要通過影響織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)來影響其性能，水分則對該織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)無顯著影響。

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

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

由表5可以看出，對多層織物表面進行光照和潤濕處理前后，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)相同時間的光照處理后，潤濕量對外層織物的經(jīng)緯密度、多層織物的厚度無顯著影響，但會降低多層織物的透氣率；經(jīng)過相同潤濕量的處理后，隨著光照時間的增加，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 光濕作用對多層織物熱防護性能的影響

對多層織物進行光照、潤濕單獨處理以及光濕復(fù)合處理后，其TPP值有不同的變化。

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

圖3 光濕復(fù)合作用與TPP間的關(guān)系

由圖1可以看出，在對多層織物進行不同時間的光照處理后，其熱防護性能有所降低，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，從而降低其熱防護性能。

圖1 光照時間與TPP間的關(guān)系

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

圖2潤濕量與TPP間的關(guān)系

通過SPSS對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，可以發(fā)現(xiàn)，光濕單一潤濕狀態(tài)下，TPP值與光照時間的相關(guān)系數(shù)為0.773，呈負相關(guān)關(guān)系；與潤濕量間的相關(guān)系數(shù)為0.899，呈高度正相關(guān)關(guān)系。說明光照會降低多層織物的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)過不同時間的光照以及不同程度的潤濕處理后，其熱防護性能的變化趨勢大體相同。經(jīng)過相同時間的光照處理后，TPP值隨外層潤濕狀態(tài)的增大而增大，即熱防護性能變好。這是由于經(jīng)相同時間的光照處理后，水分對熱防護性能的影響呈主要作用。水分減緩織物的加熱速率，并延遲織物被點燃的時間，從而加長其達到二級燒傷的時間，熱防護性能變好。在潤濕量分別為0、30%、60%時，隨著光照時間的增加，多層織物的熱防護性能整體呈減弱趨勢。這是由于在該潤濕狀態(tài)下，光照對織物產(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性能減弱。潤濕量為100%時，其熱防護性能在光照時間為10、20 h后有所增加，光照時間為30 h后有所降低。其中光照時間為20 h、潤濕量為100%時，多層織物熱防護性能最大，達到48.5 cal/m2。這主要是由于在水分含量較高、光照時間較短時，水分產(chǎn)生的影響大于光照，使其熱防護性能提高；但由于外層織物為芳綸，耐光性較差，長時間的光照作用使其力學(xué)性能降低，進而使其防護性能變差。

通過SPSS對TPP值、光照時間、潤濕量進行方差分析，結(jié)果見表6所示。

表6 方差分析

由表6可知，TPP值與光照時間和潤濕量交互作用間的統(tǒng)計量F為19.755，相應(yīng)的概率值P=0.000<0.001，說明光照和水分的復(fù)合作用對多層織物熱防護性能產(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值與光照時間及外層潤濕量間的回歸模型，結(jié)果見表7。

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

記多層織物熱防護性能為Y，光照時間為T，外層潤濕量為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，說明變量間的相關(guān)程度較高。回歸系數(shù)t所對應(yīng)的概率值P均小于0.05，說明回歸系數(shù)均是顯著的。容差均遠大于0.1，方差膨脹因子均遠小于10，說明光照時間、外層潤濕量這兩因素間不存在共線性關(guān)性，可用來獨立表示織物熱防護性能。

結(jié) 論

通過測試消防服用多層織物在進行不同時間光照以及不同潤濕量復(fù)合處理下的TPP值，分析光濕作用對消防服用多層織物熱防護性能的影響，得到以下結(jié)論：

a)光照和水分對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。潤濕量對織物結(jié)構(gòu)參數(shù)影響不明顯，但會降低其透氣性。

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

c)光濕復(fù)合作用對多層織物的熱防護性能有顯著影響。經(jīng)相同時間的光照處理后，可通過增加外層織物的潤濕量來提高多層織物的熱防護性能。光照時間為20 h、潤濕量為100%時，熱防護性能最好，達到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)與光照時間(T)、外層潤濕量(R)間的回歸方程：Y=0.055T+0.087R+38.664。

  參考文獻