GBT383022019防护服装热防护性能测试方法

书书书犐犆犛１３．３４０．１０犆７３!#$%&’’()*犌犅／犜３８３０２—２０１９!#$　%!&’()*+犘狉狅狋犲犮狋犻狏犲犮犾狅狋犺犻狀犵—犜犺犲狉犿犪犾狆狉狅狋犲犮狋犻狏犲狆犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲狋犲狊狋犿犲狋犺狅犱２０１９１２１０,-２０２００７０１./’(+,-./012’()*3/0456,-目　　次前言Ⅰ…………………………………………………………………………………………………………１　范围１………………………………………………………………………………………………………２　规范性引用文件１…………………………………………………………………………………………３　术语和定义１………………………………………………………………………………………………４　原理２………………………………………………………………………………………………………５　实验人员的健康和安全２…………………………………………………………………………………６　设备和材料２………………………………………………………………………………………………７　试样制备和调湿６…………………………………………………………………………………………８　校准和维护保养７…………………………………………………………………………………………９　测试步骤８…………………………………………………………………………………………………１０　结果计算９…………………………………………………………………………………………………１１　测试报告１２………………………………………………………………………………………………附录Ａ（资料性附录）　热能暴露下的试样表观反应１３……………………………………………………附录Ｂ（资料性附录）　热防护性能值（ＴＰＰ）和热防护性能评估（ＴＰＥ）的区别变化说明１４……………附录Ｃ（资料性附录）　热防护性能评估（ＴＰＥ）测试过程举例１５…………………………………………附录Ｄ（资料性附录）　铜量热传感器的校准１８……………………………………………………………参考文献１９……………………………………………………………………………………………………犌犅／犜３８３０２—２０１９前　　言　　本标准按照ＧＢ／Ｔ１．１—２００９给出的规则起草。本标准由中华人民共和国应急管理部提出。本标准由全国个体防护装备标准化技术委员会（ＳＡＣ／ＴＣ１１２）归口。本标准起草单位：军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所、杜邦（中国）研发管理有限公司、公安部特种警用装备质量监督检验中心、国家消防装备质量监督检验中心、中国安全生产科学研究院。本标准主要起草人：何晴芳、张燕、吴爽、徐兰娣、张勇、张明明、张婷婷、王昕、吴银、张俊、房琳、邹亮。Ⅰ犌犅／犜３８３０２—２０１９防护服装　热防护性能测试方法１　范围本标准规定了热防护材料的热防护性能值（以下简称为“ＴＰＰ”）和热防护性能评估（以下简称为“ＴＰＥ”）的测试方法，内容包含了原理、实验室人员健康与安全、设备和材料、试样的制备和调湿、校准和维护保养、测试步骤、结果计算等方面。本标准适用于单层或多层材料的热防护性能测试，应用于暴露在对流及辐射热危害的从业人员的热防护材料的评估。本标准不适用于非阻燃及遇高温易熔融、滴落等材料的测试。２　规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ＧＢ／Ｔ６５２９　纺织品　调湿和试验用标准大气（ＩＳＯ１３９：２００５，ＭＯＤ）３　术语和定义下列术语和定义适用于本文件。３．１热防护性能值　狋犺犲狉犿犪犾狆狉狅狋犲犮狋犻狏犲狆犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲ＴＰＰ在测试热防护材料过程中，通过测得的该材料在累计时间上的传热反应曲线与Ｓｔｏｌｌ曲线的交点来确定的累积能量。　　