消防服用織物熱防護性能服用性能的研究.pdf

1、本文從熱防護性能和服用舒適性能出發(fā)，對國內(nèi)外常用消防服面料的性能進行比較研究，探討影響織物熱防護性能和舒適性能的因素；并模擬消防服的多層復合系統(tǒng)，對各層織物進行不同的組合試驗，以尋求舒適性與功能性最佳的消防服多層織物組合系統(tǒng)。
　　 文中選擇了國內(nèi)外常用消防服外層織物，如NomexⅢA、PBI/Kevlar、Kermel、芳砜綸、芳綸、阻燃棉等十二種阻燃織物，防水透濕層分別為Nomex、阻燃棉與PTFE(聚四氟乙烯)膜的層壓織物

2、，隔熱層為Nomex氈、芳砜綸氈和芳綸氈。論文首先對各層織物的阻燃性、熱穩(wěn)定性、表面抗?jié)裥阅?、拉伸性能、撕裂性能、透濕性、耐靜水壓等性能進行了測試。
　　 為了模擬消防服的多層復合系統(tǒng)，以外層織物、防水層織物及隔熱層織物作為試樣，利用混合正交設計方法進行試樣組合。對不同組合織物的熱防護性能(TPP值)和透濕性能(WVTR)進行了測試，并利用極差分析、方差分析方法對實驗結(jié)果進行了統(tǒng)計處理，以探討阻燃外層、防水透濕層和隔熱層織物對組

3、合織物系統(tǒng)整體熱防護性能和舒適性能的影響。通過分析得到：對于組合織物系統(tǒng)的熱防護性能，各層織物的影響程度為：外層大于防水層，防水層大于隔熱層；對于組合織物系統(tǒng)的透濕性能，各層織物的影響程度為：防水層大于隔熱層，隔熱層大于外層。并且通過方差分析得到：在90％置信水平下，外層織物和防水層織物分別對組合織物系統(tǒng)的熱防護性能和透濕性能具有顯著的影響。
　　 其次，對外層織物熱防護性能的影響因素進行了分析。對于消防服用外層阻燃織物，其纖維

4、的極限氧指數(shù)越大，則相應的織物越不易燃燒，熱防護性能也越好。對于纖維組成相同的織物，其TPP值與織物的厚度、面密度具有顯著的線性正相關性，即織物越厚重，TPP值越大，熱防護性能也越好。除之以外，總熱流量的大小及熱源構成也對織物熱防護性能有一定的影響，總熱流量越大，造成模擬皮膚二度燒傷的時間越短；相反，總熱流量越小，造成模擬皮膚二度燒傷的時間越長。而且，在84Kw/m2高熱量暴露下，對流/輻射(70/30)熱源下織物的TPP值大于對流/輻

5、射(50/50)熱源下的TPP值，這說明輻射熱的比例越大，皮膚越易受到損傷。
　　 其次，論文討論了不同熱流量下水分對多層組合織物熱防護性能的影響。以NI虛擬儀器為平臺，以圖形化編程語言Labview為工具開發(fā)了虛擬溫度測試儀，并對織物中的含水量設計了四種不同的濕潤狀態(tài)。研究了不同強度和性質(zhì)的熱源下，外層織物水分的多少對多層組合織物熱防護性能的影響。通過實驗得到：在16.8 kw/m2低輻射熱流量暴露下，對于外層不同濕潤狀態(tài)的組

6、合織物，模擬皮膚到達二度燒傷的時間為：33％水濕潤狀態(tài)時織物到達二度燒傷的時間最短，皮膚損傷最嚴重，織物66％水濕潤狀態(tài)時，二度燒傷時間與非濕潤時相近；織物100％飽和濕潤狀態(tài)時熱防護性能較非濕潤時好。而在84 kw/m2(50/50對流/輻射)高熱流量暴露條件下，對于所有組合試樣，濕潤狀態(tài)下的織物TPP值大于非濕潤織物，即水分使織物的熱防護性能上升。
　　 最后，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術，建立了基于Matlab的織物物理性能與熱防

7、護性能之間的自適應性神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型，并對模型進行仿真及驗證。以外層織物的厚度、面密度、組織結(jié)構、經(jīng)密、緯密、緊度、導熱系數(shù)、極限氧指數(shù)、損毀長度共九個性能指標作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡輸入層的輸入向量，輸出向量為織物的TPP值，建立了消防服用外層織物的熱防護性能預測模型。經(jīng)過試樣的訓練和模型預測能力的驗證，實際值與預測值的相關系數(shù)為0.952，預測平均誤差為3.93％。通過比較分析得到，運用神經(jīng)網(wǎng)絡模型比線性回歸模型能更精確地預測外層織物的熱防