消防服防護(hù)性能研究進(jìn)展

盧依晨，劉 茜，黃信哲，王樂樂

（上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，上海 201620）

1 消防服的4層織物系統(tǒng)

常用新型消防服具有4層結(jié)構(gòu)，從外到內(nèi)分別為防火表層、防水透氣層、隔熱層和阻燃舒適層[1]。在高溫環(huán)境中，消防服的熱防護(hù)性能、舒適性對于保護(hù)消防員生命安全來說極為重要。熱防護(hù)性能包含阻燃防火、隔熱和耐熱性能，舒適性則包括防水透氣和整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性能，除此之外，還包括防毒防腐蝕性能、可見性能等[2]。

1.1 防火表層

防火表層是保護(hù)消防員安全的第一層保障，通常使用阻燃性良好的纖維或耐高溫纖維面料來制作消防服外層。防火表層在火場中直接與火源和水接觸，為保障消防員不被熱焰所傷或被淋濕，消防服應(yīng)具備一定的阻燃和拒水性能。防火表層還需具備良好的撕破強力、斷裂強力、透氣透濕和保溫性能，以便消防員進(jìn)行大幅度的作業(yè)[3]。

1.2 防水透氣層

防水透氣層作為消防服的第二層保障，需具備良好的防水、透濕透氣和熱穩(wěn)定性能，通常以減小蒸汽滲透和增加織物厚度的方法來提高織物系統(tǒng)整體的熱防護(hù)性能[4]。防水透氣層將蒸汽和液體化學(xué)物質(zhì)阻隔在外，同時使熱氣與汗液迅速排出，以提高消防服的舒適性[5]。

1.3 隔熱層

隔熱層是消防服的第三層織物，通常選用透濕透氣性能、保溫性能良好的材料來織造。隔熱材料疏松、多孔的特點使織造而成的織物擁有良好的隔熱保暖功能[6]，使消防員在特殊環(huán)境中能夠保持一定的體溫，防止高溫造成的輻射熱灼傷消防員[7]。

1.4 阻燃舒適層

阻燃舒適層作為消防服的最里層，應(yīng)具備良好的阻燃性能、熱穩(wěn)定性能、透濕透氣性能和舒適性能。里層的舒適性需要優(yōu)于一般服裝，如阻燃棉、阻燃黏膠或經(jīng)過舒適性處理后的阻燃纖維來織造舒適層，以保障消防員的作業(yè)效率。

2 消防服的傳統(tǒng)性能

消防服的傳統(tǒng)性能包括阻燃隔熱、防水透氣、防毒防腐蝕、可視性、力學(xué)和整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性能。消防員在火場長時間作業(yè)后，悶熱感、高濕和黏膩都是威脅生命安全的因素，而消防服正是解決這些問題的重要裝備。

2.1 阻燃隔熱

阻燃隔熱材料應(yīng)具有永久的阻燃性。在火場中，高溫會產(chǎn)生高強度的輻射熱，消防服可避免消防員被灼傷。常用阻燃隔熱材料有二氧化硅氣凝膠、芳綸纖維、芳砜綸纖維等。

氣凝膠是固體材料中密度最小、導(dǎo)熱系數(shù)最低、孔隙率極高的材料，具有良好的隔熱性能。某學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，將二氧化硅氣凝膠與微膠囊相變材料、水性聚氨酯樹脂相結(jié)合，能夠研制出一種高性能的新型隔熱薄膜，將其與傳統(tǒng)熱防護(hù)面料進(jìn)行結(jié)合后制成的新型熱防護(hù)織物系統(tǒng)，可以取代傳統(tǒng)的防水透氣層和隔熱層。

芳綸1313是一種聚酰胺纖維，耐高溫性能良好，在220 ℃高溫下可以長期使用。某學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在芳綸1313面料上涂層鋁膠，熱防護(hù)性能和阻燃性能均能提高。利用芳綸1313制成的服裝擁有耐高溫、抗撕裂、阻燃等特性，可有效減少爆燃的危害。

