• 标准解读∣​GB/T 38302-2019 《防护服装 热防护性能测试方法》

    2021-02-22 来源:安全应急产业资讯 编辑:weiqing 浏览次数:109

      文/张 燕 军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所

      何晴芳 杜邦(中国)研发管理有限公司


      1.标准修订背景


      在现代工业社会中,几乎每天都有火灾(建筑火灾,油池火灾,喷射火焰以及闪爆等),造成重大财产损失及人员伤亡,在需要热防护领域,作业人员可能因为防护不当遭受了不同程度的烧伤,甚至是死亡。在研究了许多烧伤事故后,发现很多严重的烧伤源于服装的燃烧和热能的传导。燃烧服装下皮肤的烧伤程度常常比直接暴露的皮肤更严重。如果失火现场人员所穿着的服装具有符合标准要求的阻燃及热防护性能,其抗对流热和辐射热时间越长,在火灾中逃出和得救的机会也就越大,所遭受烧伤概率也会越少。因此增强纺织材料抗对流热和辐射热性能,才是阻燃防护服应考虑的最主要因素。2009年正式实行的我国阻燃服的技术标准中将热防护性能测试要求作为主要技术指标之一。但随着技术的发展和国际标准的更新,非常有必要制定一个对于设备仪器的详细说明和统一测试方法的独立标准。制定一个统一的测试方法标准,既是对阻燃防护服标准的补充,也为其它与热防护相关的防护附件作为参考,并且及时与国外最新的测试技术保持一致,既填补了我国对于热防护部分的测试方法标准空白,又能准确地把握住国外先进的防护技术,掌握发展的趋势,更好更有效保障热防护作业人员的职业安全与健康。


      GB/T 38302-2019《防护服装 热防护性能测试方法》为国内首次制定,形成完善规范的热防护性能测试国家方法,提高我国在此领域的技术水平,同时为阻燃热防护产品的热防护性能提供了技术的保障。将对我国的个人热防护用品的生产、销售、研发、检验、监督等具有指导作用。本标准的发布和实施,对提高我国热防护产品的性能将起到关键的促进作用。


      2.标准适用范围


      GB/T 38302-2019《防护服装 热防护性能测试方法》规定了热防护材料的热防护性能值和热防护性能评估的测试方法,包含了测试原理,测试人员健康和安全的考量,设备和材料的准备,校准和维护保养的要求以及测试的步骤和计算方法等。适用于单层或多层材料的热防护性能测试和热防护性能评估。主要应用于暴露在对流及辐射热综合的从业人员热防护材料的性能测试和评估,是GB 8965.1-2009《防护服装 第一部分 阻燃防护》和GA 10-2014 《消防员灭火防护服》等标准的配套测试方法。


      但是本标准的测试方法不适用于只有高温、隔热要求的隔热服,熔融金属冲击的焊接服和大量熔融金属泼溅的金属冶炼时穿着的隔热服等。


      进行本标准的测试之前,需要对材料的阻燃性能进行评估,对于非阻燃性能的,遇高温或火焰容易熔融或滴落的材料禁止使用本测试方法。


      3.主要技术内容


      GB/T 38032标准中的测试方法,是试样暴露在恒定热通量的热源上(热源包含了对流和辐射热两种)传递到铜量热传感器上的热能随时间变化的传热反应曲线与二度烧伤曲线(即Stoll曲线)的交点或相切点的时间来确定热防护性能值(TPP)和热防护性能评估(TPE)。这个测试方法优于阻燃测试的原因是将皮肤容忍度考量在内,要求材料具有阻燃性能的同时也必须有隔热性能,符合实际情况的需求,是评估材料阻燃热防护性能的重要指标。其中热防护性能评估能作为与假人轰然测试相关联的材料测试方法,能成为服装整体测试前的预评估方法。GB/T38302标准参考诸多国际先进标准的基础上,验证每一项测试设备的参数设定,逐一选用制定,并融入了最新的科研技术。主要体现在以下几个方面:


