浅析美国工业用爆燃火灾阻燃服与国标阻燃服燃烧性能及热性能测试方法

浅析美国工业用爆燃火灾阻燃服与国标阻燃服燃烧性能及热性能测试方法

姚永伟,顾海燕,刘仕琪,王鹏

江苏省特种安全防护产品质量监督检验中心（泰州市纤维检验院）

摘要：本文将新国标GB 8965.1-2020《防护服装 阻燃服》和NFPA2112-2023《Standard on Flame-Resistant Clothing for Protection of Industrial Personnel Against Short-Duration Thermal Exposures from Fire》简称(工业用爆燃火灾阻燃服)所涉及的燃烧性能及热性能项目的测试方法进行对比，并进行简要的分析。目的在于给从事此类服装设计、生产、测试、认证等方面的专业技术人员带来一定的帮助。

关键词：阻燃防护服；阻燃性；传热性能；轰燃试验

1 引言

    高性能阻燃防护服及相关阻燃产品对于保护职业人员生命安全和减少火灾损失具有重要的作用[1]。随着科技的发展以及应用领域的扩展，具有多重防护功能并兼顾舒适性的阻燃防护服已成为业界公认的发展方向，不同类型的阻燃防护服装针对不同工作环境为作业人员提供了最佳防护，例如闪火、熔融金属、热的液体和蒸汽等。各个国家为了保障劳动者的安全，在阻燃服装领域都制定了相应的国家标准。美国阻燃防护服标准主要包括国家防火学会NFPA2112《Standard on Flame-Resistant Clothing for Protection of Industrial Personnel Against Short-Duration Thermal Exposures from Fire》工业用爆燃火灾阻燃服标准和NFPA 2113《Standard on Flame-Resistant Clothing for Protection of Industrial Personnel Against Short-Duration Thermal Exposures from Fire》工业闪火防护阻燃服选择、使用和维护标准。欧盟标准EN 531 高温工作服（防火防热）标准，则对阻燃服的总体性能，结构设计、尺寸的热稳定、火焰蔓延等做出了规定。我国阻燃服标准自98版发布以来，期间做了多次修订，目前已更新至2020版，自此标准实施以来，大大减少了烧伤事故的发生，尤其在一些存在易燃易爆或有明火的场所发挥了巨大的作用。本文主要针对NFPA2112-2023和GB 8965.1-2020中涉及的燃烧性能及热性能的测试方法做相应的对比、归纳和总结。

2 测试方法

2.1阻燃性能（Flame Resistance）

在NFPA2112-2013工业用爆燃火灾阻燃服标准中，阻燃性能项目采用的ASTM D6413-15《Standard Method for Flame Resistance of Textile(Vertical Test》纺织品垂直燃烧的测试方法，面料技术要求为：续燃时间≦2s，碳长≦4英寸（100mm），具体方法为点火时间12s，分别测试原样和洗后100次，经/纬向各测试5个样，而国标中GB 8965.1-2020中亦是进行洗前和洗后的测试，采用的测试方法为GB/T 5455-2014，两种方法及所需设备差异如下：

2.1.1 ASTM D6413燃烧器内径为10mm；GB 5455燃烧器内径11mm。

2.1.2 ASTM D6413使用99%纯度甲烷；GB 5455分为A、B两种测试条件：A法用丙烷或丁烷或丙烷/丁烷混合气体，B法用不低于97%纯度的甲烷。

2.1.3. ASTM D6413火焰高为38mm；GB 5455火焰高为40±2mm。

2.1.4. ASTM D6413试样下边缘距燃烧器上方19mm；GB 5455试样下边缘距燃烧器上方17mm。

2.1.5. ASTM D6413燃烧点火器采用垂直点火方式；GB 5455点火器与垂线需要成25°角。

2.1.6. ASTM D6413测量碳长时单位面积质量以及锤子重量选择与GB8965.1不同。详见下表1：

表1 织物单位面积质量与选用重锤质量关系

    从上述内容可以看出，虽然两个标准都是垂直燃烧方式，但在很多细节上差别比较大的，例如所用气体、燃烧器点火角度，尤其是重锤与克重的关系，做美标检测时应做好区分。

2.2传热性能（HTP）

传热性能（HTP）即国标的热防护性能是考核阻燃服隔热的重要指标，当外界环境是火灾或高温辐射时，如果防护服阻燃效果不好，则人体温度就会上升，有灼痛感，当热流密度增大到5.02J/cm2,即皮肤温度达72℃，就会造成皮肤的Ⅱ度烧伤

[2]。NFPA2112-2023标准中对服装传热性能的技术要求：用于制造阻燃服装的织物必须进行传热性能（HTP）测试，并且间隔HTP等级不得低于 25 J/cm2（6.0 cal/cm2），接触HTP等级不低于12.6 J/cm2（3.0 cal/cm2）。方法标准为ASTM F2700-2008（2020）《连续加热服用耐火材料稳态传热评定的试验方法》，此方法与国标GB8965.1-2020中的方法标准GB/T 38302-2019热防护性能值（TPP）的测试方式基本相同，不同之处在于GB/T 38302-2019标准提供了两种测试方法，一种是测试热防护性能值（TPP），另一种是测热防护性能评估（TPE）的方法，TPP主要测试材料在累计时间上的传热反应曲线与Stoll曲线的交点来确定累积能量，而TPE则主要测试被测材料在一定时间上的传热反应曲线与Stoll曲线的相切（或近似相切）来确定总累积能量。

