消防員防護(hù)服面料的熱濕舒適性

李利君， 宋國文， 李 睿， 王麗文， 向春暉

(1. 公安部四川消防研究所， 四川 成都 610036； 2. 愛荷華州立大學(xué) 服裝、活動(dòng)與酒店管理系,埃姆斯 愛荷華 50011)

消防員防護(hù)服面料的熱濕舒適性

李利君1， 宋國文2， 李 睿2， 王麗文2， 向春暉2

(1. 公安部四川消防研究所， 四川 成都 610036； 2. 愛荷華州立大學(xué) 服裝、活動(dòng)與酒店管理系,埃姆斯 愛荷華 50011)

為研究消防員防護(hù)服面料的舒適性并考察其是否滿足歐美國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選取了我國消防員防護(hù)服常用的幾種面料，進(jìn)行單層織物熱阻和濕阻以及多層織物熱阻、濕阻和總熱損失的測試與分析，考察空氣層對(duì)多層織物熱阻的影響，并將測試結(jié)果與歐美標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：在厚度大致相同時(shí)，外層面料的密度對(duì)熱阻和濕阻影響較大；因?yàn)楦魺釋硬牧鲜欠强椩觳冀Y(jié)構(gòu)，熱阻和濕阻較大；空氣層的位置對(duì)多層織物的熱阻值影響不大，但其厚度對(duì)多層織物的熱阻影響較大；選取的幾種面料組合，濕阻低于30 Pa·m2/W，總熱損失高于205 W/m2，均滿足歐美國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

消防員防護(hù)服面料； 熱濕舒適性； 熱阻； 空氣層； 濕阻； 總熱損失

消防員滅火防護(hù)服是消防員在滅火戰(zhàn)斗時(shí)穿著的用于防止高溫和火焰侵害的服裝。消防員滅火防護(hù)服通常比較厚重，導(dǎo)致消防員在滅火戰(zhàn)斗時(shí)產(chǎn)生熱應(yīng)激從而削弱其體力及滅火效率[1-3]，因此對(duì)于消防員滅火防護(hù)服熱濕舒適性的研究一直是國際研究的熱點(diǎn)問題[4-6]。目前我國對(duì)于消防員滅火防護(hù)服的研究大部分集中在提高其防護(hù)性能的領(lǐng)域，而對(duì)于防護(hù)服舒適性的研究卻很少[7-9]。

通常用來表征服裝生理舒適性的指標(biāo)有：熱阻、濕阻和總熱損失[10]。熱阻和濕阻是防護(hù)服生理舒適性的2個(gè)關(guān)鍵因素。熱阻指服裝材料對(duì)穿著者的生理熱從身體傳遞到周圍環(huán)境的阻力；濕阻指服裝材料對(duì)穿著者的汗蒸汽從身體傳遞到周圍環(huán)境的阻力[11]；總熱損失是指通過服裝材料傳遞的干熱和蒸發(fā)熱量的總和。

美國建筑物滅火防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)NFPA 1971—2013《建筑火災(zāi)及近火作戰(zhàn)防護(hù)裝備標(biāo)準(zhǔn)》中要求防護(hù)服的總熱損失不低于205 W/m2，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN469—2014《消防人員的防護(hù)服裝 消防防護(hù)服裝的要求和試驗(yàn)方法》中規(guī)定消防員防護(hù)服的濕阻不超過30 Pa·m2/W，而我國消防員防護(hù)服相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中未對(duì)服裝整體的舒適性提出要求。

本文選取我國消防員滅火防護(hù)服裝常用的幾種面料，進(jìn)行熱阻、濕阻和總熱損失的測試與分析，并將測試結(jié)果與美國標(biāo)準(zhǔn)NFPA 1971—2013及歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN469—2014的相關(guān)要求進(jìn)行比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測試樣品

實(shí)驗(yàn)所用的面料厚度大致相同，其組成及面密度如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)所用的面料Tab.1 Samples used in test

注：PTFE為聚四氟乙烯。

1.2 測試儀器與方法

測試采用Measurement Technology Northwest公司的出汗熱板，測試條件為：溫度25 ℃，濕度65.0%，風(fēng)速1.00 m/s。

