论文部分内容阅读
[摘 要]个多世纪以来，消防水带的生产原料与生产工艺经历过多个阶段的发展。从最初采用天然橡胶作为水带的衬里材料，发展到用聚氯乙烯涂覆水带以及用乳胶水带，现在已经发展到三元乙丙橡胶衬里水带、热塑性聚氨酯弹性体水带以及丁腈橡胶双面胶水带等各种新型材料制备的水带。这些水带的质量相较以往有了极大的发展，不仅能够满足国内的需求，还大量用于出口。随着时代的进步，新型消防水带的研发也越来越受到重视，生产企业不断改进水带设计和制造工艺，消防水带也进入快速发展阶段。
[关键词]消防水袋；结构；设计
中图分类号：U7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0320-01
1 消防水带的分类与结构
1.1分类
按结构消防水带一般分为三类。
（1）有衬里消防水带。该水带是比较常见的种类，主要指利用橡胶和其他高分子材料作为内衬里的消防水带。同时根据编织层外部结构，可以将其细分为涂层水带、双面胶水带和无涂层水带。根据其结构特性，涂层水带和双面胶水带优点较多，具有优良的耐老化、耐磨、耐化学品腐蚀和耐油的性能，而且清洁方便。另外根据编织层自身结构，又可将其细分为双层织物水带和单层织物水带。
（2）消防湿水带。该水带主要用于特殊场合，相对高级。其结构是在带体上制备有整齐排列的针孔，使用时在一定的压力下，水带中的灭火介质（水或者其他灭火物质）能够均匀渗透出来并附着在带体外部，在火场能够起到保护水带的作用。
（3）无衬里消防水带。该水带是早期使用的种类，水带内没有衬里，只有麻、棉等织物层，漏水现象严重，现在已经被淘汰使用。
按用途消防水带可分为四类。
（1）輸送消防水带。主要用于消防车与消防泵、消防车与消防车之间以及其他工农业生产中需要远距离输送水的水带，一般按输送压力的不同分为低压输水和高压输水两种。
（2）作战消防水带。主要用于火灾事故现场（如工厂、生活小区以及高层建筑等）供消防人员灭火用的消防水带。
（3）吸水管。主要用于从河流、湖泊或水井中抽水的软管，其原理是利用真空作用从无压水源吸水利用。
（4）森林消防水带。主要用于野外（如园林、森林、草场等）灭火的水带，一般比作战消防水带口径小。
1.2 结构
常见消防水带是由衬里和经纬线编织的筒状织物层，通过胶粘剂或硫化组合而成的圆形或扁平管状体。它具有规定的长度而且柔软可盘卷。
不同的场合需要用到不同的消防水带，但是其基本结构都包含衬里、织物层、覆盖层、涂层和胶粘层五部分。
衬里是消防水带内壁附着的一层防水层，它不仅光滑而且具有规定的强度，足以保证顺利输送水或其他灭火材料。衬里一般是由橡胶、TPU、PVC等高分子材料制成的。
织物层是整个水带的骨架成型材料，一般由锦纶、棉、聚酯等纤维材料制成，具有优异的耐磨和耐高压性能。
覆盖层和涂层是消防水带外层覆盖的高分子材料，主要使用丙烯酸酯涂料、聚氨酯涂料、弹性体、橡胶等材料。它们具有防水防热防腐蚀、耐磨耐老化和阻燃性能，能够有效对衬里和织物层起保护作用。
胶粘层是将衬里、织物层、覆盖层粘合起来的高分子材料，能够使三者牢牢结合组成一个整体。一般使用溶剂型PU胶水、橡胶型固体胶粘剂、聚烯烃热熔胶和PU固体热熔胶作为胶粘层。
2 消防水带的设计
根据消防水带的使用环境和使用要求，消防水带必须具有耐高压、耐老化、耐腐蚀、耐磨损、耐高低温性和耐弯折性，同时要求柔软轻便。
2.1 衬里
衬里一般要求内壁光滑不折皱、厚度均匀，具有一定的弹性和强度，同时还具有防水防霉变，耐低温和耐老化性能。某些特殊场合使用的水带衬里还必须具有耐化学品腐蚀、耐高温、耐油等性能。水带衬里的物理性能要求如下：橡胶衬里的拉伸断裂强度不小于8.30MPa，断裂伸长率不小于400%；乳胶衬里的拉伸断裂强度不小于12.41MPa，断裂伸长率不小于700%。常见水带衬里的要求如下：