2.3 热收缩（Thermal Shrinkage）

NFPA2112-2023标准中对服装传热性能的技术要求：用于制造阻燃服装的织物，不包括制造商的标签、衬里、衬布、透气材料和寒冷天气绝缘材料外，应单独进行耐热收缩性测试，并且在任何方向上的收缩不得超过10%，具体测试方法为ASTM F2894-2021《使用热风循环烘箱评价材料、防护服和装备耐热性的标准试验方法》，与国标GB8965.1-2020中的热稳定方法有不同之处，具体分析如下：

2.3.1 实验对象不同

GB 8965.1-2020热稳定性测试只适用于面料或者缝纫线以及附件、辅料以及衬布；而ASTM F2894-2021则包括材料、防护服和防护装备的测试。

2.3.2 试样制备方式不同

GB 8965.1-2020热稳定性测试中的面料要求大小为100mm*100mm；而ASTM F2894-2021中测试材料大小为380mm*380mm，但试样如果宽度方向不满足，可以直接取相应的宽度方向*150mm，除此之外，服装与装备都以完整的形态进行测试。GB 8965.1-2020以及ASTM F2894-2021中的硬质附件和缝纫线都可以进行单独测试。另外，在ASTM F2894-2021中针对特定的针织材料尺寸变化测试时，需要一个拉伸框进行尺寸标记，拉伸框具体尺寸如图1，而GB 8965.1-2020中未提及。

图1  ASTM F2894-2021针织材料尺寸变化拉伸框

2.3.3实验条件不同

ASTM F2894-2021在没有特殊要求的前提下，将材料、防护服和装备放入260℃的烘箱中进行高温5min。而GB 8965.1-2020则是根据阻燃服的等级进行相应的热稳定测试，针对A、B不同的等级对应测试方法为放入260℃的烘箱中5min或放入180℃的烘箱中5min。

2.4缝纫线耐热性（Thread Heat Resistance Test）

NFPA2112-2023标准中对缝纫线的技术要求：用于制造阻燃服装的所有缝纫线的试样（刺绣除外）应由固有的阻燃纤维制成，经耐热性测试，并且不得熔化。测试方法为ASTM D7138-2016中《Standard Test Method to Determine Melting Temperature of Synthetic Fibers》即测定合成纤维熔化温度的标准测试方法进行。在260 ℃的温度下进行测试。共有两种测试方法，任选一种来确定热塑性纤维、纱线或丝线的熔化温度。方法1，差示扫描量热法(DSC)，可用于确定多种纤维材料类型的混合物。方法2，目视法测定熔融程度，仅用于测定单一纤维材料类型。但方法1和方法2的结果不具有可比性。

2.5 燃烧假人测试（Manikin Test）

 NFPA2112-2023标准中燃烧假人测试标准为ASTM F1930-2018《使用仪器模型评估阻燃服装防火模拟的标准测试方法》，GB8965.1-2020中的测试方法为ISO 13506-2017，两者区别见表2：

表2  ASTM F1930-2018与ISO 13506-2017对比

江苏省特种安全防护产品质量监督检验中心拥有美国Precision公司制造的传热性能测试仪和美国COMPOSITES 公司制造的燃烧假人测试仪，均符合美标和国标，可以为有此类项目需求的单位提供检测服务。

结束语：

    通过NFPA2112-2023标准和GB 8965.1-2020标准燃烧性能和热性能测试方法的分析，可以看出，美国在阻燃服领域包括燃烧性能、传热性能测试、耐热测试、燃烧假人测试等产品标准和方法标准方面已拥有非常完备的标准体系，能够模拟真实燃烧环境进行阻燃防护服性能的研究和测试。近些年来，我国的阻燃服标准及时更新，能够做到与国际接轨，但我国在传热机理研究、材料研究、测试设备开发等方面与发达国家还有一定差距，很多高精度、高可靠性的设备，例如传热性能（HTP）、燃烧假人设备大多依赖进口，因此我国也应该加快上述方面的研究，特别是新型阻燃面料和测试设备方面的投入和研究。

参考文献：

[1] 皱振高、刘金文、卢延振，美国阻燃防护服测试标准现状及发展趋势.中国个体防护装备[J]，2007（3）：35-36.

[2] 李宁，消防服阻燃剂热防护性能进展研究. 山东纺织经济J]，2015（12）：7-11.

[3]GB 8965.1-2020《防护服装 阻燃服》[S].

[4]NFPA2112-2023 《Standard on Flame-Resistant Clothing for Protection of Industrial Personnel Against Short-Duration Thermal Exposures from Fire》[S].

[5] ASTM F1930-2018 《Standard Test Method for Evaluation of Flame-Resistant Clothing for Protection Against Fire Simulations Using an Instrumented Manikin》[S].

[6]ASTM F2700-2008（2020）《Standard Test Method for Unsteady-State Heat Transfer Evaluation of Flame-Resistant Materials for Clothing with continuous Heating》 [S].