消防服用織物熱防護(hù)性能的研究現(xiàn)狀

韓　倫，趙曉明

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387)

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消防服用織物熱防護(hù)性能的研究現(xiàn)狀

韓倫，趙曉明

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387)

對消防服用織物熱防護(hù)性能的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和分析，并總結(jié)了領(lǐng)域內(nèi)存在的一些亟待解決的問題，為消防服熱防護(hù)性能改進(jìn)和評估領(lǐng)域的發(fā)展提供了方向性的指導(dǎo)。目前熱防護(hù)領(lǐng)域?qū)W者的研究課題主要集中在熱防護(hù)過程中的熱傳導(dǎo)，各類損傷對消防服面料功能的影響，厚度、空氣層等因素對消防服熱防護(hù)性能的影響，熱防護(hù)和皮膚燒傷相關(guān)模型的建立，消防領(lǐng)域的熱應(yīng)激研究，儲藏?zé)釋ο婪岱雷o(hù)性能的影響，熱液體對熱防護(hù)性能的影響，相變材料等新材料向消防服領(lǐng)域的引入，消防服的智能防護(hù)等方向。在各領(lǐng)域內(nèi)都有一定的研究進(jìn)步，但仍有很多不足之處，值得科研人員繼續(xù)探索發(fā)現(xiàn)。

熱防護(hù)性能熱應(yīng)激空氣層消防服面料燒傷模型

0　引言

如今，人類社會正處于一個經(jīng)濟和科技急速發(fā)展的時代，但隨之而來的也有人們身邊錯綜復(fù)雜的火災(zāi)源頭。近年來，火災(zāi)發(fā)生頻率不斷上升，火場環(huán)境也日益復(fù)雜。每年，全球都有數(shù)以萬計的人因火災(zāi)而受傷，除了因皮膚直接與熱源接觸而受傷外，傷者所穿衣物著火后對其造成的燒傷更為嚴(yán)重。因此，世界各地都制定了相關(guān)法規(guī)，要求在接近火源的地方工作的人員必須穿著使用阻燃織物制造的服裝。

據(jù)統(tǒng)計，只在美國每年就約有70000消防員在救人和救火時受傷[1]。在執(zhí)行任務(wù)時，消防員會遇到像對流熱、輻射熱、熱氣體、摩擦、火焰、化學(xué)等復(fù)雜的危險。消防服是這些危險和消防員之間的唯一防護(hù)屏障。因此，消防服的性能一直是多年來國內(nèi)外學(xué)者們研究的重要方向。目前國內(nèi)消防服用織物主要是芳綸織物。由于技術(shù)、資金等方面的問題，我國自主生產(chǎn)的芳綸織物性能與國外產(chǎn)品還有很大差距。我國從2003年起，消防部隊逐步開始穿著符合GA10-2002 標(biāo)準(zhǔn)的消防員滅火防護(hù)服。防護(hù)服的防護(hù)性能好壞決定了消防員是否能夠成功地實施救援任務(wù)。如果消防服防護(hù)性能不好，則會降低消防員的救援效率，使消防員在搶救被困人員時受傷，甚至死亡。

近年來，消防員由于穿著消防服而帶來的熱應(yīng)激成為了消防領(lǐng)域的熱門話題。在救火時，消防員經(jīng)常要長時間奮戰(zhàn)在高溫火場。在高強度的工作條件下，長時間穿著消防服會大量消耗消防員的體力，使其生理壓力升高[2]。據(jù)報道，消防員穿著消防服執(zhí)行任務(wù)時，三十分鐘內(nèi)產(chǎn)生的熱應(yīng)激就會使消防員的生理指標(biāo)達(dá)到極限。此時，如果不能及時補充水分，緩解生理壓力，恢復(fù)體力，消防員就會因中暑而造成危險。

