熱防護服隔熱防護性能測試方法及皮膚燒傷度評價準則1

　在各類防護服中，熱防護服是應用最為廣泛的品種之一。其作用是保護人體不受各種熱的傷害，如對流、傳導熱、輻射熱、溶融金屬濺射以及熱蒸汽或熱氣體的傷害。熱防護服不僅具有普通防護服的服用性能，更必須具備在高溫條件下對人體進行安全防護的功能。熱防護服的熱防護性能取決于熱防護服的使用場合和使用環境，包括中溫和高溫強熱流環境，同時熱防護性能也與熱量傳遞的方式有關。
　　
　　熱防護服能防止輻射熱的侵入，促進汗液的蒸發，增進體熱散發。鎧甲式工作服、鋁箔工作服較常用，但防熱效果有限，穿著時人體感到悶熱，因此，應正確選擇防護服裝及服裝層數，使各層配伍性能達到最佳，既能阻燃隔熱，又能使人穿著舒適。國內所用消熱服--熱防護服品種之一，通常為三層構造，由外及內分別是外殼層、蒸汽阻擋層和隔熱層。圖1是典型消防類熱防護服裝多層結構示意圖。

　　熱防護服主要用來減少熱在人體皮膚上的積聚，從而保護皮膚不被燒傷或灼傷，因此防護服不僅要求其阻燃性好，且具有高的隔熱性能。一般來說，測試防護服裝的熱防護性能需要在背離織物受熱一面放置銅片熱流計或皮膚模擬傳感器，測試通過服裝面料的熱流量，從而通過將吸收的熱量轉化為皮膚燒傷的級別來判斷。因此，無論是用銅片熱流計還是用皮膚模擬器作為測試傳感器，最后是要得到在一定熱暴露條件下，量化出皮膚達到二級燒傷度的量值，才能對服用織物熱防護性能進行評價。本文首先講述熱防護織物與服裝的熱防護性能常用的測試方法，然后再介紹人體皮膚燒傷度的確定方法。
　　
　　熱防護織物和服裝阻燃與熱防護性能測試方法
　　
　　熱防護服的熱防護性能可以通過一定的試驗方法進行測試和評價，國內外在該方面都開展了廣泛的研究，并制訂了相應的標準與方法。國內對熱防護服熱防護性能測試方法的研究前期著重于熱防護服阻燃性能的測試與評價。目前，我國已建立了較完整的織物阻燃性能測試方法與標準,其中包括垂直法、水平法、氧指數、45°傾斜法、煙濃度法等。在熱防護服阻燃性能測試中，我國借鑒國外同類標準，采用垂直法進行測試和評價，即測定織物續燃時間、陰燃時間和損毀長度等指標。同時，我國還制定了《熱防護織物防熱性能、抗融溶金屬沖擊性能的測定》國家標準。在公安部《消防員防護服、隔熱服性能要求和試驗方法》行業標準中，制訂了防護服抗輻射熱滲透性能試驗方法。
　　
　　與國內相比，美國、歐洲等西方發達國家對熱防護服的研究和開發較早，目前已制定并實施了一系列先進和完善的熱防護服產品標準和測試方法標準。在熱防護性能的測試研究中，除了制定和建立了較完整的評定阻燃性能的測試方法外，還建立了熱防護性能其他方面的各項測試標準，如熱防護服的隔熱性、完整性和抗液體透過性等，以及反映綜合熱防護性能的TPP法、 Thermo-man法。通過這些方法，可以較全面地測試和評價熱防護服的熱防護性能。
　　
　　織物與服裝阻燃性能測試方法
　　
　　服裝材料阻燃性能評價一般的指標為：難易程度、火焰表面傳播速度、發煙能見度、燃燒產物的毒性和腐蝕性。前兩項指標是燃燒性能評價的最主要指標。目前國內外在阻燃織物性能測試方面尚無比較全面理想的方法，常用的方法主要有以下幾種。
　　
　　燃燒試驗法（vertical flammability test）
　　
　　該方法主要用于測試材料的燃燒廣度（炭化面積和損毀長度)、續燃時間、陰燃時間。其方法是將一定尺寸的試樣在規定的燃燒箱里用規定的火源點燃12 s，除去火源后測定試樣的續燃時間、陰燃時間，陰燃停止后，按規定方法測出損毀長度（炭化長度）。這是一種基本的測試方法，各國均有相應的測試標準，如：美國標準AATCC 34-66、NFPA 701-1966、德國標準DIN 53906、英國標準BS 2963A和我國標準GB 5455-1997等。
　　
　　限氧指數（LOI）
　　
　　該方法簡稱氧指數法，是指在規定的試驗條件下，使材料恰好能保持燃燒狀態所需氧氮混合氣體中氧的最低體積濃度。試驗在氧指數測定儀上進行。其方法是將一定尺寸的試樣置于燃燒筒中的試樣夾上，調節氧氣和氮氣比例，用特定的點火器點燃試樣，使之燃燒一定時 間自熄或損毀長度為一定值時自熄，根據此時的氧、氮流量從表中查出氧指數值，即為該試樣的氧指數。
　　
　　我國標準GB 5454-1997規定，試樣恰好燃燒2 min自熄或損毀長度恰好為40 mm時所需氧的百分含量即為試樣的氧指數值。
　　
　　服裝阻燃性能試驗方法主要是當穿著的衣服燃燒時，測定衣服接觸火源時的著火性和因火焰蔓延而衣服各部位燃燒熱的傳導率，以及達到最高熱量所需的時間。此法在美國雖已作為服裝類的聯邦標準試驗方法用于研究工作中，但尚未標準化。這種方法又稱蘑菇試驗方法，如圖2所示。
　　試驗裝置由燃燒器和記錄儀兩部分組成，燃燒部分裝有熱電偶傳感器。試驗時，將32cmx 16 cm的試樣在燃燒筒上卷繞成圓筒狀（如圖所示），用火焰長19 mm 的燃燒器，從0.5 s、1 s到12 s，每隔1 s在該筒狀試樣下端的不同部位各接觸火焰3次，觀察試樣有無著火并測定著火的時間，用以表示著火性。

　　目前國際上常用的熱防護織物的熱防護性能小規模標準測試方法主要有3種：ASTM D 4108，NFPA 1971和NFPA 1977，下文分別進行敘述。
　　
　　織物與服裝熱防護性能測試方法
　　
　　ASTM D4108明火法測試防護材料的熱防護性能
　　這種標準從1995年以后就已經不再出版了，但后來的NFPA標準都是參照此標準而制訂的。如圖 3所示，將規格為100 mmX100 mm的織物試樣水平放置在中間開有50 mmx50 mm小孔的試樣架上，采用銅片熱流計測量試樣背面的溫度，銅片熱流計安裝在一塊絕熱板內，其表面與絕熱板表面平齊。 要求被測試的織物暴露于Meker燃燒器產生的火焰對流熱，火焰與試樣直接接觸，使到達織物表面的熱流量達到（84±2）kW/m2或（2.00±0.05）cal/cm2.s，用試樣后面的銅片熱流計測試其溫升曲線并與Stoll曲線比較得出二級燒傷所需時間，并與暴露熱能量q相乘，得到TPP值，其計算式為
　　
　　TPP=t2 X q
　　
　　TPP值越大，表示熱防護服的熱防護性能越好；反之越差。