灭火防护服热湿舒适性探讨

消防员在工作中常常会面临高温、高湿的环境，因此，消防服的热湿舒适性是一个重要指标。为提高消防服的热湿舒适性，目前比较先进的技术方法包括选择不同的纤维材料，改变纤维织物的结构、组织、厚度以及层合、复合方式等。 
　　消防员在灭火及救援过程中常常面临高温、高湿的环境，这主要是由于燃烧产生的热量及大量使用水枪等因素所致。为保护消防员的人身安全，通常消防员都必须穿戴灭火防护服。然而，目前消防员的灭火防护服普遍存在热湿舒适性较差的问题。 
　　国内外相关的研究调查表明，许多消防员致伤的原因，除了显而易见的高温和火焰威胁，还有因消防服不能很好的导汗散热，在人体皮肤和消防服之间呈现高温高湿的微环境，使穿着者局部蓄热严重且汗液无法排除，身体温度急剧上升，出现热抽筋、中暑昏厥、蒸汽烫伤等症状。图1显示了干热、湿热环境中人体的承受能力。 
　　如何提高消防服的耐高温和隔热防护性能，同时使消防服轻便并且防水透气（能防止外部水、有害液体等接触皮肤），使消防员在消防作业过程中活动灵便、不感到闷热，实现隔热、防水、透气、轻便等各项性能指标的平衡，一直是个富有挑战性的课题。为此，各国在消防服热湿舒适性的检测标准、技术探索、材料应用等方面都积极研究并取得一定成效。 
　　主流标准对消防服热湿舒适性的要求 
　　 
　　消防服从外到里通常由4层不同面料组成，即外层、防水透气层、隔热层、舒适层(如图2所示)。外层一般具有较好的物理机械性能，如拉伸、撕裂、耐磨等，市场上应用较广泛的材料有Conex(对位芳纶，日本)，PBI(聚苯并咪唑纤维)，PBO(聚对苯撑苯并双恶唑)，Nomex(对位芳纶，美国)，Kevlar(间位芳纶)，New Star(对位芳纶，中国)等永久阻燃性芳纶材料；防水透气层由聚四氟乙烯膜(PTFE)贴合芳纶无纺或梭织基布组成，起到防水透气的作用；隔热层通常是由1~3层阻燃无纺纤维毡构成，可进一步提高服装的热防护性能；舒适层是最贴近皮肤的里层，通常采用薄型阻燃梭织布。 
　　不同地区和国家为提高消防服的热湿舒适性，提出了不同的测试方法及性能的要求。下面简单介绍中国(GA）、欧洲(EN)及美国(NFPA)消防服标准中对热湿舒适性的评估方法及性能要求。 
　　中国公安行业标准GA10-2002《消防员灭火防护服》中要求测试消防服防水透气层的透湿量，透湿量要不小于 5000g/(m2·24h)，测试方法参照 GB/T 1037-1988《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法 杯式法》。欧洲标准BS EN 469-2005《消防队员用防护服—消防服的性能要求》中要求测试消防服多层面料组合的湿阻，规定织物湿阻值小于30m2Pa/W，测试方法参照BS EN 31092-1994《纺织品生理性能评估 纺织品热阻湿阻测量—稳态发汗热板法》。美国国家消防协会的NFPA 1971-2007《建筑火灾及近火作战防护装备标准》要求测试消防服多层面料组合的总体热散失量(THL)，THL值不小于205W/m2，测试方法参照ASTM F 1868-2002《纺织品热阻湿阻测量-发汗热板法》，采用发汗热板测试系统，通过测试织物的热阻和湿阻，计算出综合热/湿生理舒适性评价指标。 
　　从中国、欧洲和美国所制定的消防服标准中的热湿舒适性要求来看，美国标准充分考虑了干/湿热散失的情况，采用THL作为评价指标衡量多层面料组合的整体热散失性能，能较综合客观地反映服装整体舒适性；欧洲标准的测试方法及取样和美国标准类似，但选取的评价指标有差异，如欧洲标准中选取湿阻值作为评判指标，美国标准中选取热阻、湿阻综合计算的整体热散失量(THL)作为评判指标。发汗热板评价方法的不足之处在于测试结果变异较大。中国标准采用的测试方法相对简单，不能很好地模拟服装与出汗皮肤接触的状态，取样也仅限于防水透气层，没有整体选用多层面料的组合来进行综合评价，但是中国标准中采用的方法对防水透气层横向比较有一定的参考意义，且测试结果相对比较稳定。 
