劉 旺，鄭明遠(.， ；.科技大學， 05008)

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，生產(chǎn)要素、生產(chǎn)設(shè)施的不斷增加，造成了可燃物、助燃物及火源的種類和數(shù)量不斷增多，火災(zāi)發(fā)生頻率呈上升趨勢，火場環(huán)境更加復(fù)雜?；馂?zāi)不僅給人們的財產(chǎn)帶來損失還會威脅人們的生命安全。消防服是保護消防隊員人身安全的重要裝備品之一，它不僅是火災(zāi)撲救現(xiàn)場的必需品，也是保護消防隊員身體免受傷害的防火用具。因此，研究設(shè)計適應(yīng)火災(zāi)撲救活動的消防服就顯得尤為重要[1-3]。

1 早期消防及消防裝備

早在中世紀以前，羅馬帝國就有了專門負責滅火的“看火員”，隨后歐洲各國也都有了早期的消防小隊。然而直到19世紀末期才有了專業(yè)培訓人員以及與專業(yè)裝備相結(jié)合的消防人員。隨之，消防裝備也由原來的簡單裝備開始向現(xiàn)代化、全方位發(fā)展。1836年Henry T.Grataca P設(shè)計出了現(xiàn)代頭盔的原形，使得消防員可以應(yīng)對一些掉落材料的砸傷危險。同一時期，消防員穿著厚棉衣和皮革靴子以抵御火勢。1863年第一個攜帶獨立呼吸裝置的消防設(shè)備誕生，使得穿著人員可以防止被煙塵和有毒藥氣體嗆到。隨著19世紀晚期，橡膠的發(fā)現(xiàn)大大增強了材料的使用范圍，在二戰(zhàn)期間和之后的一段時間橡膠大衣和橡膠長靴以及傳統(tǒng)的防火頭盔是消防員的常用裝備。直到二戰(zhàn)以后關(guān)于防護裝備的正規(guī)標準才逐漸發(fā)展起來，美國防火協(xié)會(NFPA)曾制定了一系列標準。其中最典型的就是NFPA1971建筑滅火中消防員的全套裝備標準。這一時期，消防服開始有三層結(jié)構(gòu)：外層防火層；中間防水層；內(nèi)層隔熱層[4]。1982年NFPA發(fā)展了一套個人安全報警系統(tǒng)，它能在救火中發(fā)出危險警報。同一時期，杜邦公司的Nomex和Kevlar被應(yīng)用到外層防火層中，顯著地提高了消防服的應(yīng)用性能?，F(xiàn)如今消防裝備傳承了一直以來的科學技術(shù)：大衣和褲子都是采用NFPA規(guī)定的三層結(jié)構(gòu)；新的材料被應(yīng)用于裝備之中；多重口袋以攜帶多種工具；可移動的護膝墊；帶有下巴支撐帶及耳朵脖子保護袋蓋的頭盔等。隨著以后要面臨更多的生物、化學、輻射和核污染的威脅，消防裝備的發(fā)展也要向著多功能的方向前進。

我國消防服的發(fā)展也是經(jīng)歷了好幾代更新變化，早期使用的85式消防滅火服的阻燃材料是在纖維中加入化學阻燃添加劑或?qū)椢镞M行阻燃處理。其阻燃性能是暫時的，會因長期洗滌而使阻燃效果降低甚至消失。它的耐磨性、防靜電性、防化學試劑性都較差，熱防護性能也很差，而且在高溫情況下產(chǎn)生的高溫氣體、煙霧、煤焦油等增加了對人體的灼傷程度。到20世紀90年代中期，公安消防局根據(jù)形勢發(fā)展的需要研制了“九七型消防戰(zhàn)斗服”。它的外表防火層是新型阻燃材料“美它斯”，防水透氣層是在布基上覆蓋聚四氟乙烯而成，隔熱層是由阻熱毯組成，舒適層是由普通棉布起絨外粘活性碳構(gòu)成。科學合理的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)決定了新式消防服具有舊式消防服無可比擬的優(yōu)點，更加適用于保護消防隊員。

2 消防服的分類

我國現(xiàn)行使用的消防員滅火防護服分為消防滅火服、消防隔熱服、消防防化服、消防避火服和指揮服等五大類[5-6]。這些消防服是根據(jù)不同災(zāi)害事故對人體的傷害狀況研制而成，主要應(yīng)用于火災(zāi)撲救現(xiàn)場和各種災(zāi)害事故救助現(xiàn)場。

