灭火剂与阻燃材料消防防化服材料防军用化学毒剂性能的研究曹永强,李瑜璋,马皎皎(公安部上海消防研究所,上海200438)摘要:论述了消防防化服材料对于军用化学毒剂防护的基本原理和检验消防防化服材料军用化学毒剂防护性能的技术指标及试验方法,分析了适合我国消防领域应用的各种防化服材料的现状。
关键词:消防防化服;材料;军用化学毒剂;防护性能中图分类号:E233,E929,T U89文献标识码:B文章编号:1009-0029(2005)05-0606-031引言日本东京沙林毒气事件以及齐齐哈尔军用毒剂泄漏事件发生后,我国消防科研工作者面对着一个更加值得深思的问题,如何实现在执行日益增多的抢险救援和反恐袭击任务时,对消防员进行"全面、科学、积极、有效"的综合防护,减少伤亡。
消防防化服是消防员进入化学毒剂、化学危险物品和腐蚀性物品火灾或事故现场进行灭火战斗、反恐袭击和抢险救援时必须穿着的个人防护装备。
化学毒剂防护性能是消防防化服最主要的性能指标之一,直接影响着消防员的生命安全。
发达国家消防防化服的化学毒剂防护性能已经完全能够适应反恐任务的需要,其化学毒剂防护性能已达到军用防化服的水平。
美国消防协会在N F P A1994《化学/生物恐怖事件全套防护服装》标准中,将军用化学毒剂防护性能作为消防防化服材料必须具备的一项重要性能指标进行检验。
因此,进行消防防化服军用化学毒剂防护的研究,十分有利于研制和升级消防部队使用的消防防化服,提高我国消防防化服的防护水平,使消防员执行反恐袭击和抢险救援任务时得到切实的安全保障。
2军用化学毒剂防护决定防化服化学毒剂防护性能优劣的主要指标,包括抗化学毒剂渗透性能和抗化学降解性能两项。
研究消防防化服材料军用化学毒剂防护也必须从这两方面入手。
2.1化学毒剂渗透本课题所研究的渗透指的是化学物质穿过防化服材料的过程。
化学物质的分子一个个地钻到防化服里面,并"蠕动着"穿过防化服分子。
在许多情况下被渗透的材料并没有任何肉眼能察觉的变化。
防化服抗化学毒剂渗透性能指在给定时间内,防化服材料阻止或阻碍化学毒剂分子渗透的性能。
防化服抗化学毒剂渗透性能包括两项数据:穿透时间和渗透率。
穿透时间指的是从试验开始到从防化服材料的另一面刚探测到化学毒剂分子时所需的时间。
这个时间表示当防化服完全浸没在化学毒剂里的时候能抵抗渗透的有效时间。
渗透率是在给定的试验期间所检测到的化学毒剂穿过防化服材料的最高速率。
将各种材料的渗透率互相比较可以定性地得出渗透等级。
一般情况下,穿透时间可以作为评定防化服抗化学毒剂渗透性能的主要指标。
在研究军用化学毒剂渗透性能时,由于有些防化服材料对于化学毒剂的穿透时间很长,而一旦被穿透后,其渗透率会急剧增长,因此,必须综合考虑穿透时间和渗透率。
2.2化学降解降解是指材料由于和化学毒剂接触而产生的物理性能退化现象。
防化服抗化学降解性能指防化服阻止化学毒剂物理侵蚀的性能,决定了防化服材料对化学毒剂的物理稳定性。
有些材料接触化学毒剂后会硬化或脆化,也有些会软化、强度变弱或膨胀几倍。
如果化学毒剂对防化服材料的物理性能产生严重的影响,那么防化服的抗渗透性也就会迅速恶化。
基于这个原因,如果防化服材料对化学毒剂的降解试验结果很差,其渗透试验就不应该再做了。
但防化服材料的渗透性和降解性并不总是互相关联的。
3防化服材料抗军用化学毒剂渗透性能指标3.1穿透时间确定防化服材料军用化学毒剂防护性能的优劣,不仅要判定材料是否发生了化学降解,还要研究材料的抗军用化学毒剂渗透性能。
化学毒剂的穿透时间主要通过现有的消防员工作条件和化学毒剂现场情况来确定。
