朱國營 陸忠躍

摘要：消防水帶是消防滅火救援及消防員技能訓練的必需裝備，隨著消防水帶使用領(lǐng)域越來越廣泛，輕量化、性能化成為消防水帶行業(yè)方向。本文對聚乙烯纖維消防水帶（浮力水帶）在編織過程中反光和夜光絲織入工藝進行設(shè)計，并將接頭和護套進行夜光和反光標進行設(shè)計，通過合理設(shè)計制造出工作壓力高、質(zhì)量輕、高耐磨性、具有導(dǎo)向、操作方便、正確指揮的功能性消防水帶，試驗數(shù)據(jù)表明本研究對提高消防水帶產(chǎn)品質(zhì)量、提高消防員滅火作戰(zhàn)效能有著重要意義。

關(guān)鍵詞：夜光反光消防水帶； 超高分子量聚乙烯纖維； 耐磨； 輕便： 功能性強

1 引言

在滅火前線，夜光反光消防水帶（以下簡稱水帶）是消防人員實施全天候滅火戰(zhàn)斗必要的武器，也是他們作戰(zhàn)訓練時最親密的伙伴之一，它承載著傳輸水或其他液態(tài)滅火藥劑到火場的艱巨任務(wù)。近年來，城市用地日趨緊張，促使高層建筑物向高空發(fā)展，隨著科學技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，高層建筑比比皆是。能不能有足夠的水壓不間斷地送到水槍陣地上，直接關(guān)系到火災(zāi)撲救的成敗，這就要求水帶能夠承載高壓。在實際使用中，因水帶彎曲、擠壓、倒伏等因素，往往需要更高的壓力，當下夜晚經(jīng)濟活動頻繁，夜間消防救援滅火工作對消防水帶的功能化提出了更高要求，消防指揮員能夠在夜間正確指揮就必須使用夜光反光消防水帶作為導(dǎo)向，指揮水槍控制和消滅火點，消防員夜間接頭水槍的連接必須快速，在地面或跌落的接頭必須馬上找到，以最快速度完成所有動作，第一時間滅火成功是關(guān)鍵。

筆者在消防隊伍調(diào)研中發(fā)現(xiàn)：十年前消防水帶設(shè)計工作壓力最大為2.0MPa，現(xiàn)在為4.0MPa，且成為普遍趨勢。隨著耐壓值升高，整根水帶的質(zhì)量相應(yīng)增加較多，質(zhì)量過重會增加消防員的勞動強度，降低救援效能，甚至延誤滅火戰(zhàn)機，造成生命和財產(chǎn)的巨大損失。因此，本研究嘗試采用高強度、高模量的聚乙烯纖維材料，對相應(yīng)的生產(chǎn)工藝進行創(chuàng)新，制造出高強度、高耐磨、質(zhì)量輕的水帶產(chǎn)品。用該材料制造的水帶和喉管，由于重量輕已研發(fā)用于消防無人機、森林滅火、海上油井、水上飛行器的使用。

2 研究過程

2.1 經(jīng)、緯線材料的選擇

傳統(tǒng)水帶的經(jīng)緯線采用滌綸長絲及丙綸長絲，現(xiàn)對以下三種材料的性能進行比較（表1）

超高分子量聚乙烯纖維的強度是滌綸長絲的4倍，比重是滌綸長絲的70%，延伸率是滌綸長絲的50%，可見，同樣的設(shè)計工作壓力下，該纖維制造的水帶更輕便，它可以浮在水面上，且具備疏水性。采用該纖維作為經(jīng)緯線的主編織線，具有強度高、質(zhì)量輕、耐磨、防割、抗靜電、抗老化、抗紫外線、抗酸堿、抗蟲霉等優(yōu)點。經(jīng)過反復(fù)試驗，設(shè)計三種不同的工藝方案進行研究。

方案一：經(jīng)、緯線全部采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋的編織方式進行編織。

方案二：部分采用超高分子量聚乙烯纖維。經(jīng)線中至少有一根由該纖維制成的紗線，緯線中至少有一根由該纖維制成的紗線，用平紋或斜紋的編織方式進行編織。

方案三：采用超高分子量聚乙烯纖維與其他纖維組成混合紗線。經(jīng)線中至少有一根紗線為混合紗線，緯線中至少有一根紗線為混合紗線，混合紗線至少由一根超高分子量聚乙烯纖維單絲和至少一根滌綸單絲纏繞而成，繞向為“S”或“Z”向。

2.2 內(nèi)襯里膠料的選擇

超高分子量聚乙烯纖維的軟化點低、熔點低，這對水帶的襯里制作提出了較高要求，襯里膠料必須與之相匹配，并通過熱熔膠復(fù)合的方式完成襯里與編織層的粘合。

2.3 外涂層的選擇

必要時，水帶外表面可增添一層耐磨、防滑、防霉的涂層。

3 試驗分析

3.1 試驗一

設(shè)計樣本：設(shè)計工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm

經(jīng)、緯線均采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質(zhì)量為215-220 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數(shù)達150次。若在水帶外增加外涂層，經(jīng)耐磨測試，耐磨次數(shù)達190次，具有防滑作用。

3.2 試驗二

設(shè)計樣本：設(shè)計工作壓力為2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)、緯線均采用超高分子量聚乙烯纖維，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質(zhì)量為250-260 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數(shù)達150次。

3.3 試驗三

設(shè)計樣本：設(shè)計工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm

經(jīng)線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為200根，緯線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為2根、滌綸絲1根。經(jīng)緯線中其余紗線均為滌綸長絲或滌綸紗，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質(zhì)量為240-250 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數(shù)達150次。若在水帶外增加外涂層，經(jīng)耐磨測試，耐磨次數(shù)達190次，具有防滑作用。

