防护服隔热性能检测方法的研究

防护服隔热性能检测方法的研究

目前，在钢铁、消防、石油、采矿、勘探、石油等行业，火焰和金属泵广泛应用于工人的生活环境中。熔融金属飞溅和焊弧等热源的温度可达1500℃,通过接触、辐射或热对流到达人体,必然会对人体造成危害。这些行业都提出了耐高温、耐火焰冲击、耐金属熔滴冲击、耐接触热的综合安全热防护新要求。热防护织物作为一种特种产业用纺织品,近年来日益受到人们的重视和关注。热防护织物在功能上可保护穿着者不受灼伤,其特点是能够屏蔽、反射高温热源发出的热量,使其背面仍然保持较低的温度,从而保护了人体或其他物体不受伤害。一般工业阻燃防护服、焊接防护服、消防灭火服装、消防隔热服、防电弧服装、防热金属飞溅防护服装等都对热防护性能有明确的要求。通过防护服的防护阻断热能到达人体皮肤表面,将是防护人体免受伤害的最直接和最有效的防护手段。因此,需要能够全面检测防护服隔热性能的检测仪器,以对防护服产品的热防护性能做出合理的评价。本文旨在研究一种防护服抗熔融性能测试及评价方法,以满足国内各相关行业检测的要求,并为阻燃隔热防护服及其相关产品提供一种专用的测试仪器。1试验2,熔滴数不足防护服抗熔融性能检测方法为:(1)金属熔滴冲击试验,金属熔滴经导槽相继冲击织物试样的外表面,测量试样内表面达到规定温升所需熔滴数。(2)火焰冲击试验,以一定温度的火焰冲击试样,观察火焰对试样的影响。(3)炽热棒冲击试验,以一定温度的金属棒冲击试样,观察各种温度的金属棒对试样的影响。以上述3种实验方法为基础,研制了检测防护服隔热性能的检测仪器,该仪器可分别进行金属熔滴冲击、火焰冲击和炽热金属棒冲击的试验,以测定试样的热传递系数和隔热性能。1.1测温传感及夹样装置该实验是将金属棒熔化并形成熔滴后,以每分钟20滴的速度冲击试样,检测试样背面温升情况,以确定材料在连续高温金属熔滴冲击后的隔热性能和阻热传递效率。测试试样背面温升的传感器镶嵌在耐熔绝缘热材料做成的传感器支座上。测温传感器可通过凹槽中心附近两孔的导线连接,四边螺栓将传感器支座固定在试样框架上。测温传感系统及夹样装置示意见图1。按照GB8965.2—2009《防护服装阻燃防护第2部分:焊接服》中5.5.1要求,试样经15滴金属熔滴冲击后,试样温升T1不能超过40℃。试样经过20滴金属熔滴冲击后,温升不超过40℃为合格,具有较好的隔热性能。试样经过20滴金属熔滴冲击(相当于60多秒的时间),在这样长的时间下,材料的背面温升不到10℃,人体完全能够承受。且仪器具有较好的分辨率,能够有效分辨出不同材料的隔热性能。1.2试样内装保护该实验是参考织物热传导的实验方法,检测当氧乙炔火焰直接冲击试样时,一定时间内试样背面的温升情况,从而评定试样对人体的防护性能。试验前将一个铂电阻传感器附着在试样背面,二者同时被安装在试样架上,试样前面有一挡板将试样与火焰隔开,起到保护试样的作用。调整试样表面与火焰喷嘴的距离为150mm,点火后待火焰稳定,将点火器前进到位,同时将挡板撤去,并开始测量试样背面温升,测量时间选用3s,足够人员发现这种突发情况,时间到后关闭火焰,记录温升即为T2。试样架与测温机构示意见图2。1.3金属棒下试验装置当化纤织物接触高温热源时,接触热源部分的织物开始熔融,而其周围部分出现收缩,使熔融部分产生熔洞现象。进行炽热金属棒冲击试验时,试样与金属棒接触面开始熔融,并出现熔洞,随着金属棒下降,接触面积增大,直到熔孔大于金属棒的直径,金属棒穿透试样。利用这一机理可评价纺织品的抗热性能。实验目的是检测当炽热的金属棒直接冲击到试样上时,一定时间内试样背面的温升情况,从而评定试样对人体的防护性能。决定该试验结果的主要因素为炽热金属棒的温度。试验前将一个与测量金属熔滴冲击试验相同的铂电阻传感器附着在试样背面,二者同时被安装在试样架上,试样前面有一挡片能将试样与金属棒隔开。金属棒末端与挡板接触,点燃火焰加热金属棒,用直径1.5mm的K型热电偶测量金属棒端部温度,调节火焰大小使金属棒端部温度达到且稳定在400℃。撤掉挡板的同时使金属棒向下以一定的速率运行至试样表面并接触3s,测量试样背面温升T3。试样架与测温机构图见图3。2信号采集系统软件控制系统主要包括:试验界面设计、信号采集设计、输出控制设计和数据库设计。程序界面友好,便于人机互动,操作简便,使用方便。信号采集采用中断查询方式,提高了仪器整体的工作效率,在金属熔滴冲击试验中,发现在金属棒融化过程中产生大量飞溅的火星,对红外计数传感器产生干扰,生成大量的高频斜刺波。对夹杂在脉冲计数信号中的高频斜刺波进行了软件滤波。3试验结果的初步设计根据以上3种试验方法,建立了初步的评定模型。根据试样具体的应用场合来确定这3种试验所占的权重比,权重比与相应的背面温升的乘积之和即为各试样所得评价值。