（1）TPU衬里。用TPU制成的衬里力学强度大，耐磨性能、弹性、耐腐蚀性能、耐低温性能、耐老化性能和耐油性能优异。其物理性能一般要求拉伸断裂强度不小于13.80MPa，断裂伸长率不小于400%。根据化学结构的不同，TPU可分为聚醚型、聚酯型和聚碳酸酯型。当前我国一般使用聚醚型TPU生产高品质消防水带衬里。
（2）PVC衬里。与TPU衬里相比，PVC衬里水带价廉质轻，生产工艺简单，具有优良的耐油性和耐候性，适合大批量生产和使用。其物理性能一般要求拉伸断裂强度不小于8.30MPa，断裂伸长率不小于400%。市场上常见的软质透明PVC材料，其邵氏A型硬度为55～65度，拉伸断裂强度不小于13.00MPa，断裂伸长率不小于450%。此外，由于PVC材料本身具有优良的阻燃性能，所以有阻燃要求的水带必须选用PVC材料。
2.2 织物层
2.2.1 设计要素
（1）机上口径。机上口径指的是圆织机上定径环的直径，它决定了水带的内径，也就是织物层口径。
（2）爆破压力。国家标准对水带的爆破压力有明确的要求。根据水带需要达到的最高爆破压力进行理论计算和实验设计，才能确定经纬线股数、根数和密度。一般认为爆破压力与经线和纬线的捻度有关。
（3）纹路。织物层一般有斜纹和平纹两种外观纹路。斜纹是指在织物层表面形成倾斜纹路，一般水带使用二上一下斜纹的方式。平纹是指经纱与纬纱以一上一下方式交织而成。
（4）下机长度。下机长度指的是织物层从圆织机上截断后的长度。下机长度决定水带长度，一般通过水带热硫化工艺和编织工艺来确定。 （5）保型性。消防水带必须具有一定的保型性，该性能可以保证水带在使用过程中不易弯折，从而使灭火剂畅通喷射。
2.2.2 爆破压力
根据熊助孝[1]的计算，水带爆破压力大部分由织物层的强度提供，可以忽略衬里和覆盖层提供的强度。从安全角度考虑，标准要求水带破裂时应先断纬线而不能先断经线。工厂在生产水带时还应从实际出发，合理的选择原材料并调整编织工艺。水带爆破压力的主要影响因素有生产工艺和设计两方面。
（1）生产工艺。在经纬线并线时加捻可以有效提高断裂强度，但捻度过高反而使其断裂强度下降，而且水带柔软度会降低，所以实际生产时，捻度一般控制在30～200 T·m 左右。另外，并线时单股长丝张力不均会导致并线后的断裂强度小于各单股的合力。第三，圆织机上梭轮、孔板、跳杆弹簧、张力簧等不光滑也会使断裂强度下降。
（2）设计因素。一般认为影响水带爆破压力的主要因素是经纬线的断裂强度、断裂伸长率和水带初始纬线密度。所以制备经纬线时要选择高断裂强度、低断裂伸长率的材料，在不影响水带质量和柔软度的前提下可适当提高纬线密度。
2.3 覆盖层
双面胶水带含有一层覆盖层，材料通常与衬里一致，厚度略小。覆盖层一般设计为沿长度方向具有类似“加强筋”的结构，该结构可提高水带的耐磨性，提高消防人员对水带的抓持力。
2.4 涂层
水带外表面使用由聚丙烯酸酯、PU等高分子柔性涂料制成的涂层。国内生产厂家一般使用水性PU涂料或水性苯丙乳液作為水带涂层的主体材料，根据需要可向其中添加增稠剂、固化剂、颜料、催化剂、分散剂等助剂，
2.5 胶粘剂层
胶粘剂层就是将衬里、覆盖层与织物层粘结在一起的物质。根据衬里、覆盖层和织物层材质的不同，需要选用不同的胶粘剂。例如，三元乙丙橡胶制成的衬里或覆盖层可以选用橡胶型固体胶粘剂或聚烯烃热熔胶，TPU和PVC衬里或覆盖层可以选用PU固体热熔胶或溶剂型PU胶水。
参考文献
[1] 熊助孝.消防水带的强度计算及应用[J].消防技术与产品信息，1998（8）：21-24.