3.4 試驗四

設(shè)計樣本：設(shè)計工作壓力為2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為250根，緯線中由超高分子量聚乙烯纖維制成的紗線為3根，滌綸長絲1根。經(jīng)緯線中其余紗線均為滌綸長絲或滌綸紗，用平紋或斜紋編織方式，通過熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質(zhì)量為280-290 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行次數(shù)，耐磨次數(shù)達150次。若在水帶外增加外涂層，能夠明顯增強防滑作用。

3.5 試驗五

設(shè)計樣本：設(shè)計工作壓力為2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)線中有混合紗線250根，緯線中有混合紗線3根，經(jīng)、緯線中其余紗線為滌綸長絲（滌綸紗），經(jīng)、緯線中的混合紗線均由一根超高分子量聚乙烯纖維單絲和一根滌綸單絲“Z”向纏繞而成，用平紋或斜紋編織方式，過熱熔膠復(fù)合方式完成襯里粘合。此法制作的水帶單位長度質(zhì)量為280-290 g/m，按照國標耐磨實驗要求進行次數(shù)，耐磨次數(shù)達到150次，按照國標耐磨實驗要求進行測試，耐磨次數(shù)達150次。若在水帶外增加外涂層，能夠明顯增強防滑作用。

3.6 對比試驗一

設(shè)計樣本：設(shè)計工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm

經(jīng)、緯線均采用滌綸長絲，用平紋或斜紋編織方式。其他處理和測試方法以及測試條件同【試驗一】，經(jīng)測試，水帶單位長度質(zhì)量為400-450 g/m，耐磨次數(shù)為115次。

3.7 對比試驗二

設(shè)計樣本：設(shè)計工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ80mm

經(jīng)、緯線均采用滌綸長絲，用平紋或斜紋編織方式。其他處理和測試方法以及測試條件同【試驗二】，經(jīng)測試，水帶單位長度質(zhì)量為490-510 g/m，耐磨次數(shù)為118次。

4 安全性能設(shè)計分析

消防水帶織物層選用超高分子量聚乙烯纖維作為經(jīng)緯線的主編織線，以設(shè)計工作壓力2.5MPa、內(nèi)徑φ65mm的水帶為例進行安全性能校核計算。該樣本襯里結(jié)構(gòu)及分布均勻，襯里層的彈性優(yōu)于織物層，在水壓作用下，水帶各處所受壓力是均勻一致的。因此在設(shè)計時應(yīng)考慮保護使用者的安全，要求水帶爆破時應(yīng)斷緯，絕不能斷經(jīng)。在消防水帶安全性能設(shè)計時，經(jīng)線所承受的爆破壓力必須大于緯線的爆破壓力。

5 結(jié)論

一是更輕便，比傳統(tǒng)經(jīng)緯線為滌綸長絲的水帶在總質(zhì)量上減輕約50%。

二是除了質(zhì)量輕外，設(shè)計工作壓力能達到5.0MPa以上，實現(xiàn)了輕便高壓的目標，增加夜光反光的功能，大大提高消防戰(zhàn)訓及實戰(zhàn)救援的能效。

三是按照國家標準《消防水帶》GB6246-2011中“耐磨性能”的試驗方法，新材料新工藝水帶產(chǎn)品的耐磨次數(shù)是傳統(tǒng)水帶的1.5倍，甚至更高。這樣能解決消防部隊反映的水帶不耐磨損，拖拉幾次就損壞的難題。

四是本研究的新材料雖然耐高溫性能差一點，但應(yīng)用于消防水帶且使用介質(zhì)進行滅火和降溫，因此對水帶的質(zhì)量和使用沒有根本影響。

五是本研究的新材料雖然價格高于滌綸絲6-7倍，據(jù)初步試驗使用壽命是滌綸絲水帶的3-5倍，且重量輕等因素，綜合成本要低于滌綸絲水帶，安全性、穩(wěn)定性、內(nèi)外層匹配性能得到提高。

用超高分子量聚乙烯纖維制作的25-65型消防水帶，與傳統(tǒng)滌綸長絲水帶相比，水帶編織層總質(zhì)量可減少50%，爆破試驗壓力提高15%，耐磨次數(shù)提高50%。并且具有夜光反光、防割、抗紫外線、抗酸堿、抗老化、抗蟲霉、抗靜電、延伸率低、疏水性等優(yōu)點。在消防滅火救援、戰(zhàn)訓、無人機、消防船、森林滅火、海上油井等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1] 王秀芬，凌繩，《聚合物材料》[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2007

[2] 張艷，周宏等.超高分子量聚乙烯纖維在防彈、防刺材料方面的應(yīng)用[J].紡織科學研究，2009（4）：16-27

[3] 顧超英，趙永霞.國內(nèi)外超高分子量聚乙烯纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用[J].紡織導(dǎo)報，2010（4）：52-55

[4] 任意.超高分子量聚乙烯纖維性能及應(yīng)用概述[J].廣州化工，2010，38（8）：87-88

[5] 趙剛，趙莉，謝雄軍.超高分子量聚乙烯纖維的技術(shù)與市場發(fā)展[J].纖維復(fù)合材料，2011（1）：50-56

[6] 鄧曉秧，UHMWPE纖維工藝及原理淺析[J].高科技纖維與應(yīng)用，2014.39（6）：50-53

[7] 呂生華王結(jié)亮等，UHMWPE纖維高強度繩索的研究[J].工程塑料應(yīng)用，2003.31（6）：33-35