热湿舒适性防火服的研究进展及展望

雷聪聪 吴建兵

摘要：通过综述防火服热湿舒适性的影响因素，结合当前防火服新型阻燃面料研究，为后续实验研究提供理论指导，为今后的防火服热湿舒适性实验提供实验方案设计思路。

关键词：热湿舒适性;防火服;织物组合

根据近年来的媒体报道，由于频繁的城市建筑火灾和森林火灾，造成大量的人员伤亡和财产损失;由于多数火灾是需要采用水枪灭火，导致了救援现场多为高温高湿的极端作业环境，防火服作为消防员救火作业时必须穿戴的装备，阻燃织物的研发与应用一直是消防研究领域的热点。

消防员执行的救火任务多种多样，BARKER等人将火场环境划分为普通、危险、紧急3种状态。其中，普通和危险状态为低热辐射状态，在消防员的灭火作业中，消防员在这两种状态下的热暴露时间较长，因消防员穿戴的防火服、空气呼气器等防护装备因质量大、密封性好，灭火过程中人体产生的热量和汗液无法及时排出，造成消防员产生热应激。因此，对防火服织物系统热湿舒适性能的研究具有重要的意义。

一、热湿舒适性的定义及影响因素

（一）定义

对于热湿舒适性的评价，需要结合人体、服装、环境三个因素综合进行评价。其中，人体对服装的舒适感觉主要受生理和心理两大因素的影响。服装本身对于人体的热湿舒适性主要受服装与人体皮肤的空间大小、面料及织物系统的隔热性能与透湿性能等影响。人体穿着服装时的环境温度、湿度等因素会影响人体的热平衡。

（二）影响因素

《GA621-2013消防员个人防护装备配备标准》对现役防火服织物系统做了明确的规定，它主要分为四层：外层、防水透气层、隔热层和舒适层。织物层数增加，隔热性能提升但透湿性的下降。由于消防员在执行救火救人任务时情况复杂多样，具有多层织物结构的防火服，其热湿舒适性受多种因素综合制约。

1.织物系统空气层的研究

随着对空气层研究的不断推进，防火服织物系统空气层的厚度和位置应作为防火服设计的重要考虑因素。四层防火服与三层防火服相比，除了干重的差异外，四层防火服的织物间空气层较三层防火服多一层。虽然织物系统不同位置的空气层对其热防护性能影响程度不同，但空气层热阻不容忽视，因此四层防火服织物的总热阻大于三层防火服。

2.织物系统含水率

织物系统的含水率对防火服的热湿舒适性能具有显著影响。消防员的作业时，外界水蒸气和人体汗液蒸发，防火服织物系统内外被大量水蒸汽包覆，织物系统含水率增加，防火服的湿舒适性会明显降低。

陈萌等人的研究发现，防火服织物系统的水分能够影响其热防护性能，在低含水率（36%）条件下，织物系统的TPP值随含水率的增大，先增后减，但数值均小于初始值。实验结果表明，在含水率低于32%时，防火服织物系统的热防护性能下降，含水率为26%时的织物系统热防护性能最差，但实际火场环境的相对湿度可达50%，为降低织物系统的含水率，织物系统的面料组合选择尤为重要。

二、具有热湿舒适性能面料的选择及组合的研究进展

防火服外层作为防火服的第一道屏障，面料具有阻燃、耐高温、炭化层结实和拒水的特点。目前可用作外层的织物材料为：芳纶1313、三防复合阻燃织物、芳砜纶、聚苯并咪唑（PBI）纤维等。何维探索了含芳砜纶纤维各层织物的舒适性，并测试了每层织物的透湿率和透气率。实验结果表明，在相同测试环境下，外层织物的透湿性和透气性远低于舒适层，且外层织物透气率最高的面料撕破强度不达标。但由于外层的主要功能为阻燃、拒水等，因此对外层面料的热湿舒适性要求较低。

防水透气性好的防水透气层能够在隔离外界水分子的同时使人体产生的汗液以水蒸气分子的形式透出，降低织物系统的含水率以改善热湿舒适性。苏云等人对防水透气层对热湿舒适性的影响进行探究，探究结果发现，在干、湿热暴露状态条件下，防水透气层能够明显提升织物系统的热防护性能。通过防火服防水透气层有无的对照试验得出，在湿态热暴露环境下，织物系统的热防护性能与织物的透气性、蒸汽渗透率呈负相关，与织物的厚度、面密度呈负相关。

隔热层织物多采用由阻燃纤维制成的水刺或针刺非织造布，如芳纶1313、芳砜纶等;目前防火服隔热层多采用针刺加工工艺，克重大、厚度较厚、孔径少，因此针刺毡导湿性能不及水刺毡和气凝胶型等新型隔热层。贾亚楠通过对不同纤维成分的水刺毡隔热层的力学性能、透气性、隔热性、热防护性能的检测，并于针刺毡隔热层进行对比。结果得出隔热层织物组中芳砜纶占比的增加，有效提升防火服的热防护性能和热湿舒适性能，但其力学性能变差。因为隔热层织物较厚，成为增加消防员负重的主要因素之一。

防火服的舒适层作为最贴近人体皮肤的织物层，要求其具有较高的舒适性、透气性和热防护性能。目前防火服相关实验设计中的舒适层面料主要为阻燃棉，但由于棉纤维的吸湿量大，在含水率高时透气性降低，加重消防员生理负担。腈纶具有吸湿性差、质轻、耐热性好的特点，可采用腈纶与棉纤维混纺织物作为舒适层。李向红等人采用不同种类的腈氯纶混纺纱作为舒适层面料，对其进行缩水率、断裂强度、阻燃性能的测试;实验结果得出，舒适层中腈氯纶含量增加时，缩水率减小，舒适性好，但热稳定性能下降，考虑采用复合或复合阻燃剂以增加其热防护性能。

三、研究展望

防火服热湿舒适性的影响因素复杂多样，目前的研究主要集中于单层织物的质量、透湿性、隔热性能的研究，对于织物系统的整体研究还尚未成熟。结合消防员的实际需求，进一步探索织物层间空气层、含水率等因素对热湿舒适性的影响，设计出轻便、隔热透气的优质防火服。

参考文献：

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