根據(jù)NFPA1971—2013規(guī)定的ASTM F 1868—2002《采用出汗熱板測定服裝材料的熱阻和濕阻的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，測試熱阻和濕阻。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱阻分析

對(duì)單層面料織物的熱阻(Rcf)進(jìn)行了測試，結(jié)果如表2所示。從表中可看出：當(dāng)厚度基本相同時(shí)，對(duì)于外層材料來說，面密度越大，熱阻越大；因?yàn)楦魺釋硬牧鲜欠强椩觳冀Y(jié)構(gòu)，所以盡管面密度最小，熱阻也相對(duì)較大。

表2 單層織物的熱阻Tab.2 Rcf of single-layer fabrics

對(duì)多層面料織物的熱阻進(jìn)行了測試，其中1#/5#/6#/7#表示按照外層1#、防水透氣層5#、隔熱層6#和舒適層7#的順序?qū)⑦@4層面料疊放在一起(下同)，測試多層面料總的熱阻值。該多層面料即構(gòu)成消防員滅火防護(hù)服的基本面料組合。測試結(jié)果見表3。

表3 多層織物的熱阻Tab.3 Rcf of multi-layer fabrics

從表3可發(fā)現(xiàn)，僅外層面料不同，其他幾層面料都相同的情況下，多層織物的熱阻值差別不大。

將單層織物的熱阻值加和，并與多層織物的熱阻值相比較，結(jié)果見表4。從表可發(fā)現(xiàn)，單層織物的熱阻加和值與多層織物的總熱阻值相比，僅占多層織物總熱阻值的60%～70%。這是因?yàn)樵诙鄬涌椢镏g存在空氣層，多層織物的總熱阻包括織物的熱阻和織物之間空氣層的熱阻2部分，其中空氣層的熱阻值為多層織物熱阻值的30%～40%。

表4 單層織物熱阻總和與多層織物熱阻值的比較Tab.4 Comparison between total Rcf of single-layer fabrics and Ref of multi-layer fabrics

為進(jìn)一步研究空氣層對(duì)多層織物熱阻值的影響，在多層織物之間增加厚度為3 mm的空氣層，考察了空氣層的位置(位于外層、防水透氣層、隔熱層、舒適層及人體皮膚層之間)對(duì)多層織物熱阻值的影響，結(jié)果如表5所示。從表可看出，空氣層位于多層織物不同層之間時(shí)，熱阻值基本變化不大，即空氣層位置對(duì)多層織物的熱阻值影響不大。對(duì)比表5和表3可知，增加厚度為3 mm的空氣層后，多層織物的熱阻值增加約10%。由此可見，在消防服設(shè)計(jì)中，增加空氣層的厚度，對(duì)熱阻影響較大。

表5 空氣層對(duì)多層織物熱阻的影響Tab.5 Influence of air gap on Rcf of multi-layer fabrics

2.2 濕阻分析

德國海恩斯坦研究院研究了不同環(huán)境條件和活動(dòng)水平情況下雨衣織物和人的舒適感之間的關(guān)系，結(jié)果見表6[12]。

表6 織物濕阻和服裝舒適感之間的關(guān)系Tab.6 Relationship between intrinsic fabric evaporative resistances and clothing comfort

單層織物的濕阻值(Ref)見表7。從表可看出：當(dāng)厚度大致相同時(shí)，對(duì)于外層面料來說，密度越大則濕阻越大；因?yàn)楦魺釋硬牧鲜欠强椩觳冀Y(jié)構(gòu)，所以盡管面密度最小，但是濕阻也較大。

表7 單層織物的濕阻Tab.7 Ref of single-layer fabrics

多層織物的濕阻見表8。從表可發(fā)現(xiàn)，本文選取的幾種面料組合，濕阻值在15～16 Pa·m2/W之間，滿足歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN469—2014規(guī)定的濕阻不超過30 Pa·m2/W的要求。另外根據(jù)表4，對(duì)照德國海恩斯坦研究院對(duì)于織物舒適性的研究結(jié)果，本文選取的幾種面料組合的濕阻屬于基本舒適。