通常消防员进入化学毒剂现场执行任务时,必须配带空气呼吸器来保护呼吸系统。
若使用一个5L容量,最高工作压力为30MP a的空气呼吸器,消防员以中等劳动强度工作,按每分钟消耗空气量30L计算,则消防员最多可以工作40m i n。
从保证安全考虑消防防化服材料的化学毒剂穿透时间须超过60m i n。
对于军用化学毒剂而言,必须确定在60m i n内军用毒剂的66F i r e S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,S e p t e m b e r2005,V o l24,N o.5累积渗透量,如果渗透量不可能引起人体的伤害,就证明防化服材料符合要求。
军用毒剂的渗透量等于渗透率与时间的乘积,所以,在渗透试验中须检测防化服材料的平均累积渗透率。
安全渗透量的大小通常由军用化学毒剂的毒害剂量来确定。
3.2化学毒剂毒害剂量化学毒剂的毒害剂量指引起人员某种程度毒害所需的剂量。
毒害剂量是决定化学毒剂对机体造成损害的最主要因素。
化学品最大无作用剂量是指在一定时间内,化学物按一定方式或途径与机体接触,用最灵敏的实验方法和观察指标,未能观察到任何对机体的损害作用的最高剂量,也称为未观察到损害作用的剂量。
最大无作用剂量是评定化学毒剂对机体损害作用的主要依据。
通过计算可以得出军用化学毒剂对防化服材料渗透率的安全指标。
4军用化学毒剂防护性能的测试军用化学毒剂防护性能测试由降解试验和渗透试验两部分组成。
防化服材料首先进行降解试验,只有通过了降解试验,才需要进行渗透试验。
通常试验中选用蒸馏芥子气作为试验试剂。
芥子气是一种能直接损伤组织细胞,引起局部炎症,吸收后导致全身中毒的军用毒气。
芥子气渗透性强、作用持久,素有"毒气之王"之称,作为试验试剂比较合适。
4.1降解试验防化服材料被制成薄片试样,试验前测定试样的重量及尺寸,然后将试样放入装有化学毒剂的容器中。
经过一定的时间后取出试样,测定其尺寸变化率,并且在干燥后测量其重量变化率。
此外,还要记录试样外观的物理变化情况。
4.2渗透试验渗透试验可参照A S T M标准方法F739进行,如图1所示。
图1渗透试验示意图在试验箱中间夹一片防化服材料作为试样,防化服材料的外侧直接与化学毒剂接触,每隔一定的时间测试材料另一侧的化学毒剂渗透情况。
进行化学毒剂收集和分析可以选择不同的收集介质和分析技术。
通常利用蒸馏水作为收集介质,利用电导率或液相色谱法进行分析[1]。
4.3渗透性能测试计算渗透试验中,通过科学的分析和计算,得出化学毒剂对防化服材料在规定时间内的平均累积渗透率,以确定是否有化学试剂渗透以及渗透程度如何,作为评定防化服材料性能优劣的基本标准。
化学毒剂对防化服材料在任意时刻的渗透率可以利用公式(1)计算。
P i=C i F/A(1)式中:Pi--在i时刻的渗透率,µg/(m i n·c m2);C i--采集介质中测试试剂的浓度,µg/L;F--采集介质通过测试容器的流动速率,L/ m i n;A--试样接触测试试剂的截面积,c m2。
采集介质中测试试剂的浓度C可以利用公式(2)进行计算:C=(d×V M×P R)/(M×F)(2)式中:d--测试试剂的密度(测试温度下),g/c m3;V M--测试试剂的摩尔体积(测试温度下),c m3/m o l;P R--测试试剂的加入速率,g/m i n;M--采集介质的摩尔分子量,g/m o l。
利用公式(3)计算出规定时间内多个防化服材料样本的平均累积渗透率,作为检测防化服材料防护性能的评定标准[1]。
