第五节安全与防护用纺织品

1、 安全防护用纺织品是具有特种功能的纺织品，是目前科研与生产的前沿领域。防护用纺织品主要用于以下一种或多种情况： 1高温酷暑 高温防护服主要用于高温作业的环境，像冶金、炼钢等工种。 2着火情况下 防火服主要用于发生火灾的作业环境，象消防队员、森林防火员等所穿的服装。 3低温严寒 极地考察人员的服装、冷库工作服等。 4有害化学品和有害气体 防毒服包括军队用的三防服，导弹发射场工作服及井下作业服等。 5在细菌病毒的环境 象医院用的防菌服、手术服等。 6防污染 这一类产品主要是指洁净室使用的纺织品，保护室内环境不受人体的污染。 7机械性危害 这一类主要是指防机械穿透等作用，象防弹服、防刺服等。 8电气

2、危害 象防静电服等，这一类产品采用导电纤维交织面料制成，具有永久的抗静电性能。 9辐射 主要是指防辐射服，在辐射环境中使用的可阻挡放射性物质的影响。 10真空和压力波动 如宇航服、代偿服等。营救岛营救岛 一、耐高温的纺织品一、耐高温的纺织品 炼钢厂高炉、浇注台旁和机械厂铸造、热处理、锻压等车间的工人使用的耐熔融抗金属飞溅的防护织物，避免因热传导而引起烧伤、烫伤的热绝缘织物。 （一） 热防护纺织品耐高温机理 1反射 对于高温辐射环境，使热量反射是非常有效的防护办法。如果某一物体反射系数为1，则照射到物体表面的热量将全部被反射回去。用金属纤维或在织物表面作金属化涂层和层压，利用复合技术生产织物，以

3、提高织物表面的反射系数。 2隔热 隔热机理就是选用热传导差的材料。导热系数越小，则传递的热量越少。（二）耐高温织物的设计与生产1耐高温材料的选用 所谓的耐高温材料指在200以上高温条件下连续使用不分解、主要物理性能不降低的材料。在选用耐高温纤维时，要考虑的主要因素有： (1) 使用的目的：人员防护、机器防护、隔热、焊接保护、应力消除热处理等。 (2) 温度范围和热源情况：如是否连续高温，直接热源还是间接热源，是辐射、传导还是对流。 (3) 环境因素：是否有化学试剂，是直接接触还是空中散布，干湿环境，耐磨和强度要求等。 高温辐射环境中，可以选用在高温下能抗熔融、抗粘附、抗软化的纤维。如芳纶、玻璃

4、纤维和碳纤维等。表面涂上抛光金属薄膜。 耐熔融抗金属飞溅的防护织物，接触熔融金属的温度高达6501565，选用的纤维应具有抗炭化、抗热收缩、抗熔融、抗热传递、阻燃等功能。 在传导的环境中就选用导热系数小的纤维。 2耐高温织物的生产及后整理加工 耐高温织物，多以机织物为主，如斜纹、缎纹，目前絮材或非织造布广泛用于隔热材料，不同材质的多层组合材料（层合织物）及金属化涂层织物有效的用于特定的场合。 层压复合结构可制造防高温辐射的轻便工作服，该织物以多层结构为特点，分为外防护层和内防护层。外防护层以织物为基材，两面包覆具有优质防护功能的橡胶混合物；内防护层以非织造布为基材。两面分别层压一层塑料膜。内外

5、层之间通过缝制结合在一起，中间则成为空气层。 金属化涂层可以采用玻璃纤维长丝织物，以铝为涂层材料，可以用于热辐射的场合。 （三）热防护织物的测试指标及标准 热防护织物的性能测试指标：主要有其耐热性能的测定。目前我国对热防护织物耐热性能测定标准有GB/T137671992。对防护服用织物防热性能抗融熔金属滴冲击性能测定标准有：GB/T175991998。 1热防护性能的测试 热防护性能的测试简称TPP测试法。这是一种测定面料隔热性能的实验方法。在进行测试时，热量直接冲击面料(以两种不同的传热形式出现，50为热对流，50为热辐射)。通过热传感器测定穿透织物的热量大小，用计算机计算热量并模拟人体受热

