消防服用棉型多層織物系統透濕性測試與分析

楊 柳，楊建忠，李 龍(， )

消防服是在滅火工作中直接接觸火源及炙熱物體時，保護消防員人身安全的防護服。在救火現場溫度高、熱量大，加之消防隊員活動量大，人體排汗多，由于作業環境為高溫, 其溫度遠高于人體溫度, 此時輻射和對流散熱已不能進行, 人體唯一的散熱途徑就是蒸發散熱[1]，如消防服透氣性差，穿著消防服的人會感到疲勞，不舒適，嚴重影響戰斗力。所以消防服的防水、透氣性能應有一個合理的匹配[2]。

防水和透氣對于材料來說似乎是矛盾的，但對于新型消防服必須既能防水又能透氣。因為一般的火場救火大量用水當滅火劑，消防服必須有一定的防水性能[1]。

目前，在消防服的生產中，國內外最常用的防水透氣層為聚四氟乙烯( Polytetrafluoroethylene，簡稱PTFE膜)樹脂為原料，經拉伸形成的微孔薄膜。薄膜厚度約為25 μm，氣孔率為82%，每平方厘米有14億個微孔，平均孔徑為0.14 μm，孔徑0.2 ～5 μm，小于輕霧的最小直徑(20～100 μm)，而遠大于水蒸氣分子的直徑(0.0003～0.0004 μm)，使水蒸氣能通過這些永久的物理微孔通道擴散，同時水滴不能通過，而且PTFE薄膜是拒水的，因而這樣的薄膜具有優良的防水透濕性能[3]。

本研究采用三種不同棉型阻燃面料層壓PTFE膜織物作為多層阻燃系統中的外層和防水透氣層，與NOMEX/FR-VISCOSE面料作為外層的多層系統進行防水透濕性的對比，并對試驗結果進行分析。篩選出符合防水透濕性能標準的多層消防服用織物組合。

1 實驗

1.1 透濕量術語及試驗原理

透濕量WVT(Water vapour transmission rate)是指在織物兩面分別存在恒定的水蒸汽壓的條件下，規定時間內通過單位面積織物的水蒸汽質量，以該條件下的 g/(m2·d)為單位。

試驗原理是把盛有吸濕劑或水并封以織物試樣的透濕杯放置于規定溫度和濕度的密封環境中，根據一定時間透濕杯(包括試樣和吸濕劑或水)質量的變化計算出透濕量。

1.2 試樣及測試環境

本試驗采用YG(B)216X型織物透濕儀，測試方法按照中華人民共和國國家標準《GB/T12704-91織物透濕量測定方法 透濕杯法》。試樣直徑為70 mm，每個樣品取3個試樣。測試涂層織物時，如未特別指明，則以涂層面為測試面。試樣應在至少距布邊1/10幅寬，距匹端2 m遠處裁取。試樣應無影響測試結果的疵點。試驗箱溫度設定為38℃，相對濕度90%，氣流速度0.3～0.5 m/s。試驗箱溫度控制精度為±0.5℃，相對濕度控制精度為±2%。

外層選用三種棉型阻燃覆膜面料及兩種NOMEX/FR-VISCOSE芳綸/阻燃粘膠面料、隔熱層均為51#針刺氈芳綸1313；舒適層均采用42# NOMEX/FR-VISCOSE芳綸/阻燃粘膠面料。具體織物規格如表1所示。各層配伍方式如表2所示。

表1 試驗樣品的基本規格

注：A4、A5、D1均為NOMEX/FR-VISCOSE芳綸/阻燃粘膠面料；PTFE膜為聚四氟乙烯膜。

表2 各層配伍方式

1.3 試驗方法

在溫度38℃，相對濕度90%，氣流速度0.3～0.5 m/s的試驗條件下，按照表2的配伍方式分別對五種多層織物系統進行透濕性測試。每塊樣品取3塊做平均值，精確實驗結果。

試樣透濕量按下式計算

(1)

式中:WVT—每平方米每天(24 h)的透濕量，g/(m2·d)；

Δm—同一試驗組合體兩次稱重之差，g；

S—試樣試驗面積，m2；

t—試驗時間，h。

樣品透濕量為三個試樣透濕量的算術平均值[修約到10 g/(m2·d)]

