电弧事故中所产生的高热能量是严重爆燃事故的3倍~4倍（甚至更高），瞬时温度高达13 000 ℃左右，容易对人体造成严重伤害[1,2]。个体电弧防护产品作为人体的最后一道防线，在发生电弧事故时可为工作人员提供逃离的时间，避免或减少电弧热伤害，保护生命安全[3]。目前对于电弧防护的研究主要集中在电弧伤害机理、电弧测试方法和标准条件的评估，但对防电弧服的功能性和舒适性缺乏系统的研究。针对这一现状，本文回顾和总结了防电弧服的分类和常用材料，并就防电弧材料的开发现状和影响防护性能的因素作以阐述,以期为个体电弧防护产品的开发和研究提供参考。1 防电弧服的分类和常用材料1.1　防电弧服的分类防电弧服主要用于保护可能发生电弧伤害场所的人员，避免或减轻电弧散发出的热辐射以及飞溅融化物所造成的伤害[4]。按服装款式，防电弧服分为两类，即上下分开式和上下连体式。按服装面料的结构，可分为单层、双层和多层三类。按防电弧等级可分为四类：Ⅰ级和Ⅱ级属于轻型防护服，采用单层面料，多用于日常防护；Ⅲ级和Ⅳ级属于重型防护服，采用多层面料组合，这两类防电弧服用于特殊的电气操作中[5]。防电弧服在工作环境中常与其他防电弧用品配套使用，如头罩和面屏、手套、内衣和鞋靴等；此外还有防坠落安全带、防电弧雨衣、冬服和听力保护设备等产品[6]。1.2　防电弧服的常用材料防电弧织物必须具备出色的耐热性、阻燃性、不熔融、H级电绝缘、永久性防火和耐洗涤等性能[7]。遇到电弧爆炸时，防电弧服材料应能迅速炭化，形成致密的碳化膜，阻止热量向防护服内部传递，从而将人体皮肤与电弧热能的接触伤害降至最低[8]。防电弧织物按其作用机理主要分为两类：后整理阻燃类和本质阻燃类[9]。目前制备防电弧织物的纤维主要有腈氯纶、阻燃粘胶、芳纶1313、芳纶1414和锦纶等。腈氯纶在燃烧时会产生大量的烟气，可以有效隔绝空气中的氧气，隔绝电离空气并防止持续燃烧，提高织物的电弧量级值（Arc Thermal Performance Value，以下简称ATPV）[10]。阻燃粘胶具有吸湿性好、易染色及防静电等特点，在与火花短时间接触或有火险时，能快速起到保护作用[11]。芳纶1313具有优异的阻燃耐高温性能，且纤维强度较高，伸长较大，可提高织物的断裂、撕破强力[12]。芳纶1414具有高耐热性、高抗拉强度和弹性模量，受热变形小[13]。织物中加入芳纶1414可以保证热稳定性，并提高织物在电弧发生时的材料破裂阈能（Material Breakopen Threshold Energy，以下简称Ebt值）。锦纶具有良好的力学性能和耐热耐磨性能，混入锦纶可提高织物的强度和耐磨性能[14]；同时其软化温度较低，遇到高温软化后能快速填补织物中的空隙，提高隔热性能，但锦纶不具有阻燃性，因此含量不易过高。2 防电弧服的研究现状2.1　防电弧材料的开发研究目前，美国Du Pont公司的NomexⅢA和ProteraTM防电弧专用织物在国际上应用较多，其中ProteraTM织物由65%阻燃腈氯纶、28%芳纶1313、5%芳纶1414和2%导电纤维组成，其不但具有优异的防护效果，还具有良好的舒适性，广泛应用于阻燃防护和电弧防护领域，占据着行业的高端市场。近年来，国外学者对于防电弧材料的开发研究主要集中在新型材料和涂层织物方面。ORTELLI等人设计了一种基于金属氧化物纳米粒子和生物大分子的新型耐用膨胀型阻燃涂料，并将其应用于棉织物上，结果显示：相对于未处理的棉织物，涂层棉织物测试结束时的残留物明显更高[15]。