淺議舒適性個體安全防護面料的研發(fā)方向

蘇利濤 林 娜 劉 琳 李 麗 趙 雷

（陜西省紡織科學研究院，陜西西安，710038）

隨著社會的發(fā)展及生活水平的提高，我國社會的主要矛盾已經(jīng)發(fā)生了轉化，人們對美好生活的向往促使對個體防護面料有更高的要求，個體防護面料的研發(fā)朝著防護、舒適、時尚及環(huán)保的方向發(fā)展，不僅要具備理想的防護性能，還要盡可能滿足穿著者對舒適性［1］的要求，同時結合當下時尚和環(huán)保的聚焦熱點，將個體安全防護面料的專業(yè)化和人性化做到極致。對于個體安全防護服裝而言，除必須具備的安全防護功能外，舒適性也非常重要，它是著裝者對所穿防護服裝的綜合體驗，包括心理和生理上的。影響舒適性的因素［2］包括生理因素、心理因素和環(huán)境因素。

舒適性的評價指標［3］包括熱濕傳遞，透氣透濕，吸濕速干指標等，具體涉及到濕阻、熱阻、透氣率和透濕量等，除了客觀的評價指標外，舒適性還與環(huán)境溫濕度有關，服裝穿著最舒服的環(huán)境是:人體皮膚與衣服內(nèi)層之間空氣的溫濕度處于一個適宜的范圍，即空氣溫度（32±1）℃、相對濕度（50±10）%，越靠近這個溫濕度范圍人體感覺越舒適。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國外對個體防護面料舒適性的研究較早，技術及檢測設施較國內(nèi)相對成熟，對舒適性的研究重視程度高，而國內(nèi)個體防護面料在研發(fā)和應用方面更多的強調(diào)功能性指標，但在舒適性上沒有引起足夠的重視，主要體現(xiàn)在:標準中較多重視防護性能（功能性及耐久性），對舒適性考慮較少［4］，比如消防服的熱氣傷害、電工熱傷害、警用執(zhí)勤服等；材料輕質(zhì)化與功能化的矛盾，即材料質(zhì)量減輕，其防護功能沒有提升；個體防護面料舒適性的評價較為復雜，產(chǎn)品開發(fā)難度大，主要是影響舒適性的因素太多［5］，有心理的，有生理的，有環(huán)境的，有客觀的可以量化的，有主觀的不能量化的；標準南北通用，沒有考慮地域氣候條件，標準沒有細化，如南方濕熱北方寒冷，符合不同地域特點的產(chǎn)品開發(fā)受到影響等。

2 個體安全防護面料舒適性研究

2.1 研究基礎

舒適性的研究是基于材料的結構設計和人體工學的基礎之上的，分為熱濕舒適性、接觸舒適性和運動舒適性。這三者相互區(qū)別，又相互聯(lián)系。熱濕舒適性［6］主要是指穿戴的材料可以在一定程度上維持人體與外界環(huán)境之間的濕熱交換量，從而保證人體體溫［7］穩(wěn)定，使能量交換達到平衡狀態(tài)，保持一定的舒適感，達到人體不熱也不冷，不潮濕且透氣的舒適滿意程度。接觸舒適性［8］主要是指材料接觸皮膚時，不會因為材料的粗糙度、柔軟度等使皮膚產(chǎn)生刺痛、瘙癢［9］的感覺。運動舒適性主要與人體運動時材料變形產(chǎn)生的壓力有關，織物的結構、質(zhì)量、彈性、活動受限感和寬松度等都與舒適性密切相關。

2.2 研究方法

原材料上采用纖維剛性降低的細特纖維以減少對皮膚的刺激，提升接觸舒適性；采用回潮率高的、具有較好舒適性的纖維；采用彈性纖維增強運動的舒適性和靈活性；通過紡紗工藝減少毛羽數(shù)量和毛羽長度，降低毛羽的剛性，增強舒適性能的同時改善面料的起毛起球性能?？椢锝M織結構設計過程中，通過空氣層結構提高熱濕舒適性，貼身一面采用舒適性的材料。后整理方面，通過吸濕排汗整理、柔軟整理、軋光整理等來提升服用舒適性，同時提升外觀品質(zhì)。

總之，研發(fā)方法注重系統(tǒng)化，形成追蹤溯源。面料研制與原料選擇、紡紗方式選擇、織物設計、后整理工藝、服裝設計相結合，制成服裝后研發(fā)人員采用試穿的方式，根據(jù)試穿結果優(yōu)化材料成分比例及組織結構；同時對終端用戶進行追蹤，形成數(shù)據(jù)化的支撐材料，提升技術水平，最終提高面料的服用舒適性。

