防护服阻热性能关系详解

热防护服是各类防护服中应用最为广泛的品种之一,可以保护人体免受各种热的伤害,如对流热、传导热、辐射热等,它必须具有在高温下保护人体的功能,因此,它的热防护性能始终是人们关注的焦点。用于热防护服的外层织物的热防护性能对于防护服的整体热防护性非常重要。TPP值是织物对热辐射和热对流综合作用的热防护能力,它可以直接反映试样的热防护性能。

本文通过TPP实验测试,就织物燃烧前后质量损失、厚度、面密度与TPP值的关系进行了探讨。

1实验部分

1.1材料

选择13种可用作热防护服外层的织物。织物成分、比例、组织结构、厚度及面密度等参数见表1。

1.2测试方法

TPP实验已得到了ASTM、ISO及NFPA的认可。这种测试方法是将试样水平放置在特定的热源上面,在规定距离内,热源以2种不同的传热形式———热对流和热辐射出现。置于试样另一侧的铜片热流计可测量试样背面的温度。要求火焰与试样直接接触,使到达织物表面的热流量达到84kWm2,用试样后面的铜片热流计测量其温升曲线并与Stoll标准曲线比较得到二级烧伤所需时间t2,并与暴露热能量q相乘得TPP值,其计算式为TPP=t2q(1)式中:q为规定辐射热流量(84kWm2);t2为引起二度烧伤所需要的时间,s。

采用CSI-206热防护性能测试仪,按NFPA1976标准测试TPP值。试样尺寸为150mm×150mm。对13种面料进行测试,总热流量为(83±4)kWm2,燃烧时间设为20s(根据经验设定)。

测定燃烧前后织物的质量,然后计算各试样的质量损失,计算公式为质量损失=(燃烧前质量-燃烧后质量)燃烧前质量×100%(2)

2实验结果与分析

2.1质量损失及织物参数与TPP值的关系13种试样的TPP实验结果见表2。可以看出,除Nomex472外,其余各织物的TPP值都在10以上,热防护性最好的是预氧化纤维织物,TPP值达到了16.5,所以,除Nomex472外,其余织物都可考虑作为热防护服外层织物。

2.2方程的建立

2.2.1厚度、面密度与TPP值的二元线性回归方程由上述分析可知织物厚度、面密度与TPP值之间均存在线性相关关系,因此可以对厚度、面密度与TPP值建立二元线性回归模型,采用SPSS软件进行分析并建立模型。建立的二元线性回归模型为TPP值=6.473+7.599×厚度+0.001×面密度(3)对该模型进行回归方程的显著性检验及回归系数的显著性检验。回归方程的显著性检验结果表明,方程显著性明显,即TPP值与厚度和面密度之间的线性关系显著,厚度越大,面密度越大,织物的热防护性能越好,但进一步的回归系数的显著性检验表明,在显著性水平α=0.05时,厚度的回归系数显著性强,即厚度与TPP值的线性关系显著,应该保留在模型中;而面密度的回归系数显著性弱,即面密度与TPP值的线性关系是不显著的,应从模型中剔除出去。由于该模型中保留了不应保留的变量,因此该模型目前是不可用的,应重新建模。

2.2.2厚度与TPP值的一元线性回归方程

采用SPSS软件进行分析并重新建立模型,建立的一元线性回归模型为TPP值

=6.629+7.882×厚度(4)对该模型进行回归方程的显著性检验及回归系数的显著性检验。回归方程的显著性检验结果表明,显著性明显,即厚度与TPP值之间的线性关系非常显著,厚度越大,织物的热防护性能越好。回归系数的显著性检验表明,在显著性水平α=0.05时,厚度的回归系数显著性强,用式(4)的模型来描述厚度与TPP值之间的关系是恰当的。

3结论

1)用于实验的13种织物除Nomex472外,TPP值均大于或等于10kW·sm2,均可考虑用作热防护服外层材料,其中,预氧化纤维阻燃布的热防护性能最优。

2)织物燃烧前后质量损失对TPP值的影响不明显。

3)织物面密度与TPP值之间有线性正相关关系,但这种关系没有厚度对TPP值的影响显著。TPP值虽会随织物面密度的增加而增大,但增大幅度不很明显。

4)织物厚度对TPP值的影响大。织物越厚,TPP值越大,所以可考虑增加厚度的方法来增大织物的热防护性,但也不能无限增加,因为太厚重的织物会增加穿着者的热负荷。所以,制作热防护服装时应综合考虑其他服用性能。