劉亞光

上海伊貝納紡織品有限公司，上海 201514

3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服探討

劉亞光

上海伊貝納紡織品有限公司，上海 201514

介紹標準4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服及其性能要求，提出3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服的可行性，并進行相關(guān)試驗和測試。

消防員，滅火防護服，層數(shù)

為使消防員在火災(zāi)救援中最大限度地接近火源并保護自身安全，強制性行業(yè)標準GA 10—2014《消防員滅火防護服》規(guī)定消防員滅火防護服的整體熱防護性能TPP值不應(yīng)小于28.0，并在消防服結(jié)構(gòu)設(shè)計上推薦了4層結(jié)構(gòu)：外層、隔熱層、防水透氣層和舒適層[1]。

標準4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服雖然擁有優(yōu)異的熱防護性能，但在服裝結(jié)構(gòu)上顯得較為笨重。隨著市場上阻燃新材料的發(fā)展和加工技術(shù)的進步，在滿足熱防護性能的基礎(chǔ)上開發(fā)較為輕巧的消防員滅火防護服成為了可能。本文探討了一種3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服。

1 3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服的實現(xiàn)方式分析

市場上常見的標準4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服由(200±5)g/m2外層、(120±5)g/m2防水透氣層、(70±5)g/m2隔熱層、(120±5)g/m2舒適層組成。根據(jù)各層結(jié)構(gòu)的功能性特點，可以從以下三方面來實現(xiàn)3層結(jié)構(gòu)的設(shè)計：

(1) 提升外層的熱防護性能，消減4層結(jié)構(gòu)中的隔熱層。消防員滅火防護服外層的熱防護性能是隨著其面密度及厚度的增加而提高的[2]，但面密度或厚度增加會降低其穿著舒適度，也會提高其價格。

(2) 變化舒適層結(jié)構(gòu)，引入空氣隔熱，消減4層結(jié)構(gòu)中的隔熱層。靜止空氣是導(dǎo)熱系數(shù)最低的熱絕緣體。舒適層結(jié)構(gòu)采用雙層織物或在舒適層的緯向植入粗紗凸條以形成空氣隔熱層，從而提高消防員滅火防護服的熱防護性能。但雙層織物在滅火現(xiàn)場易吸附并儲存有害氣體，在救援結(jié)束后的脫卸過程中，會對消防員造成二次傷害；沿緯向植入粗紗凸條也會影響防護服的穿著舒適性。

(3) 改進防水透氣層，引入空氣隔熱，消減4層結(jié)構(gòu)中的隔熱層。如美國Gore-tex的Airlock防濕層采用在原防水透氣層上點塑硅膠凸點來形成空氣層的方式，這在歐美等發(fā)達國家的3層結(jié)構(gòu)防護服中普遍使用。由此種方式形成的3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服的優(yōu)勢是在救援過程中不會吸附并儲存有害氣體，不會對消防員造成二次傷害。

綜合以上分析，本文選擇第三種方式形成3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服，并對其性能進行測試。

2 3層結(jié)構(gòu)的選擇

2.1 外層

外層是消防員滅火防護服在火災(zāi)救援中最重要的防護層，其穩(wěn)定的熱防護性能是3層結(jié)構(gòu)消防員滅火防護服設(shè)計最根本的保障。以Nomex IIIA為代表的芳綸類材料是國內(nèi)消防市場上主流的消防員滅火防護服外層材料。PBI Matrix是歐美消防市場上高等級消防員滅火防護服的外層材料，已逐漸為我國部分消防隊引進并嘗試使用。這兩種材料是消防員滅火防護服外層的最佳選擇。

2.1.1 Nomex IIIA外層

不合理的教材結(jié)構(gòu)，也嚴重限制了小學(xué)生思維能力的形成，比如說上述所提到的“位置和方向”這一知識點，內(nèi)容跨度大，耗時長，無論是對學(xué)生知識點的理解和掌握還是對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的形成都極為不利，要解決這一難題，除了在教材的編制上更為嚴謹外，教師在知識的傳達方面也應(yīng)更為完善，教師可以通過拓展方式，將不同的知識點進行延伸整合，以保證知識點能前后聯(lián)系，從而讓學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系，在拓展知識過程中，可以進一步要求學(xué)生對知識內(nèi)容進行深度探究，以提升學(xué)生的自主思維能力。

芳綸纖維是美國杜邦公司在20世紀60年代率先開發(fā)和實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一種高性能合成纖維，被注冊為Nomex。Nomex IIIA由93%(質(zhì)量分數(shù))的Nomex、5%(質(zhì)量分數(shù))的Kevlar和2%(質(zhì)量分數(shù))的抗靜電纖維混合而成，其極限氧指數(shù)高于28%。Nomex IIIA面料具有卓越的阻燃、抗靜電、耐高溫和隔熱性能，在高溫或火焰中既不熔化也不產(chǎn)生熔滴，脫離火源會自動熄滅。

2.1.2 PBI Matrix外層

PBI(聚苯并味唑)纖維具有無與倫比的耐火和熱防護功能，以及高級別的舒適和耐用性，是一種典型的雜環(huán)高分子耐熱纖維，由美國塞拉尼斯(Celanese)公司于20世紀60年代中期研制成功，其極限氧指數(shù)高達40%左右。PBI Matrix由質(zhì)量分數(shù)為40%的PBI、58%的Kevlar和2%的抗靜電纖維混合而成，具有高防火、高拉伸斷裂強力、高撕破強力、高耐磨的特性。