在某一种场合下,某一种试验方法占的权重比越大,评价值受这种试验方法的影响越大。初步提出阻燃隔热性能的数学模型如下:F=T1·Y1+T2·Y2+T3·Y3(1)式中:F——评价值;T1——金属熔滴冲击试样背面温升,℃;Y1——金属熔滴冲击试验所占比重;T2——火焰冲击试样背面温升,℃;Y2——火焰冲击试验所占比重;T3——炽热金属棒冲击试样背面温升,℃;Y3——炽热金属棒冲击试验所占比重。4仪器的试验和分析应用提出的数学模型,进行了如下实验。橙色、红色试样为客户提供的两种待测试样。4.1#5#红色试验温升所需滴数环境条件:温度25℃,相对湿度77%。1#～5#橙色试样温升40℃所需滴数分别为35、31、35、32、36。1#～5#红色试样温升40℃所需滴数分别为41、41、43、44、43。橙色试样和红色试样相比较,同样温升40℃,红色试样所需的滴数要多,也就说明红色试样的热防护性能比橙色试样好。4.2复合试件内限制可移动温升的变化环境条件:温度25℃,相对湿度77%。2种试样在不同熔滴数时的背面温升见表1。从表1可看出,随着熔滴冲击滴数的增加,两种试样背面温升呈现上升的趋势。同样20滴熔滴冲击试样,橙色试样背面的温升速率大于红色试样,由此可知,红色试样的热防护性能优于橙色试样。4.3火焰击穿后色试样的观察试验的最初阶段是对试样进行长时间的火焰冲击。分别对橙色试样和红色试样进行火焰冲击试验,直到火焰将试样击穿。从以上两种试样的试验结果来看,同样经过火焰冲击后,橙色试样背后的温升比红色试样大,并且耐火焰冲击的时间也比红色试样长。观察两种试样被火焰击穿后的状态,橙色试样击穿孔的周围碳化区域较大,红色试样较小。综上两种试验结果,橙色试样比红色试样耐火焰冲击,橙色试样的热防护性能优于红色试样。相对于长时间的火焰冲击试验,短暂的火焰冲击更符合实际情况,选定的火焰接触时间为3s。此试验结果显示,橙色试样背面温升平均值30.5℃,红色试样背面温升平均值34.1℃。由测试结果可知,橙色试样的热防护性能优于红色试样。4.4抗冲击性能分析环境条件:温度25℃,相对湿度77%。两块试样经过不同温度的炽热金属棒冲击5s后的照片见图4。由图4可见,在各种温度下,橙色试样的抗冲击性能都优于红色试样;另外随着金属棒温度的升高,试样抗冲击性能越来越低,试样上的熔洞越来越大。相对于长时间的炽热金属棒冲击试验,短暂的炽热金属棒冲击更符合实际情况,所以又做了短暂炽热金属棒冲击试验,金属棒接触时间为3s。此试验结果显示橙色试样背面温升平均值为10.3℃,红色试样背面温升平均值为12.4℃,橙色试样的热防护性能要优于红色试样。5试验4:各种试样共占主导地位,未对试样进行了调整对6种用于防护服的布样进行测试,由于涉及材料的保密,客户并没有提供样品的具体组成成分,所以只对试样做了编号,经金属熔滴冲击试验,1#～6#试样背面温升分别为6.86℃、8.48℃、6.22℃、9.32℃、10.5℃、5.42℃。经火焰冲击试验,1#～6#试样背面温升分别为30.48℃、34.12℃、25.9℃、38.96℃、52.46℃、36.42℃。经炽热金属棒冲击试验,1#～6#试样背面温升分别为10.32℃、12.44℃、8.84℃、15.88℃、17.72℃、14.02℃。若试样作为焊接防护服使用,3种方法各自占的权重比(即3种情况可能出现的概率)和其他情况会有不同,焊接工作环境中出现金属熔滴四处飞溅的概率高,而火焰冲击和炽热金属棒冲击的概率较小。在实际的仪器实验操作中,每种试验的权重比Y可根据实际情况自由选择。对于焊接防护服,以下面的权重比举例说明:金属熔滴冲击试验50%,火焰冲击试验30%,炽热金属棒冲击试验20%。将数值分别代入式(1),6种试样评价值分别为:14.638、16.6942、12.648、19.524、24.532、17.842。试样由优到次的顺序为:3#>1#>2#>6#>4#>5#。若试样作为炼钢工作服使用,炼钢环境中出现金属熔滴四处飞溅的概率高,而火焰冲击和炽热金属棒冲击的概率极少。以下面的权重分配举例说明:金属熔滴冲击试验75%,火焰冲击试验10%,炽热金属棒冲击试验15%。将数值分别代入式(1),6种试样评价值分别为:9.741、11.638、8.581、13.268、15.779、9.81。试样由优到次的顺序为:3#>1#>6#>2#>4#>5#。若试样作为消防服使用,在实际使用中,火焰冲击的状况会极易发生,而其他两种情况出现的概率会少一些。以下面的权重分配举例说明:金属熔滴冲击试验10%,火焰冲击试验75%,炽热金属棒冲击试验15%。将数值分别代入式(1),6种试样评价值分别为:25.094、28.304、21.373、32.534、43.053、29.9