滅火防護服熱濕舒適性探討

消防員在工作中常常會面臨高溫、高濕的環(huán)境，因此，消防服的熱濕舒適性是一個重要指標。為提高消防服的熱濕舒適性，目前比較先進的技術方法包括選擇不同的纖維材料，改變纖維織物的結(jié)構、組織、厚度以及層合、復合方式等。 
　　消防員在滅火及救援過程中常常面臨高溫、高濕的環(huán)境，這主要是由于燃燒產(chǎn)生的熱量及大量使用水槍等因素所致。為保護消防員的人身安全，通常消防員都必須穿戴滅火防護服。然而，目前消防員的滅火防護服普遍存在熱濕舒適性較差的問題。 
　　國內(nèi)外相關的研究調(diào)查表明，許多消防員致傷的原因，除了顯而易見的高溫和火焰威脅，還有因消防服不能很好的導汗散熱，在人體皮膚和消防服之間呈現(xiàn)高溫高濕的微環(huán)境，使穿著者局部蓄熱嚴重且汗液無法排除，身體溫度急劇上升，出現(xiàn)熱抽筋、中暑昏厥、蒸汽燙傷等癥狀。圖1顯示了干熱、濕熱環(huán)境中人體的承受能力。 
　　如何提高消防服的耐高溫和隔熱防護性能，同時使消防服輕便并且防水透氣（能防止外部水、有害液體等接觸皮膚），使消防員在消防作業(yè)過程中活動靈便、不感到悶熱，實現(xiàn)隔熱、防水、透氣、輕便等各項性能指標的平衡，一直是個富有挑戰(zhàn)性的課題。為此，各國在消防服熱濕舒適性的檢測標準、技術探索、材料應用等方面都積極研究并取得一定成效。 
　　主流標準對消防服熱濕舒適性的要求 
　　 
　　消防服從外到里通常由4層不同面料組成，即外層、防水透氣層、隔熱層、舒適層(如圖2所示)。外層一般具有較好的物理機械性能，如拉伸、撕裂、耐磨等，市場上應用較廣泛的材料有Conex(對位芳綸，日本)，PBI(聚苯并咪唑纖維)，PBO(聚對苯撐苯并雙惡唑)，Nomex(對位芳綸，美國)，Kevlar(間位芳綸)，New Star(對位芳綸，中國)等永久阻燃性芳綸材料；防水透氣層由聚四氟乙烯膜(PTFE)貼合芳綸無紡或梭織基布組成，起到防水透氣的作用；隔熱層通常是由1~3層阻燃無紡纖維氈構成，可進一步提高服裝的熱防護性能；舒適層是最貼近皮膚的里層，通常采用薄型阻燃梭織布。 
　　不同地區(qū)和國家為提高消防服的熱濕舒適性，提出了不同的測試方法及性能的要求。下面簡單介紹中國(GA）、歐洲(EN)及美國(NFPA)消防服標準中對熱濕舒適性的評估方法及性能要求。 
　　中國公安行業(yè)標準GA10-2002《消防員滅火防護服》中要求測試消防服防水透氣層的透濕量，透濕量要不小于 5000g/(m2·24h)，測試方法參照 GB/T 1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法 杯式法》。歐洲標準BS EN 469-2005《消防隊員用防護服—消防服的性能要求》中要求測試消防服多層面料組合的濕阻，規(guī)定織物濕阻值小于30m2Pa/W，測試方法參照BS EN 31092-1994《紡織品生理性能評估 紡織品熱阻濕阻測量—穩(wěn)態(tài)發(fā)汗熱板法》。美國國家消防協(xié)會的NFPA 1971-2007《建筑火災及近火作戰(zhàn)防護裝備標準》要求測試消防服多層面料組合的總體熱散失量(THL)，THL值不小于205W/m2，測試方法參照ASTM F 1868-2002《紡織品熱阻濕阻測量-發(fā)汗熱板法》，采用發(fā)汗熱板測試系統(tǒng)，通過測試織物的熱阻和濕阻，計算出綜合熱/濕生理舒適性評價指標。 
　　從中國、歐洲和美國所制定的消防服標準中的熱濕舒適性要求來看，美國標準充分考慮了干/濕熱散失的情況，采用THL作為評價指標衡量多層面料組合的整體熱散失性能，能較綜合客觀地反映服裝整體舒適性；歐洲標準的測試方法及取樣和美國標準類似，但選取的評價指標有差異，如歐洲標準中選取濕阻值作為評判指標，美國標準中選取熱阻、濕阻綜合計算的整體熱散失量(THL)作為評判指標。發(fā)汗熱板評價方法的不足之處在于測試結(jié)果變異較大。中國標準采用的測試方法相對簡單，不能很好地模擬服裝與出汗皮膚接觸的狀態(tài)，取樣也僅限于防水透氣層，沒有整體選用多層面料的組合來進行綜合評價，但是中國標準中采用的方法對防水透氣層橫向比較有一定的參考意義，且測試結(jié)果相對比較穩(wěn)定。 