2.2 新型防水透氣隔熱層

新型防水透氣隔熱層由聚四氟乙烯(PTFE)膜、隔熱氈及均勻分布的起支撐作用的硅膠凸點組成(圖1)。PTFE膜是由聚四氟乙烯樹脂經(jīng)特殊工藝制成的微孔型薄膜，具有防水、透氣、阻燃及耐260 ℃高溫的性能。隔熱氈采用80%(質(zhì)量分數(shù))的間位芳綸纖維和20%(質(zhì)量分數(shù))的對位芳綸纖維混紡，并經(jīng)過多次成網(wǎng)、層壓、水刺而制成。隔熱氈結(jié)構(gòu)緊密，經(jīng)25次水洗后外觀穩(wěn)定且無松散、脫落現(xiàn)象，經(jīng)高溫灼燒后仍具有良好、穩(wěn)定的炭化狀態(tài)，不破裂、不熔融滴落，260 ℃下的干熱收縮率僅2%。硅膠凸點利用定制點塑硅膠技術(shù)再經(jīng)高溫發(fā)泡而形成，具有阻燃、耐高溫特性。硅膠凸點的表面光滑、致密，不易吸附并儲存滅火救援中的有毒、有害氣體煙塵。硅膠凸點的作用是在3層結(jié)構(gòu)中形成一個空氣層，從而達到隔熱效果(圖2)。

圖1 新型防水透氣隔熱層

圖2 3層結(jié)構(gòu)效果圖

2.3 舒適層

舒適層作為滅火防護服直接接觸消防員皮膚的內(nèi)層，不僅要保證其阻燃性能，而且要求其具有一定的穿著舒適性。市場上的滅火防護服的舒適層多采用芳綸與阻燃黏膠纖維混紡而織成。芳綸賦予舒適層持久的阻燃特性及一定的強力，阻燃黏膠纖維賦予舒適層棉質(zhì)的觸感。

3 測試

為研究3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服的熱防護性能，本文進行了TPP測試和杜邦熱人儀(Thermo-man)測試。測試標準采用GA 10—2014《消防員滅火防護服》。測試前，試樣須在(20±2)℃和(65±5)%的大氣環(huán)境中保持24 h。

3.1 熱防護性能測試

熱防護性能(Thermal Protective Performance，即TPP)是指透過織物引起人體二度灼傷的熱能值(kW·s/m2)，采用TPP熱防護性能儀(701-D-163-1型，Precision Products LLC)進行測試。TPP熱防護性能儀主要由兩個部分組成(傳導(dǎo)熱源和輻射熱源)，其通過將織物的熱防護性與人體皮膚的直觀感受聯(lián)系起來，從而客觀地預(yù)測織物在使用中的實際防護效果。所以，TPP是評價織物熱防護性能的重要指標，其值越高，表示織物的熱防護性能越好。

本試驗分別以面密度為(200±5)g/ m2的Nomex IIIA芳綸面料和PBI Matrix面料作為外層進行TPP測試，試樣數(shù)量各5塊，試樣尺寸均為150 mm×150 mm。測試結(jié)果見表1，均符合GA 10—2014《消防員滅火防護服》規(guī)定的“消防員滅火防護服的整體熱防護性能TPP值不應(yīng)小于28.0”的要求。

表1 TPP測試結(jié)果

3.2 杜邦熱人儀(Thermo-man)測試

Thermo-man是一個高約1.85 m、由耐高溫復(fù)合材料制成的人體模型系統(tǒng)，內(nèi)部裝有測量儀和122個熱傳感器(圖3)。它用于測試整套防護服在模擬爆燃環(huán)境中的熱防護性能。當(dāng)人體模型穿著防護服被火焰吞沒時，熱傳感器記錄人體模型表面的溫度上升情況，并由計算機模擬程序計算在類似情況下人體可能受到的二度和三度燒傷面積的百分比，以及總燒傷面積占人體總面積的百分比。這些測試結(jié)果預(yù)測了服裝對熱、火焰和大火的防護性能。

圖3 杜邦熱人儀(杜邦提供圖片)

本試驗采用以Nomex IIIA面料做外層的標準4層結(jié)構(gòu)和3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服進行測試。杜邦熱人儀測試參數(shù)設(shè)置見表2，測試結(jié)果見表3。

表2 杜邦熱人儀測試參數(shù)設(shè)置

表3 杜邦熱人儀測試結(jié)果

4 結(jié)語

根據(jù)TPP熱防護性能儀和杜邦熱人儀的測試結(jié)果可知，3層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服的TPP值可以穩(wěn)步(定)達到28.0以上，符合GA 10—2014《消防員滅火防護服》的整體防護性能要求。3層結(jié)構(gòu)和標準4層結(jié)構(gòu)的消防員滅火防護服的杜邦熱人儀測試結(jié)果差異不大，說明前者的熱防護性能與后者近似，可進行市場推廣和應(yīng)用。

[1] 全國消防標準化技術(shù)委員會消防員防護裝備分技術(shù)委員會.GA10—2014,消防員滅火防護服[S].北京:中國標準出版社,2014.

[2] 宗藝晶,張向輝,李俊,等.消防服用外層織物的熱防護性能研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2009,27(6):17-20.

Discussion on firefighters’ protective clothings of three-layer construction

LiuYaguang

IBENA Shanghai Technical Textiles Co., Ltd., Shanghai 201514, China

The firefighters’ protective clothing of standard four-layer construction and it’s required properties were introduced. The feasibility of firefighters’ protective clothing of three-layer construction was proposed. Moreover, the related experiments and tests were conducted.

firefighter, protective clothing, layer

2016-05-02

劉亞光，男，1985年生，研發(fā)工程師，主要從事消防、工業(yè)阻燃防護面料的開發(fā)與研究工作

文獻標志碼：A 文章編號：1004-7093(2016)12-0024-03