消防服是一種特殊的功能性服裝，其作用是保護消防員在火場環(huán)境中免受高溫傷害，一般由外層、防水透氣層、隔熱層和舒適層構成。本文對新型消防服用多 層織物系統在高溫下的綜合熱防護性能進行了研究，并和傳統消防服的綜合熱防護性能進行了比較，討論消防服的層次結構及材料對整體熱防護性能的影響，為研制 耐高溫阻燃性能更強的消防服提供一定的借鑒。
　　
　　一、試驗部分
　　1、材料
　　進行l(wèi)5組模擬消防服真實結構的多層織物組合試驗，試樣組合編號為115。外層面料為A1、B1、C1；防水透氣層面料為A2、B2；隔熱層面料為A3、B3、C3；舒適層面料為D。各組面料參數如表1所示。
　 　按正交試驗設計原則，取外層、防水透氣層、隔熱層3因子間所有水平的組合，以便考察各種組合對整體熱防護性能的影響，試驗安排如表2所示。第5、10和 15組面料組合中用1層三維阻燃間隔織物代替?zhèn)鹘y消防服結構中的防水透氣層和隔熱層，其余各組模擬傳統消防服的4層結構，依次為外層、防水透氣層、隔熱層 和舒適層。15組面料組合的舒適層均采用普通阻燃棉布。
　　2、測試方法
　?、佟⒋怪比紵囼?br />　 　利用垂直燃燒法測試紡織品的阻燃性能。采用LFY．601國家標準垂直燃燒儀，按GBT5455--1997規(guī)定的試驗方法，測定阻燃織物的損毀長度、 續(xù)燃時間和陰燃時間。將試樣裁成300mm×80 mm，測試前將其在溫度(20±2)℃，相對濕度(65±2)％的環(huán)境中平衡放置8～24h，然后放入密封器內。測試時將燃燒儀內火焰高度調至 (40±2)mm，試樣放入試樣夾中，垂直懸掛于試驗箱中，用點火器點燃試樣，12s后，點火器復位，用續(xù)燃計計算試樣續(xù)燃時間和陰燃時間，陰燃結束后， 取出試樣，測量其損毀長度。用垂直燃燒法測試外層織物阻燃性能。對3種外層面料，各準備3塊試樣，每種面料做3次燃燒試驗，取其平均值。在做外層織物阻燃 性能試驗前，按GB8965--1998附錄A的方法將面料在渦輪式洗衣機里洗滌5次。
　?、?、TPP試驗
　　TPP試驗是熱輻射和熱對 流混合作用防護性能試驗，主要測試織物的綜合熱防護能力。其測試方法是將試樣水平放置在特定的熱源上面，在規(guī)定距離內，熱源以2種不同的傳熱形式——熱對 流和熱輻射出現，而置于試樣另一側的銅片熱流計則測量試樣背面的溫度。測試時要求火焰與試樣直接接觸，到達織物表面的熱流量達到84kW／m2。銅片熱流 計測量溫度并得到升溫曲線，將其與Stoll標準曲線比較可得到二級燒傷所需時間t2，從而可得TPP值。
　　TPP= t2×q          (1)
　　式中：q=2．0 ×4．187J／(cm2·s)，為規(guī)定輻射熱流量；t2為引起二度燒傷所需要的時間，s。
　　TPP值越大，表示織物的熱防護性能越好，已得到了ASTM、ISO及NFPA的認可。
　 　采用美國CSI公司的TPP．206熱防護性能測試儀，按NFPA1976標準進行測試，試樣尺寸為152mln×152mm。對各組試驗的單層面料和 多層試樣的組合進行TPP試驗。總熱流量為(83±4)kW／m2，燃燒時間根據經驗設為30～65s(TPP試驗儀器的zui大燃燒時間為65s)。
　 　在實際穿著中，消防服的舒適層緊貼人體，因此為了模擬人體出汗情況，各組面料燃燒前將舒適層放入水中*浸濕。對15組試樣，各做3次TPP測試，取3 次結果的平均值。由于多層面料的zui外層直接接觸熱源，舒適層與銅片熱流計緊密貼合，各層面料間基本無空氣層，所以，試驗未考慮織物層間空氣層對整體熱防護 性的影響。
