热辐射对消防服用织物热防护性能及耐久性的影响

论文摘要

消防服是保护消防员身体免受火场中各种伤害的重要防护装备之一,其是否具有耐久的阻燃性能和热防护性能至关重要。而在消防服的实际使用中,不可避免地会遭受热、光等许多环境因素的影响,发生降解而老化、劣化,因而可能会对其热防护性能及机械性能等产生一定影响,影响其正常使用。目前尚未有一个完善的评价体系来评定消防服用织物的生命周期,因此本文旨在通过研究热辐射对消防服用织物热防护性能及耐久性的影响,深入探讨高聚物热老化机理,最后建立织物耐久性预测模型,为消防服的实际使用提供理论指导。文中选取常见消防服用外层织物,NomexⅢA和国产芳纶,利用远红外石英灯管辐射仪以不同的热辐射强度（6.5kw/m2.9.7kw/m2以及17.2kw/m2）对织物分别进行5、10、20、30分钟的热辐射,同时利用NI虚拟仪器记录热辐射时织物表面温度,然后测试其各项基本物理性能及TPP值变化。通过分析发现在不同热辐射条件下,国产芳纶表面温度均高于NomexⅢA表面温度,表明NomexⅢA隔热性比国产芳纶更好。热辐射强度为6.5kw/m2时,两种织物表面温度均未达到玻璃化温度（270℃左右）,织物在半小时内的强力保持率较高,断裂强力略有增加,撕破强力在热辐射30分钟内均能保持原来的68.9%～84.6%,且TPP值增大,即热防护性能变好；热辐射强度为9.7kw/m2时,两种织物表而温度均达到300℃以上,织物断裂强力及撕破强力随热辐射时时间增加而显著下降,尤其仅辐射5分钟国产芳纶的经向撕破强力已下降60.5%,纬向下降58.8%,同时断裂伸长率也下降,但其TPP值仍增大。为进一步探讨织物在热老化过程中凝聚态结构与化学结构的变化,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及傅里叶变换红外-拉曼光谱仪等仪器对热辐射前后的高聚物分别进行测试研：究,结果表明：随着热辐射强度增加,高聚物的结晶度减小。在热辐射强度为9.7kw/m2时,NomexⅢA结晶度下降了27%,与强力测试结果趋势相一致,同时结晶尺寸减小,说明其结晶程度越来越不完善,这是造成织物强力显著下降的主要原因,纤维表而防水处理层受热膨胀至熔融黏附在纤维表面,同时纤维表面发生龟裂；当热辐射强度上升到17.2kw/m2时,织物表面温度已达380℃左右,纤维表面也有龟裂纹,结晶度下降44.5%～52.7%,红外光谱图说明织物已发生热降解,且国产芳纶热降解程度更大。最后,建立基于Matlab的热辐射前后织物机械性能与颜色变化之间相互关系的预测模型,以达到建立非破坏性评价消防服用织物生命周期的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 研究方法和主要内容
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 文献综述
• 2.1 消防服用纤维
• 2.2 消防服的防护性能评价
• 2.2.1 阻燃性能的评价方法
• 2.2.2 热防护性能的评价方法
• 2.3 消防服用织物热防护性能研究现状
• 2.3.1 强热流量下消防服用织物热防护性能研究现状
• 2.3.2 低热辐射下消防服用织物热防护性能研究现状
• 2.4 消防服用织物耐久性研究现状
• 2.4.1 阻燃纤维热老化行为研究现状
• 2.4.2 阻燃纤维光老化行为研究现状
• 本章小结
• 3 热辐射对消防服用织物热防护性能的影响
• 3.1 实验仪器
• 3.1.1 织物热辐射仪的设计与制作
• 3.1.2 基于Labview的虚拟温度测试仪设计
• 3.1.3 热防护性能测试仪器
• 3.1.4 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.2 实验材料及方案
• 3.2.1 实验试样选择
• 3.2.2 实验方案制定
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 热辐射条件下织物表面温度记录
• 3.3.2 热辐射前后织物外观变化
• 3.3.3 热辐射前后织物基本物理性能变化
• 3.3.4 热辐射前后织物TPP值变化
• 本章小结
• 4 热辐射对消防服用织物耐久性的影响
• 4.1 热辐射对织物机械性能的影响
• 4.1.1 试样选择及实验方案
• 4.1.2 实验结果与分析
• 4.2 热辐射对高聚物结晶度的影响
• 4.2.1 X射线衍射仪原理
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 实验结果与分析
• 4.3 热辐射对高聚物化学结构的影响
• 4.3.1 红外光谱基本原理
• 4.3.2 实验方法
• 4.3.3 实验结果与分析
• 本章小结
• 5 基于MATLAB的消防服用织物耐久性能预测模型
• 5.1 色彩理论
• 5.1.1 色彩模型
• 5.1.2 Lab均匀色彩空间
• 5.1.3 RGB与Lab的相互转换
• 5.2 基于MATLAB的色彩Lab值的提取
• 5.3 织物机械性能预测模型的建立
• 5.3.1 实验试样选择
• 5.3.2 实验方案
• 5.3.3 实验结果与分析
• 5.3.4 织物机械性能预测模型
• 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足及展望
• 参考文献
• 2）'>附录1 热辐射前后织物电镜扫描图（9.7kw/m²）
• 附录2 原始NomexⅢA试样结晶度数据
• 附录3 X射线衍射仪测试结果分析图（30min）
• 附录4 原始NomexⅢA试样红外光谱数据
• 攻读学位期间的研究成果目录
• 致谢