路径: 主页 > GB/T > 第577页 > GB/T 38302-2019 | 标准编号 | GB/T 38302-2019 (GB/T38302-2019) | | 中文名称 | 防护服装 热防护性能测试方法 | | 英文名称 | Protective clothing - Thermal protective performance test method | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | C73 | | 国际标准分类 | 13.340.10 | | 字数估计 | 22,220 | | 发布日期 | 2019-12-10 | | 实施日期 | 2020-07-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | 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。 | GB/T 38302-2019
Protective clothing--Thermal protective performance test method
ICS 13.340.10
C73
中华人民共和国国家标准
防护服装 热防护性能测试方法
2019-12-10发布
2020-07-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
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
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009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。
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/T 6529 纺织品 调湿和试验用标准大气 (ISO 139:2005,MOD)
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
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Stol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
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Stol 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
Stol曲线 Stolcurve
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Stol曲线上方易造成二度烧伤,而落在Stol曲线下方不易引起二度烧伤。
3.4
热通量 heatflux
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)]。
3.5
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 breakopen
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 embrittlement
高温或不完全燃烧所形成的易脆的残余物。
3.8
热收缩 thermalshrinkage
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 bubble
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Stol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Stol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、
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。
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%。
6.4.2 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:
6.5.2 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
a) 上夹板 b) 下夹板 c) 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长而与Stol曲线相交来确定测试终点;
d) 在温度达到250℃之前,数据采集的最低频率不低于每秒10个;
e) 采集的最小分辨率为0.1℃,精度为±0.7℃;