6、皮肤受烧伤的情况。主要指标有TT值（热量冲击面料后，在人体皮肤上形成二度烧伤所需的时间）、TPP值（形成二度烧伤时的所需热量，单位为J/cm2）、FFF值（单位重量的TPP值，单位为J/g）。 2耐高温性的评价 主要有两个指标，一是动态燃烧测试：这是测定面料在受力状态下的耐燃性的方法，即在火源的强度和面料所承受的张力相对稳定的情况下，测定该面料破裂的最短时间，由此表示该面料在受力情况下，耐高温的程度。这对服装的某些受力部位，如肘部和膝部的性能测试更有意义。二是服装或面料的受热开裂试验：以定量的热流冲击布面，测定使面料出现开裂现象所需的时间，同时观察表面被破坏的情况。面料受热后，炭化或熔融收缩，

7、如出现破洞，即表明局部防护的失效。 二、阻燃织物二、阻燃织物 阻燃织物是指着火时能遏制燃烧并能使火自行熄灭的织物。阻燃织物除了用于消防人员的服装和森林防火员的服装外。还包括室内装饰阻燃织物等。 (一) 阻燃机理 物体燃烧必须具备三个条件：物体具有可燃性、氧气、火源。纺织品的阻燃机理必须从可燃性和氧气这两方面来进行研究。阻燃机理很复杂，目前的阻燃理论有四种： 1化学理论 阻燃剂作为一个组分参加化学反应，生成不燃或难燃物质，达到阻燃目的。 2熔融覆盖理论 阻燃剂与火源接触后，产生玻璃状粘着物质，把被燃物覆盖起来，从而与氧气隔开，达到阻燃的目的。 3吸热反应论 阻燃剂在燃烧时发生分解而吸收热能，这就

8、减少了被燃物发生热分解所需的热量，保护了被燃物。例如，三水氧化铝（Al2O33H2O）在燃烧时吸收热量，当温度达到220230时，三水氧化铝则失水，生成水和三氧化二铝，能更多地吸收热量，阻止燃烧过程的延续。 4气体理论 固相分解后产生大量的氢和氧基游离基，氢基游离基与阻燃剂遇热产生的游离基相结合，生成新的物质，这就不断切去了可燃性气体中的游离基，达到阻燃的目的。(二) 阻燃织物的性能要求及燃烧性测定1阻燃织物的要求 选择阻燃防护服时的重要考虑参数是阻燃性、穿着舒适感、无毒性、经穿耐用性、易维护性。阻燃性用极限氧指数来表示(LOI)，LOI是当纤维置于火焰中燃烧时，在空气(氧氮混合体)中，氧气必

9、须达到的含量百分数。因此，LOI值越高，表示阻燃性越好。 O2 LOI = 100% O2 + N2 2阻燃织物的性能指标及测试 我国阻燃机织物标准GB/T175911998中， B1级适用于服用和特殊需要的装饰用布，B2级适用于各类装饰织物，B1级的阻燃性能指标高于B2级。 纺织品燃烧性能试验垂直法，按我国GB/T54551997试验标准进行测试，测试指标主要有：(1) 续燃时间(秒)：在织物试样上保持可见火焰的延 续时间。(2) 阴燃时间（秒）：在织物试样上保持赤热亮光的延续时间。(3) 损毁长度(毫米)：被火焰烧毁的织物长度。阻燃性能指标阻燃性能指标 项项 目目B1B1级别级别B2B2级

10、别级别损毁长度损毁长度 mmmm续燃时间续燃时间s s阴燃时间阴燃时间s s1501505 55 520020015151010（三）纤维及织物的阻燃方法 织物获得阻燃性的方法有两种： (1) 采用本身具有阻燃性的材料和纤维。 (2) 对纤维或织物进行特种处理。 极限氧指数27%的纤维具有阻燃作用，本身具有阻燃性的纤维有玻璃纤维、石棉纤维、二氧化硅耐火纤维、玄武岩纤维、石墨纤维、金属纤维、芳纶、阻燃腈纶、聚苯并咪唑纤维PBI等。常见织物的阻燃整理：(1) 目前使用最多的阻燃织物是棉产品，对于纯棉织物的防火整理剂，迄今最有成效的是以下三种：四羟甲基氯化磷(THPC)、四羟甲基氢氧化磷(THPOH