芳砜綸纖維具有良好的耐熱性和一定的導(dǎo)濕性能，晶粒細(xì)小，纖維手感柔軟，在高達(dá)250 ℃的環(huán)境中仍可長期使用。某學(xué)者以芳砜綸和芳綸1313織物作為防火表層，以芳砜綸、芳綸混紡覆膜非織造布作為防水透氣層，以芳砜綸和阻燃黏膠混紡作為阻燃舒適層，將三者組合，使消防服具有良好的熱穩(wěn)定性能和舒適性能。利用芳砜綸纖維制成的新型阻燃隔熱面料，能抵御瞬時高溫火焰造成的傷害。

2.2 防水透氣

消防服需要具備優(yōu)良的防水透氣性能。在高溫條件下進(jìn)行消防作業(yè)時，滅火會產(chǎn)生大量水蒸汽導(dǎo)致消防員燙傷。若水進(jìn)入消防服內(nèi)部，則會加重消防員行動的負(fù)擔(dān)，增加作業(yè)難度。復(fù)合選擇性膜的阻燃布可以在防水的同時，又能使水蒸汽分子通過，且耐高溫性能良好。除此之外，某學(xué)者設(shè)計了一套具有通風(fēng)口的服裝。關(guān)閉通風(fēng)口可以防止高溫接觸人體；開啟通風(fēng)口可以加快人體散熱，提高消防服的舒適性。

2.3 防毒、防腐蝕

消防服必須具備良好的防毒、防腐蝕性能和一定的耐化學(xué)溶劑性能。火場內(nèi)可能含有大量的腐蝕性、有毒氣體或液體，如一氧化碳、氯氣、氨氣、氯化氫、二氧化硫、液化石油氣等，這些有害氣體會直接威脅消防員的生命安全。

2.4 可視性能

消防服需要具備一定的可視性能。大量的煙霧或夜間作業(yè)會使消防員難以互相辨認(rèn)身份。除自然光和消防頭盔的照明光外，還需在消防服上添加具有強反光性能的標(biāo)志，以提高消防作業(yè)時人員調(diào)度的便捷程度。江蘇奧神新材料股份有限公司首創(chuàng)的原液著色聚酰亞胺纖維，色牢度高、阻燃性好，能夠在高溫環(huán)境中保持一定的可視性。

2.5 力學(xué)性能

消防服需要具備良好的力學(xué)性能。消防員作業(yè)時，可能會發(fā)生碰撞障礙物等情況，可以在消防服的肩、胸、肘、襠、膝等受力大、易受傷的部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)的加強，如在肩部增加墊肩，肘部、膝部采用加縫雙層消防材料等。強韌度高的消防服可以避免銳利物體的沖擊或碰撞，保障消防員的生命安全。

2.6 協(xié)調(diào)性能

消防服還需要具備良好的整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性能。消防員在進(jìn)行消防作業(yè)時，活動范圍廣且動作幅度大。一件具備良好整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性能的消防服，寬松、質(zhì)量輕、穿著舒適的特點可以減輕消防人員的行動負(fù)擔(dān)，提高搶險救援的效率。

3 消防服新增功能

當(dāng)今社會的火災(zāi)現(xiàn)場復(fù)雜多樣，在高危環(huán)境中，消防人員除了面臨高溫燙傷、火焰灼傷的危險，還可能會因爆炸、靜電點火源、有毒氣體、體力耗盡、脫水等影響生命安全。隨著消防服的發(fā)展，選用的材料從一般耐高溫纖維向新型材料發(fā)展。除此之外，在電子信息技術(shù)和智能服裝技術(shù)的發(fā)展背景下，研究人員創(chuàng)新研發(fā)了具有新功能的智能消防服。

3.1 抗靜電

有害靜電不僅會影響消防服穿著的舒適性，還會成為火源點，會點燃易爆物，危害消防員的生命安全。利用抗靜電纖維織造消防服，能有效消除有害靜電，提高消防服的舒適性，為消防員提供安全保障。

某學(xué)者發(fā)現(xiàn)，間位芳綸基導(dǎo)電纖維具有良好的阻燃、導(dǎo)電和力學(xué)性能，可以增強消防服的抗靜電性能。北京賽歐蘭阻燃纖維有限公司研發(fā)出的高性能新型硅-氮系阻燃再生纖維素纖維新三防面料，具備良好的阻燃防火性能、防電弧、抗靜電性能。