　　
　　二、結果與分析
　　1、阻燃性能
　　考慮到織物經緯向燃燒性能的一致性，本文只對外層織物的經向進行了測試。外層織物垂直燃燒情況見表3。
　　從表3可以看出，這3種外層面料都不續(xù)燃，損毀長度均<100mm，其中，損毀長度zui大的是B1(Kermel面料)，損毀長度zui小的是C1(芳砜綸面料)，居中的是A1(NomexⅢA面料)；3種面料的陰燃時間依次為芳砜綸面料　　織物阻燃機制復雜，可考慮將芳砜綸纖維與其他纖維混紡，改善其燃燒脆化現象，這將是消防服用較理想的外層面料。
　　2、TPP值
　 　TPP試驗結果見表4?？梢钥闯觯鹘M試樣的綜合TPP值集中在40～50之間，zui高的TPP值達到了51．9，zui低的TPP值也達到了43．2，符合 GA10--2002規(guī)定的阻燃消防服的TPP值≥28的標準。隔熱層的TPP值在各層面料中zui大，可見，隔熱層對多層織物的綜合熱防護性能起到了重要作 用。三維阻燃間隔織物的TPP值高于Nomex氈和Kermel氈，且透濕性能良好，若用此種織物替代傳統消防服的防水透氣層和隔熱層，同樣能達到很好的 綜合熱防護效果，且三維阻燃間隔織物的質量輕于傳統消防服中防水透氣層和隔熱層組合的質量。國產芳砜綸織物與國外高性能阻燃纖維織物相比，其熱防護性能相 當于NomexⅢA織物，優(yōu)于Kermel織物。熱防護性能的多層織物組合是芳砜綸、三維阻燃間隔織物和阻燃棉布。
　　3、TPP試驗結果分析
　 　1)第15組織物組合是芳砜綸、三維阻燃間隔織物和阻燃棉布，該組合的TPP值zui高，達到了51．9。第5組織物組合是NomexⅢA、三維阻燃間隔織 物和阻燃棉布，該組合的TPP值僅次于第15組，達到了50．7。Stoll＆Chinanta曲線是Stoll和Chinanta2位研究者在大量動物 皮膚燒傷試驗基礎上，將動物皮膚達到二級燒傷所需時間轉換成銅片熱流計溫度上升值，繪制出的皮膚二級燒傷時間與銅片熱流計溫度上升值之間關系的曲線?？椢?燃燒曲線與Stoll＆Chinanta曲線交點的橫坐標即為達到二級燒傷時間。圖1示出了第5組和第15組織物組合的TPP曲線。可以看出，第15組織 物達到二級燒傷時間為25．8s，第5組織物達到二級燒傷時間為25．2s。雖然僅相差0．7s，但對火場中的消防員來說意義重大。因為火場中的情況危 急，即使是0．4～0．5s的延遲，也足以保護消防員，增加消防員逃逸火場的幾率。
　　2)第15組和第5組織物組合均是采用三維阻燃間隔織物代替?zhèn)鹘y防水透氣層和隔熱層，取得了較好的熱防護效果，這主要與三維阻燃間隔織物的結構和成分有關。
　 　從結構上看三維阻燃間隔織物是一種經編雙層結構織物，由2塊單獨的織物構成，這2塊織物結構緊密，織物間用加捻的芳綸紗(間隔紗)連接，保證了織物兩面 間具有充分的間隔層，從而保持空氣在服裝與人體間形成一個微氣候，可以阻止?jié)駳庠谄つw表面積聚，對濕氣有很好的緩沖作用，提供了良好的隔熱效果和穿著舒適 性。
　　從三維阻燃間隔織物的纖維成分上看，上下層織物選用優(yōu)化的混紡纖維，其成分為聚酯、粘膠及阻燃的Nomex纖維，本身就是高性能阻燃纖 維，雙層織物中間用間隔紗相連，間隔紗采用100％芳綸加捻紗。有關資料表明，間隔織物所采用材料均滿足EN469標準中對消防服外層原料規(guī)定的阻燃標 準，所以三維阻燃間隔織物既能透氣透濕又具有良好的熱防護性。