[2] 毛秋.消防水带的设计与生产工艺[J].橡胶工业，2013（9）：567-574.
[关键词]消防水袋；结构；设计
中图分类号：U7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）20-0320-01
1 消防水带的分类与结构
1.1分类
按结构消防水带一般分为三类。
（1）有衬里消防水带。该水带是比较常见的种类，主要指利用橡胶和其他高分子材料作为内衬里的消防水带。同时根据编织层外部结构，可以将其细分为涂层水带、双面胶水带和无涂层水带。根据其结构特性，涂层水带和双面胶水带优点较多，具有优良的耐老化、耐磨、耐化学品腐蚀和耐油的性能，而且清洁方便。另外根据编织层自身结构，又可将其细分为双层织物水带和单层织物水带。
（2）消防湿水带。该水带主要用于特殊场合，相对高级。其结构是在带体上制备有整齐排列的针孔，使用时在一定的压力下，水带中的灭火介质（水或者其他灭火物质）能够均匀渗透出来并附着在带体外部，在火场能够起到保护水带的作用。
（3）无衬里消防水带。该水带是早期使用的种类，水带内没有衬里，只有麻、棉等织物层，漏水现象严重，现在已经被淘汰使用。
按用途消防水带可分为四类。
（1）輸送消防水带。主要用于消防车与消防泵、消防车与消防车之间以及其他工农业生产中需要远距离输送水的水带，一般按输送压力的不同分为低压输水和高压输水两种。
（2）作战消防水带。主要用于火灾事故现场（如工厂、生活小区以及高层建筑等）供消防人员灭火用的消防水带。
（3）吸水管。主要用于从河流、湖泊或水井中抽水的软管，其原理是利用真空作用从无压水源吸水利用。
（4）森林消防水带。主要用于野外（如园林、森林、草场等）灭火的水带，一般比作战消防水带口径小。
1.2 结构
常见消防水带是由衬里和经纬线编织的筒状织物层，通过胶粘剂或硫化组合而成的圆形或扁平管状体。它具有规定的长度而且柔软可盘卷。
不同的场合需要用到不同的消防水带，但是其基本结构都包含衬里、织物层、覆盖层、涂层和胶粘层五部分。
衬里是消防水带内壁附着的一层防水层，它不仅光滑而且具有规定的强度，足以保证顺利输送水或其他灭火材料。衬里一般是由橡胶、TPU、PVC等高分子材料制成的。
织物层是整个水带的骨架成型材料，一般由锦纶、棉、聚酯等纤维材料制成，具有优异的耐磨和耐高压性能。
覆盖层和涂层是消防水带外层覆盖的高分子材料，主要使用丙烯酸酯涂料、聚氨酯涂料、弹性体、橡胶等材料。它们具有防水防热防腐蚀、耐磨耐老化和阻燃性能，能够有效对衬里和织物层起保护作用。
胶粘层是将衬里、织物层、覆盖层粘合起来的高分子材料，能够使三者牢牢结合组成一个整体。一般使用溶剂型PU胶水、橡胶型固体胶粘剂、聚烯烃热熔胶和PU固体热熔胶作为胶粘层。
2 消防水带的设计
根据消防水带的使用环境和使用要求，消防水带必须具有耐高压、耐老化、耐腐蚀、耐磨损、耐高低温性和耐弯折性，同时要求柔软轻便。
2.1 衬里
衬里一般要求内壁光滑不折皱、厚度均匀，具有一定的弹性和强度，同时还具有防水防霉变，耐低温和耐老化性能。某些特殊场合使用的水带衬里还必须具有耐化学品腐蚀、耐高温、耐油等性能。水带衬里的物理性能要求如下：橡胶衬里的拉伸断裂强度不小于8.30MPa，断裂伸长率不小于400%；乳胶衬里的拉伸断裂强度不小于12.41MPa，断裂伸长率不小于700%。常见水带衬里的要求如下：