注：单位：千瓦秒每平方米（卡每平方厘米）［ｋＷ·ｓ／ｍ２（ｃａｌ／ｃｍ２）］。３．２热防护性能评估　狋犺犲狉犿犪犾狆犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲犲狊狋犻犿犪狋犲ＴＰＥ在测试热防护材料过程中，通过测得的该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）来确定的总累积能量。　　注：单位：千瓦秒每平方米（卡每平方厘米）［ｋＷ·ｓ／ｍ２（ｃａｌ／ｃｍ２）］。３．３犛狋狅犾犾曲线　犛狋狅犾犾犮狌狉狏犲一种用于预计达到二度烧伤的时间和热能关系的标准曲线。　　注：能量值落在Ｓｔｏｌｌ曲线上方易造成二度烧伤，而落在Ｓｔｏｌｌ曲线下方不易引起二度烧伤。３．４热通量　犺犲犪狋犳犾狌狓单位时间内在单位面积上传递的热量。　　注：单位：千瓦每平方米（卡每平方厘米秒）ｋＷ／ｍ２［ｃａｌ／（ｃｍ２·ｓ）］。１犌犅／犜３８３０２—２０１９３．５热暴露反应　狉犲狊狆狅狀狊犲狋狅犺犲犪狋犲狓狆狅狊狌狉犲在热防护性能测试时，材料暴露于热源下的表观反应。　　注：比如开裂、熔融、滴落、炭化、脆化、鼓包、收缩、黏结和燃烧等。３．６开裂　犫狉犲犪犽狅狆犲狀材料受热后出现的面积不小于３．２ｃｍ２或任何方向尺寸不小于２．５ｃｍ的空洞。　　注：允许该空洞中存在单根纱。３．７脆化物　犲犿犫狉犻狋狋犾犲犿犲狀狋高温或不完全燃烧所形成的易脆的残余物。３．８热收缩　狋犺犲狉犿犪犾狊犺狉犻狀犽犪犵犲物品或者材料高温下出现一个或多个方向尺寸的减少。３．９鼓包　犫狌犫犫犾犲材料表现为受热变形后形成凸起的状态。４　原理将试样水平放置并暴露于对流辐射组合热源，暴露的总热通量为（８４±２）ｋＷ／ｍ２［（２．００±０．０５）ｃａｌ／（ｃｍ２·ｓ）］。使用铜量热传感器测量并记录试样的温度随时间变化情况，结合铜的热学性能参数将温度变化情况换算为透过试样传递的热能，得到热能随时间变化的传热反应曲线。可采取以下两种测试方法表征材料的热防护性能：ａ）　第１个测试方法：铜量热传感器测的传热反应曲线与Ｓｔｏｌｌ曲线相交点所对应的时间与材料暴露的总热通量的乘积（即：累积能量），得到试样的热防护性能值（ＴＰＰ）；ｂ）　第２个测试方法：铜量热传感器在移出规定的对流辐射热后记录的传热反应曲线与Ｓｔｏｌｌ曲线相切（或近似相切）时的暴露时间与总热通量的乘积即为试样的热防护性能评估（ＴＰＥ）。５　实验人员的健康和安全实验室人员的安全健康应符合以下条件：ａ）　样品的燃烧和高温测试可能会产生影响操作人员健康的烟雾和有毒气体，测试人员需佩戴防毒面罩。可将测试仪器安装在通风橱内或通风良好的区域内，每次测试后应排出烟雾和烟尘。但在试样燃烧过程中应避免火焰受通风影响。ｂ）　在操作高温组件（如测试中的试样夹持架和传感器）时需佩戴防高温手套。ｃ）　测试过程中要防止燃气泄漏以免发生爆炸。ｄ）　辐射灯开启时操作人员需配戴防炫目眼镜。６　设备和材料６．１　总体布置测试仪器结构包括组合对流辐射热源、用于控制暴露时间的隔热遮板、试样和传感器支撑架结构、２犌犅／犜３８３０２—２０１９试样固定器组件、铜量热传感器组件和数据采集／分析系统等，见图１。单位为毫米说明：１———铜量热传感器；２———试样夹持架；３———可选隔距框；４———测试样品；５———隔热遮板；６———燃烧灯；７———传感器输出线；８———气体流量计；９———辐射灯外罩；１０———辐射灯管；犾１———样品到辐射灯距离，（１２５±１０）ｍｍ；犾２———辐射灯管间距，（１３．０±０．５）ｍｍ；犱１———燃烧灯喷口直径，（３８±２）ｍｍ；犱２———燃烧灯喷孔直径，（１．２±０．１）ｍｍ。图１　测试仪器总体布置图６．２　燃烧气源采用工业级丙烷（纯度为９５％以上）或甲烷（纯度为９９％以上）。６．３　气体流量计标准条件下量程为０Ｌ／ｍｉｎ～６Ｌ／ｍｉｎ，精度为４％的气体流量计，建议使用质量流量计。６．４　热源６．４．１　燃烧灯用于可燃气（丙烷或甲烷）喷射的两台燃烧灯，其顶部喷口直径为（３８±２）ｍｍ，喷孔直径为（１．