消防服防护性能研究进展

卢依晨，刘 茜，黄信哲，王乐乐

（上海工程技术大学 纺织服装学院，上海 201620）

1 消防服的4层织物系统

常用新型消防服具有4层结构，从外到内分别为防火表层、防水透气层、隔热层和阻燃舒适层[1]。在高温环境中，消防服的热防护性能、舒适性对于保护消防员生命安全来说极为重要。热防护性能包含阻燃防火、隔热和耐热性能，舒适性则包括防水透气和整体结构的协调性能，除此之外，还包括防毒防腐蚀性能、可见性能等[2]。

1.1 防火表层

防火表层是保护消防员安全的第一层保障，通常使用阻燃性良好的纤维或耐高温纤维面料来制作消防服外层。防火表层在火场中直接与火源和水接触，为保障消防员不被热焰所伤或被淋湿，消防服应具备一定的阻燃和拒水性能。防火表层还需具备良好的撕破强力、断裂强力、透气透湿和保温性能，以便消防员进行大幅度的作业[3]。

1.2 防水透气层

防水透气层作为消防服的第二层保障，需具备良好的防水、透湿透气和热稳定性能，通常以减小蒸汽渗透和增加织物厚度的方法来提高织物系统整体的热防护性能[4]。防水透气层将蒸汽和液体化学物质阻隔在外，同时使热气与汗液迅速排出，以提高消防服的舒适性[5]。

1.3 隔热层

隔热层是消防服的第三层织物，通常选用透湿透气性能、保温性能良好的材料来织造。隔热材料疏松、多孔的特点使织造而成的织物拥有良好的隔热保暖功能[6]，使消防员在特殊环境中能够保持一定的体温，防止高温造成的辐射热灼伤消防员[7]。

1.4 阻燃舒适层

阻燃舒适层作为消防服的最里层，应具备良好的阻燃性能、热稳定性能、透湿透气性能和舒适性能。里层的舒适性需要优于一般服装，如阻燃棉、阻燃黏胶或经过舒适性处理后的阻燃纤维来织造舒适层，以保障消防员的作业效率。

2 消防服的传统性能

消防服的传统性能包括阻燃隔热、防水透气、防毒防腐蚀、可视性、力学和整体结构的协调性能。消防员在火场长时间作业后，闷热感、高湿和黏腻都是威胁生命安全的因素，而消防服正是解决这些问题的重要装备。

2.1 阻燃隔热

阻燃隔热材料应具有永久的阻燃性。在火场中，高温会产生高强度的辐射热，消防服可避免消防员被灼伤。常用阻燃隔热材料有二氧化硅气凝胶、芳纶纤维、芳砜纶纤维等。

气凝胶是固体材料中密度最小、导热系数最低、孔隙率极高的材料，具有良好的隔热性能。某学者研究发现，将二氧化硅气凝胶与微胶囊相变材料、水性聚氨酯树脂相结合，能够研制出一种高性能的新型隔热薄膜，将其与传统热防护面料进行结合后制成的新型热防护织物系统，可以取代传统的防水透气层和隔热层。

芳纶1313是一种聚酰胺纤维，耐高温性能良好，在220 ℃高温下可以长期使用。某学者研究发现，在芳纶1313面料上涂层铝胶，热防护性能和阻燃性能均能提高。利用芳纶1313制成的服装拥有耐高温、抗撕裂、阻燃等特性，可有效减少爆燃的危害。

芳砜纶纤维具有良好的耐热性和一定的导湿性能，晶粒细小，纤维手感柔软，在高达250 ℃的环境中仍可长期使用。某学者以芳砜纶和芳纶1313织物作为防火表层，以芳砜纶、芳纶混纺覆膜非织造布作为防水透气层，以芳砜纶和阻燃黏胶混纺作为阻燃舒适层，将三者组合，使消防服具有良好的热稳定性能和舒适性能。利用芳砜纶纤维制成的新型阻燃隔热面料，能抵御瞬时高温火焰造成的伤害。

2.2 防水透气

消防服需要具备优良的防水透气性能。在高温条件下进行消防作业时，灭火会产生大量水蒸汽导致消防员烫伤。若水进入消防服内部，则会加重消防员行动的负担，增加作业难度。复合选择性膜的阻燃布可以在防水的同时，又能使水蒸汽分子通过，且耐高温性能良好。除此之外，某学者设计了一套具有通风口的服装。关闭通风口可以防止高温接触人体；开启通风口可以加快人体散热，提高消防服的舒适性。

2.3 防毒、防腐蚀

消防服必须具备良好的防毒、防腐蚀性能和一定的耐化学溶剂性能。火场内可能含有大量的腐蚀性、有毒气体或液体，如一氧化碳、氯气、氨气、氯化氢、二氧化硫、液化石油气等，这些有害气体会直接威胁消防员的生命安全。

2.4 可视性能

消防服需要具备一定的可视性能。大量的烟雾或夜间作业会使消防员难以互相辨认身份。除自然光和消防头盔的照明光外，还需在消防服上添加具有强反光性能的标志，以提高消防作业时人员调度的便捷程度。江苏奥神新材料股份有限公司首创的原液着色聚酰亚胺纤维，色牢度高、阻燃性好，能够在高温环境中保持一定的可视性。

