消防服用组合织物热防护性与热湿舒适性综合评价

周 琦

(九江学院 艺术学院,江西 九江 332005)

火灾会造成不同程度的财物损失和人员伤亡。消防员在救援环境中可能会面临火焰、爆炸、高温蒸汽等威胁[1]，严重时甚至会危及生命。消防服是保障消防作业人员生命安全的重要装备，应具有良好的阻燃、隔热等相关性能[2]。依据GA 10—2014《消防员灭火防护服》[3]标准，国内消防服应有4层结构，从外到内依次为外层、防水透气层、隔热层和舒适层[4]。目前市面上消防服外层织物所用的纤维主要有Nomex纤维、Kevlar纤维、PBI纤维、Kermel纤维和PBO纤维等，均具有不燃或阻燃、耐高温、防穿刺等性能[5]；防水透气层一般为覆着在织物上的一层防水透气膜，可以排出衣内的水蒸气，阻挡液态水，防风，具有隔热且减少热量渗入的作用；隔热层有隔离高温高热的效果[6-7]；舒适层具备舒适性与热防护性能。

有学者以单层消防服用织物为研究对象，进行织物参数对热防护性能和综合性能影响的研究:BARKER R L等[8]和SONG G W等[9]指出，单层织物成分对防护性能起重要作用；翟胜男等[10]分析了热防护性能及舒适性能的影响因素，得出评价织物热防护性能与舒适性能的综合评判方法。但当前对消防服用组合织物进行整体性能研究的深度较浅。文中基于GA 10—2014对消防服单层织物阻燃性能及4层组合织物整体热防护性能等进行测评，得到综合评价最佳的组合织物，为消防服4层组合织物综合性能的研究提供参考。由于消防服自身结构及使用过程中存在空气层等原因，导致研究过程中组合织物各方面性能与真实环境中消防服4层织物性能存在差异。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

1.1.1材料 选用目前市场上消防服常用的单层织物，包括：5种消防服外层织物，为阻燃耐高温纤维与其他纤维的混纺织物或纯纺阻燃耐高温织物，编号为A1～A5，浙江嘉云新材料股份有限公司生产；2种消防服防水透气层织物，分别为防水透气膜和增加阻燃耐高温纤维毡的防水透气膜，编号为B1，B2，新乡新德防护面料有限公司生产；4种消防服隔热层织物，为阻燃耐高温纤维非织造布，编号为C1～C4，浙江嘉云新材料股份有限公司生产；3种消防服舒适层织物，为吸湿透气性能较好的纤维，编号为D1～D3，新乡新德防护面料有限公司生产。实验用14块消防服织物试样的基本物理性能见表1。

表1 织物基本性能

1.1.2仪器 JY2003电子天平，宁波纺织仪器厂制造；YG 141 型织物厚度仪，宁波纺织仪器厂制造；YG 815 型垂直法织物阻燃性能测试仪，山东安邱纺织仪器厂制造；TPP热防护性能测试仪，美国精密有限公司制造；YG461E-Ⅱ型自动织物透气量仪，宁波纺织仪器厂制造；YG601-Ⅱ型电脑式织物透湿量仪，南京威美特科学仪器有限公司制造。

1.2 实验方法

1.2.1织物阻燃性能测试 参照GB/T 5455—2014《纺织品 燃烧性能垂直方向损毁长度、阴燃和续燃时间的测定》[11]，将12块织物试样裁剪成300 mm×80 mm的条形样布[12]，按要求洗涤25次后[3]，采用织物阻燃性能测试仪对消防服外层、隔热层、舒适层燃烧性能进行垂直燃烧实验测定。取5次测量平均值，探究织物的阻燃性能。

1.2.2织物热防护性能测试按照4因素5水平进行正交组合实验设计，得到25种实验样本，具体见表2。被测消防服用组合织物试样尺寸为150 mm×150 mm，测试前在温度为(20±2) ℃、相对湿度为65%±2%环境下将样品放置24 h。将总热通量定为(83±4) kW/m2，由铜片热流计记录仪上的反应曲线和stoll燃烧曲线交点得到导致烧伤所用的时间。将4层组合织物按图1所示放置，铜片热流计应放在穿着时靠近皮肤的一面。3次测量取平均值，并计算PTPP，公式为

PTPP=F×T。

式中：PTPP为热防护能力，单位为kW·s/m2；F为暴露热通量，单位为kW/m2；T为导致烧伤所用的时间，单位为s。

表2 正交实验设计结果

图1 组合织物放置示意

1.2.3织物透气性能测试 依据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》[13]，实验前先使用织物透气量仪对实验材料的透气性以及孔板压差进行测试。在实验过程中，孔板的大小可以反映织物的透气性，选取距离织物边缘大于15 cm的布面作为试样，每块试样面积为20 cm2，在实验前将试样进行预调湿，设置温度为(20±2) ℃，相对湿度为65%±2%。调整实验测试压差为100 Pa，使用织物透气量仪测定多层组合织物整体透气率；同一试样不同部位重复测量不少于10次，取平均值。

