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详解消防员灭火防护鞋靴性能系数及设计原理

发布:www.chinajyzb.com.cn | 日期:2018-02-24 | 浏览次数:    字号:
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一、防护功能

为了减少各种由于防护装备防护性能不足所造成的消防人员伤亡事件,提高消防员防护鞋靴的整体穿用性能,国家相关机构制定了一系列标准,对防护鞋靴的防护性能进行了规定。包括GBT 28409-2012《个体防护装备、足部防护鞋()的选择、使用和维护》、GB 21147-2007《个体防护装备防护鞋》、AQT 6108-2008《安全鞋、防护鞋和职业鞋的选择、使用和维护》、GA 6-2004{消防员灭火防护靴》等。标准中对防护鞋靴的防砸性能、抗穿刺性能、隔热性能以及防滑性能等方面均进行了说明,具体内容如下:

1、防砸性能

防砸性能通常指包头的防砸性能。GBT 28409-2012GB 21147-2007以及AQT 6108-2008中对普通个体防护鞋靴的防砸性能进行了限定,即保护包头能提供至少100 J能量测试时的抗冲击保护和至少10 kN压力测试时的耐压力保护,且经测试后保护包头的最小间距均不大于15 mm。此外,GB 21147-2007还规定,在不损坏防护鞋靴的情况下,鞋内的保护包头应不能移动,除全橡胶和全聚合材料鞋靴以外,内部装有保护包头的防护鞋靴需有一层前帮衬里或鞋帮的一部分起衬里作用,保护包头应有一层边缘覆盖层从保护包头后部边缘开始,在其下方延伸至少5 mm,并在相反方向延伸至少10 mm

以上三项标准主要用于一般的个体防护鞋靴,而GA62004则针对的是消防员灭火防护靴,规定灭火防护靴的靴头分别经1O78 kN 静压力试验和冲击锤质量为23kg、落下高度为30 mill的冲击试验后,保护包头的间隙高度均不应小于15 mm

为了达到以上性能,在进行灭火防护鞋靴设计时,通常需要在前尖部位增加高强度保护包头,目前保护包头的材料主要以金属材料(如钢、铝合金)为主,部分研究中也提到了高强度复合材料。

2、抗穿刺性能

GB 21147-2007中对普通防护鞋靴抗穿刺性能的规定与GA 6-2004中对灭火防护靴的抗穿刺性能要求相同,即在进行抗穿刺性能测试时,穿透鞋底所需的力不应小于1 100 N

在进行防护鞋靴设计时,除了选择性能优异的鞋底材料之外,也会在中底部位增加抗穿刺垫来提高防护鞋靴的抗穿刺性能,市场上所用的抗穿刺垫材料主要有3种,分别是金属及合金材料、底革材料以及纺织物复合材料等。GB 21147-2007中规定,防穿刺垫应装在鞋底中,在不损坏防护鞋靴的情况下垫不能移动,不应位于保护包头卷边上方,也不应与之接触。在鞋座区域,楦底棱和垫之间的最大距离应为17 mm,除鞋座区域外,楦底棱和防刺穿垫边缘之间的最大距离应为65 mm。而且将防刺穿垫固定于鞋底的最大直径为3 mm 的开孔不应超过3个,经过l×1O 次屈挠后不应出现可见的裂缝痕迹。特别需要注意的是,用于有磁性和带电作业的工作场所的防护鞋靴,防穿刺垫应采用非金属材料。

综上所述,要根据使用环境特征进行结构的设计和材料的选择。如救援现场危险系数较高时,为对足部和小腿部均提供有效保护,一般靴筒设计较高,而在磁性和带电场合使用的灭火防护鞋靴,包头、抗穿刺垫以及各种配件都应该注意避免使用金属材料。

3、隔热性能

GA 6-2004中规定灭火防护靴在隔热性能试验中,按照测试要求持续加热30 min时,靴底内表面的温升应不大于22 GB 21147-2007中还指出,防护鞋经测试后不应出现鞋底变形或脆化使之功能降低的现象。