　　 
　　提高消防服熱濕舒適性的方法 
　　 
　　為提高消防服的熱濕舒適性，目前較先進的技術方法是通過選擇不同的纖維材料，改變纖維織物的結(jié)構、組織、厚度以及層合、復合方式等來提高消防服的熱濕舒適性。 
　　纖維原料的選擇和應用 
　　消防服的阻燃特性要求在很大程度上限制了纖維原料的選擇。目前在消防服上應用最廣的面料是芳綸類纖維。芳綸纖維屬于永久阻燃材料，并且有較好的機械性能，但吸濕導汗性能較差。阻燃粘膠纖維也是永久阻燃的纖維素纖維，其舒適性較芳綸纖維有極大的改善，然而力學性能較差。目前開發(fā)出的芳綸/阻燃粘膠纖維混紡面料應用在消防服舒適層上，使消防服的舒適性比純芳綸面料的有很大提高，防護性能也可以滿足各標準的要求。此外，消防服的舒適層材料采用Nomex（間位芳綸）長絲取代常規(guī)的短纖紗面料，也在一定程度上改善了面料的導濕性能和接觸舒適性。 
　　織物結(jié)構變化與多層織物復合 
　　為有效兼顧消防服的功能性和舒適性，通過改變織物的結(jié)構和組合可以起到一定效果，目前有3種技術常用于提高服裝熱濕舒適性。 
　　防水透氣膜與外層織物貼合復合。消防服的防水透氣層通常采用兩種貼合的方式，即PTFE(聚四氟乙烯)防水透氣膜貼合芳綸無紡基布和PTFE(聚四氟乙烯)貼合芳綸梭織基布。這兩種貼合方式可以兼顧液體滲漏防護性、阻燃性、耐用性和透氣性。 
　　采用三維立體復合結(jié)構，在織物層間引入靜止空氣，使消防服在輕便的前提下提高隔熱性能。如采用具有3D凹凸效果的芳綸無紡基布貼合防水透氣層的PTFE(聚四氟乙烯)膜，引入更多的靜止空氣，保證防水透氣性的同時，提高熱防護性能?；蛘卟捎?D凹凸結(jié)構的纖維氈，增加服裝層間靜止空氣的含量，在使用輕型隔熱層的基礎上，能有效提高消防服的熱防護值(TPP)和熱散失值(THL)，也就是靜止空氣隔熱鑲條專利技術。美國防護面料生產(chǎn)商根據(jù)這個原理推出Quantum3DTM隔熱層(如圖3所示)面料，來提高消防服的舒適性。 
　　還有通過在消防服襯里加上芳綸導濕網(wǎng)面，以此來改善消防服的熱濕舒適性。服裝內(nèi)層加導濕網(wǎng)面的設計如圖4所示。 
　　服裝結(jié)構設計 
　　消防服的通透性可以借助服裝結(jié)構的設計來實現(xiàn)，即通過服裝松量來體現(xiàn)(包括運動舒適量、生理舒適量、造型舒適量等)。服裝有足夠的松量，一方面可以保證消防員有足夠的活動便利性，另一方面使服裝具有一定的通透性。通過織物割口法可以測得服裝各個部位所需的最小放松量。實現(xiàn)服裝通透性的另一個有效的途徑是在服裝上加外設，如在消防服上添加通風系統(tǒng)的專利技術(如圖5所示)。 
　　 
　　消防服熱濕舒適性的評估趨勢 
　　 
　　隨著技術的發(fā)展及“以人為本”理念的推行，消防服熱濕舒適性的評估方法也在不斷完善，消防服熱濕舒適性的評價將包括客觀和主觀兩類。 
　　客觀評價方法分為暖體假人評價方法和生理學評價方法兩個方向。暖體假人評價方法主要有干性暖體假人、出汗暖體假人、可浸水暖體假人3種。生理學評價方法主要是用溫濕度傳感器測試消防服裝內(nèi)微小氣候的溫、濕度變化，利用多個生理指標測試儀測量被試者的生理學指標如新陳代謝、體核溫度、平均皮膚溫度、心率、出汗量、體表面積等的情況。此外，也可以采用致冷型紅外熱像儀拍攝緊貼皮膚表面的溫度場圖像，分析和評估消防服裝的熱濕舒適性能。 
　　主觀評價方法主要是通過問卷調(diào)查評級、人體實際穿著等方式評價消防服裝的熱濕舒適性能。主觀感受對熱濕的評價包括：冷、暖、涼爽、熱、悶、濕、潮、黏、爽、不吸汗、汗流淌感、滑膩等；分級評價則分3級、5級或7級等(主觀敏感程度越高，相應的評級越高)?；蛘卟捎萌斯夂蚴夷M恒溫、高低溫、恒定濕熱及交變濕熱等特殊環(huán)境，來評價不同環(huán)境下消防服裝的熱濕舒適性。 
　　消防服裝熱濕舒適性的主觀評價和客觀評價有很大的差異，各有優(yōu)劣。國內(nèi)的研究方向主要傾向于服裝面料性能的物理評價；生理、心理方面的研究較少。通常主觀和客觀的評價方法相結(jié)合能比較全面的反應消防服裝的熱濕舒適性能。 
　　編輯 鄭 君