f) 转换J或K型热电偶的毫伏信号为温度,能冷端修正。
注:软件的设置需匹配不同的热电偶。
7 试样制备和调湿
7.1 取样
剪取试样时距离布边至少100mm,每个样本上剪取至少三块试样,每块试样尺寸为(150±2)mm×
(150±2)mm,应平整不含接缝。多层试样不应含有易熔融材料并视作整体进行测试。其他如洗涤等
条件另有规定,按相关的产品标准执行。
7.2 调湿和测试用标准大气
调湿和测试用标准大气应符合GB/T 6529的规定。
试样应在温度(20.0±2.0)℃,相对湿度(65.0±4.0)%的标准大气中放置24h。调湿后试样应在
30min内完成测试。测试时环境温度不大于35℃。
7.3 测试条件
所有测试和校准需在有通风罩或通风良好的区域以有效排出燃烧后的物质、烟气和废气。使用铜
量热传感器测定总热通量定在(84±2)kW/m2[(2.00±0.05)cal/(cm2·s)]。
8 校准和维护保养
8.1 校准
8.1.1 辐射灯热通量校准和火焰调节
8.1.1.1 辐射灯热通量校准
辐射灯预热15min后,将标准辐射热流计放于铜量热传感器相同的空间位置上,调节功率达到输
出热通量为(13±4)kW/m2[(0.3±0.1)cal/(cm2·s)]。老化的辐射灯管如在调节相同热通量需要增
加的电压幅度大于5V时,应立即更换。
注:标准辐射热流计的型号通常为施米特-博特(Schmidt-Boelter)或者盖登(Gardon)。
8.1.1.2 火焰调节
取下标准辐射热流计,调节可燃气气压至40kPa~70kPa之间。在辐射灯开启时{热通量为(13±
4)kW/m2[(0.3±0.1)cal/(cm2·s)]},以低气流量启动燃烧灯,调节燃烧灯针阀和风门,充分利用蓝色
外焰均匀燃烧并聚焦于试样中心点下方,其形状如图5所示。
图5 火焰状态示意图
8.1.2 总热通量的校准
8.1.2.1 确保传感器表面清洁平整、无沉积物。绝热板与铜片之间连接完整,无凹凸不平。铜片表面黑
色涂层平整,无沉积、水泡等。否则,按照步骤8.2修复铜量热传感器表面。传感器温度稳定(1分钟内
温度变化小于1℃)后进行校准。
8.1.2.2 在热源稳定后,启动数据采集系统,将达到起始温度范围的传感器(28℃~33℃)放在试样夹
持架上。
8.1.2.3 铜量热传感器在热源上的暴露持续时间为10s,从隔热遮板移出瞬间计时开始。
8.1.2.4 采集数据停止后移出传感器,远离热源并冷却至室温。
8.1.2.5 程序通过10.1中的计算方法结合传感器记录的0~10s的温度变化数据(温差大约为
144.5℃~151.5℃),得出的平均热通量值即为总热通量值。
8.1.2.6 如果8.1.2.5中测定的总热通量在 (84±2)kW/m2[(2.00±0.05)cal/(cm2·s)]范围内,该值
作为总热通量校准值归入后续的试样计算中。如果总热通量值在范围外,需调节气体流量计,重复校准
过程(参见8.1.2.2~8.1.2.5)直到符合范围完成校验。
8.2 保养
8.2.1 传感器的表面修复:传感器表面沾有沉积物,或出现黑漆涂层不平整,或呈现裸铜,应及时使用
溶剂和黑漆修复。溶剂使用时确保远离火源。重新涂覆后的传感器需按步骤8.1.2.2~8.1.2.5进行校
准后使用。
8.2.2 试样夹持架的保养:保持试样夹持架的清洁,使用无水溶剂清洗焦油、煤烟或其他燃烧分解物。
9 测试步骤
9.1 热防护性能值测试(TPP)
9.1.1 热防护性能值为3个试样测试结果的平均值。
9.1.2 按步骤8.1.2.2~8.1.2.5校准热源,使总热通量达到(84±2)kW/m2[(2.00±0.05)cal/(cm2·
s)],记录总热通量数据。随后取下试样夹持架,装上试样和传感器准备测试。建议在测试完成3组样
品共9个试样后重新校准总热通量(可增加校准频次)。
9.1.3 试样正面朝向热源,背面放置铜量热传感器。多层试样的内层正对传感器。传感器和试样之间
加隔距框即为非接触式,不加则为接触式测试,应在报告中注明。6.4mm厚的隔距框仅在非接触式测
试时使用。
注:多层试样隔距框的使用---非接触式(加隔距框)测试通常用于模拟衣服内层和穿着者之间的空气层。在本项
测试方法中,对于测试时间超过60s的多层试样,不建议使用非接触式(加隔距框)测试。
9.1.4 测试前使用隔热遮板隔离热源。隔热遮板移出后,试样暴露于热源上方中心点处并开始记录
数据。
9.1.5 当铜量热传感器测得的累积能量(计算方法见10.2)与Stol曲线相交后,中止测试,记录暴露时
间,试样移出热源。Stol曲线计算公式见10.1。
9.1.6 热防护性能值是暴露时间与校准总热通量的乘积(公式见10.3)计算得出。
9.1.7 记录测试中观察到的现象(参见附录A)。
9.1.8 将试样夹持架和传感器组件冷却至28℃~33℃(模拟人体表皮的温度),再按步骤9.1.3~9.1.7
进行剩余样品的测试。完成三个试样测试后取平均值记录为试样的热防护性能值。