隔热性能一般通过使用性能优异的隔热材料来实现,如永久性阻燃纤维制成的无纺布、Kevlar~隔热纤维材料等。此外,在进行防护鞋靴帮面设计时,可借鉴消防服中的多层结构设计,如鞋靴帮面从里到外依次为舒适层、隔热层和防水透气层等,通过不同层面不同性能材料的组合设计提高防护鞋靴的整体性能。

4、 防滑性能

GA 6-2004中规定,灭火防护靴在进行防滑性能试验时,始滑角不得小于15。。GB 21147-2007中对防滑鞋底花纹的分布面积、防滑鞋底厚度及花纹深度等均有规定,如图1所示。防滑鞋底外底面阴影部分应有向侧边开口的花纹(注:L为鞋底长度)

1 底花纹分布位置

按照鞋底材料及成型方式的不同,外底厚度和底花纹高度要求又包括3种情况。

对于直接注压、硫化或胶粘外底,如图2所示,厚度不应小于4 mm,底花纹高度 不应小于25 mm

2 直接注压、硫化或胶粘外底

对于多层外底,如图3所示。厚度 不应小于4 mm,底花纹高度 不应小于25 mm

图3 多层外底

对于全橡胶和全聚合材料鞋,如图4所示。厚度 不应小于3 mm,厚度 不应小于6 mm,底花纹高度 不应小于4 mm

影响鞋底防滑性能的原因主要有三种:鞋底材料类型、底花纹类型以及地面介质。目前,橡胶材料以其良好的耐磨性、防滑性以及防水性等常用于灭火防护鞋靴外底。底花纹类型及地面介质对鞋靴防滑性的影响方面,国内外相关学者对其进行了研究。Mark GBlanchette等人从宽度(369 mm 3个层次)、深度(246 mlTl 3个层次)和方向(平行、倾斜、垂直)三个层面出发,选用了27双不同类型的鞋底沟槽组合,研究了鞋底凹槽参数对鞋靴底部有效摩擦的影响。结果显示:最防滑的槽组合是一个倾斜的方向,与3 mm的宽度和2 mm的深度;最小抗滑槽的组合是一个平行的方向,与一个6 mm 的宽度和6 mm 的深度,沟槽的方向是影响鞋底摩擦性能的一个重要因素;陈钊钰研究了温度、鞋底花纹沟槽宽度与路面介质对鞋底止滑性能的影响。结果表明:温度、鞋底材料以及温度与材料的交互作用,对鞋底止滑性能都有显著影响;鞋底材料、路面、污染物和鞋底花纹的沟槽宽度以及四因素之间的各级交互作用,对鞋底止滑性能均有显著影响;鞋底的摩擦系数(CoF)随沟槽宽度的增加而增大;当路面上有污染物时,鞋底的COF剧烈下降。

4 全橡胶和全聚合材料鞋

此外,要针对不同的救援环境,考虑底花纹分布面积、形状、方向以及深度等因素,设计相应的底花纹组合形式。

二、舒适性

1、透气性能

德国赫克斯“消防雄鹰”超轻新款消防靴以及意大利卓越9005消防靴,均在设计中引入了透气系统的概念。防水透气性材料的运用是提高防护靴透气性能的一个主要渠道,目前防护鞋靴帮面使用的材料主要是优质全粒面防水革以及防水阻燃皮等真皮材质。

2、整体质量

Sharon SChiou等人对13名女性消防员和14名男性消防员在穿着整套消防服和随机分配的靴子步行5rain,跨过障碍物时的耗氧量等进行了测定。结果显示:消防员在穿着较重靴子行走了一段时间后,更容易在越过障碍物时摔倒,靴子的质量影响着代谢率(质量每增加1 kg,代谢变量提高5%~11)GA 6-2004中也限定每双灭火防护靴的质量不应大于3 kg

鞋底结构轻量化设计以及采用双密度注射工艺等是降低防护鞋靴整体质量的主要手段。可采用橡胶外底与发泡中底结合的方式来减轻鞋底的整体质量,同时也提高了鞋底的缓冲性能。

3、鞋底硬度

根据GA 62004规定,鞋底硬度一般在55~70(邵尔A )之间。

本文资料来自互联网,由中国救援装备网重新编辑整理。

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