P=(C i-C i-1)V i(T i-T i-1)A(3)式中:Ti--从加入测试试剂到采集浓度时的时间,m i n;V i--采集介质在T i时刻的体积,L。
5消防防化服材料通常制作防化服的复合材料由表面材料和骨架材料构成。
表面材料起到防化学毒剂渗透和降解的作用,骨架材料用于提高防化服的机械性能。
因此,防化服的表面材料决定了其化学毒剂的防护性能。
现今我国消防部队使用的消防防化服也都采用复合材料制成。
其骨架材料主要为后整理阻燃棉布和阻燃增粘处理的锦丝绸布。
表面材料种类繁多,主要有聚氯乙稀、热塑性聚氨酯和各种合成橡胶等。
其中,1998年研制成功的全密封消防防化服,表面材料采用氯丁橡胶和顺丁橡胶按一定的配比共混,并用能形成互串网交联硫化体76消防科学与技术2005年9月第24卷第5期灭火剂与阻燃材料新型电气火灾消烟剂的研制王戈1,郭伟1,满亚辉2(1.海军装备技术研究所,山东青岛266012;2.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073)摘要:针对电气火灾中产生的大量有毒烟雾,研制一种细水雾型消烟剂,能够通过润湿、凝并、粘结等物理作用以及化学反应沉降烟尘,去除有毒气体,达到快速消烟目的,平均消烟效率达85%以上。
该消烟剂为绿色无污染产品,不会造成消烟范围内设备、装置的短路和腐蚀,火灾现场容易清洁。
关键词:消烟剂;电气火灾;烟尘;毒气中图分类号:T U545文献标识码:B文章编号:1009-0029(2005)05-0608-041前言目前,各类电气元件、仪表和电器设备已在军用和民用领域得到广泛应用。
由于外部输电事故、使用失误或保养不到位而导致的电路超载、短路事故,使得电气火灾频频发生。
当火灾发生后,伴随着高分子绝缘材料的燃烧产生有毒有害气体,以及因不完全燃烧而产生的烟尘形成浓烟。
电气火灾产生的烟雾浓度大,能见度极低,即使在火势已经熄灭的情况下仍迟迟难以散去。
这不仅严重影响火灾的扑救工作,而且有毒气体会对人体产生较大毒副作用。
另外产生的烟尘沉积到电气设备上难以清理,从而给后续清理工作带来不便。
目前针对火灾中烟雾的消除方法主要是采取物理排烟和高压水枪消烟手段[1]。
物理排烟方式,要求应用电气设备的空间具有相应的排烟空间,局限性很大。
采取高压水枪排烟的主要缺点是降尘效率低、用水量大,并且去除有毒气体效果不佳。
特别是对于电气火灾,当电气设备淋有大量的水以后,很可能对设备造成损坏甚至报废。
即使不然,设备也必须彻底烘/晾干处理后方可重新投入使用。
笔者的研究思路是采用类似于现行消防灭火器灭火的方式,制备一种消烟剂,通过将各种消烟组分喷向火灾现场的烟气中,达到快速降尘去毒的目的。
这是消烟的新思路,国内外尚无相关技术先例。
2消烟效果评价方法的建立火灾烟气中主要含有烟尘粒子,==================================================对可见光有遮蔽系的硫化剂以及三氧化锑、氟化石蜡和氢氧化铝、十溴联苯醚等形成阻燃体系,进行优化调整炼制而成。
用这种胶布作面料制成的消防防化服,防化和阻燃性能优良,满足了消防员特种防护的需要[2]。
随着我国经济的发展,消防防化服表面材料的种类也逐渐增多,主要包括聚氯乙烯、热塑性聚氨酯、丁腈橡胶和氯丁橡胶等。
所有这些防化服材料,普通化学毒剂的穿透时间都达到2>以上,可以实现对普通化学毒剂的有效防护,但都没有进行过军用化学毒剂防护性能的测试。