3.2 測氣體濃度

在火場中，有害氣體隨時可能威脅消防員的生命安全，實時監(jiān)測氣體濃度可以對消防員和指揮車進(jìn)行提前預(yù)警。某學(xué)者設(shè)計了一種可實時監(jiān)測二氧化碳濃度、溫度、生理狀態(tài)等信息并傳遞的體征監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)獲取傳感器的信息后，會對消防員的生理狀態(tài)進(jìn)行評估并預(yù)警危險。

3.3 定位

消防員在火場的濃煙中或是在作業(yè)面積廣的情況下，身份識別至關(guān)重要。通常以攜帶對講機、添加反光條或智能定位的方式來識別消防員的身份。某學(xué)者提出將國內(nèi)的在編消防人員信息錄進(jìn)系統(tǒng)，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)對消防人員進(jìn)行精準(zhǔn)定位。通過將全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）和氣壓傳感器作為定位模塊進(jìn)行實驗后發(fā)現(xiàn)，對比單一的GPS定位系統(tǒng)，其定位誤差極小且精確度更高。

3.4 體能預(yù)警

由于火場內(nèi)的有毒氣體和高溫會危害消防員的生命安全，準(zhǔn)確地監(jiān)測消防員生理狀況和周圍的環(huán)境信息并進(jìn)行體能預(yù)警，可以在極大范圍內(nèi)為消防員增加思考方案或撤退的時間。

某研究人員設(shè)計了一種智能體能預(yù)警系統(tǒng)。采集消防員生理狀況的信息并無線傳輸給顯示終端，當(dāng)環(huán)境的不利因素出現(xiàn)時或消防員生理出現(xiàn)異常時，要及時作出預(yù)警。有學(xué)者設(shè)計了一種加入電極的消防衫，能夠?qū)崟r監(jiān)測消防員的生命狀況，減少消防員因心臟、中風(fēng)等情況。還有學(xué)者設(shè)計了一種嵌入式的信息監(jiān)測系統(tǒng)，運用嵌入式最小的硬件系統(tǒng)，通過心率、氣體煙霧、數(shù)字溫度傳感器可以準(zhǔn)確判斷火災(zāi)的情況和預(yù)警消防人員的生理極限。

3.5 液冷主動降溫

在火場高溫環(huán)境中，具有液冷主動降溫功能的消防服能夠緩解消防員作業(yè)時自身產(chǎn)生的熱積蓄，可有效提高消防員作業(yè)的舒適程度。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)消防服內(nèi)層縫著連接外置水源的塑料管道時，可以有效緩解人體在高溫環(huán)境下的熱壓。還有學(xué)者設(shè)計了一種具有液冷主動降溫作用的消防服。消防服內(nèi)層結(jié)合液冷降溫背心，服裝材料使用芳綸1313纖維，換熱管路呈U型排列多管路循環(huán)，可有效緩解消防員在高溫環(huán)境中的不適。

3.6 視頻免提通話系統(tǒng)

消防員在搶險救災(zāi)時，若遇到意外和急需與指揮員確認(rèn)情況時，對講機常常無法接收準(zhǔn)確的畫面信息?，F(xiàn)有的HLS-XF08型智能消防頭盔解決了這一問題。頭盔中含有紅外成像模塊和報警模塊，可以采集紅外視頻，實時監(jiān)測火場溫度、可燃?xì)怏w濃度、有毒氣體濃度等信息，并傳輸?shù)斤@示裝置與子處理器中，報警模塊會對有害氣體濃度值的限度進(jìn)行預(yù)警。通過頭盔中的免提通話系統(tǒng)進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)，為消防人員提供更好的作業(yè)空間。

4 總結(jié)與展望

消防服作為保障消防員生命安全的重要保障，阻燃隔熱、防水透氣、防毒防腐蝕的性能一定要保證良好。但這些功能屬于消防服的傳統(tǒng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)代社會搶險救援的要求。在電子信息技術(shù)和智能服裝技術(shù)的發(fā)展背景下，研究人員創(chuàng)新研發(fā)了具有新功能的消防服，如具備消除靜電點火源、監(jiān)測溫濕度、監(jiān)測氣體濃度、監(jiān)測生理狀況、精準(zhǔn)定位、體能預(yù)警、液冷主動降溫、視頻免提通話系統(tǒng)等功能的新型消防服。這些新型智能消防服將進(jìn)一步保障消防員的生命安全，隨著復(fù)雜作業(yè)需求的增加，消防服的智能化成為必然趨勢。