11、)和N甲醇基丙酰胺基磷酸二甲酯，用这三种整理剂处理后的棉织物，耐洗涤性很好，其它性能下降很少。(2) 涤纶织物的防火整理，目前采用最多的和最有代表性的是TDBPP或聚溴乙烯树脂整理，TDBPP并不与纤维发生化学结合，主要靠塑性树脂乳胶附着在纤维表面，形成一层难燃性薄膜。耐洗性很好，能经得起50次洗涤，难燃性并不下降。缺点是织物手感稍有发硬。涤纶混纺织物的难燃化问题，比纯纺织物更为复杂。 经过阻燃后，有甲醛残留物。 三、防辐射织物三、防辐射织物 在辐射环境中使用防护服，可阻挡放射性物质对人体的伤害。电磁辐射危害人体的机理主要是热效应、非热效应和累积效应等。热效应热效应人体内70%以上是水，水分子

12、受到电磁波辐射后相互摩擦，引起机体升温，从而影响到身体其他器官的正常工作。非热效应非热效应人体的器官和组织都存在微弱的电磁场，它们是稳定和有序的，一旦受到外界电磁波的干扰，处于平衡状态的微弱电磁场即遭到破坏，人体正常循环机能会遭受破坏。累积效应累积效应热效应和非热效应作用于人体后，对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话，其伤害程度就会发生累积，久之会成为永久性病态或危及生命。对于长期接触电磁波辐射的群体，即使功率很小，频率很低，也会诱发想不到的病变。 长期接受电磁辐射会造成人体免疫力下降、新陈代谢紊乱、记忆力减退、提前衰老、心率失常、视力下降、听力下降、血压异常、皮肤产生斑痘

13、、粗糙，甚至导致各类癌症等；男女生殖能力下降、妇女易患月经紊乱、流产、畸胎等症。 1电磁波的种类 宇宙射线是指来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。X X射线（射线（0.010.01 10nm10nm）、）、射线、射线、射线、射线、射线（射线（0.01nm0.01nm 1pm1pm） 、中子中子 射线射线光波是指波长在0.33m之间的电磁波。紫外线、红外线、可见光（激光紫外线、红外线、可见光（激光100nm100nm 10000nm）无线电波是指波长在3000m0.3mm之间的电磁波长波、中波、短波、微波（长波、中波、短波、微波（0.10.1 100cm100cm） 电磁辐射主要决定于

14、量子能量的水平，当量子能量达到12eV以上时，如X射线、射线，就可因电离作用而使人体受到严重伤害，这种辐射称为电离辐射。象核工业工厂的工人，X射线工作人员，及癌症治疗中心的工作人员就需要防电离辐射的侵害。若量子能量在1012eV以下时，不会使人体组织电离，如紫外线、红外线、微波等，称为非电离辐射。如微波中继塔周围、高压输电线附近、以及计算机和辐射电子器材周围都会受到非电离辐射的危害。 2. 辐射防护织物的机理 辐射防护织物基本上采用隔离或屏蔽机理达到保护人体的目的。 (1) 如射线能量相对较小，采用隔离保护使人体不直接接触辐射材料就能发挥防护作用。在这些场合防护墨镜，呼吸系统保护器材，手套和轻

15、薄的防护服就有效。 (2) 对X射线、射线可采取屏蔽防护，采用密度大的材料，屏蔽效果较好。常用的材料有：铅、铁、混凝土、高分子塑料、橡胶、有机玻璃等。可根据射线的特性用这些材料做成各种形状的屏蔽物，以防止放射性物质对人体造成伤害。 防X射线、射线的织物及材料是在塑料或橡胶中加入X射线、射线的屏蔽物质，最初设计的铅纤维作为防X射线、射线的纤维，但因铅纤维密度大，制成的织物重，穿着极不方便，故限制了其应用。20世纪80年代，俄罗斯科学家以腈纶织物为对象，研制了X射线防护织物，首先进行聚丙烯腈接枝，然后用硫化钠溶液处理接枝共聚材料，最后用醋酸铅溶液处理被改性的织物。X射线防护物的活性随醋酸铅浸液浓度

16、、处理温度的提高而增高。这种方法的优点在于，铅消耗量低、耐洗涤，使用一到两层织物即可明显减弱X射线的辐射，可用于制作轻便防护服。另外，还可将硫酸钡加入粘胶纤维中，制成防辐射纤维，用于长期接触X光工作人员的防护服，效果较好。 (3) 由于中子具有很强的穿透力，中子辐射的危害，铅板对中子辐射的屏蔽效应较差。中子和物质的相互作用有两种形式，一是快中子的散射和减速，二是慢中子被吸收后放出共化粒子或射线。所以，中子的屏蔽实际上是用重金属（铅、铁）减速快中子并吸收次级射线，用含硼材料(如硼砂或硼酸水溶液)吸收慢中子。 防中子辐射纤维是将硼、锂及其化合物分散在高分子材料，如聚乙烯、聚酯、聚酰胺中纺制而成。用

