一区二区福利导航在线 火灾消防服装的有效选择

1 前言

自美国“911 事件”以来，世界众多国家遭受了恐怖主义疯狂地攻击，使得人们对于安全防护装备的要求越来越严格，不仅需要对各种防护装备的性能重新进行评估，并且提高了对于产品穿着功能的验证要求，尤其是市场抢购的防毒面具及化学防护服，这些个体防护装备的品质要求更需要严守把关。另一方面，因美国市场对于消防服装需求骤升的原因，进而创造全球市场商机，使得从事防护服原料、布料开发、服饰制作及检测评估的行业准入者必须重新整合各环节的价值链，共同创造商机。对我国来说，防护服装，尤其是特种消防服装的市场亟待开发，如何有效地选择消防员个体穿着的适身防护服，保证服装在火灾环境中发挥**作用，保障应急救援人员安全，已成为包括工程热物理、工程力学等学科与个体防护安全交叉领域研究的新方向。在本文中，我们主要讨论消防队在为消防员选择新的防护服装 (特殊的束腰外衣及裤子)所要考虑的有关方面的问题。主要的困难是为消防队员选择在各种情况和环境中都适合穿着的一套防护衣。这些环境包括:零度以下的夜间；作战和训练时高湿度、强辐射热环境；密闭空间作业；工作道路交通事故和坍塌事故现场救援；森林火灾；水旱灾害救援等。因费用问题，应储备一套能适用于以上各种事故发生时快速准备好的消防服。

因此，本文主要从服装设计、服装性能测试、兼容性、服装护理等角度讨论在个体防护装备——消防服装的选购过程所需要考虑的一些问题。

2 服装材料及工效设计

2.1材料组合选择

消防服能防止辐射热的侵入，促进汗液的蒸发和通发，增进体热散发。铠甲式工作服、铝箔工作服较常用，但防热效果有限，穿着时人体感到闷热，因此，应正确选择防护服装及服装层数，使各层配伍性能达到**，既能达到阻燃隔热，又能使人穿着舒适。国内所用消热服——热防护服品种之一，通常分为3层构造，由外及内分别是外壳层、蒸汽阻挡层和隔热层。外层多用阻燃粘胶或者阻燃棉织物，阻燃、耐高温，但防穿刺性能差；蒸汽阻挡层选用Gore-Tex薄膜等，阻挡外界高温液滴侵入，但同时可以排放人体汗汽，提供舒适性；隔热层选用棉或羊毛毡缝制于机织里布上，阻挡外热。需要指出的是，蒸汽阻挡层能使消防队员不受蒸汽或有毒化学物的伤害，但是，它却阻挡人体液态汗水的挥发并使热债上升，这可能引起消防队员健康和安全受到威胁。因此，美国消防服中常内衬蒸汽阻挡层，而在一些欧洲国家却被摒弃不用。

火灾中，一般外部环境温度为38℃～66℃，而到达服装表面的热流量则可高达 80kW/㎡以上，因此，通常消防服必须能提供高绝缘性的隔热功能。若消防员长时间暴露在高温环境下进行高强度作业，其皮肤也会受到损伤，针对这种情况，国内厂商设计消防服装时，经常采用经阻燃整理的厚重棉织面料。这种面料制成的厚重隔热防护服会阻止身体汗液的蒸发，人体体温不能降低。这时宜采用前面所述的多层结构，在服装系统内部加上一层隔热层，隔热层材料应具有良好的隔热、透气、透湿性能，国际上目前常用的隔热层材料有阻燃棉纤维、芳纶纤维及它们混纺制成的毡织物。

2.2服装结构与款式设计

为便于移动和美观，消防员应穿着更合身的短款外衣。现在防护服装很少采用“传统箱型”结构设计。从人体工效学角度考虑，防火服的结构设计应从运动机能、服装压力两个方面体现，为便于作业，在进行结构设计时可缩短防护服上装的前衣身门襟长度，缩短后裤身总长度，以提高穿着舒适性，增强救援人员作业适应性。欧盟标准EN469规定上衣和裤子的重叠量必须达到30cm (防止暴露)，但重叠部分不可超过 75mm。因此，如果衬衣的下摆提高，则裤腰也必须提高，这样的结果是在身体上形成一个30cm 的双层保护，从而覆盖了身体的大部分躯干，使人体免受烧伤。现在也有在消防服上衣的后背设计了行动褶裥和腋下插档，这样在上衣不増长的情况下可以增加活动范围，而不影响防护功能，使消防员工作效率大大提高。

