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热防护服织物性能实验测试分析

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  标准集团(香港)有限公司 热防护服织物性能实验测试分析 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 。 一、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 84 kW m2,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 =t 2 q (1)式中:q 为规定辐射热流量(84 kW m2);t 2 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 150 mm×150 mm。 对 13 种面料进行测试 ,总热流量为(83 ±4)kW m2, 燃烧时间设为 20 s(根据经验设定)。 StandardInternationalGroup(HK)Limited 标准集团(香港)有限公司 标准集团(香港)有限公司 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)。 二、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。燃烧前后质量损失 、织物厚度、 面密度与 TPP 值之间关系的散点图见图 1 。 StandardInternationalGroup(HK)Limited 标准集团(香港)有限公司 标准集团(香港)有限公司 由图 1(a)可以看出, 各点相对分散 ,质量损失与 TPP 值之间无明显的相关关系, 二者之间的相关系数 为 0.092 ,表明二者之间的线性相关关系弱 , 质量损失大小对 TPP 值无明显影响 。从图 1(b)可看出 ,织物 厚度与 TPP 值之间存在明显的线性正相关关系, 相关系数为 0.673 , 表示二者的确存在较强的线性正相关 关系 。这是由于在其他条件不变的情况下 ,织物越厚,织物所截留的空气含量越多, 热防护能力越强 。因为 空气的导热系数仅为一般纤维的 1 10 ,所以其绝热性好。从图 1(c)可看出, 织物面密度与 TPP 值之间存在 一定的线性正相关关系, 相关系数为 0.414 , 织物面密度越大 ,它的热防护性会相应增强。面密度对织物热 防护性的影响主要是通过透气率来实现的 ,体现在 2 个方面。一方面, 增大纺织材料的面密度会使空气的 含量减小 ,使其绝热性降低;另一方面 ,面密度的增大会导致透气率减小 ,尤其在对流热如火焰作用时, 使其 绝热性又迅速升高。 由于织物的纤维体积分数一般小于 25 %,故考虑织物的绝热性时主要考虑所含空气的多 少, 因此面密度变化时主要考虑的也是空气的体积分数变化 ,纤维的导热性变化居于次位, 但面密度与 TPP 值之间的线性关系没有厚度与 TPP 值之间的关系显著 。 因此 ,在材料均为适合做热防护服外层材料的前提 下, 越厚越重的织物其热防护性越强 。 因为织物越厚重, 单位面积所含纤维越多 ,则辐射热与对流热越不易 透过纤维材料,热防护时间就延长。如预氧化纤维阻燃布 ,它是 13 种材料中最厚的试样, 其面密度也较大 , 热防护性最好。6up扑克之星亚洲版下载, 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 StandardInternationalGroup(HK)Limited 标准集团(香港)有限公司 标准集团(香港)有限公司 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。 三、结 论 1)用于实验的 13 种织物除 Nomex472 外, TPP 值均大于或等于 10 kW·s m2, 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 。 StandardInternationalGroup(HK)Limited 标准集团(香港)有限公司