熱濕舒適性防火服的研究進(jìn)展及展望

雷聰聰 吳建兵

摘要：通過綜述防火服熱濕舒適性的影響因素，結(jié)合當(dāng)前防火服新型阻燃面料研究，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)，為今后的防火服熱濕舒適性實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：熱濕舒適性;防火服;織物組合

根據(jù)近年來的媒體報(bào)道，由于頻繁的城市建筑火災(zāi)和森林火災(zāi)，造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失;由于多數(shù)火災(zāi)是需要采用水槍滅火，導(dǎo)致了救援現(xiàn)場多為高溫高濕的極端作業(yè)環(huán)境，防火服作為消防員救火作業(yè)時(shí)必須穿戴的裝備，阻燃織物的研發(fā)與應(yīng)用一直是消防研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

消防員執(zhí)行的救火任務(wù)多種多樣，BARKER等人將火場環(huán)境劃分為普通、危險(xiǎn)、緊急3種狀態(tài)。其中，普通和危險(xiǎn)狀態(tài)為低熱輻射狀態(tài)，在消防員的滅火作業(yè)中，消防員在這兩種狀態(tài)下的熱暴露時(shí)間較長，因消防員穿戴的防火服、空氣呼氣器等防護(hù)裝備因質(zhì)量大、密封性好，滅火過程中人體產(chǎn)生的熱量和汗液無法及時(shí)排出，造成消防員產(chǎn)生熱應(yīng)激。因此，對(duì)防火服織物系統(tǒng)熱濕舒適性能的研究具有重要的意義。

一、熱濕舒適性的定義及影響因素

（一）定義

對(duì)于熱濕舒適性的評(píng)價(jià)，需要結(jié)合人體、服裝、環(huán)境三個(gè)因素綜合進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中，人體對(duì)服裝的舒適感覺主要受生理和心理兩大因素的影響。服裝本身對(duì)于人體的熱濕舒適性主要受服裝與人體皮膚的空間大小、面料及織物系統(tǒng)的隔熱性能與透濕性能等影響。人體穿著服裝時(shí)的環(huán)境溫度、濕度等因素會(huì)影響人體的熱平衡。

（二）影響因素

《GA621-2013消防員個(gè)人防護(hù)裝備配備標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)現(xiàn)役防火服織物系統(tǒng)做了明確的規(guī)定，它主要分為四層：外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層。織物層數(shù)增加，隔熱性能提升但透濕性的下降。由于消防員在執(zhí)行救火救人任務(wù)時(shí)情況復(fù)雜多樣，具有多層織物結(jié)構(gòu)的防火服，其熱濕舒適性受多種因素綜合制約。

1.織物系統(tǒng)空氣層的研究

隨著對(duì)空氣層研究的不斷推進(jìn)，防火服織物系統(tǒng)空氣層的厚度和位置應(yīng)作為防火服設(shè)計(jì)的重要考慮因素。四層防火服與三層防火服相比，除了干重的差異外，四層防火服的織物間空氣層較三層防火服多一層。雖然織物系統(tǒng)不同位置的空氣層對(duì)其熱防護(hù)性能影響程度不同，但空氣層熱阻不容忽視，因此四層防火服織物的總熱阻大于三層防火服。

2.織物系統(tǒng)含水率

織物系統(tǒng)的含水率對(duì)防火服的熱濕舒適性能具有顯著影響。消防員的作業(yè)時(shí)，外界水蒸氣和人體汗液蒸發(fā)，防火服織物系統(tǒng)內(nèi)外被大量水蒸汽包覆，織物系統(tǒng)含水率增加，防火服的濕舒適性會(huì)明顯降低。

陳萌等人的研究發(fā)現(xiàn)，防火服織物系統(tǒng)的水分能夠影響其熱防護(hù)性能，在低含水率（36%）條件下，織物系統(tǒng)的TPP值隨含水率的增大，先增后減，但數(shù)值均小于初始值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在含水率低于32%時(shí)，防火服織物系統(tǒng)的熱防護(hù)性能下降，含水率為26%時(shí)的織物系統(tǒng)熱防護(hù)性能最差，但實(shí)際火場環(huán)境的相對(duì)濕度可達(dá)50%，為降低織物系統(tǒng)的含水率，織物系統(tǒng)的面料組合選擇尤為重要。