在款式设计方面，消防服的领形设计以能**限度地防火、隔热、隔热透气为目的，其结构形式自然以封闭式高领型为主，领高至少要有 100mm；根据工效学原理，人体下身运动各部位中以臀部变化最为明显，男性成年人深弯腰时，臀部水平方向**伸长41%,垂直方向可达 45%。这就要求下装臀部设计时，不仅要在围度上设计一定的放松量，在纵向上也应设计一定的放松量。每件防护外套的袖口部分应有固定的附加物以保护手腕，而且附加物与袖口间应没有间隙。服装的放松量除了考虑人体软组织弹性与呼吸量所需的基本放松量外，还要满足人体运动所需的放松量。由于阻燃面料大多手感硬挺、结构紧密、延伸性小，所以运动所需的延伸量通过服装的宽松量来提供。消防服放松量的大小可在人体围度净尺寸的基础上加放所需的延伸量获得。膝部是下肢活动的主要关节，也存在活动量的问题。为适应膝部的活动量，设计时可将前裤片膝部加活褶，后裤片相应部位做省收掉部分余量。

2.3   反光性

在火场,往往浓烟弥漫,消防员仅借助自然光和头盔上的照明光还不够,尤其在夜间,必须在衣服上添加360°的强反光特性的饰带以增加消防员的视觉效果,为火场人员的合理配置、统一调度、指挥提供较大的方便。根据我国公安部 GA10- 2002 《消防员灭火防护服》相关标准规定要求，反光带和反光饰带必须具有防火阻燃性能，不能熔化，不滴流，续燃时间不应大于 2s，所配饰标志带必须整圈或360°间隔的配置。消防服上使用的反光材料，它的设计主要是提示消防员在执行任务时所在的方位。运动可以增强可视性，因此通常位于手臂、头部和脚等运动频繁的部位都装饰有反光标志带。

2.4   可脱卸内层

可脱卸内层主要是指消防服隔热层。在消防灭火作业时，设计可脱卸内层主要考虑到两方面的原因：**，便于清洗及更换。如果外层变脏需清洗或处理时，下层仍可继续使用。其次，有利于在火灾没有发生、但需在高温热辐射环境中使用。如：夏季交通事故救人作业环境中可以穿着单层防护服装，脱卸隔热层，这样能降低热感觉不适。实际上，这也是涉及到消防行业管理和风险评估的一项课题。

2.5色彩的选择

心理学研究表明不同波长的光作用于人的视觉器官，在视网膜上产生刺激后，对人体产生的心理作用不同。比如日本木村俊夫的实验结果表明，同样温度的红色和青色热水，人们会感觉红色热水温度比青色热水温度高。各种色相支配皮肤冷暖感觉的顺序是：红、橙、黄、绿、紫、黑、青、白。因此在消防员工作的高温环境下，不宜再穿暖色系服装，采用冷色系服装能够降低消防员的高温感觉。

3   消防服性能测试

消防人员穿着的防护服装必须经过热防护性能测试检验，如符合GA10-2000等标准，才能作为消防服向外售出。消防服用面料防护性能测试主要有一维TPP(thermal protective performance)法及圆筒仪法。TPP测试是将一块6平方英寸的布料放置于总能量为 2cal/cm2/sec 热对流及辐射热源下，然后记录达到二级烧伤所需的时间，TPP值即是将时间乘以 cal/cm2/sec 的数值。和垂直燃烧试验不同，TPP试验可以告诉我们模拟人体皮肤透过各种不同的布料达到二级烧伤所须吸收能量的多少，也就是说TPP值越高则布料对身体曝露于高温及高热火焰下的保护性越高，单位TPP值更是热防护性能的最直接体现。圆筒仪法即模拟人体假肢的尺寸搭建一维径向测试圆柱体测试装置，其测试原理与一维TPP法相似。但是，此类标准方法中所规定的测试试验都是在一维或者一维径向的模拟火灾环境中进行的，与真人穿着防护服装的实际情况有差距。近来各国开展了广泛的消防服“火人”测试方法，国内也有学者称其为“燃烧假人”测试方法，可模拟多种火灾或高温辐射环境。目前主要有3 种“火人”测试系统，分别是杜邦公司的Thermo-ManR假人，北卡州立大学的 PyroMan 火人以及加拿大阿尔伯特 (Alberta)大学的火人测试装置。这些测试装置都能很好地模拟外界明火环境，一般模拟热源热能量为 84kW/m2，这也是消防员灭火时处于火环境中防护服装外层所受到的热流量的一个评估值，实际上，消防员更多情况下暴露于热源的热流量比该值小。表1是一些不同火源环境下的暴露热流量值。