2.1 消防滅火服

消防滅火服，也就是傳統(tǒng)意義上的消防服，也稱作戰(zhàn)斗服，是為消防人員在火場滅火戰(zhàn)斗中保護自身而設(shè)計的一種防護服裝，它集阻燃、隔熱、防水、透濕于一體，可有效保證消防員在滅火戰(zhàn)斗時的人身安全、滅火戰(zhàn)術(shù)的順利實施以及滅火器材的有效應(yīng)用。我國自2003年5月起，消防部隊開始逐步使用符合GA10—2002《消防員滅火防護服》標準的新型消防滅火服。消防服的防護性能好壞是關(guān)系到消防員是否能成功救援的關(guān)鍵，如果消防服防護性能不足則可能延誤戰(zhàn)機，或降低戰(zhàn)斗力，甚至會在搶救被困人員時自身遭受燒傷。

2.2 消防隔熱服

消防隔熱服是消防人員在火場上靠近或接近高溫區(qū)進行滅火戰(zhàn)斗時穿著的防護服裝。它是由復(fù)合鋁箔、防火布、舒適層組成，防輻射溫度900℃，具有質(zhì)輕、柔軟、防水等優(yōu)點。

2.3 消防避火服

消防避火服是專門為消防員短時間穿越火區(qū)或短時間進入火焰區(qū)進行滅火戰(zhàn)斗和搶險救援時穿著而設(shè)計的防護服裝。它是由耐火纖維布、防火層、耐火隔熱層、防水層、阻燃隔熱層、舒適層組成，耐火焰溫度1000℃，防輻射溫度1300℃，具有優(yōu)越的抗火焰燃燒、抗熱輻射滲透和整體抗熱性能。

2.4 消防指揮服

消防指揮服是消防指揮員指揮滅火戰(zhàn)斗時穿著的具有一定防護功能的服裝，適用于公安消防部隊和企事業(yè)專職消防大隊以上指揮人員使用。

2.5 消防防化服

消防防化服是專門為消防人員進入化學危險品或腐蝕性物質(zhì)的火災(zāi)或事故現(xiàn)場進行滅火戰(zhàn)斗、搶險救援時穿著的一種防護裝備。它主要是由阻燃防化層、防火隔熱層、舒適層組成，具有應(yīng)急呼叫和通信聯(lián)絡(luò)等多種功能。

3 消防服的結(jié)構(gòu)

火災(zāi)對人體造成傷害的主要因素有：火焰(對流熱)、接觸熱、輻射熱、熔融金屬或其他材料液滴及蒸汽等。因此這就要求消防服必須滿足以下要求：阻燃、性能穩(wěn)定(受熱不收縮、不熔融或形成燒焦碳化等)、絕熱和防液體滲透(防止油、水或其他液體滲透)。同時，消防員在進行作業(yè)時候，不僅會受到來自外部環(huán)境的損傷，同時也會受到自身新陳代謝的壓力，所以消防服的作用就必須同時協(xié)調(diào)解決這兩者之間的聯(lián)系與矛盾[7]。此外，穿著消防服不僅對身體舒適性產(chǎn)生負影響，同時也大大影響消防人員自身的動作靈活程度，造成消防人員正常作業(yè)難度增加[8]?；诜N種要求，就決定了消防服必須具備特殊的多層結(jié)構(gòu)，從而滿足消防員工作及自身的各種要求。根據(jù)NFPA1971的標準，消防服為三層結(jié)構(gòu)：外層為防火阻燃層，使用高性能防火材料并經(jīng)拒水整理形成一道堅實的外壁；中間層為防水透濕層，它能防止水分接觸并燙傷皮膚且能把人體新陳代謝產(chǎn)生的水汽揮發(fā)出去；第三層為隔熱舒適層，主要是用熱阻較大的材料阻擋外界熱量進入人體且對人體接觸舒適。圖1就是經(jīng)典的消防服結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為消防服結(jié)構(gòu)實物圖。

