多层消防灭火防护服的研究进展_方淑娟.pdf

应用技术Technical Textiles产业用纺织品63纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1多层消防灭火防护服的研究进展文|方淑娟林惠婷Research Progress in Multi-layer Firefighting Protective ClothingAbstract:Nowadays,the fire hazards in China are still severe.In order to develop more comfortable firefighting suits with more comprehensive functions,the paper introduces the classification of firefighting suits based on the existing research results.Then,the structure,safety and comfort properties of the most used firefighting protective clothing were elaborated.Finally,from the perspective of functionality,performance test methods and protective clothing scrap disposal,the paper analyzes the existing deficiencies of firefighting protective clothing and looks forward to its development trend.Key words:multi-layer firefighting protective clothing;safety;comfort;structure摘要：现今，我国火灾形势依然不容乐观，为进一步研制出功能更全面、穿着更舒适的消防服，基于现有的研究成果，文章简要介绍了消防服的分类，并对应用最多的消防灭火防护服的结构组成和安全性、舒适性进行了重点阐述，最后从功能性、性能测试方法和灭火服的报废 3 个方面分析目前消防灭火防护服的不足之处，并提出其未来的发展趋势。关键词：多层消防灭火防护服；安全性；舒适性；结构组成中图分类号：TS106 文献标志码：A标准为GA 10 2014消防员灭火防护服；消防隔热服是消防员在接近高温区域进行消防时穿着的防护服，现行标准为GA 634 2015消防员隔热防护服；消防避火服能抵御1 000 火焰，用于消防员短时进入火区救援穿用，但其缺失应用标准，价格昂贵，在我国实际应用较少；消防指挥服是指挥员在指挥消防作战时穿着的具有一定防护功能的衣服，现行标准是GA 10 2014；消防防化服是消防员进入有危险化学品或有毒有腐蚀性物质的火灾现场的一种防护装备，现行标准是Q/XZC 002 2003消防防化服。本文聚焦我国应用最多的消防灭火防护服，分析其多层结构、安全性及舒适性，指出目前消防灭火防护服的不足，并提出未来的研究方向，旨在为制造出性能更加优异、更加人性化的消防灭火防护服提供参考，尽可能地保障消防人员生命安全，提高其救援效率。1消防灭火防护服的结构组成1.1外层GA 10 2014规定消防灭火防护服由外层、防水透作者简介：方淑娟，女，1998年生，硕士在读，主要从事功能纺织材料研究。通信作者：林惠婷，副教授，E-mail：。作者单位：泉州师范学院。基金项目：福建省 自然科学基金青年创新基金项目（2020J05160）。应急管理部消防救援局对2021年全国消防救援队伍接处警与火灾情况统计表明，2021年，全国共接报火灾74.8万起，死亡1 987人，受伤2 225人，直接财产损失67.5亿元。目前，我国火灾形势依然严峻，具有防护性能的消防防护服能提高消防员的工作效率，保障其生命安全。