消防服必须具备的性能要求还包括外层应具有**阻燃性能、汽障层的防水透汽性能、外层材料的抗静电性能及反光性能。消防服的最外层是与火和热直接接触的一层,也是关系到产品性能好坏的最关键的一层。目前国际上消防服装所使用的阻燃外层材料大体可以分成两类：一类是在纤维中加化学阻燃添加剂或对织物进行阻燃处理的材料, 如阻燃棉或阻燃混纺材料, 这类材料的优点是便宜, 但该类材料会因反复洗涤及不正当洗涤 (如氯处理剂) 而使阻燃效果消失, 同时这类材料在猛火发生以后, 当材料中的阻燃气体、阻燃剂及自由基猝灭剂耗尽以后会出现大量的热气体、热焦油、烟等现象,这些情况反过来又影响穿着者,增加热传递速率及加重皮肤烧伤趋势, 因此这类材料是不可靠、不稳定的, 然而目前我国装备的消防服装绝大部分是采用这类材料。另一类材料是因为其自身的化学结构决定它具有抗热、抗高温性能, 如芳香族聚酰胺类、聚酰亚胺 P84、三聚氰胺纤维、聚苯并咪唑PBI及聚芳杂环类化合物如PBO 等。由于该纤维自身的特点,一般工业洗涤能达到120次, 使用期约10 年，而一般的阻燃处理材料只能耐洗 25～40次, 相比之下, 前者只是前期投资高, 但总的说来更便宜。常用垂直燃烧试验进行外层面料相关阻燃性能评价，即将 30.5cm 长的布条在丙烷火焰下燃烧 12 秒后，将火焰移开并测量续燃时间、阻燃时间及布条损毁长度，按要求损毁长度不应大于100mm，续燃时间应不大于 2s，且不应有熔融、滴落现象。

好的防水和透汽性能是防护服装中汽障层所必须具备的属性，目前解决既能防水又能透汽的办法是采用复合选择性膜的阻燃布，该面料既耐高温，而且只要微孔孔径在一定的范围内，材料的耐静水压和透汽性能均能达到一定的指标，这样就能在防水同时使水蒸汽分子顺利通过，在选购消防服装时，必须注意要选择耐静水压不小于 17kPa、水蒸汽透过量不小于 5,000g/㎡/24h 的防水透汽层。

目前火灾现场复杂, 静电也能成为点火源, 使火灾加重。抗静电纤维能消除有害的静电, 在易燃易爆的环境中增加穿着的安全系数，同时静电可使穿着者感到不舒适, 抗静电纤维能改善服装的舒适性和耐磨性。如杜邦公司生产美塔斯（METAMEX）纤维中就含有杜邦专利的 P-140 消除静电的碳芯纤维, 碳芯纤维能吸引织物上的电荷，在碳芯上感应相反的电荷, 当感应电荷达到相当高的能级时,周围的空气分子就得到离子化,这些正负离子中和了织物上和碳芯纤维上的电荷而使静电得到消除。针对我国国情，在生产消防服装用面料时，

表1 不同火源发出的热流量值(Torvi，1997)

可考虑纺纱时混纺入金属导电纤维或碳纤维。国际上常用的测试服装抗静电性能的方法有半衰期测定法、摩擦带电电压测定法、摩擦带电电荷量测定法、表面阻抗测定法、静电吸附性测试法、静电衰减时间测定法、行走(模拟步行) 测试法、吸灰测试法，国内常用的测试方法主要是前4 种。按照我国防护服相关标准规范，在选购时必须要求防护服装外层阻燃面料的带静电量小于0.6μC/㎡（电荷面密度法）。其它试验方法包括辐射热防护，在高温环境下模拟消防员消防作业。一系列的人体工程测试考虑到了服装的裁剪、合体性、身体舒适、运动性能、紧固件、跟其他个体防护装备搭配的关系，等。有一个密闭空间测试找出诸如手肘、膝盖垫、消防服外面的醒目标志，如照明物、个人路线。该方法可以对消防服醒目标志例如反光胶带类型和配置加以评估。此外，防护服的拒水性测试及评估防止渗漏、吸水率的保护成效等，这些性能测试不仅关系到舒适性，而且在预防蒸汽灼伤中是很必要的。

4   兼容性

由于资金的限制，消防队选购防火服装通常的做法是先采购防火服外套及外裤，如果资金允许的话接下来是其他的个体防护装备，但是所有消防服的各组件应相互兼容,如果各个组件生产厂家在生产之前没有进行有效沟通，所生产消防服部件不可能兼容。根据国际个人防护法规第 5条规定，生产商生产的防护服各部件必须相互兼容。另外，必须注意的是个体防护装备的各部件必须正确穿戴，以增强服装有效保护水平。

5   服装洗涤与护理

消防服需要特殊护理和专业清理，例如在服装外层重新涂上新型氟碳材料层以防止收缩；采用新型化学物质彻底除掉服装上油质、液体物质。欧盟标准EN469规定防护服装在清洗5次后仍符合标准所要求的力学强度及热性能，我国公安部GA10-2002《消防员灭火防护服》标准要求反光饰带在洗涤25 次后无破损、脱落和变色现象。由于火灾发生的情况复杂，所发出的热流量也不同，服装穿用时间不能作为服装是否需要洗涤的指标，而且，仅凭消防员的主观感觉不能确定服装何时进行清洗、更换等。随着系统工程的发展，运用条码技术和批量测试技术可以解决有关消防服装洗涤和护理的问题，这也将是未来特种功能服装在系统工程中运用的一个案例。