２±０．１）ｍｍ。燃烧灯中心线与水平方向呈现２０°到４５°斜向上的角度（建议采用２０°到３０°以达到更稳定的测试效果）。两灯之间喷射的火源外焰交叉点位于试样的中心点。尺寸精度为５％。３犌犅／犜３８３０２—２０１９６．４．２　辐射灯辐射灯由９只５００Ｗ并列排放的透明或半透明石英红外灯管组成。可通过控制器变换功率，距离试样正面（１２５±１０）ｍｍ，灯管之间的中心距离为（１３．０±０．５）ｍｍ。６．４．３　辐射灯外罩辐射灯外罩应采用冷却装置，防止局部过热和操作人员的灼伤。６．５　铜量热传感器的构造６．５．１　铜量热传感器的组成部件铜量热传感器由以下几个部分组成，其形状如图２所示：单位为毫米说明：１———热电偶线；２———Ｊ型或Ｋ型热电偶；３———绝热板孔洞直径，（３．０±０．１）ｍｍ；４———凸缘；５———无氧铜，重（１８．００±０．０５）ｇ，直径为（４０．０±０．５）ｍｍ，厚度为（１．６±０．１）ｍｍ；６———铜片中心钻孔放置热电偶，直径为（１．２±０．１）ｍｍ，进深为（１．３±０．１）ｍｍ；７———铜片与热电偶的连接方式之一（铜插销）；８———铜量热传感器的平面图；犾１———铜片至绝热板孔洞之间的镂空高度，（９．５±０．５）ｍｍ；犾２———铜片至绝热板孔洞之间的镂空直径，（３７±０．５）ｍｍ；犾３———铜片与绝热板相嵌的凸缘长度和高度，（１．６±０．１）ｍｍ。图２　铜量热传感器的构造ａ）　铜片：无氧铜材质，直径为（４０．０±０．５）ｍｍ，质量为（１８．００±０．０５）ｇ（未钻孔前），厚度为（１．６±４犌犅／犜３８３０２—２０１９０．１）ｍｍ，中心有一个（１．２±０．１）ｍｍ直径，（１．３±０．１）ｍｍ进深的孔洞。ｂ）　绝热板：铜片镶嵌在绝热板中间组成传感器。其厚度为（１３±２）ｍｍ，导热系数值应小于０．１５Ｗ／（ｍ·Ｋ），具备高温稳定性和热冲击缓冲性。铜片固定在绝热板上。　　注：目前普遍采用硅酸钙板。ｃ）　热电偶：采用单个的Ｊ型（铁／铜镍型）或Ｋ型（镍铬／镍铝型）热电偶丝（直径不大于０．２５ｍｍ）安装在铜片的中心孔洞中，组成铜量热计。其安装连接方式有三种，如图３所示：热电偶丝通过铜插销的机械挤压（如图２）插入铜片中心孔洞，完成机械连接。用高熔点焊料（温度高于２８０℃）焊接热电偶丝与铜片。注１：由５％锑９５％铅（熔点大约为３０７℃）和５％锑９３．５％铅１．５％银（熔点大约为３００℃）构成的焊料较为合适。注２：上文中确定的最低温度为２８０℃与焊接点对应，需精准的焊接技术避免“冷”焊接接头（焊料未连接热电偶和铜片）。固定式热电偶：在铜片中间部位钻２个孔洞，直径小于０．６ｍｍ，用银焊料将两根正负极热电偶丝分别焊在两个孔洞中组成固定式热电偶。ｄ）　铜量热传感器总重需达（１．００±０．０１）ｋｇ并且向下均匀受力。单位为毫米犪）　机械式安装连接方式犫）　焊接式安装连接方式犮）　固定式安装连接方式说明：１———铜插销；２———铜片；３———高熔点焊料；４———固定式安装部位：直径为０．０２ｍｍ～０．６ｍｍ的孔洞；５———热电偶丝的正负极；６———银焊料填充部位。图３　铜量热传感器的安装连接方式５犌犅／犜３８３０２—２０１９６．５．２　铜量热传感器的表面处理选用乙醇或丙酮等石油溶剂清洁铜片表面。单层涂覆铜片表面的黑色喷漆需采用耐高温（３００℃以上）无光并且吸收率大于０．９的喷漆。按照供应商建议的流程烘干和固化喷漆，达到厚薄均一、表面平整，可使用外部热源（例如辐射灯）加热固化。６．６　试样夹持架试样夹持架（见图４，公差范围在±１ｍｍ）需要三个完整的配件组成———上夹板、下夹板和隔距框（建议使用高温不变形、耐腐蚀材质）。进行非接触式测试时应使用隔距框。单位为毫米犪）　上夹板犫）　下夹板犮）　隔距框图４试样夹持架６．７　隔热遮板位于试样夹持架和热源之间，来回移动隔离热源。隔热遮板移出热源的响应时间不得大于０．５ｓ。建议采用水冷方式防止过热。６．８　数据采集分析系统数据采集分析系统包含以下要求：ａ）　能指示或记录铜热量传感器上的温度响应；ｂ）　通过温度响应计算产生的累积热量；ｃ）　根据温度响应随时间的增