17、防中子纤维制成各种织物。 (4) 对紫外线可采取屏蔽防护，目前开发的防紫外线辐射纺织品中主要有两类。 在纤维加工过程中加入紫外线屏蔽剂（如二氧化钛陶瓷微粉分散在PET熔体中）加工成纤维或织物。 采用表面涂层，是织物表面形成屏蔽薄膜。 3. 辐射防护织物的性能要求及测试指标 辐射防护织物性能要求除了要具有一定强度、弹性、适宜的克重、穿着舒适性外，最重要的性能是其使用的安全性。 辐射防护织物的测试指标 屏蔽率（A）或透过率（B），可表示为： I0-I I A= 100% 或B= 100% I0 I0 式中：I0 屏蔽前所测得的某点辐射强度； I 放置防护织物或屏蔽材料后测得该点的辐射强度。 GB8

18、702-1988电磁辐射防护规定的主要内容为：在一天24h内，电磁辐射场量（303000MHz）在任意连续6min内的平均值应满足：职业照射E2W/m2=200W/cm2公众照射E0.4W/m2=40W/cm2紫外线等光波对地面的昼夜辐射量阴天约为4060KJ/m2，晴天约为80100KJ/m2，炎夏烈日约为100200KJ/m2。皮肤能接受紫外线的安全辐射量在20KJ/m2以内。普通纺织品的紫外线屏蔽率约为70%。 屏蔽效果的优劣是研究辐射防护织物最根本的性能指标，它直接决定辐射防护织物的可靠性，确保辐射场中的人身安全。 因为不同的射线本身的性能不同，目前还没有适合各种辐射的纤维，但是随着科

19、学的发展，防辐射纤维及材料正在从单一功能防护向多功能防护发展。四、静电防护织物四、静电防护织物(一) 静电的危害 1. 在纺织生产过程中，导致纤维缠绕或堵塞机件，半制品或纱线发毛、断头，织造时经纱开口不清，以及织物折叠不齐等现象，影响生产的顺利进行； 2. 纺织品使用中，静电电荷的积聚易引起灰尘附着，服装纠缠肢体产生粘附不适感； 3. 静电会干扰电子仪器的正常工作，严重时会击穿电路，损坏电气部件； 4. 在石油、化工、煤炭等行业易引起爆炸、燃烧； 5. 对航空航天事业来说，如空中降落伞与空气摩擦产生静电，致使打不开伞发生事故。 (二) 静电防护织物的抗静电机理 1分散泄漏消除静电法 静电的存在

20、，是电荷聚集的结果，对合纤类织物，通过降低其比电阻就可以增加织物的导电性能，降低比电阻的方法主要是将抗静电剂加在纤维内部或涂在纤维表层，或涂在织物的表面，从而降低比电阻，再通过传导、泄漏，分散电荷，消除静电。2电晕放电消除静电法 (1) 织物中采用纺织纤维和导电纤维均匀混和的材料制作织物，由于导电纤维沿纤维轴向有金属、碳黑或金属化合物的连续排列，就好象形成一个连续的导电金属丝。(2) 采用金属复丝纤维间隔织入布内来控制静电形成。(3) 用含金属纤维量较高的短纤纱作防静电用品。 这三种方法除了通过传导使静电泄漏，主要是通过电晕放电，使静电中和，当导电纤维接近带电体时，在导电纤维周围产生强电场，与

21、带电体极性相反的离子吸附带电体，中和带电体的电荷，而与带电体极性相同的离子则排斥带电体，在空气中散发并中和电荷，或通过接地移去。（三）静电防护织物的测试指标及性能要求1防静电织物，衡量其静电大小的指标主要有： 静电压 半衰期 电荷面密度(1) 比电阻 (1) 静电压V 纺织品相互摩擦或与其他物品摩擦以后，摩擦起电或泄电达到平衡时的电压值（静电压300伏特时就会引燃和引爆） 。 (2) 半衰期t 试样在高压静电场中带电至稳定后，断开高压电源（10kv），使其电压通过接地金属台自然衰减。其电压衰减到原始数值一半所需的时间，单位为s。 (3) 电荷面密度 织物经摩擦后，单位面积上所带的电荷量。单位是