圖1 消防服結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 消防服結(jié)構(gòu)實物圖

以美國為例，消防服通常分為三層構(gòu)造，由外及內(nèi)分別是外殼層、蒸汽阻擋層和隔熱層。外殼層多用Kevlar、PBI纖維織物，阻燃、耐高溫、防穿刺；蒸汽阻擋層選用聚四氟乙烯薄膜等，阻擋外界高溫液滴浸入，同時還能透氣，提供舒適性；隔熱層采用Nomex纖維織物阻擋外熱。蒸汽阻擋層雖然能使消防隊員不受蒸汽或有毒化學物的傷害，但卻阻礙了人體汗液的蒸發(fā)并使體熱上升，從而威脅消防隊員的健康和安全。因此，一些歐洲國家并不采用美國消防服中內(nèi)襯的蒸汽阻擋層。

消防服的服裝結(jié)構(gòu)也是隨著時代的變化而發(fā)展的?，F(xiàn)在，消防服大致可以分為兩種結(jié)構(gòu)：一種是上下分身式，另一種是上下連體式，兩者各有利弊。上下分身的消防服安全性高(含下半身防護，全身的防護性高)、容易活動、不易沾濕、防水性好、耐寒性好、功能和外觀好，但是具有散熱性差，體熱不易排出、造價高、衣體重的缺點；上下連體式消防服散熱性高，體熱容易排出、造價低，但是存在安全性稍差、活動不方便的缺點。我國現(xiàn)行使用的消防戰(zhàn)斗服符合GA10—2002標準[9]、歐洲EN469和美國NFPA1971標準，為上下分身型。

4 新型消防服的性能要求

4.1 外層具有永久阻燃防火性能

消防服的外層是與火和熱直接接觸的一層，也是關(guān)系到產(chǎn)品性能好壞的最關(guān)鍵的一層，目前阻燃外層面料的加工有兩種方式：①在纖維中加入化學添加劑或?qū)椢镞M行阻燃處理，即以吸附沉積、化學鍵結(jié)合、非極性范德華力結(jié)合或粘結(jié)作用使阻燃劑固著在織物或紗線上，以獲得阻燃效果；②提高成纖高聚物的熱穩(wěn)定性，通過提高熱裂解溫度，抑制可燃氣體的產(chǎn)生，增加炭化程度，使纖維不易著火燃燒，比如在大分子鏈中引入芳環(huán)或芳雜環(huán)，使之與線形大分子之間發(fā)生反應(yīng)變成三維交聯(lián)立體結(jié)構(gòu)等。第一種方法的發(fā)展取決于阻燃劑的發(fā)展和工藝流程的改進[10]，第二種方法則是和一些高性能纖維的發(fā)展聯(lián)系在一起。

4.2 良好的防水透氣性能

一般火場上大量使用水當滅火劑來撲救火災(zāi)，如果消防服不防水，則會有很多不利影響：①在冬季，消防員穿著濕透的消防服會造成凍傷；②濕透的消防服靠近火焰時產(chǎn)生的熱蒸汽會對消防員造成燙傷；③吸水過多會增加負重，影響消防服的靈活性和舒適性，所以消防服必須具有一定的防水性能。同時，火場溫度高、熱量大，消防員活動量大，人體排汗多，如果消防服透氣性差，就會使人感到悶熱、窒息，嚴重影響戰(zhàn)斗力。目前解決該問題的方法是采用復(fù)合微孔四氟乙烯膜的阻燃布，微孔四氟乙烯膜本身是耐高溫的，只要微孔的孔徑在一定范圍內(nèi)，材料的耐靜水壓和透氣性能達到一定的指標，就能阻擋水的通過而又暢通地排出汗蒸汽。例如我國的97式消防戰(zhàn)斗服和抗非典防護服就都采用了這種材料。

4.3 良好的隔熱性能

據(jù)資料表明，火場的溫度在60～1100℃之間，而輻射熱在1.5～200 kW/m2之間，因此消防服必須具有良好的熱防護性能，包括防直接灼燒的熱傳導(dǎo)性能和防輻射熱的滲透性能。只靠單薄的阻燃外層是不夠的，如果采用增加外層材料厚度來達到要求，又會使成本太高。新型消防服裝一般選用服用性能較好的永久性阻燃短纖維做成薄型氈類無紡布，這類材料作為消防服的隔熱材料對消防服的熱防護性能的作用特別突出。

