应急救援热防护服的热力学性能演化及寿命预测研究

Thermal protective clothing is essential to provide protection for firefighters from thermal hazards. In order to prevent or minimize injuries, it is important to improve the protection performance of clothing. There has been a considerable amount of research on thermal protective performance of unused protective clothing. This research is to investigate the effect of light, heat and moisture on thermal and mechanical properties of fabrics. In order to assess the performance evolution of firefighter protective clothing during its service period, it is important to understand the structure change caused by light, heat and moisture aging, as well as its influence on protective and mechanical properties. It is also to identify the degradation mechanism involved in the loss of properties and develop a numerical model of colors and thermal and mechanical properties. This research will be helpful for evaluating lifetime accurately, especially for developing or maitaining garments to provide optimum thermal protective performance.

消防服是消防战士进入火场必需配备的安全装备，提高消防服的整体热防护性能对保护消防战士的生命安全具有重要意义。已有研究主要对未使用的消防服的热防护性能进行了研究。本课题组曾长期致力于消防服的热防护性能研究，本研究对织物的耐久性进行探讨,对应急救援热防护服在强热、光、水复合环境作用下的热防护性能及力学性能进行分析，建立消防服用织物热力学性能的预测模型；并研究使用过程中化学结构及形貌的变化，揭示多组分混合纤维在光、热、水复合环境作用下的结构与性能之间的关系，深入分析织物老化机理。引入材料物理和自动化测量等交叉学科的研究新进展， 基于Labview对消防服表面性能进行表征，建立织物热力学性能与外观色彩模型。为科学地预测消防服的使用寿命提供技术支持，为高性能热防护服装及装备的研发及维护提供理论依据。

消防服是保护消防员身体免受火场中各种伤害的重要防护装备之一，在消防服的实际使用中，不可避免地遭受到热、光等环境因素的影响，发生降解、老化和劣化，因而对其热防护性能及力学性能等产生影响，影响其正常使用。因此，为了减少消防战士救援作业时的伤亡，有效遏制火灾、热辐射等危险环境对人体造成的伤害，本项目对使用中消防服的热防护性能及力学性能进行探讨。. 选取消防服常用外层织物，如NomexⅢA、PBI、国产芳纶织物，PTFE膜防水透气层、隔热层及阻燃粘胶舒适层为试样，模拟光湿热复合加速老化，测试织物的表面色彩LAB值、物理机械性能以及TPP值。通过实验得到：经光湿复合老化的织物，其光照时间越长，织物表面色彩变化越深，色差值越大，其中光照60min后PBI织物的色差最大，为17.68。织物的撕破强力和断裂强力均随着光照时间及润湿度增加而减小（P<0.05），光老化60min后，PBI织物的干湿态强力保持性最好，其经过饱和润湿后的断裂强力保持率约83%，而国产芳纶的约76%，其纬向断裂强力已低于标准值。经光热复合老化的织物：其撕破强力和断裂强力均随着光照时间及热辐射时间的增加而减小。通过SEM图可观察到，随着光照时间或热辐射时间的增加，各织物中的纱线表面变得粗糙，出现少量的微坑，纤维束开裂。热辐射15min时，国产芳纶的撕破强力保持率下降46.78%；光热复合老化60min后，各试样的纬向撕破强力均低于100N。同时,日晒及热辐射对织物表面色彩影响显著，其影响程度为：日晒>热辐射>洗涤。而外层织物及多层组合织物的TPP值经老化后热防护性能保持性较好。. 最后，建立光、湿、热环境因素交互作用下消防服外观色彩与机械性能的关系模型。结果表明，模型均表现出较高的拟合度，其预测误差为2.5～7.2%。本项目的研究成果为科学地预测消防服的使用寿命提供了技术支持，为消防服的实际使用及延长寿命提供理论指导。