消防服防護性能研究進展

盧依晨，劉 茜，黃信哲，王樂樂

（上海工程技術大學 紡織服裝學院，上海 201620）

1 消防服的4層織物系統

常用新型消防服具有4層結構，從外到內分別為防火表層、防水透氣層、隔熱層和阻燃舒適層[1]。在高溫環境中，消防服的熱防護性能、舒適性對于保護消防員生命安全來說極為重要。熱防護性能包含阻燃防火、隔熱和耐熱性能，舒適性則包括防水透氣和整體結構的協調性能，除此之外，還包括防毒防腐蝕性能、可見性能等[2]。

1.1 防火表層

防火表層是保護消防員安全的第一層保障，通常使用阻燃性良好的纖維或耐高溫纖維面料來制作消防服外層。防火表層在火場中直接與火源和水接觸，為保障消防員不被熱焰所傷或被淋濕，消防服應具備一定的阻燃和拒水性能。防火表層還需具備良好的撕破強力、斷裂強力、透氣透濕和保溫性能，以便消防員進行大幅度的作業[3]。

1.2 防水透氣層

防水透氣層作為消防服的第二層保障，需具備良好的防水、透濕透氣和熱穩定性能，通常以減小蒸汽滲透和增加織物厚度的方法來提高織物系統整體的熱防護性能[4]。防水透氣層將蒸汽和液體化學物質阻隔在外，同時使熱氣與汗液迅速排出，以提高消防服的舒適性[5]。

1.3 隔熱層

隔熱層是消防服的第三層織物，通常選用透濕透氣性能、保溫性能良好的材料來織造。隔熱材料疏松、多孔的特點使織造而成的織物擁有良好的隔熱保暖功能[6]，使消防員在特殊環境中能夠保持一定的體溫，防止高溫造成的輻射熱灼傷消防員[7]。

1.4 阻燃舒適層

阻燃舒適層作為消防服的最里層，應具備良好的阻燃性能、熱穩定性能、透濕透氣性能和舒適性能。里層的舒適性需要優于一般服裝，如阻燃棉、阻燃黏膠或經過舒適性處理后的阻燃纖維來織造舒適層，以保障消防員的作業效率。

2 消防服的傳統性能

消防服的傳統性能包括阻燃隔熱、防水透氣、防毒防腐蝕、可視性、力學和整體結構的協調性能。消防員在火場長時間作業后，悶熱感、高濕和黏膩都是威脅生命安全的因素，而消防服正是解決這些問題的重要裝備。

2.1 阻燃隔熱

阻燃隔熱材料應具有永久的阻燃性。在火場中，高溫會產生高強度的輻射熱，消防服可避免消防員被灼傷。常用阻燃隔熱材料有二氧化硅氣凝膠、芳綸纖維、芳砜綸纖維等。

氣凝膠是固體材料中密度最小、導熱系數最低、孔隙率極高的材料，具有良好的隔熱性能。某學者研究發現，將二氧化硅氣凝膠與微膠囊相變材料、水性聚氨酯樹脂相結合，能夠研制出一種高性能的新型隔熱薄膜，將其與傳統熱防護面料進行結合后制成的新型熱防護織物系統，可以取代傳統的防水透氣層和隔熱層。

芳綸1313是一種聚酰胺纖維，耐高溫性能良好，在220 ℃高溫下可以長期使用。某學者研究發現，在芳綸1313面料上涂層鋁膠，熱防護性能和阻燃性能均能提高。利用芳綸1313制成的服裝擁有耐高溫、抗撕裂、阻燃等特性，可有效減少爆燃的危害。

芳砜綸纖維具有良好的耐熱性和一定的導濕性能，晶粒細小，纖維手感柔軟，在高達250 ℃的環境中仍可長期使用。某學者以芳砜綸和芳綸1313織物作為防火表層，以芳砜綸、芳綸混紡覆膜非織造布作為防水透氣層，以芳砜綸和阻燃黏膠混紡作為阻燃舒適層，將三者組合，使消防服具有良好的熱穩定性能和舒適性能。利用芳砜綸纖維制成的新型阻燃隔熱面料，能抵御瞬時高溫火焰造成的傷害。

2.2 防水透氣

消防服需要具備優良的防水透氣性能。在高溫條件下進行消防作業時，滅火會產生大量水蒸汽導致消防員燙傷。若水進入消防服內部，則會加重消防員行動的負擔，增加作業難度。復合選擇性膜的阻燃布可以在防水的同時，又能使水蒸汽分子通過，且耐高溫性能良好。除此之外，某學者設計了一套具有通風口的服裝。關閉通風口可以防止高溫接觸人體；開啟通風口可以加快人體散熱，提高消防服的舒適性。

2.3 防毒、防腐蝕

消防服必須具備良好的防毒、防腐蝕性能和一定的耐化學溶劑性能。火場內可能含有大量的腐蝕性、有毒氣體或液體，如一氧化碳、氯氣、氨氣、氯化氫、二氧化硫、液化石油氣等，這些有害氣體會直接威脅消防員的生命安全。

2.4 可視性能

消防服需要具備一定的可視性能。大量的煙霧或夜間作業會使消防員難以互相辨認身份。除自然光和消防頭盔的照明光外，還需在消防服上添加具有強反光性能的標志，以提高消防作業時人員調度的便捷程度。江蘇奧神新材料股份有限公司首創的原液著色聚酰亞胺纖維，色牢度高、阻燃性好，能夠在高溫環境中保持一定的可視性。