1.2.4织物透湿性能测试 依据GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》[14]，设置测试条件为：温度(38±2)℃、相对湿度90%±2%，用织物透湿量仪测定4层组合织物的整体透湿性能，测量时取3个不同部位。透湿量计算公式为

VWVT=24Δm/(St)。

式中：VWVT为织物的透湿量，单位为g/(m2·d)；S为织物测试面积，单位为m2；t为测试时间，单位为h；Δm为称量前后质量之差，单位为g。

2 结果与讨论

2.1 织物阻燃性能

采用垂直燃烧法测试12种消防服用织物的阻燃性能，结果见表3。

表3 垂直燃烧法测试结果

由表3可知，12种织物经过25次洗涤后，损毁长度均小于100 mm，续燃时间小于2 s，且无熔融、滴落现象。织物的损毁长度越小，织物的阻燃性能越好。综上，这5种外层织物、4种隔热层织物和3种舒适层织物均符合GA 10—2014对消防服外层、隔热层、舒适层织物的阻燃性能要求。结合表1发现，织物的厚度和面密度对其阻燃性能有显著影响，织物厚度和面密度越大，织物的阻燃性能越好。

2.2 织物热防护性能

织物热防护性能测试结果见表4。

表4 织物热防护性能测试结果

二级烧伤时间越长，PTPP就越大，织物的热防护性能越好。由表4计算可知，25种组合织物中，10#，15#，19#，21#，23#，24#，25#组合织物的PTPP小于1 172，不符合GA 10—2014对消防服整体热防护性能的要求，其余组合织物的PTPP均大于1 172，符合要求。其中，17#组合织物的PTPP最大，该组合织物整体热防护性能最佳。结合表3发现，织物的热防护性能与其阻燃性能密切相关，织物的阻燃性能越好，热防护性能就越好。

2.3 织物热湿舒适性能

织物透气性能和透湿性能测试结果见表5。

表5 织物热湿舒适性能测试结果

由表5可知，1#，5#，6#，9#，11#，22#组合织物的透气性相对较好；1#，2#，5#，9#，11#，12#，18#，21#组合织物的透湿性相对较好。这可能与组合织物各层织物纤维原料的透气性、透湿性、厚度、面密度、经纬密度等相关，织物越厚，面密度越大，经纬密度越大，其相应的透气性和透湿性能越差。

2.4 织物综合性能

运用分层评价模式，将PTPP、透湿量、透气量进行归一化处理，具体结果见表6。用计算出的质量评价综合指数对消防服组合织物综合性能进行评价，该值越大，织物综合性能越好[15]。据此选出综合性能最优的织物。

表6 测试数据归一化结果

质量评价综合指数f(x)由3个分指数加权计算得到：

f(x)=μ1f1(x)+μ2f2(x)+μ3f3(x)。

式中:μ1，μ2，μ3由专业人员根据经验设定，其中μ1=0.30，μ2=0.55，μ2=0.15[16]；f(x)为综合性能指数；f1(x)为热防护性指数；f2(x)为透湿性指数；f3(x)为透气性指数。

由表6可知，9#组合织物的综合性能最佳，1#，5#，6#，11#，17#，22#组合织物的综合性能稍微次之；23#组合织物的综合性能最差。

综合上述分析得出，为同时保证消防服的阻燃性能、热防护性能和热湿舒适性能，要对织物厚度、面密度、经纬密度等进行合理选择。

3 结语

1) 通过对消防服外层、隔热层及舒适层阻燃性能的测试发现，实验所用5种外层织物、4种隔热层织物和3种舒适层织物均符合GA 10—2014对消防服外层、隔热层、舒适层织物的阻燃性能要求。

2) 通过对25种4层组合织物整体热防护性能测试得出，除了10#，15#，19#，21#，23#，24#，25#组合织物的PTPP小于1 172，不符合GA 10—2014对消防服整体热防护性能的要求，其他种组合织物均符合要求。

3) 通过对25种4层组合织物的透气性及透湿性研究发现,1#，5#，6#，9#，11#，22#组合织物的透气性相对较好；1#，2#，5#，9#，11#，12#，18#，21#组合织物的透湿性相对较好。

4)分析25种4层组合织物的质量评价综合指数发现：9#组合织物综合性能最好；23#组合织物综合性能最差。

此外，研究过程中发现中国现行消防服标准对消防服用织物的透气性能、消防服整体透湿性能及阻燃性能等未进行规定，消防服的相关标准需要进一步统一和完善；且需加深对消防服性能测试环境模拟的研究，使测试环境尽量与实际使用环境相同。