4.4 防靜電性能

在石油化工等行業(yè)的工作環(huán)境中，靜電也有可能成為點火源，引起火災(zāi)。防靜電纖維在易燃易爆的環(huán)境中增加穿著者的安全系數(shù)，同時防靜電纖維還能改善服裝的舒適性和耐磨性。如杜邦公司的P-140消除靜電的碳芯纖維，能吸引織物上的電荷，在碳芯上感應(yīng)相反的電荷，當感應(yīng)電荷達到一定能級時，就會使周圍的空氣分子離子化，中和織物上和碳芯纖維上的電荷，從而消除靜電。

4.5 整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性

消防服不但要具備很好的熱防護性能，還要求重量輕、穿卸方便，結(jié)構(gòu)寬松，對跑、跳、爬等動作沒有限制，不易引起勾掛，穿著舒適，在受力較大的部位和容易受傷的部位如膝、肘、檔、胸、肩等處的縫線和結(jié)構(gòu)上采取加強措施。

5 阻燃防護服的發(fā)展趨勢

消防服發(fā)展的總體趨勢是全面防護，實現(xiàn)由單一危險因素防護到多種危害因素的綜合防護，由強調(diào)防護性到重視人體工效學特征與舒適性的轉(zhuǎn)變。這種趨勢主要體現(xiàn)在三個方面：一是服裝材料的高性能化；二是新技術(shù)的發(fā)展；三是織物復(fù)合及后整理加工技術(shù)的不斷成熟[11-12]。

我國和世界上大多數(shù)國家的阻燃紡織品性能測試方法都向國際標準(ISO)靠近，有的是直接采用，有的是等同或等效采用；在產(chǎn)品標準上則向國際化和系列化方向發(fā)展。我國消防部門已先行一步，消防員普通防護服性能要求及試驗方法、消防隔熱服、消防避火服和消防防化服四個產(chǎn)品形成了行業(yè)系列標準。消防服裝的生產(chǎn)逐漸走向標準化、多功能化[13]，可以預(yù)想將來的火災(zāi)撲救作業(yè)現(xiàn)場會是一個高端科技縱橫的戰(zhàn)場。

6 結(jié)語

通過分析研究發(fā)現(xiàn)，消防服研究方面仍存在一定的不足，例如：現(xiàn)有的研究對消防服實際使用情況、消防員對消防服的評價以及目前消防服的缺點調(diào)研得不夠充分，尤其是國內(nèi)尚無消防員對消防服性能的主觀評價方面的研究成果。目前存在這些不足，就需求我們進一步對其消防服的研制工作作出更完善的研究，從而制備出更適宜消防作業(yè)的服裝。

[1] EGLIN C.Physiological responses to fire-fighting:Thermal and metabolic considerations[J].Journal of the Human-Environment System,2007,10(1):7—18.

[2] LAWSON J R.Fire Fighter’s Protective Clothing and Thermal Environments of Structural Fire Fighting[M].TECHNOBGY NIOSA.1996.

[3] 施巍.消防員穿著滅火服作業(yè)發(fā)生中暑原因分析及對策[J].中國個體防護裝備,2006,14(4):15—17.

[4] Norman,J.Two Decades of Changes in Protective Clothing[J].Firehouse.1996,(11): 105—113.

[5] 張志源.消防戰(zhàn)斗服的發(fā)展概況[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2003,12(2):66—67.

[6] 高偉.消防防護服的分類與命名[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2003,12(4):24—26.

[7] Gi-Soo Chung,Da Hoon Lee.A study on comfort of Protective clothing for firefighters[J].Elsevier Ergonomics Book Series,2005,(3):375—378.

[8] Aitor Coea,W.Jon Williams.Effects of fire fighter Protective ensembles on Mobility and Performance[J].Applied Ergonomies,2010,41(4):636—641.

[9] 歐育湘.阻燃劑-性能、制造及應(yīng)用[M].北京:化學工業(yè)出版社.1994.

[10] 李俊,施雷花等.耐高溫防護服及其發(fā)展趨勢[J].中國個體防護裝備,2000,24(1):16—18.

[11] 許元巨.簡評世界防護服市場的發(fā)展趨勢[J].北京化纖.1999,24(1):25—27.

[12] 梁奎,丁瑞金.用于消防戰(zhàn)斗服的防護織物[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2004,12(2):49—51.