防护服作为个体防护用品，可按不同的防护要求，进行针对性的防备和保护。其类别包括消防防护服、医用防护服、军用防护服、工业用防护服和特殊人群用防护服等。其中，消防防护服能抵御外界高温、高热，保障消防员安全。我国消防防护服主要分为消防灭火服、消防隔热服、消防避火服、消防指挥服和消防防化服 5 大类。其中，消防灭火服是传统消防服，能阻燃隔热、防水透湿，有效保障消防员在消防中的人身安全，现行DOI:10.16481/ki.ctl.2023.01.017应用技术Technical Textiles产业用纺织品64纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1气层、隔热层、舒适层多层织物复合而成。消防灭火防护服的外层暴露在空气中，直接面临火焰高温，因此要求外层织物具备良好的阻燃性能。而在复杂多变的恶劣环境下进行救援活动，钩挂和摩擦是不可避免的，因此外层织物还需满足一定强度的物理机械性能。1.2防水透气层火灾现场通常使用大量水充当灭火剂，现场环境高温高湿，人体在该种环境下进行高强度活动易分泌大量的汗液，消防灭火防护服会吸收大量的水，这不仅会使服装变重，还会改变服装原本的热量传递方式。因此，防水透气层首先要阻止外界水向内部隔热层渗入，同时也需要将汗液水蒸气排出。目前，防水透气层多采用防水透气膜阻燃基布/棉布，最常见的防水透气膜有聚四氟乙烯（PTFE）膜、聚乙烯（PE）膜等。此外，防水透气层还需要具有一定的耐静水压和良好的热稳定性。1.3隔热层火场温度一般在60 1 100 之间，热防护性能在1.5 200 kWs/m2。消防灭火防护服的热防护性能主要依赖于隔热层，其能有效阻隔热传导和热辐射对人体的伤害。一方面，隔热材料需要隔离空气的热传导，防止对消防员造成灼烫伤害；另一方面，其需要及时散发汗液，防止热蓄积对人体造成伤害。隔热层一般采用针刺非织造布或三维网眼针织物，通过增加导热系数小的空气层来减少热量渗入，常用材料为间位芳纶、对位芳纶、阻燃棉等。1.4舒适层消防灭火防护服最内层的衬里称为舒适层，其直接与人体皮肤接触，故要求具备阻燃性的同时还需具备优异的舒适性。这要求其具有良好的吸湿透湿性能，以减少闷热感，防止人体脱水，给予消防员良好的穿着感，保障作业效率。其通常与隔热层缝制在一起，多使用芳纶/阻燃粘胶混纺机织物。2消防灭火防护服的性能要求2.1安全性阻燃性和热防护性是评价消防灭火防护服安全性能的两大指标，安全性能约占防护性能的55%，其主要与消防灭火防护服阻燃外层有关。虽然阻燃性和热防护性能都是评价防护服安全性能的指标，但这两大性能之间并没有明显的对应关系。2.1.1阻燃性能阻燃性指织物置于火源中难燃或者不燃，离开火源后很快自熄停止燃烧的性能。阻燃性能的测试方法包括宏观尺度和对织物热分解过程进行评价的微观尺度，应用较多的是燃烧法和极限氧指数法。作为功能性防护服装，消防灭火防护服首先要保证阻燃性能。阻燃性能的获取主要依赖于外层面料，外层面料阻燃性能可以通过使用阻燃整理剂处理织物和采用新型阻燃纤维织制获得。前者价格低廉，但洗涤会使阻燃剂脱落，阻燃效果并不持久，因此，目前国内外普遍使用具有永久性阻燃的高性能阻燃纤维。阻燃纤维主要分为本征阻燃纤维和改性阻燃纤维两类。本征阻燃纤维是无需添加阻燃剂，本身就具有阻燃性的阻燃纤维；改性阻燃纤维是指自身不具阻燃性，而经过化学改性将阻燃剂用共混或共聚法引入到纤维中获得阻燃性的纤维。本征阻燃纤维性能优异，但价格高昂。目前，国内外消防服外层织物常用的纤维有间位芳纶（主要是Nomex纤维）、对位芳纶（主要是Kevlar纤维）、芳砜纶（PSA）、聚酰亚胺（PI）纤维、聚酰胺酰亚胺（Kermal）纤维、聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）纤维、聚苯并咪唑（PBI）纤维等，但因为一些关键技术没有突破，我国仅实现间位芳纶、芳砜纶、聚酰亚胺纤维的量产。