同樣，熱防護(hù)過程中的熱傳導(dǎo)，各類損傷對消防服面料功能的影響，厚度、空氣層等因素對消防服熱防護(hù)性能的影響，熱防護(hù)和皮膚燒傷相關(guān)模型的建立，儲藏?zé)釋ο婪岱雷o(hù)性能的影響，熱液體對熱防護(hù)性能的影響，相變材料等新材料向消防服領(lǐng)域的引入，消防服的智能防護(hù)等都是值得科研人員極力研究和探索的方向。為了給消防人員提供更好的防護(hù)，為了給國民財產(chǎn)提供更好的保障，研究好消防服的熱防護(hù)性能迫在眉睫。

1　各類損傷對消防服面料功能的影響

想要研究消防服的性能，首先要研究好用來制作它們的纖維和織物的性能。在研究熱防護(hù)纖維和織物性能的領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)取得了很多成果。

Sumit Mandal和GuowenSong等人研究了不同的熱傷害源對熱防護(hù)織物的性能的影響。實驗中，織物暴露于火焰、熱輻射、熱平面、熱水和熱蒸汽五種熱傷害源下，實驗證明織物暴露于火焰和熱輻射時，發(fā)射率、吸收率和熱阻是影響織物熱防護(hù)性能的主要因素?？椢锱c熱平板接觸時，織物的壓縮性能是影響織物熱防護(hù)性能的主要因素。當(dāng)織物暴露于熱液體或熱蒸汽環(huán)境下時，液體帶來的熱量質(zhì)傳導(dǎo)是導(dǎo)致人體燒傷的主要原因。這一研究獲得的結(jié)果可用于工程織物系統(tǒng)的研究，為暴露于不同的熱傷害源的穿著者提供更好的保護(hù)[3]。

ChathuriViyangika等人研究了污染和凈化處理對熱防護(hù)織物燃燒性能和阻燃性能的影響。研究分三個實驗，在第一個實驗中研究人員使用放射性示蹤劑分析和掃描電子顯微鏡研究了在被油污污染和得到凈化處理后阻燃織物中油污染物的數(shù)量和分布對織物性能的影響；第二個實驗使用熱重量分析法和量熱法研究了阻燃織物在受到污染前后的燃燒性能和阻燃性能的變化；第三個實驗研究了燃燒過程中的熱分解和熱釋放與織物的阻燃性和極限氧指數(shù)之間的關(guān)系。在實驗中還加入了洗滌對織物性能的影響。結(jié)果顯示，油污污染會增強織物的燃燒性能，洗滌也會對織物的熱防護(hù)性能產(chǎn)生影響[4]。

李俊，李曉輝等人用TPP測試儀研究了織物的形變對暴露于熱環(huán)境下的熱防護(hù)織物的基本物理性能的影響。在實驗過程中，為了更好的實現(xiàn)實驗?zāi)康?，研究人員研發(fā)出一種可以在TPP試驗中模擬織物形變的實驗儀器，使用該儀器可以探究形變對織物熱防護(hù)性能的影響[5]。

BengiKutlu和AysunCireli等人研究了單層、雙層和三層熱防護(hù)織物的熱防護(hù)性能，并研究了洗滌對熱防護(hù)織物防護(hù)性能的影響。實驗顯示，織物的厚度是影響織物熱防護(hù)性能的主要因素。對于單層織物來說，洗滌會降低織物的熱防護(hù)性能；而對于多層織物來講，洗滌會使其熱防護(hù)性能增強[6]。

周亮通過對消防服面料THL值和TPP值的測試分析來建立起這兩個指標(biāo)與面料基本性能之間的關(guān)系。根據(jù)現(xiàn)有消防服面料的不同搭配，尋找出TPP值和THL值都比較高的最優(yōu)組分。建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對消防服面料的熱舒適性和熱防護(hù)性起到預(yù)測作用[7]。

