高機能繊維を用いた防護服の経年劣化試験及び評価基準の確立

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K12835
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 若月 薫 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (60408755)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森川 英明 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10230103) ; 鮑 力民 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10262700)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 機器・人間の信頼性 / 防護服 / 促進劣化 / 紫外線ばく露 / 機械的特性 / 熱伝達 / 高機能繊維

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、実際の消防・警察等の活動現場における防護服の使用状況の実態調査を直接反映し、防護服の経年使用に対する強度・耐熱性の機能低下を評価する耐候性試験手法を確立し、現在使用されている防火服・防弾チョッキなどの個人防護服の機能性の劣化過程をモデル化するものである。現在、製品基準は防護服の性能は出荷時の性能だけ決められているが、経年劣化による余剰安全度を踏まえていない。ゆえに、本研究は今後の防護服設計に一石を投じる意義がある。
H28年度は警察・消防等の関係部署へヒアリングを行い、防護服の仕様・使われている素材などの整理を行った．加えて，消防庁消防研究センターの協力を得て、「防火服の維持・メンテナンスに関するアンケート」を実施し、約100名の回答を得ることができた．その中から得た情報として最も重要なのは、防火服の洗濯・乾燥（いわゆるクリーニング）等、本来高機能繊維に対して行われなければならにことが全く行われていないことが明らかになり、やはり最終使用者である現場の職員への防護服の使用方法に関する情報提供が不足していることであった．
それを踏まえ、実際の現場で使用される防護服の劣化を再現するために，最も大学で手に入れることが容易な防護服である，防火服を中心に，防火服の使用環境の聞き取り調査をおこない，防護服が1年間使用される上でどの程度の紫外線に曝されるのかを想定した．紫外線促進劣化試験に関する試験規格は，JIS D 0205「自動車部品の耐候性試験方法」や，JIS L 0891「キセノンアーク灯光又はサンシャインカーボンアーク灯光を用いた促進耐候堅ろう度試験方法」などに代表されるものがある防火服の防護性能の紫外線劣化に関する評価法は確立されていないため独自の評価条件を定めた．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究のアプローチは，まず，実際の現場で使用される防護服の劣化を再現するために，最も大学で手に入れることが容易な防火服を着用する消防関係への使用環境の聞き取り調査をおこない，防火服が1年間使用される上でどの程度の紫外線に曝されるのかを把握した．
陰干しも含めると，80％以上の人が屋外で防火服を乾燥させていることがわかった．
具体的には、高機能布地を使用した個人防護服の使用環境調査を実施し、紫外線波長・強度と各種高機能繊維の吸収波長帯の関係整理を行った。本研究で評価する製品は防火服であり，経年使用による紫外線性能劣化の把握を行うためには，防火服が実際に曝される年間紫外線量を想定する必要がある．また，紫外線促進劣化試験に関する試験規格は，JIS D 0205「自動車部品の耐候性試験方法」や，JIS L 0891「キセノンアーク灯光又はサンシャインカーボンアーク灯光を用いた促進耐候堅ろう度試験方法」などに代表されるものがある．JIS D 0205では自動車のような，常時屋外環境下で使用される製品の評価を想定した規格となっており，JIS L 0891 7.3項「引張強さなどを求める場合の露光方法」の項目では，紫外線ばく露時間は，独自に設定することが求められている．そこで，実際に使用される防火服の紫外線劣化を再現するために防火服が1年間に曝される紫外線量を，消防隊員への防火服の使用環境に関する聞き取り調査によって使用頻度を把握し，JIS D 0205などの紫外線促進劣化に関する規格を参考に独自の条件設定を決定することができたため，計画通りに研究は進捗していると考える．

Strategy for Future Research Activity

H29年以降は、28 年度において整理した条件に基づく、光源の選定、促進劣化試験技術の確立を行う。促進劣化試験については、太陽光の分光放射照度分布がほぼ等しく、プラスチック材料の促進劣化試験で使用されているスーパーキセノンウエザメータ（スガ試験機（株）製、消防研究センター所有）を使用し、本研究で必要な光源の選定、促進劣化試験の条件設定を行う。促進劣化試験方法を利用し、①紫外線分光による高機能繊維の化学構造変化②試料の力学物性（材料力学）・伝熱特性を測定し、現在販売されている高機能布地の製品出荷時及び促進劣化試料における繊維の化学構造の変化と力学・熱的特性の劣化の関係を見出す。
具体的な高機能繊維の防護服としては、防火服（メタアラミド・パラアラミド混紡、PBI・パラアラミド混紡）を中心に、防刃服（パラアラミド）、防弾ベスト（PBO・ザイロン）、などを予定している。高機能繊維を用いた防護服の使用年数は、用途・活動における地域特性・使用頻度によって異なり、一概に何年と規定されていない。本研究では10 年を最大使用年数と想定し、初期劣化特性を3 か月ごと、長期劣化特性を1 年ごとと分け設定し、促進劣化試験を実施する。