22、Cm。(4) 体积比电阻 v为一个均匀样品长1 cm、截面积1cm2时的电阻值，单位是 cm。(5) 质量比电阻 m 为一个均匀样品长1 cm、重1 g时的电阻值，单位是 gcm。（ m=d v，质量比电阻109不易产生静电）。(6) 表面比电阻s 在数值上等于材料表面的宽度和长度都等于1 cm时的电阻，单位为。天然纤维的质量比电阻10101012gcm，静电压300500V，半衰期0.53s。 2静电防护织物的性能要求 不同用途的静电防护织物，其抗静电性能要求不同。产业用的，其性能要求较高。一般民用的，其性能要求低。 (1) 对于普通民用静电防护织物，一般要求防尘、防缠绕和防衣服穿脱时的静电

23、刺激。一般民用织物在相对湿度40时，比电阻达到l07l08m时，就能满足其性能要求。 (2) 无尘、无菌工作服所用织物是一种对抗静电性能要求较严格的特殊用途织物。如手术和生物制品加工用的口罩、面罩等，其性能要求是：织物本身必须不产生尘埃，同时，又要有效地消除静电，防止吸附尘埃和细菌，还要求其具有通气性、优良的尘埃过滤性。 (3) 导电服织物主要用于高压变电站和高压线路产生的强电场感应场合电力工人的防护服。比如在500kv电压时的强电场静电感应对人体的神经、心脏、血液等有一定影响。具有良好的屏蔽效率和导电性能，同时还要具有良好的服用性能。 (4) 防爆型工作服织物，对于在一般环境条件下使用的防燃

24、防爆工作服织物，其比电阻达到107gcm左右就能满足要求。对于在特殊环境下，如国防、石油、化工等工业部门的易燃易爆场合，一般要求其摩擦的静电电压低于300V，以保证在易燃易爆的环境中安全使用。五、防寒织物五、防寒织物(一) 防寒织物的用途及种类防寒织物主要是保护人体不受寒冷的伤害，人们除了在日常生活中需要防寒织物外，在一些特殊的工作环境中更需要防寒织物，比如登山运动员、极地考察人员等。根据寒冷的情况不同，需要使用不同防寒能力的防寒服。目前的防寒织物根据其隔热材料可分为以下几种：1天然的填料：如毛、棉、丝、羽绒（毛）、羊绒等。2合成隔热材料：这一类产品很多，可以包括最普通的喷胶棉，也可以包括中空

25、涤纶纤维厚隔热材料，及涤纶和聚丙烯薄型隔热织物，涂金属膜织物，充气膨胀织物。 (二) 防寒织物的防寒机理 防寒织物的防寒功能主要是内层绝热材料和外层材料共同作用的结果。内层绝热材料的作用是减少皮肤表面的热损失，外层材料的作用是保护内层绝热材料不与外界物质（风、雨）接触。绝热材料中空气含量越多，经传导损失的热量就越少。空气对辐射热没有阻挡作用，纤维可以阻挡辐射热，为避免辐射热的损失绝热材料中纤维所占的体积必须维持在某一最小值上。空气流动易使热以对流形式而损失，纤维能有效地阻挡空气的流动，羽绒（毛）是保暖性能最佳且最轻的绝热材料。太空棉是用铝箔和细旦涤纶层压在一起，再叠上一厚层涤纶用针刺法使其结合

26、。铝箔能将人体发出的热量反射回去，同时防止外部冷空气侵入。铝箔上开有小孔，具有通气性。 (三) 防寒织物性能要求及测试指标 防寒织物的最主要的性能要求是防寒、保暖，但除了保暖性外，还要具有一定的防风、防水、透湿性、服用舒适性等性能。保暖性能的测试指标如下：1克罗值 在室温为21，相对湿度50以下，气流为10ms的条件下，试穿者静止不动，其基础代谢为58.15J(s)，感觉舒适并维持其体表平均温度为33时，此时所穿衣服的保温值为1克罗值(CLO)。克罗值大，保暖性能好。2导热系数 导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K，C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用表示，单位为瓦/（米度），w/（mk）（W/mK,此处的K可用代替）。 六、防弹织物（防弹背心、防弹头盔）六、防弹织物（防弹背心、防弹头盔） (一) 防弹原理 当多层次的高性能的机织物，受到射击时，通过使防弹服中的