（1）TPU衬里。用TPU制成的衬里力学强度大，耐磨性能、弹性、耐腐蚀性能、耐低温性能、耐老化性能和耐油性能优异。其物理性能一般要求拉伸断裂强度不小于13.80MPa，断裂伸长率不小于400%。根据化学结构的不同，TPU可分为聚醚型、聚酯型和聚碳酸酯型。当前我国一般使用聚醚型TPU生产高品质消防水带衬里。
（2）PVC衬里。与TPU衬里相比，PVC衬里水带价廉质轻，生产工艺简单，具有优良的耐油性和耐候性，适合大批量生产和使用。其物理性能一般要求拉伸断裂强度不小于8.30MPa，断裂伸长率不小于400%。市场上常见的软质透明PVC材料，其邵氏A型硬度为55～65度，拉伸断裂强度不小于13.00MPa，断裂伸长率不小于450%。此外，由于PVC材料本身具有优良的阻燃性能，所以有阻燃要求的水带必须选用PVC材料。
2.2 织物层
2.2.1 设计要素
（1）机上口径。机上口径指的是圆织机上定径环的直径，它决定了水带的内径，也就是织物层口径。
（2）爆破压力。国家标准对水带的爆破压力有明确的要求。根据水带需要达到的最高爆破压力进行理论计算和实验设计，才能确定经纬线股数、根数和密度。一般认为爆破压力与经线和纬线的捻度有关。
（3）纹路。织物层一般有斜纹和平纹两种外观纹路。斜纹是指在织物层表面形成倾斜纹路，一般水带使用二上一下斜纹的方式。平纹是指经纱与纬纱以一上一下方式交织而成。
（4）下机长度。下机长度指的是织物层从圆织机上截断后的长度。下机长度决定水带长度，一般通过水带热硫化工艺和编织工艺来确定。 （5）保型性。消防水带必须具有一定的保型性，该性能可以保证水带在使用过程中不易弯折，从而使灭火剂畅通喷射。
2.2.2 爆破压力
根据熊助孝[1]的计算，水带爆破压力大部分由织物层的强度提供，可以忽略衬里和覆盖层提供的强度。从安全角度考虑，标准要求水带破裂时应先断纬线而不能先断经线。工厂在生产水带时还应从实际出发，合理的选择原材料并调整编织工艺。水带爆破压力的主要影响因素有生产工艺和设计两方面。
（1）生产工艺。在经纬线并线时加捻可以有效提高断裂强度，但捻度过高反而使其断裂强度下降，而且水带柔软度会降低，所以实际生产时，捻度一般控制在30～200 T·m 左右。另外，并线时单股长丝张力不均会导致并线后的断裂强度小于各单股的合力。第三，圆织机上梭轮、孔板、跳杆弹簧、张力簧等不光滑也会使断裂强度下降。
（2）设计因素。一般认为影响水带爆破压力的主要因素是经纬线的断裂强度、断裂伸长率和水带初始纬线密度。所以制备经纬线时要选择高断裂强度、低断裂伸长率的材料，在不影响水带质量和柔软度的前提下可适当提高纬线密度。
2.3 覆盖层
双面胶水带含有一层覆盖层，材料通常与衬里一致，厚度略小。覆盖层一般设计为沿长度方向具有类似“加强筋”的结构，该结构可提高水带的耐磨性，提高消防人员对水带的抓持力。
2.4 涂层
水带外表面使用由聚丙烯酸酯、PU等高分子柔性涂料制成的涂层。国内生产厂家一般使用水性PU涂料或水性苯丙乳液作為水带涂层的主体材料，根据需要可向其中添加增稠剂、固化剂、颜料、催化剂、分散剂等助剂，
2.5 胶粘剂层
胶粘剂层就是将衬里、覆盖层与织物层粘结在一起的物质。根据衬里、覆盖层和织物层材质的不同，需要选用不同的胶粘剂。例如，三元乙丙橡胶制成的衬里或覆盖层可以选用橡胶型固体胶粘剂或聚烯烃热熔胶，TPU和PVC衬里或覆盖层可以选用PU固体热熔胶或溶剂型PU胶水。
参考文献
[1] 熊助孝.消防水带的强度计算及应用[J].消防技术与产品信息，1998（8）：21-24.
[2] 毛秋.消防水带的设计与生产工艺[J].橡胶工业，2013（9）：567-574.