2.5 力學性能

消防服需要具備良好的力學性能。消防員作業時，可能會發生碰撞障礙物等情況，可以在消防服的肩、胸、肘、襠、膝等受力大、易受傷的部位進行結構的加強，如在肩部增加墊肩，肘部、膝部采用加縫雙層消防材料等。強韌度高的消防服可以避免銳利物體的沖擊或碰撞，保障消防員的生命安全。

2.6 協調性能

消防服還需要具備良好的整體結構的協調性能。消防員在進行消防作業時，活動范圍廣且動作幅度大。一件具備良好整體結構的協調性能的消防服，寬松、質量輕、穿著舒適的特點可以減輕消防人員的行動負擔，提高搶險救援的效率。

3 消防服新增功能

當今社會的火災現場復雜多樣，在高危環境中，消防人員除了面臨高溫燙傷、火焰灼傷的危險，還可能會因爆炸、靜電點火源、有毒氣體、體力耗盡、脫水等影響生命安全。隨著消防服的發展，選用的材料從一般耐高溫纖維向新型材料發展。除此之外，在電子信息技術和智能服裝技術的發展背景下，研究人員創新研發了具有新功能的智能消防服。

3.1 抗靜電

有害靜電不僅會影響消防服穿著的舒適性，還會成為火源點，會點燃易爆物，危害消防員的生命安全。利用抗靜電纖維織造消防服，能有效消除有害靜電，提高消防服的舒適性，為消防員提供安全保障。

某學者發現，間位芳綸基導電纖維具有良好的阻燃、導電和力學性能，可以增強消防服的抗靜電性能。北京賽歐蘭阻燃纖維有限公司研發出的高性能新型硅-氮系阻燃再生纖維素纖維新三防面料，具備良好的阻燃防火性能、防電弧、抗靜電性能。

3.2 測氣體濃度

在火場中，有害氣體隨時可能威脅消防員的生命安全，實時監測氣體濃度可以對消防員和指揮車進行提前預警。某學者設計了一種可實時監測二氧化碳濃度、溫度、生理狀態等信息并傳遞的體征監測系統。系統獲取傳感器的信息后，會對消防員的生理狀態進行評估并預警危險。

3.3 定位

消防員在火場的濃煙中或是在作業面積廣的情況下，身份識別至關重要。通常以攜帶對講機、添加反光條或智能定位的方式來識別消防員的身份。某學者提出將國內的在編消防人員信息錄進系統，利用衛星定位系統對消防人員進行精準定位。通過將全球定位系統（Global Positioning System，GPS）和氣壓傳感器作為定位模塊進行實驗后發現，對比單一的GPS定位系統，其定位誤差極小且精確度更高。

3.4 體能預警

由于火場內的有毒氣體和高溫會危害消防員的生命安全，準確地監測消防員生理狀況和周圍的環境信息并進行體能預警，可以在極大范圍內為消防員增加思考方案或撤退的時間。

某研究人員設計了一種智能體能預警系統。采集消防員生理狀況的信息并無線傳輸給顯示終端，當環境的不利因素出現時或消防員生理出現異常時，要及時作出預警。有學者設計了一種加入電極的消防衫，能夠實時監測消防員的生命狀況，減少消防員因心臟、中風等情況。還有學者設計了一種嵌入式的信息監測系統，運用嵌入式最小的硬件系統，通過心率、氣體煙霧、數字溫度傳感器可以準確判斷火災的情況和預警消防人員的生理極限。

3.5 液冷主動降溫

在火場高溫環境中，具有液冷主動降溫功能的消防服能夠緩解消防員作業時自身產生的熱積蓄，可有效提高消防員作業的舒適程度。有學者研究發現，當消防服內層縫著連接外置水源的塑料管道時，可以有效緩解人體在高溫環境下的熱壓。還有學者設計了一種具有液冷主動降溫作用的消防服。消防服內層結合液冷降溫背心，服裝材料使用芳綸1313纖維，換熱管路呈U型排列多管路循環，可有效緩解消防員在高溫環境中的不適。

3.6 視頻免提通話系統

消防員在搶險救災時，若遇到意外和急需與指揮員確認情況時，對講機常常無法接收準確的畫面信息。現有的HLS-XF08型智能消防頭盔解決了這一問題。頭盔中含有紅外成像模塊和報警模塊，可以采集紅外視頻，實時監測火場溫度、可燃氣體濃度、有毒氣體濃度等信息，并傳輸到顯示裝置與子處理器中，報警模塊會對有害氣體濃度值的限度進行預警。通過頭盔中的免提通話系統進行收發數據，為消防人員提供更好的作業空間。

4 總結與展望

消防服作為保障消防員生命安全的重要保障，阻燃隔熱、防水透氣、防毒防腐蝕的性能一定要保證良好。但這些功能屬于消防服的傳統性能，遠遠不能滿足當代社會搶險救援的要求。在電子信息技術和智能服裝技術的發展背景下，研究人員創新研發了具有新功能的消防服，如具備消除靜電點火源、監測溫濕度、監測氣體濃度、監測生理狀況、精準定位、體能預警、液冷主動降溫、視頻免提通話系統等功能的新型消防服。這些新型智能消防服將進一步保障消防員的生命安全，隨著復雜作業需求的增加，消防服的智能化成為必然趨勢。