表8 多層織物的濕阻Tab.8 Ref of multi-layer fabrics

注：EN469—2014標(biāo)準(zhǔn)要求的濕阻≤30 (Pa·m2)/W。

單層織物的濕阻加和值與多層織物的濕阻值比較見表9。從表可發(fā)現(xiàn)，單層織物的濕阻加和值與多層織物的總濕阻值相比，僅占多層織物總濕阻值的70%，這同樣是因?yàn)樵诙鄬涌椢镏g存在空氣層，多層織物的總濕阻包括織物的濕阻和織物之間空氣層的濕阻2部分，其中空氣層的濕阻值為多層織物濕阻值的20%～30%。

表9 單層織物濕阻總和與多層織物濕阻的比較Tab.9 Comparison between total Ref of single-layer fabrics and Ref of multi-layer fabrics

2.3 總熱損失

根據(jù)多層織物的熱阻和濕阻，計(jì)算了多層織物的總熱損失，計(jì)算公式如下。

式中：Qt為總熱損失；Rcf為樣品的平均內(nèi)在熱阻；Ref為樣品的平均表觀內(nèi)在濕阻。

將計(jì)算結(jié)果與NFPA1971—2013的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了比較，結(jié)果見表10?？煽闯觯疚倪x取的幾種面料組合的總熱損失均滿足NFPA1971—2007的標(biāo)準(zhǔn)要求。

表10 多層織物的總熱損失Tab.10 Total heat loss of multi-layer fabrics

注：裸盤指出汗熱板中不放置測試樣品；樣品指實(shí)驗(yàn)中所用的防護(hù)服織物樣品。

3 結(jié) 論

本文選取我國消防員滅火防護(hù)服裝常用的幾種面料，對(duì)其進(jìn)行了熱阻、濕阻和總熱損失的測試與分析，并將測試結(jié)果與美國標(biāo)準(zhǔn)NFPA 1971—2013及歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN469—2014的相關(guān)要求進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論。

1) 當(dāng)厚度基本相同時(shí)，對(duì)于外層面料，面密度越大，則熱阻和濕阻越大；對(duì)于隔熱層材料，盡管面密度較小，但因?yàn)槭欠强椩觳冀Y(jié)構(gòu)，熱阻和濕阻較大。

2) 空氣層的位置對(duì)多層織物的熱阻值影響不大。增加厚度為3 mm的空氣層，多層織物的熱阻值增加10%左右，因此空氣層的厚度對(duì)于消防服的熱阻影響較大。

3) 本文選取的幾種面料組合，濕阻滿足EN469—2014的標(biāo)準(zhǔn)要求，總熱損失滿足NFPA 1971—2013標(biāo)準(zhǔn)要求。

FZXB

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Heat-moisture comfort of fire-fighter′s protective clothing materials

LI Lijun1, SONG Guowen2, LI Rui2, WANG Liwen2, XIANG Chunhui2

(1.SichuanFireResearchInstituteofMinistryofPublicSecurity,Chengdu,Sichuan610036,China;2.DepartmentofApparel,EventsandHospitalityManagement,IowaStateUniversity,Ames,Iowa50011,USA)

In order to study heat-moisture comfort of fire-fighter′s protective clothing and investigate whether it meets the requirements of European and American standards, thermal resistance, evaporative resistance and total heat loss of various fire-fighter′s protective clothing materials were tested and analyzed. Furthermore, the influence of air gap on the thermal resistance of multilayer fabrics was also studied. The results were compared with requirements of European and American standards. It is found that when thickness of the fabrics is substantially the same, density affects greatly on thermal resistance and evaporative resistance of outer shell materials. For thermal barrier material, its thermal resistance and evaporative resistance are much higher because of its non-woven structure. Location of air gap has little effect on the thermal resistance of multilayer fabrics. However, the thickness of air gap may have great effect on the thermal resistance of fire-fighters′ protective clothing. The evaporative resistance of the multilayer fabrics is lower than 30 Pa·m2/W and the total heat loss thereof is higher than 205 W/m2, which meets the requirements of European and American standards.

fire-fighter′s protective clothing material; heat-moisture comfort; thermal resistance; air gap; evaporative resistance; total heat loss

2016-04-05

2016-10-12

國家留學(xué)基金管理委員會(huì)及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0800605)

李利君(1980—)，女，副研究員，博士。主要研究方向?yàn)榉阑鹱枞疾牧霞跋绬T防護(hù)服裝。E-mail: lljscf@163.com。

10.13475/j.fzxb.20160400604

TS 941.17

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