AHMAD等人将不同配比的玻璃纤维添加到基本膨胀型涂料配方中，开发出了8种膨胀型制剂，探究对提高其隔热性能的影响，结果显示：含有7.0%（质量分数）玻璃纤维的配方FG08在耐火测试中的效果更好，同时增强了涂层的隔热性能[16]。此外，BECK等人研究了涂料对聚酯⁃棉混纺织物的热稳定性、阻燃性和洗涤耐久性的影响。分析表明：与未处理的织物相比，涂层织物质量损失5%时的温度提高30 ℃，峰值放热速率和总放热降低了77%和75%，经过12次洗涤循环后，处理后的织物仍显示出良好的阻燃性能[17]。SONEE等人通过两组阻燃粘胶间位芳纶和阻燃粘胶锦纶66间位芳纶试验，探究阻燃混纺织物对热防护性能的影响。结果显示：混纺织物中的纤维含量与阻燃性和耐热性之间存在一定的关系[18]。国内主要集中于防电弧混纺织物的研发，其中，张生辉等人分别以阻燃腈氯纶棉芳纶1414、阻燃腈氯纶芳纶1313芳纶1414和棉锦纶(经后整理)开发出同为240 g/m2的防电弧织物，前两种织物的强力达到了我国电力行业相关标准和美国标准对织物的要求[19]。李冻等人通过纺制不同混纺比的阻燃腈氯纶芳纶1313 POD芳纶1414混纺织物，探讨POD纤维对防电弧织物舒适性和防护性能的影响，发现POD纤维耐磨性是芳纶1313的两倍，透湿性增加了35%[20]。沈剑等人对比了8种阻燃材料的混纺面料在电弧闪爆热防护领域的综合表现，认为含有芳砜纶的材料在该应用领域可适应国内外的标准性能要求[21]。此外，也有学者合成了一种含有银纳米颗粒的聚氨酯⁃银⁃聚氨酯夹层微结构的耐磨导电聚酯织物，这种涂层织物的质量损失仅为1.28%[22]。2.2　影响防护性能的其他因素研究织物的电弧防护性能除了受到纺织材料本身特性的影响，还受到其他多种因素，如织物组织、污染物、织物颜色以及热等离子体等的影响。关于织物组织的影响，HOAGLAND在其著作中总结到，就机织物而言，双面斜纹组织是防电弧性能最好的组织之一；平纹组织也被几种知名防电弧织物采用[23]。对于针织物，有其独特的测试要求和织物响应；双面针织物开始被开发使用，通常是与不熔融的纤维和高能见度的聚合物纤维混织。李冻等人对3种防电弧织物的拉伸、透气、透湿、阻燃、热稳定、热防护及电弧防护性能进行比较分析，探讨了织物原料和结构参数对其舒适性和防护性能的影响。结果显示：原料种类对防护性能影响最显著，双层结构可有效地提高防电弧织物的热防护性能（Thermal Protective Performance，以下简称TPP）和ATPV值，尤其是ATPV值增加最为显著，ATPV值超过单层织物的3倍[24]。通过日常使用，防护服可能被工业污染物附着或染色。HOAGLAND等人研究了潮湿污染物、导电和非导电性粉尘及易燃液体等几类污染物及污染物组合对电弧防护性能的影响[25]。研究表明：汗液等潮湿的污染物会降低防护服的防护性能，但能有效避免阻燃材料燃烧；潮湿的非阻燃服装仍会被引燃，同时可能引起更严重的热烧伤，甚至死亡。相关学者后续又用20%左右质量的水分模拟汗液，探究水分（汗液）对暴露于电弧下多层服装系统性能的影响[26]。研究发现：随着服装系统中水分含量的增加，Ebt值可能会上升，但烧伤保护值可能会下降；织物颜色对织物防电弧性能也是有影响的。ASTM早期委员会对未染色布和海军蓝布的研究表明：织物的颜色对电弧评级影响不大。另外SWEETING等人研究发现[27]：电弧产生时等离子体云的行为控制着服装和受害者的热暴露，因此分析等离子体云和织物之间的相互作用与简单的辐射有很大的不同；特别是在紫外光谱中，电弧防护服装的颜色决定了被反射、吸收和透射的光的比例。当光的频率和服装的颜色影响到能量的吸收时，热等离子体对服装的影响不存在等效性质。