辐射热暴露湿态阻燃织物的热湿输运对其热防护性能影响
消防工作对于保障人民的生命财产安全具有重要意义。消防服装作为保证消防人员生命安全的重要装备之一,一直是热防护领域研究的重点。优良的消防服不仅能很好地阻隔外界的热量,又能进行一定的热湿传递,因此研究辐射热暴露下湿态阻燃织物的热湿输运对其热防护性能的影响具有重要意义。本文首先采用低场核磁共振技术(LF-NMR)从微观角度分析了芳纶ⅢA、芳纶1313/粘胶、芳纶1414/莫代尔、阻燃棉四种阻燃织物在润湿状态下的水分分布。实验结果表明,湿态阻燃织物中最多存在三种不同形式的吸附水分:结合水、毛细水与自由水。在脱附过程中,自由水最先进行脱附,三种吸附水在此过程中均与织物结合更加紧密,水分的活动性降低。随后,搭建实验平台研究芳纶1313/粘胶和两种阻燃棉织物在辐射热暴露下失水过程中表面温度的变化规律。水分散失和温度变化曲线表明织物的干燥过程可以分为三个阶段:(1)第一阶段,干燥速率和温度快速增大,水分含量缓慢降低;(2)第二阶段,干燥速率保持稳定,温度缓慢升高,水分含量快速下降;(3)第三阶段,干燥速率下降,水分含量缓慢降低;含水率低于20%时,织物表面温度快速上升,随后趋于稳定。然后,采用Page、Newton及Henderson等三种经典干燥动力学模型拟合实验数据,结果表明Page模型可以用来描述低辐射热下的单层织物内水分动态干燥过程。其次,本文研究了水分对阻燃织物热物理性能及光学性能的影响。采用瞬态平面热源法测试了芳纶ⅢA、芳纶1313/粘胶、芳纶1414/莫代尔、阻燃棉四种织物在湿态下的瞬态导热系数,并以含水率为自变量,瞬态导热系数为因变量建立一元线性回归方程。结果表明,瞬态导热系数与含水率呈明显的正相关关系。利用Aligent Cary5000紫外可见近红外分光光度计分析了芳纶ⅢA、芳纶1313/粘胶、芳纶1414/莫代尔、阻燃棉、芳砜纶五种织物在800~2500nm的近红外波段辐射属性的变化。结果显示,阻燃织物的红外反射率随着其含水率的升高而下降;在800~1400nm的近红外波段,五种织物的红外透过率随着含水率的增大而增大;在1400~2500nm的近红外波段,芳纶ⅢA和芳砜纶两种织物的红外透过率随着含水率的增大而减小;粘胶/芳纶1313、莫代尔/芳纶1414和阻燃棉三种织物的红外透过率随着含水率的增大先下降,在毛细水与结合水的分界处短暂回升,随后继续下降。最后,本文采用RPP测试仪从宏观角度测试了芳纶、针织芳纶、阻燃棉、针织阻燃棉四种织物在不同含水率及辐射热流量下的背面温度变化。测试结果表明,在热辐射时间超过60s后的温度恒定阶段,含水率越高,织物的隔热性能越好;而在热辐射时间超过500s后,湿态织物的隔热性能比干燥织物差。随后将芳纶1313、芳纶1313/粘胶、两种阻燃棉、PTFE膜、芳纶毡六种织物配伍组合成四层消防服系统,润湿舒适层织物模拟消防员汗湿情况,润湿阻燃外层织物模拟消防用水润湿情况,采用TPP测试仪测试四层消防服系统的热防护性能。结果表明,四层消防服系统的低程度润湿(回潮率在32%以下)对其热防护性能有消极影响,当其回潮率为26%时,热防护性能降到最低。