2.3 設計理念

2.3.1 熱濕舒適性

2.3.1.1 空氣層面料

空氣層織物具有微氣候效應，更有助于熱濕［10］的傳導，貼近皮膚的一面選用吸濕性［11］較好的材料。設計過程中主要考慮空氣層結構設計及吸濕性材料的選擇，主要用于冶金、消防等領域，通過空氣層結構也可以達到外層隔熱里層舒適的效果，里層采用舒適性的紗線經(jīng)緯交織而成，與皮膚直接接觸提升接觸舒適性；一款新型消防面料在設計上也考慮到了這個因素，通過組織結構設計和原料的選擇提升熱濕舒適性［12］。同單位面積質(zhì)量的消防用面料，雙層結構面料的熱防護性能較單層結構提高13%，撕破強力（緯向）提高80%，透氣率提高320%，舒適性提升效果顯著。

2.3.1.2 防水透濕面料

防水透濕面料是指水在一定壓力下不會浸入織物，然而人體散發(fā)的汗液卻能以水蒸氣的形式通過面料傳導到外界，避免了汗液積聚冷凝在體表與織物之間，保持服裝的舒適性，它是一種技術含量高、獨具特色的功能性織物。防水透濕面料的主要功能有:防水，透濕，透氣，絕緣，防風，保暖。對于消防防水透氣層材料，由高分子防水透氣材料加上功能防護織物復合而成。對比國標、美標和歐標關于舒適性的測試方法，美標和歐標中對舒適性提出了要求，具體反映在濕阻這個指標上。濕阻是紡織品處于穩(wěn)定的水蒸氣壓力梯度的條件下，通過一定面積的蒸發(fā)熱流量，是試樣兩面的水蒸氣壓力差與垂直通過試樣的單位面積蒸發(fā)熱流量之比。當人體感受潮、熱時，人體皮膚就會分泌汗液從而帶走人體熱量，采用平板法和熱板法測試材料的濕阻也能模擬不同的穿著或不同的環(huán)境下所產(chǎn)生的狀態(tài)。

國標GA 10—2014《消防員滅火防護服》主要對防水透氣層提出了透濕量的指標要求，采用透濕杯法測試，指標要求大于等于 5 000 g/（m2·d）。目前市場上的產(chǎn)品有低透的也有高透的，高透的可以達到 15 000 g/（m2·d）～20 000 g/（m2·d），透濕量的多少與透濕膜的材料及其工藝有關，在設計中應根據(jù)具體需要進行優(yōu)選。如高寒地區(qū)消防服防水透氣層面料在一定壓力條件下水分子易透過外層進入防水透氣層，造成防水透氣層浸濕質(zhì)量增加，在寒冷條件下引起服裝內(nèi)部結冰，消防作業(yè)人員穿著后易產(chǎn)生凍傷危害，同時增加了消防人員的身體負擔和心里負擔。研發(fā)生產(chǎn)中可通過降低濕重的方法達到降低凍傷危害的目的，可也通過防油拒水后整理技術解決濕重的問題，從而降低傷害，提升舒適性。

2.3.2 接觸舒適性

2.3.2.1 吸濕速干面料

吸濕速干面料有兩類，一類是將具有異形截面的吸濕速干纖維應用于個體防護面料，可以快速將汗液吸收并傳導至織物外表面快速揮發(fā)，使身體保持干爽舒適的狀態(tài)。另一類是通過吸濕排汗后整理技術使織物具有吸濕速干功能，可應用于電力、警用、石化等領域。這兩種方法現(xiàn)在均有應用，前者屬于本質(zhì)的永久的吸濕速干面料，不會受到洗滌次數(shù)的影響；后者通過吸濕排汗后整理賦予材料功能性，可以做為一種附加功能作用于原材料，受洗滌次數(shù)的影響較大。選用哪一類方法還要根據(jù)具體產(chǎn)品的特點及客戶的需要制定。

應用于電力行業(yè)的750 kV的高壓靜電防護面料，用導電材料與紡織纖維混紡交織制成，由該面料制成的服裝能有效防護電位作業(yè)人員免受高壓電場及電磁波的影響。