　　消防服的穿著舒適性和熱防護性同等重要。當前消防服主要采用4層結構，材料選取 高密度材料。多層結構及高密度材料的使用將增加服裝質量，增加消防員負荷，加大消防員的體力支出。且多層結構(尤其是防水透氣層的設置)阻礙了熱量的有效 散發(fā)。芬蘭研究機構對此進行了試驗驗證，結果表明：進行相同的消防活動后，穿著設有防水透氣膜消防服的消防員的皮膚溫度、出汗量遠遠高于穿著無防水透氣膜 消防服的消防員，不利于消防員生理熱散失，大量的生理熱迅速堆積在消防服內部，產生的熱應激將對消防員的身心造成潛在傷害。因此，若用熱防護性、透氣性好 且質量輕的三維阻燃間隔織物代替?zhèn)鹘y消防服中的防水透氣層和隔熱層，將zui大限度地減輕消防服帶給人體的額外負擔。
　　3)防水透氣層采用熱塑性聚氨酯(TPU)的組合，其綜合TPP值低于采用FE的組合。這與2種膜的結構有關。FE與TPU均是防水透氣材料，但由于膜結構不同，透濕機制不同。
　　資料顯示，水蒸氣分子的直徑為0．0004m，而雨水中直徑zui小的輕霧的直徑為20utm。FE膜上有許多微孔，它們的孔隙直徑在水蒸氣分子直徑和雨水分子直徑之間，因此可以讓氣態(tài)的水自由通過，而液態(tài)的水則被牢牢擋在一邊，以達到透氣效果。
　 　TPU薄膜屬無孔親水性薄膜。由于薄膜本身沒有孔隙，防水效果很好，但從透氣性的原理看，它和PTFE有本質上的不同。TPU的透濕主要通過其親水特性 來實現，依靠衣服內外溫差把汗氣冷凝在衣服面料的內表面，然后通過TPU內部的微孔把水吸收完，同時利用TPU本身的海綿特性滲透到面料的外表面，再通過 外表面與空氣接觸，把水分蒸發(fā)出去，從而實現透濕的功能。
　　PTFE與TPU的另一個區(qū)別是前者為一種薄膜，在做成服裝面料的時候，用特殊的黏合劑把它黏合在面料上；而TPU面料采用涂層工藝，是在熔融狀態(tài)下，直接涂在面料上，不用任何的黏合劑。
　 　由于FE防水透濕效果優(yōu)于TPU，當含有水分的多層織物燃燒時，含TPU的組合導濕效果劣于含PTFE的組合，大量水分聚集在含刪的組合織物內部，導致 含TPU的組合傳熱速率高于含FE的組合，隔熱效果下降，因而在濕態(tài)情況下，含TPU的組合熱防護性低于含FE的組合。由此可見，*內的水分在很大程 度上改變*的防護性能。
　　
　　三、結論
　　1、垂直燃燒試驗的結果表明：芳砜綸織物的 阻燃性優(yōu)于Nomex11IA和Kennel織物，但燃燒后表面脆化現象較嚴重，所以不適宜直接做消防服外層；NomexmA織物的損毀長度雖略大于芳砜 綸，但炭化層結實，無破洞，適宜做消防服外層；Kennel織物損毀長度比芳砜綸和NomexmA織物都大，但燃燒后也無破洞，也可用于做消防服外層。
　 　2、TPP試驗結果表明：芳砜綸織物的綜合熱防護性能與NomexmA織物相當，略優(yōu)于Kennel織物。多層織物組合中，芳砜綸、三維阻燃間隔織物和 阻燃棉布組合的TPP值zui大，但由于芳砜綸不適宜做消防服外層，綜合考慮，zui適宜的消防服多層織物組合是NomexⅢA織物、三維阻燃間隔織物和阻燃棉 布，其綜合TPP值達到50．7。
　　3、三維阻燃間隔織物的熱防護性和透濕性都較好，且質量輕于傳統消防服中的防水透氣層和隔熱層之和，可考慮將其用于消防服設計中，減輕消防員的負擔。
　　4、隔熱層在消防服的整體熱防護中起到了重要作用。