多层消防灭火防护服的研究进展
多层消防灭火防护服的研究进展
消防灭火防护服的结构组成
应急管理部消防救援局对2021年全国消防救援队伍接处警与火灾情况统计表明，2021年，全国共接报火灾74.8万起，死亡1 987人，受伤2 225人，直接财产损失67.5亿元。目前，我国火灾形势依然严峻，具有防护性能的消防防护服能提高消防员的工作效率，保障其生命安全。我国消防防护服主要分为消防灭火服、消防隔热服、消防避火服、消防指挥服和消防防化服 5大类。其中，消防灭火服是传统消防服，能阻燃隔热、防水透湿，有效保障消防员在消防中的人身安全。
（1）外层
GA 10 — 2014《消防员灭火防护服》规定消防灭火防护服由外层、防水透气层、隔热层、舒适层多层织物复合而成。消防灭火防护服的外层暴露在空气中，直接面临火焰高温，因此要求外层织物具备良好的阻燃性能。而在复杂多变的恶劣环境下进行救援活动，钩挂和摩擦是不可避免的，因此外层织物还需满足一定强度的物理机械性能。
（2）防水透气层
火灾现场通常使用大量水充当灭火剂，现场环境高温高湿，人体在该种环境下进行高强度活动易分泌大量的汗液，消防灭火防护服会吸收大量的水，这不仅会使服装变重，还会改变服装原本的热量传递方式。因此，防水透气层首先要阻止外界水向内部隔热层渗入，同时也需要将汗液水蒸气排出。目前，防水透气层多采用防水透气膜＋阻燃基布/棉布，常见的防水透气膜有聚四氟乙烯（PTFE）膜、聚乙烯（PE）膜等。此外，防水透气层还需要具有一定的耐静水压和良好的热稳定性。
（3）隔热层
火场温度一般在60 ～ 1 100 ℃之间，热防护性能在1.5 ～ 200 kW•s/m2。消防灭火防护服的热防护性能主要依赖于隔热层，其能有效阻隔热传导和热辐射对人体的伤害。一方面，隔热材料需要隔离空气的热传导，防止对消防员造成灼烫伤害；另一方面，其需要及时散发汗液，防止热蓄积对人体造成伤害。隔热层一般采用针刺非织造布或三维网眼针织物，通过增加导热系数小的空气层来减少热量渗入，常用材料为间位芳纶、对位芳纶、阻燃棉等。
（4）舒适层
消防灭火防护服内层的衬里称为舒适层，其直接与人体皮肤接触，故要求具备阻燃性的同时还需具备优异的舒适性。这要求其具有良好的吸湿透湿性能，以减少闷热感，防止人体脱水，给予消防员良好的穿着感，保障作业效率。其通常与隔热层缝制在一起，多使用芳纶/阻燃粘胶混纺机织物。
消防灭火防护服的性能要求
（1）安全性
阻燃性和热防护性是评价消防灭火防护服安全性能的两大指标，安全性能约占防护性能的55%，其主要与消防灭火防护服阻燃外层有关。虽然阻燃性和热防护性能都是评价防护服安全性能的指标，但这两大性能之间并没有明显的对应关系。
阻燃性指织物置于火源中难燃或者不燃，离开火源后很快自熄停止燃烧的性能。作为功能性防护服装，消防灭火防护服首先要保证阻燃性能。阻燃性能的获取主要依赖于外层面料，外层面料阻燃性能可以通过使用阻燃整理剂处理织物和采用新型阻燃纤维织制获得。前者价格低廉，但洗涤会使阻燃剂脱落，阻燃效果并不持久，因此，目前国内外普遍使用具有永久性阻燃的高性能阻燃纤维。
热防护性指消防服在高温高热的环境中保护人体免受热危害的能力。引入一些新型功能材料是改善消防服热防护性能的重要途径，也是消防服发展的趋势之一。这类材料包括相变材料（PCM）、形状记忆材料（SMM）、气凝胶等。
（2）舒适性
服装舒适性的重要作用体现在热湿舒适性、运动舒适性、触觉舒适性 3 个方面。消防救援需带灭火头盔、阻燃头套、灭火战斗服、呼救器、防爆照明头灯、消防手套、安全绳包、空气呼吸器、腰斧、安全腰带、灭火战斗靴及两盘水带，这些装备重达41 kg。消防员需要在负重且高速运动的工作状态下完成抢险救援，因此消防灭火防护服应当充分考虑热湿舒适性和运动舒适性。
热湿舒适性包括织物的热舒适性和湿舒适性，是指织物能良好地进行热湿传递，穿着此服装能感到舒适。目前，通用的消防服多为 4 层结构，服装厚重，防护性能优异但透湿、透气性能较差，人体代谢热量与防护服散热能力之间的平衡难以达成，易引起热应激，产生“过度热防护”问题，严重影响到消防员的安全与健康。一般可用着装人体试验和暖体假人试验测试消防服热湿舒适性。为提高消防防护服的热湿舒适性，目前多利用模拟皮肤－空气层－织物－环境热量和水分传递的数学模型作为传热导湿分析的载体，还有利用织物的结构变化与多层织物复合，可以在兼顾消防服功能性的基础上提高舒适性。
服装人体工效学以人为中心、以服装为媒介来实现人 — 服装 — 环境之间的佳匹配。服装的运动舒适性从侧面反应了服装的人体工效学性能，是指人体穿着合适尺寸的服装能够自由活动。消防灭火防护服的结构设计应当充分考虑人体工效学原理，注重领、肩、肘、手臂、袖口、腋下等部位的设计，提高服装的穿脱便捷性，实现轻质化和灵活性，从而降低消防员生理负荷，提高救援效率，保障生命安全。