將吸濕速干纖維與導電纖維混紡織造可提高材料的舒適性。其中的導電纖維多采用金屬纖維，由于金屬纖維含量高，考慮到金屬纖維無回潮、不吸濕的缺點，在材料中加入吸濕速干纖維材料，可以通過增加濕度來改善面料的手感。舒適型的750 k V高壓靜電防護面料不僅符合GB/T 18136—2008《交流高壓靜電防護服裝及試驗方法》要求，同時滿足機織物的吸濕速干標準要求。

對于夏季輕薄的阻燃警用面料，原材料采用本質(zhì)阻燃的纖維，通過吸濕排汗后整理賦予材料新的功能，產(chǎn)品既能滿足阻燃面料GB 8965.1—2009《防護服裝阻燃防護第1部分:阻燃服》A級要求，又能滿足吸濕排汗標準要求。

2.3.2.2 舒適性的阻燃材料

阻燃性防護服可應用于軍警、石化、電力、消防等領域，由舒適性的阻燃材料即舒適性的纖維原料與高性能纖維混紡制成，高性能纖維賦予材料某種功能性，比如高強高模、阻燃等。在軍用方面，應用于軍用迷彩的面料，采用雙面組織制成，其中貼皮膚的一面采用舒適性的材料；在警用方面，針對某地區(qū)氣候太熱的問題，采用舒適性的纖維素纖維開發(fā)薄款的特種警服面料；在石化領域，舒適性纖維與功能型纖維混紡制成的材料提升了舒適性能。這三種材料均使用纖維素纖維提升了接觸舒適性。

2.3.3 運動舒適性

2.3.3.1 質(zhì)輕高效面料

質(zhì)量減輕，防護性能提升，在很大程度上提升了服用舒適性。主要應用于電力、消防等領域。應用于電力行業(yè)的防電弧服分四個等級，如何在不降低防電弧性能的條件下盡量減輕質(zhì)量，是技術研發(fā)的核心。

DL/T 320—2010《個人電弧防護用品通用技術要求》［13］中規(guī)定了防電弧指標和面料單位面積質(zhì)量范圍。其中一級的面料單位面積質(zhì)量范 圍 150 g/m2～200 g/m2，二級的為 200 g/m2～290 g/m2。陜西某公司開發(fā)的一款防電弧面料，面料單位面積質(zhì)量在一級范圍，ATPV達到了二級的要求；市場上還有一款防電弧面料，面料單位面積質(zhì)量為一級的最低臨界值，電弧熱防護性能及破裂閾值滿足一級要求，同時其雙層組合材料取代了原三層組合的面料，達到了防電弧三級的要求。

2.3.3.2 彈性材料

彈性材料應用于個體防護面料，包括阻燃耐高溫面料、防割面料等，在不影響防護功能的條件下，增強著裝者運動的靈活性，提高工作效率，主要應用于警用、消防等領域。個體防護面料可通過加入彈性材料來提高美觀（抗皺）舒適性。利用功能彈力紗線及將功能性針織彈力面料與梭織面料結合的方法都可以作為重點的研發(fā)方向，彈力布可以分為四面彈及緯彈面料，在警用服裝用面料方面，在原有材料的基礎上，可以采用彈性纖維提高運動的靈活性，增強舒適性，提高作戰(zhàn)效率。彈力面料中可加入氨綸彈力絲，采用低彈的緯向包芯紗方式實現(xiàn)。

3 未來展望和研發(fā)方向

個體防護面料作為從業(yè)人員為防御物理、化學、機械等外界因素所穿戴、配備和應用的紡織品，涉及應用范圍廣，領域多，主要應用于熱防護、阻燃、機械防護、化學防護、電防護、醫(yī)療健康防護等方向。對于個體防護面料的市場需求，國外和國內(nèi)需求量都呈現(xiàn)增長的態(tài)勢。

個體安全防護面料在未來應注重以下研發(fā)方向:公共安全應急產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及“軍民融合”戰(zhàn)略的實施將推動個體防護面料的市場需求；高性能纖維與新型纖維材料的發(fā)展加速了舒適性防護面料的開發(fā)；舒適性與健康環(huán)保有效結合形成環(huán)保舒適型個體防護面料，如阻燃舒適性纖維與長效環(huán)保型阻燃纖維及綠色環(huán)保型阻燃纖維的研發(fā)提升了舒適性；個體防護面料與智能技術，智能穿戴技術相結合提升材料的舒適性。

總之，結合熱濕舒適性、接觸舒適性及運動舒適性的理念及設計思路，從原材料、紡紗方式、組織結構設計、后整理及服裝設計等方式入手最終可以提升個體安全防護面料的舒適性能。