公安部上海消防研究所徐蘭娣，戴國定，楊曉華，姜敏對纖維成分對整體熱防護(hù)性能的影響以及制作過程中行縫的疏密程度、隔熱層的厚度對熱防護(hù)性能的影響進(jìn)行研究，模擬消防員的服裝內(nèi)部系統(tǒng)的濕氣狀況，測定其熱防護(hù)性能,并與干態(tài)服裝進(jìn)行分析比較。探究面料單位面積質(zhì)量對熱防護(hù)性能的影響。他們按標(biāo)準(zhǔn)洗滌方法，分析樣品未洗滌，經(jīng)5次、50次洗滌后的TPP值的變化趨勢。并對國內(nèi)外組合材料比較,分析了國內(nèi)外服裝材料的差距[8]。

姚波，張文斌通過多因素分析法對影響多層織物組合系統(tǒng)熱防護(hù)性能的因素進(jìn)行了實驗測試分析，并進(jìn)行了相關(guān)性分析。實驗表明，多層織物組合系統(tǒng)整體的熱防護(hù)性能與多層織物組合的厚度、面密度及透氣率等存在著明顯的相關(guān)性，而與其質(zhì)量損失率之間相關(guān)性不明顯。利用極差分析，針對各層組分織物對多層織物組合系統(tǒng)整體的熱防護(hù)性能、隔熱性能、透濕及透氣性能影響的主次順序進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，隔熱層織物對多層織物組合系統(tǒng)的整體熱防護(hù)性能、隔熱性能及透氣性能都起著較大的影響，而外層與防水透氣層織物的影響相對較??；防水透氣層織物對多層織物組合系統(tǒng)的整體透濕性能起著關(guān)鍵的作用，而隔熱層與外層織物的影響較小[9]。

孟瑾等人研究了光照后消防服織物結(jié)構(gòu)參數(shù)和撕破性能的回歸關(guān)系。選用消防服織物芳綸和NomexⅢA為實驗對象，以長弧氙燈為光源，進(jìn)行日曬模擬實驗。采用SPSS軟件分析實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)自變量之間存在共線性，采用主成分分析解決這一問題，最終得到具有統(tǒng)計學(xué)意義的線性回歸方程[10]。

2　消防領(lǐng)域的熱應(yīng)激研究

雖然防護(hù)服會給消防員提供很好的防護(hù)功能，但是防護(hù)服也會增加消防員的疲勞度，會降低消防員的靈活性，會加快人體的新陳代謝，從而導(dǎo)致人體產(chǎn)生不適感，也就是所說的熱應(yīng)激。熱應(yīng)激在消防員執(zhí)行任務(wù)時，是一項應(yīng)該得到重視的重要因素。因此，科學(xué)家們對熱應(yīng)激也有了廣泛的研究。

Riana R.Pryor為了調(diào)查受試者穿著防護(hù)服進(jìn)行體力運動后，5個外部溫度計的測量結(jié)果和人體核心溫度之間的一致性，做了這樣一組實驗。在實驗中，Riana R.Pryor找來50名消防員，并讓他們在一個高溫環(huán)境中，身著消防服在跑步機上完成一段時間的行走。行走結(jié)束后，受試者們要進(jìn)入一段時長為20分鐘的恢復(fù)階段以模擬突發(fā)事件的恢復(fù)過程。在這20分鐘里，實驗員會測量瞬時溫度，前額溫度和皮膚溫度等數(shù)值。結(jié)果顯示，用外部儀器測得的外部溫度與人體核心溫度的溫差在1.31℃到3.28℃之間。臨床醫(yī)學(xué)所允許的外部溫度與人體核心溫度的標(biāo)準(zhǔn)溫差要在正負(fù)0.5℃之間，實驗結(jié)果明顯超出了這個范圍。因此Riana R. Pryor認(rèn)為消防員在高溫環(huán)境下完成任務(wù)時，外部的設(shè)備測得的溫度與人體核心溫度誤差區(qū)間太大以至于不能很好的預(yù)測人體核心溫度。急救人員在使用這些用外部儀器測量出的人體核心溫度時一定要謹(jǐn)慎[11]。