此外，了解热等离子体与防电弧材料的相互作用对于设计有效防电弧和阻燃合成纤维织物至关重要。ISHIDAL等人[28]通过热等离子体辐照技术研究了热等离子体与聚酰胺、聚酯苯酚和芳族聚酰胺等合成纤维之间的相互作用；从屏蔽热流的角度研究了聚合物烧蚀的两个特征：迅速响应和耐久性。结果表明，聚酰胺纤维同时具有迅速的响应和长期的耐用性。3 防电弧产品相关标准1990年以来，电弧防护标准一直在发展，美国对相关标准研究较早也较系统、完善[29]。美国职业安全和健康署利用杜克公司早期的研究成果发布了OSHA标准；1997年，美国材料试验协会发布了电弧测试方法，引发了众多国家对电弧防护产品的开发和测试。目前巴西、秘鲁、俄罗斯、南非和新西兰等国家正积极编撰电弧闪光相关法律。我国2011年发布电力行业标准DL/T 320—2010《个人电弧产品防护用品通用技术要求》，国家标准有待出台。目前国际上与服装及电弧闪光用PPE电弧防护性能要求相关的标准如下。ASTM F1959《服装材料电弧热性能值的标准测试方法》测试内容：测量阻燃织物为在电弧环境下的穿着者提供的热防护程度，电弧热防护值越高，织物的防护性能越强；如果电弧热防护值不能达到，则确定损坏测试织物的能量值。ASTM F 2178《防电弧面罩产品的电弧级别和标准规格的试验方法》测试内容：测定防电弧面罩产品的电弧级别和标准规格。IEC 61482-1-1《带电作业防护服-防电弧热损伤 第1部分 测试方法1》测试内容：测试阻燃服装电弧等级，规定了ATPV或Ebt的测试方法。IEC 61482-l-2《带电作业防电弧热危害的防护服第1部分：测试方法2》测试内容：评定服装和材料在封闭和直接电弧下的防电弧等级。IEC 61482-2《带电作业防电弧热危害的防护服第2部分》测试内容：性能要求。ASTM F 1958《用人体模型模拟在电弧暴露情况下非阻燃面料的可燃性的标准测试方法》测试内容：用于确定导致10%纯棉或其他可燃纤维制成的防护服会燃烧的电弧能量，只用于测定可燃纤维。ASTM F 1506《暴露于瞬时电弧和有关热力危害中的电工穿着的阻燃防护服所采用的纺织品材料的性能标准规范》测试内容：规定了ATPV值或Ebt值的测试方法。ASTM F 2757《清洗火焰、耐热和耐电弧服装及维护的标准指南》测试内容：确定了耐热、防电弧服装清洗及维护方法。4 防电弧服的发展趋势总体而言，国外对防电弧服防护性能的研究在材料开发、产品设计生产、标准制定和检测仪器等方面目前处于领先地位；国内电弧防护研究多专注于防电弧纺织材料的开发，防电弧服主要依靠进口，影响防电弧织物的防电弧性能因素有待深入研究，行业测试标准体系尚不健全。为了促进产品开发和高新安全防护技术的应用，为电力作业人员提供质量可靠、性能优异的防电弧服，今后需侧重以下三方面的研究。（1）功能性方面。芳纶多组分织物及芳纶系列织物等永久性阻燃织物将得到推广和使用，以长期、有效地保护人员安全；新型材料，如碳化丙烯腈纤维、膨胀型和发光型材料以及金属纳米颗粒SbO3,在纤维聚合物中的应用对于电弧防护材料领域有着巨大前景。（2）舒适性方面。防护性与舒适性是一对矛盾关系，如何制造两种性能兼备的防电弧织物，如何调节目前防电弧织物的舒适性与防护性比重等问题还有待解决。未来可能会通过应用疏水/亲水混合物和纳米技术寻求二者之间的平衡。（3）标准方面。防电弧服的选用必须基于电弧能量的大小，而电弧能量的大小需要结合电压、距离和空气相对湿度等进行计算。将选用对应防护级别的防护服要求写入运行操作规程的防电弧服国家标准即将出台，给予作业人员以有效指导，改变防电弧织物只能依靠国外检测的局面，促进我国电弧防护产品的开发、生产和检测。