2.5 力学性能

消防服需要具备良好的力学性能。消防员作业时，可能会发生碰撞障碍物等情况，可以在消防服的肩、胸、肘、裆、膝等受力大、易受伤的部位进行结构的加强，如在肩部增加垫肩，肘部、膝部采用加缝双层消防材料等。强韧度高的消防服可以避免锐利物体的冲击或碰撞，保障消防员的生命安全。

2.6 协调性能

消防服还需要具备良好的整体结构的协调性能。消防员在进行消防作业时，活动范围广且动作幅度大。一件具备良好整体结构的协调性能的消防服，宽松、质量轻、穿着舒适的特点可以减轻消防人员的行动负担，提高抢险救援的效率。

3 消防服新增功能

当今社会的火灾现场复杂多样，在高危环境中，消防人员除了面临高温烫伤、火焰灼伤的危险，还可能会因爆炸、静电点火源、有毒气体、体力耗尽、脱水等影响生命安全。随着消防服的发展，选用的材料从一般耐高温纤维向新型材料发展。除此之外，在电子信息技术和智能服装技术的发展背景下，研究人员创新研发了具有新功能的智能消防服。

3.1 抗静电

有害静电不仅会影响消防服穿着的舒适性，还会成为火源点，会点燃易爆物，危害消防员的生命安全。利用抗静电纤维织造消防服，能有效消除有害静电，提高消防服的舒适性，为消防员提供安全保障。

某学者发现，间位芳纶基导电纤维具有良好的阻燃、导电和力学性能，可以增强消防服的抗静电性能。北京赛欧兰阻燃纤维有限公司研发出的高性能新型硅-氮系阻燃再生纤维素纤维新三防面料，具备良好的阻燃防火性能、防电弧、抗静电性能。

3.2 测气体浓度

在火场中，有害气体随时可能威胁消防员的生命安全，实时监测气体浓度可以对消防员和指挥车进行提前预警。某学者设计了一种可实时监测二氧化碳浓度、温度、生理状态等信息并传递的体征监测系统。系统获取传感器的信息后，会对消防员的生理状态进行评估并预警危险。

3.3 定位

消防员在火场的浓烟中或是在作业面积广的情况下，身份识别至关重要。通常以携带对讲机、添加反光条或智能定位的方式来识别消防员的身份。某学者提出将国内的在编消防人员信息录进系统，利用卫星定位系统对消防人员进行精准定位。通过将全球定位系统（Global Positioning System，GPS）和气压传感器作为定位模块进行实验后发现，对比单一的GPS定位系统，其定位误差极小且精确度更高。

3.4 体能预警

由于火场内的有毒气体和高温会危害消防员的生命安全，准确地监测消防员生理状况和周围的环境信息并进行体能预警，可以在极大范围内为消防员增加思考方案或撤退的时间。

某研究人员设计了一种智能体能预警系统。采集消防员生理状况的信息并无线传输给显示终端，当环境的不利因素出现时或消防员生理出现异常时，要及时作出预警。有学者设计了一种加入电极的消防衫，能够实时监测消防员的生命状况，减少消防员因心脏、中风等情况。还有学者设计了一种嵌入式的信息监测系统，运用嵌入式最小的硬件系统，通过心率、气体烟雾、数字温度传感器可以准确判断火灾的情况和预警消防人员的生理极限。

3.5 液冷主动降温

在火场高温环境中，具有液冷主动降温功能的消防服能够缓解消防员作业时自身产生的热积蓄，可有效提高消防员作业的舒适程度。有学者研究发现，当消防服内层缝着连接外置水源的塑料管道时，可以有效缓解人体在高温环境下的热压。还有学者设计了一种具有液冷主动降温作用的消防服。消防服内层结合液冷降温背心，服装材料使用芳纶1313纤维，换热管路呈U型排列多管路循环，可有效缓解消防员在高温环境中的不适。

3.6 视频免提通话系统

消防员在抢险救灾时，若遇到意外和急需与指挥员确认情况时，对讲机常常无法接收准确的画面信息。现有的HLS-XF08型智能消防头盔解决了这一问题。头盔中含有红外成像模块和报警模块，可以采集红外视频，实时监测火场温度、可燃气体浓度、有毒气体浓度等信息，并传输到显示装置与子处理器中，报警模块会对有害气体浓度值的限度进行预警。通过头盔中的免提通话系统进行收发数据，为消防人员提供更好的作业空间。

4 总结与展望

消防服作为保障消防员生命安全的重要保障，阻燃隔热、防水透气、防毒防腐蚀的性能一定要保证良好。但这些功能属于消防服的传统性能，远远不能满足当代社会抢险救援的要求。在电子信息技术和智能服装技术的发展背景下，研究人员创新研发了具有新功能的消防服，如具备消除静电点火源、监测温湿度、监测气体浓度、监测生理状况、精准定位、体能预警、液冷主动降温、视频免提通话系统等功能的新型消防服。这些新型智能消防服将进一步保障消防员的生命安全，随着复杂作业需求的增加，消防服的智能化成为必然趋势。