      3.1.测试设备的设定


      测试设备的参数设定对于测试方法的精准性是一个关键的项目。GB/T38032 参考美国ASTM F 2700-2008《阻燃服材料在持续加热状态下动态的传热性评估的标准测试方法》和ASTM F 2703-2008《阻燃服材料在预计烧伤率状态下动态的传热性评估的标准测试方法》,对于测试设备的各个参数都经过考量后确定。例如火焰灯(即对流热)的设定,经过标准的热流计的校准发现其不同的角度对设备的热通量(即对流和辐射热)的稳定性有着极大的影响,会导致实验的重复性和重现性的差异。因此通过使用不同的热流计对同一种的火焰灯的能量进行校准,实验结果(见表1)发现采用20~30的火焰灯位置能带来更稳定的对流热能量,因此在标准中区别于美国标准的45的规定,要求火焰灯的角度在20~45之间,规定火焰的外焰需集中于测试样品的中心点。


      表1 标准热流计对不同火焰灯角度的校准数据

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      3.2.测试传感器的校准


      热防护性能的测试的校准在国际标准中均以标准热流计计量辐射热的热能范围来完成。这只能解决标准热源的稳定问题,却不能解决设备的校准问题。此套设备的关键附件传感器的精准性才是校准的核心部件,但如何校准传感器,这是多年来一直没有解决的问题。GB/T 38302-2019创新性的提出传感器的校准。方法是先进行新的传感器的辐射热校准备用(即为空白传感器)。校准分为三种能量范围的标准辐射热,(13±2) kW/m2、(33±4)kW/m2和(84±2)kW/m2。只要此传感器与标准的辐射热源的误差范围在5%之内即为可接受的状态。第二步是通过校准后的空白传感器校正设备上的对流和辐射热源在(84±2)kW/m2能量范围。然后撤下空白传感器,将使用中的传感器放置在对流和辐射热源上,查看传感器上的数据是否在(84±2)kW/m2范围内,如果超出范围即为失效。由于是创新性的,为验证空白传感器与标准辐射热源校准的有效性,找寻了多个传感器进行了验证和校准,证实此校准方法的可行性。具体的数据和波动范围见表2。这种空白传感器的校准可以解决两个问题,其一是验证传感器的有效性,其二是验证设备的有效性,从而解决测试方法的校准问题。


      表2 在不同辐射能量范围下空白传感器的校准数据

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      3.3.实验室之间的比对


      验证测试方法的标准参数设定的有效性,莫过于做实验室之间的比对。参照国际标准的流程,测试方法需要验证测试数据的重复性和重现性,就需要做实验室之间的比对,比对的实验室的范围越广,测试设备的类型越多,才能更好的协调数据的稳定性,验证测试参数制定的有效性。因此GB/T 38302-2019首次邀请了各大实验室参与比对实验,这其中包括了国家级的研究院,设备供应商,材料测试实验室和服装生产厂商,比对的样布也从单层面料到多层面料,数据的范围也较广,在比对中也发现了设备中传感器的制作对于测试数据的重现性有较大影响,如隔热板的厚度,太厚的隔热板传输热量响应迟缓,测试数据的范围较小时造成的波动大,因此在标准中明确规定了隔热板厚度误差范围不能超过2mm。改进后的实验室重新做了一轮比对测试后,终于具有良好的重现性和重复性。以下的两张表格列出了几家实验室在做这两个方法时的数据和分析数据。方法二热防护性能评估(TPE)因是估计值仅做参考,不进行实验数据的分析。


      表3 实验室的比对数据(TPP)

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           表4   实验室的比对数据(TPE)

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      注:1-1020g/m2 芳纶斜纹织物,藏青色,共5层

                  2-1020g/m2 芳纶斜纹织物,藏青色,共5层

                  3-样品共4层,分别是:200 g/m2 芳纶斜纹织物,土黄色

                                        200 g/m2芳纶斜纹织物,藏青色

                                        200 g/m2芳纶毛毡,淡黄色

                                        200 g/m2 芳纶斜纹织物,藏青色


      4 结束语


      这次GB/T 38302-2019的制定,主要是以先进性,规范性,科学性和严谨性为原则,参考最新的相关国际及其他国家标准,结合中国的实际使用情况来制定设备的参数,测试的条件。细致梳理和验证各类标准中的参数设定的有效性,或继续沿用,或加以改进,而非盲目抄写。并在此过程中,创新性的提出了设备有效校准的方法和过程。在标准完成前通过反复的比对,以验证参数制定的实效性和可行性。新标准对于规范热防护测试方法的设备和操作流程等,能为市场监督提供一把更精准的尺子,以完善我国的阻燃热防护装备的体系,引领行业健康规范发展具有重要的实践意义。


      

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