2 結果與討論

外層透濕量及多層織物系統透濕量測試結果如表3所示：

表3 透濕量測試結果

根據《GA10—2002消防員滅火消防服標準》防水透氣層的透水蒸氣性能中規定：水蒸氣透過量不應小于5000 g/(m2·d)。而整體防護性能對于透濕性能并未做具體規定，就消防服舒適性來說，整體透濕性越好，即透濕量越大，則穿著者的服用舒適度越高。

由表3可以看出，外層透濕量均能達到《GA10-2002消防員滅火消防服標準》所規定水蒸氣透過量不應小于5000 g/(m2·d)的標準，而棉型阻燃覆膜面料A1、A2、A3的透濕量明顯低于無覆膜芳綸/阻燃粘膠面料A4、A5。因為層壓PTFE膜的覆膜面料普遍比單層芳綸/阻燃粘膠面料厚度大，而織物厚度與織物的透濕性成反比關系，這是由于水蒸汽通過厚度較大的織物時, 容易殘留在織物空隙中, 或被纖維所吸收，導致織物間隙減小, 進一步阻礙濕傳遞, 最終影響織物透濕率，使之減??；另一方面PTFE膜本身也會對水蒸氣的透過量有一定的影響。

就覆膜面料A1、A2、A3來說，平方米重和厚度均最小的覆膜阻燃防撕裂棉面料A2的透濕性能最好，而覆膜棉錦阻燃面料A1與覆膜阻燃防撕裂棉面料A2和覆膜阻燃帆布A3的透濕量差距較大，主要是因為A1層壓的PTFE膜較A2、A3厚度大，對蒸氣透過量有一定的阻礙作用。

對于無覆膜面料A4、A5，芳綸/阻燃粘膠面料A4的透濕量為7456 g/(m2·d)，而克重較大的A5的透濕量為8603 g/(m2·d)遠大于A4，這里織物組織對于透濕性能的影響超過了平方米重的影響。即斜紋組織A5的透濕量大于平紋組織A4。

五種多層織物系統的透濕性亦均超過了《GA10-2002消防員滅火消防服標準》所規定水蒸氣透過量不應小于5000 g/(m2·d)的標準。透濕量從大到小依次為：5#>3#>4#>1#>2#，5#多層織物系統外層為芳綸/阻燃粘膠面料的透濕性能最好，但作為消防戰斗服，在消防滅火過程中，會使用大量的流動水進行滅火，從而沾濕服裝，而水的導熱系數遠大于纖維的導熱系數，潮濕的阻燃防護服對火場的工作人員更可能造成灼傷。因此作為沖入火場的消防戰斗服，防水透濕層是不可或缺的。因而，綜合以上因素，3#多層織物系統外層為覆膜阻燃帆布為最優組合。

圖1 單層織物透濕性與厚度相關性圖

由圖1可知，一般情況下，織物厚度與織物的透濕性成反比關系，即織物越厚，透濕性越差。而對于覆膜織物層壓于織物的PTFE膜本身也會對水蒸氣的透過量有一定的影響。

3 結論

3.1織物組織對于織物的透濕性也存在一定的影響，芳綸/阻燃粘膠面料A4的透濕量為7456 g/(m2·d)，而克重較大的A5的透濕量為8603 g/(m2·d)遠大于A4，即芳綸/阻燃粘膠面料A5的透濕性最好。

3.2五種多層織物系統中，透濕量從大到小依次為：5#>3#>4#>1#>2#，5#多層織物系統的透濕性能最好，但綜合消防服對于面料的特殊要求，3#多層織物系統為消防戰斗服的最佳選擇。

3.3一般情況下，織物厚度和平方米克重與織物的透濕性成反比關系；對于覆膜織物層壓于織物的PTFE膜本身也會對水蒸氣的透過量有一定的影響。

[1] 沈蘭萍,李一玲,謝光銀,潘海容.雙層放熱阻燃織物的產品開發及其性能測試[J].西北紡織工學院學報,2000，(1)：10—16.

[2] 王棟武.消防員防護服阻燃等性能探析[J].中國學術期刊，2013，(1):1—4.

[3] Chris J,Painter.Waterproof,breathable Fabric Laminates:A Perspective from Film to Market Place [J].Journal of Coated Fabrics, 1996，26(10):107—130.

[4] 呂海榮，楊彩云.阻燃防護服實現防水透濕性能的研究[J].防護裝備技術研究，2009，(3)：14—15.

[5] 楊付霞，汪黎明.層壓復合工藝優化[J].山東紡織科技，2012，53(1)：47—49.