二、具有熱濕舒適性能面料的選擇及組合的研究進(jìn)展

防火服外層作為防火服的第一道屏障，面料具有阻燃、耐高溫、炭化層結(jié)實(shí)和拒水的特點(diǎn)。目前可用作外層的織物材料為：芳綸1313、三防復(fù)合阻燃織物、芳砜綸、聚苯并咪唑（PBI）纖維等。何維探索了含芳砜綸纖維各層織物的舒適性，并測試了每層織物的透濕率和透氣率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同測試環(huán)境下，外層織物的透濕性和透氣性遠(yuǎn)低于舒適層，且外層織物透氣率最高的面料撕破強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)。但由于外層的主要功能為阻燃、拒水等，因此對(duì)外層面料的熱濕舒適性要求較低。

防水透氣性好的防水透氣層能夠在隔離外界水分子的同時(shí)使人體產(chǎn)生的汗液以水蒸氣分子的形式透出，降低織物系統(tǒng)的含水率以改善熱濕舒適性。蘇云等人對(duì)防水透氣層對(duì)熱濕舒適性的影響進(jìn)行探究，探究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在干、濕熱暴露狀態(tài)條件下，防水透氣層能夠明顯提升織物系統(tǒng)的熱防護(hù)性能。通過防火服防水透氣層有無的對(duì)照試驗(yàn)得出，在濕態(tài)熱暴露環(huán)境下，織物系統(tǒng)的熱防護(hù)性能與織物的透氣性、蒸汽滲透率呈負(fù)相關(guān)，與織物的厚度、面密度呈負(fù)相關(guān)。

隔熱層織物多采用由阻燃纖維制成的水刺或針刺非織造布，如芳綸1313、芳砜綸等;目前防火服隔熱層多采用針刺加工工藝，克重大、厚度較厚、孔徑少，因此針刺氈導(dǎo)濕性能不及水刺氈和氣凝膠型等新型隔熱層。賈亞楠通過對(duì)不同纖維成分的水刺氈隔熱層的力學(xué)性能、透氣性、隔熱性、熱防護(hù)性能的檢測，并于針刺氈隔熱層進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果得出隔熱層織物組中芳砜綸占比的增加，有效提升防火服的熱防護(hù)性能和熱濕舒適性能，但其力學(xué)性能變差。因?yàn)楦魺釋涌椢镙^厚，成為增加消防員負(fù)重的主要因素之一。

防火服的舒適層作為最貼近人體皮膚的織物層，要求其具有較高的舒適性、透氣性和熱防護(hù)性能。目前防火服相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的舒適層面料主要為阻燃棉，但由于棉纖維的吸濕量大，在含水率高時(shí)透氣性降低，加重消防員生理負(fù)擔(dān)。腈綸具有吸濕性差、質(zhì)輕、耐熱性好的特點(diǎn)，可采用腈綸與棉纖維混紡織物作為舒適層。李向紅等人采用不同種類的腈氯綸混紡紗作為舒適層面料，對(duì)其進(jìn)行縮水率、斷裂強(qiáng)度、阻燃性能的測試;實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，舒適層中腈氯綸含量增加時(shí)，縮水率減小，舒適性好，但熱穩(wěn)定性能下降，考慮采用復(fù)合或復(fù)合阻燃劑以增加其熱防護(hù)性能。

三、研究展望

防火服熱濕舒適性的影響因素復(fù)雜多樣，目前的研究主要集中于單層織物的質(zhì)量、透濕性、隔熱性能的研究，對(duì)于織物系統(tǒng)的整體研究還尚未成熟。結(jié)合消防員的實(shí)際需求，進(jìn)一步探索織物層間空氣層、含水率等因素對(duì)熱濕舒適性的影響，設(shè)計(jì)出輕便、隔熱透氣的優(yōu)質(zhì)防火服。

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