价格更加合理的改性阻燃纤维是今后的研究重点，但因为目前市场上流通的阻燃剂都具有较大的毒性或致癌性，存在可吸附有机卤化物或甲醛释放的风险，因此国内外的研究人员致力于绿色环保型阻燃剂的研发，如SALMEIA等研究了用于环保型防火聚酯的阻燃添加剂 2 种基于 9,10二氢9氧杂10磷杂菲10氧化物（DOPO）的阻燃纤维添加剂，测试后表明所有阻燃添加剂都是无毒的。LIU等成功合成了一种生态友好的次磷酸改性壳聚糖（PCS）阻燃添加剂，其能制备阻燃涤纶。实现更多绿色环保、可用于消防灭火防护服用外层面料的高性能阻燃纤维的量产，提高其性价比是当前及未来的研发趋势。2.1.2热防护性能热防护性指消防服在高温高热的环境中保护人体免受热危害的能力。测试织物热防护性能的方法主要有燃烧假人测试法和TPP法。引入一些新型功能材料是改善消防服热防护性能的重要途径，也是消防服发展的趋势之一。这类材料包括相变材料（PCM）、形状记忆材料（SMM）、气凝胶等。相变材料是一种潜在的蓄热材料，在相变过程中能吸收或释放热量，固态融化吸热特性可减缓热从环境中传至人体的速率，还能缓解人体承热负荷。在灭火消防应用技术Technical Textiles产业用纺织品65纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1护“轻”舒适，近些年来有关热湿舒适性方面的研究已经有了很大的进展，但还远远不够。2.2.2运动舒适性能服装人体工效学以人为中心、以服装为媒介来实现人 服装 环境之间的最佳匹配。服装的运动舒适性从侧面反应了服装的人体工效学性能，是指人体穿着合适尺寸的服装能够自由活动。消防灭火防护服的结构设计应当充分考虑人体工效学原理，注重领、肩、肘、手臂、袖口、腋下等部位的设计，提高服装的穿脱便捷性，实现轻质化和灵活性，从而降低消防员生理负荷，提高救援效率，保障生命安全。评价消防服的工效学性能通常是以真人为对象，测试人体可活动范围和操作的灵活性。2007年英国标准协会发布的BS 8469-2007消防用个人防护设备 人类工效学性能和兼容性评估 要求和试验方法是所有评价消防服工效学性能的基础。国内外对热湿舒适性方面做了大量研究，取得了长足进步，但关于运动舒适性方面的研究起步更晚，相关研究较少。3消防灭火防护服的不足与发展趋势3.1现有不足目前消防服主要存在下述问题：（1）阻燃防护功能基本能达标，但舒适性还有待提高，且特殊场合下特殊人群的功能要求不能充分满足；（2）不同的阻燃性能测试方法所得到的结果差别较大，当前广泛应用的燃烧试验法和极限氧指数法存在测试参数比较单一的局限性；热防护性能测试方法中常用的TPP法和燃烧假人测试法都不能提供全面的防护信息；现有的评价舒适性的测试指标不能完全反映其真实舒适性，单一的主观评价或者客观评价也有很大的局限性，目前并没有统一的标准；（3）不及时清理已失效的消防服会对消防人员产生相当大的危害，目前国内外对消防灭火防护服报废方面的研究起步较晚，报废机制模糊。3.2发展趋势3.2.1功能的全面化和智能化为抵抗火灾对人体造成的种种伤害，GA 10 2014对消防灭火防护服的性能要求包括整体热防护性能、阻燃性、热稳定性、缩水率、表面抗湿性能、力学性能、单位面积质量、色牢度、耐静水压性能、透湿率性能、拒油性能、针距密度、色差、接缝断裂强力、质量、外观、救生拖拉带的性能及反光标志带的相关性能。这些服中添加相变材料能有效减少烧伤情况的出现，将其应用到外层与防水透湿层之间能够发挥最好的防护性能。形状记忆材料是一种结合监测和驱动的智能材料，利用其形状记忆效应，当达到临界温度时，该材料可以通过外部条件完全恢复成预先设计好的形状，增大了导热系数小的空气层，从而提高织物的热防护性能。气凝胶是一种具有连续三维网格结构的多孔纳米高分散材料，其组成中99%为气体，孔隙率高、密度小、隔热性能好，是目前世界上导热率最低的固体材料。2.2舒适性服装舒适性的重要作用体现在热湿舒适性、运动舒适性、触觉舒适性 3 个方面。消防救援需带灭火头盔、阻燃头套、灭火战斗服、呼救器、防爆照明头灯、消防手套、安全绳包、空气呼吸