　　 
　　提高消防服热湿舒适性的方法 
　　 
　　为提高消防服的热湿舒适性，目前较先进的技术方法是通过选择不同的纤维材料，改变纤维织物的结构、组织、厚度以及层合、复合方式等来提高消防服的热湿舒适性。 
　　纤维原料的选择和应用 
　　消防服的阻燃特性要求在很大程度上限制了纤维原料的选择。目前在消防服上应用最广的面料是芳纶类纤维。芳纶纤维属于永久阻燃材料，并且有较好的机械性能，但吸湿导汗性能较差。阻燃粘胶纤维也是永久阻燃的纤维素纤维，其舒适性较芳纶纤维有极大的改善，然而力学性能较差。目前开发出的芳纶/阻燃粘胶纤维混纺面料应用在消防服舒适层上，使消防服的舒适性比纯芳纶面料的有很大提高，防护性能也可以满足各标准的要求。此外，消防服的舒适层材料采用Nomex（间位芳纶）长丝取代常规的短纤纱面料，也在一定程度上改善了面料的导湿性能和接触舒适性。 
　　织物结构变化与多层织物复合 
　　为有效兼顾消防服的功能性和舒适性，通过改变织物的结构和组合可以起到一定效果，目前有3种技术常用于提高服装热湿舒适性。 
　　防水透气膜与外层织物贴合复合。消防服的防水透气层通常采用两种贴合的方式，即PTFE(聚四氟乙烯)防水透气膜贴合芳纶无纺基布和PTFE(聚四氟乙烯)贴合芳纶梭织基布。这两种贴合方式可以兼顾液体渗漏防护性、阻燃性、耐用性和透气性。 
　　采用三维立体复合结构，在织物层间引入静止空气，使消防服在轻便的前提下提高隔热性能。如采用具有3D凹凸效果的芳纶无纺基布贴合防水透气层的PTFE(聚四氟乙烯)膜，引入更多的静止空气，保证防水透气性的同时，提高热防护性能。或者采用3D凹凸结构的纤维毡，增加服装层间静止空气的含量，在使用轻型隔热层的基础上，能有效提高消防服的热防护值(TPP)和热散失值(THL)，也就是静止空气隔热镶条专利技术。美国防护面料生产商根据这个原理推出Quantum3DTM隔热层(如图3所示)面料，来提高消防服的舒适性。 
　　还有通过在消防服衬里加上芳纶导湿网面，以此来改善消防服的热湿舒适性。服装内层加导湿网面的设计如图4所示。 
　　服装结构设计 
　　消防服的通透性可以借助服装结构的设计来实现，即通过服装松量来体现(包括运动舒适量、生理舒适量、造型舒适量等)。服装有足够的松量，一方面可以保证消防员有足够的活动便利性，另一方面使服装具有一定的通透性。通过织物割口法可以测得服装各个部位所需的最小放松量。实现服装通透性的另一个有效的途径是在服装上加外设，如在消防服上添加通风系统的专利技术(如图5所示)。 
　　 
　　消防服热湿舒适性的评估趋势 
　　 
　　随着技术的发展及“以人为本”理念的推行，消防服热湿舒适性的评估方法也在不断完善，消防服热湿舒适性的评价将包括客观和主观两类。 
　　客观评价方法分为暖体假人评价方法和生理学评价方法两个方向。暖体假人评价方法主要有干性暖体假人、出汗暖体假人、可浸水暖体假人3种。生理学评价方法主要是用温湿度传感器测试消防服装内微小气候的温、湿度变化，利用多个生理指标测试仪测量被试者的生理学指标如新陈代谢、体核温度、平均皮肤温度、心率、出汗量、体表面积等的情况。此外，也可以采用致冷型红外热像仪拍摄紧贴皮肤表面的温度场图像，分析和评估消防服装的热湿舒适性能。 
　　主观评价方法主要是通过问卷调查评级、人体实际穿着等方式评价消防服装的热湿舒适性能。主观感受对热湿的评价包括：冷、暖、凉爽、热、闷、湿、潮、黏、爽、不吸汗、汗流淌感、滑腻等；分级评价则分3级、5级或7级等(主观敏感程度越高，相应的评级越高)。或者采用人工气候室模拟恒温、高低温、恒定湿热及交变湿热等特殊环境，来评价不同环境下消防服装的热湿舒适性。 
　　消防服装热湿舒适性的主观评价和客观评价有很大的差异，各有优劣。国内的研究方向主要倾向于服装面料性能的物理评价；生理、心理方面的研究较少。通常主观和客观的评价方法相结合能比较全面的反应消防服装的热湿舒适性能。 
　　编辑 郑 君