9.1.9 剔除与平均值相差超过±10%的测试结果,重新裁样补足三个试样进行测试。
9.2 热防护性能评估测试(TPE)
9.2.1 热防护性能值(TPP)和热防护性能评估(TPE)的区别和说明请参见附录B。
9.2.2 一般需要三组试样完成热防护性能评估,一组试样确定评估时间,后两组试样作为评估时间
验证。
9.2.3 按步骤9.1.2校准热源,记录下总热通量数值。
9.2.4 按步骤9.1.3~9.1.5热防护性能值方法测试试样,得到试样的最大暴露时间(tmax)。
9.2.5 将最大暴露时间除以2即为暴露时间(ttrail)。
9.2.6 在设备软件中输入暴露时间(ttrail),装备样品准备测试。
9.2.7 当达到暴露时间(ttrail)后,隔热遮板复位,试样离开热源,仪器依然记录数据。在此过程中,环境
温度不可超过35℃。
注:如果无法满足此要求,也可以将样品架整体设计为可取下的结构,当隔热遮板复位后,可快速手动将“样品架/
试样/传感器”整体取下远离热源,但要持续记录数据。
9.2.8 试样在热源暴露结束后仪器持续采集数据的时间应不少于30s,以完全释放试样上的蓄积热
能。当传感器上测量的传热反应曲线下降时便可手动停止采集数据。30s后传热反应曲线未下降时应
延长采集时间(采集时间不超过120s)。
9.2.9 从传感器测得的传热反应曲线与Stol曲线的下列关系来测定热防护性能评估。
a) 如果60s(或120s)内传感器测量到的传热反应曲线超过Stol曲线(即超出二度烧伤),需要
减少暴露时间ttrail。取从前序较低暴露时间(首次最低暴露时间为0s)到当前暴露时间ttrail的
中间值。设定此时间,重复步骤9.2.6~9.2.8,直到试样的传热反应曲线与Stol曲线相切,或
当前的暴露时间ttrail和前序暴露时间差值不大于0.5s,此试样组的热防护性能评估为当前的
暴露时间ttrail与校准总热通量数值的乘积(实例参见附录C)。
b) 如果60s(或120s)内传感器测量到的传热反应曲线远低于Stol曲线(即未能预计到二度烧
伤),需要增加暴露时间ttrail,取当前暴露时间与前序较高暴露时间(首次最高暴露时间为9.2.3
中的暴露时间tmax)的中间值,设定此时间,重复步骤9.2.6~9.2.8。直到试样的传热反应曲线
与Stol曲线相切,或当前的暴露时间ttrail和前序暴露时间差值不大于0.5s,此试样组的热防
护性能评估为当前的暴露时间ttrail与校准总热通量数值的乘积(实例参见附录C)。
9.2.10 记录测试中观察到的现象(参见附录A)。
9.2.11 重复验证暴露时间ttrail,热防护性能评估是已验证的暴露时间ttrail与校准总热通量的乘积(公式
见10.4),取三个数值的平均值即为平均热防护性能评估。
9.2.12 剔除与平均值相差超过±10%的测试结果,重新裁样补足试样进行测试。
10 结果计算
10.1 Stol曲线的公式
10.2 传感器的响应计算方式
10.2.1 初始温度下的铜片热容量的计算公式
10.2.2 测定暴露开始和结束时的温度与时间相关性的累积热量值
10.2.2.1 在温度随时间上升期间铜片的平均热容量:通过利用在10.2.1中确定的初始热容量和相关时
间间隔期测定的温度计算所有传感器的平均热容量,如式(3)所示:
10.2.2.3 由于传感器设计时铜片质量恒定18.0g,暴露面积恒定12.57cm2,因此传感器的累积热能计
算可简化成式(5):
Q=
1.432×cp×(T最终 -T起始)
(5)
式中:
Q ---铜量热传感器测得的累积热能,单位为千瓦秒每平方米(kW·s/m2);
cp ---温度上升期间铜片的平均热容量,单位为焦每克摄氏度[J/(g·℃)];
T最终 ---一定时间热暴露后的铜片温度,单位为摄氏度(℃);
T起始 ---铜片的初始温度,单位为摄氏度(℃)。
注:如果采用不同质量和暴露面积的铜片,式(5)中的常数1.432相应调整。
10.2.2.4 传感器校准计算的热通量公式
任何时间间隔的铜量热计入射热通量可以利用式(6)计算:
10.3 热防护性能值(TPP)的计算方式
10.3.1 热防护性能值计算如式(8):
10.3.2 取9.1测定的至少三个独立试样测试热防护性能值的平均值,并作为该试样的平均热防护性能
值(TPP)[以kW·s/m2(或cal/cm2)计]报告。从实验室样本中测试的补充增加试样应纳入平均值中。
10.4 热防护性能评估(TPE)的计算方式
10.4.1 热防护性能评估的计算如式(9):
10.4.2 取9.2测定的至少三个独立试样的热防护性能评估的平均值,并作为该试样的平均热防护性能
评估(TPE)报告[kW·s/m2(cal/cm2)]。从实验室样本中测试的任何额外试样应纳入平均值中。
11 测试报告
测试报告应包括以下内容:
a) 说明测试是按照本标准......
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