黃冬梅等人對來自25個不同省份的1201名消防員進(jìn)行了一次問卷調(diào)查。結(jié)果顯示，大部分消防員表示防護(hù)服會限制他們的行動，最主要的受限制部位是大腿、膝蓋、手臂、手肘和腳踝部位。消防員們表示，在冬天穿消防服會感覺冷，在夏天穿消防服會感覺熱。在1201名受試者中有21%曾經(jīng)在穿著防護(hù)服時受過傷，并且調(diào)查顯示手是他們最容易受傷的部位[12]。

Anna Marszalek等人研究了穿著防輻射服裝的不同年齡段的男性受試者進(jìn)行試驗過程中的熱應(yīng)激情況。實驗選擇了24位健康、血壓正常、無水土不服現(xiàn)象的男子，其中包括9名年輕人(20歲～28歲)，9位中年人(43歲～52歲)和6名年老的人(58歲～65歲)。每名受試者要在人工氣候室中保持一定的坐姿60分鐘，在此期間他們要在29℃的條件下進(jìn)行分別代表了低熱應(yīng)激(Low Stress，LS)和高熱應(yīng)激(High Stress，HS)兩組試驗，并要測量WBGT(Wet Bulb Globe Temperature)。在LS實驗中，受試者穿短服，WBGT隨空氣溫度和濕度而變化。在HS實驗中，受試者身著鋁箔反射服，WBGT隨紅外發(fā)射器發(fā)出的輻射熱而變化。在實驗中測試了受試者的直腸和皮膚溫度、心率、體重?fù)p失和血壓，匯總了受試者的主觀評價。在不同的年齡段的LS和HS實驗中，受試者的直腸溫度、皮膚溫度和全身出汗率基本相同。受試者心率反應(yīng)也基本相同，但第三組受試者卻表現(xiàn)出明顯與一組、二組不同的現(xiàn)象。健康老年男性能夠承受的熱應(yīng)激與年輕和中年男子差不多，只是較年老的受試者更容易面臨脫水的危險[13]。

G. Havenith研究了消防員在穿著防護(hù)服時的熱平衡問題。實驗分析了相對熱交換過程，定義了空氣和輻射溫度、濕度、風(fēng)速度、代謝產(chǎn)熱和服裝絕緣性等相關(guān)參數(shù)，并研究了服裝設(shè)計、服裝合體度和服裝透氣性對熱應(yīng)激的影響[14]。

Kiwon Park等人研究了消防員的步態(tài)對穿著防護(hù)服的消防員的熱應(yīng)激的影響。消防員在不同強度的高溫環(huán)境和存在不同障的環(huán)境下進(jìn)行行走。研究人員分析行走過程中的7種步態(tài)參數(shù)和3種行走錯誤方法。在3種不同的環(huán)境中，44名備選消防員每人身著一件或兩件防護(hù)服。實驗顯示，任何一種防護(hù)服都會明顯的影響消防員的步態(tài)變化和疲勞速度[15]。

G. Havenith建立了可以模擬人體溫度調(diào)節(jié)的熱應(yīng)激個性化模型。模型中包含身體表面積、體重、脂肪含量、最大氧氣攝入量和人體對環(huán)境的適應(yīng)能力等參數(shù)，根據(jù)各參數(shù)可以分析影響熱應(yīng)激的被動因素(熱容、絕緣性)和主動因素(出汗和皮膚血流量)。應(yīng)用此模型，可提高預(yù)測熱應(yīng)激情況的準(zhǔn)確性[16]。

3　厚度、空氣層等因素對消防服熱防護(hù)性能的影響

消防服面料結(jié)構(gòu)間的空氣層會增強面料的隔熱性能。人體的運動會造成面料中空氣層的不斷地重新分配。因此，調(diào)節(jié)空氣層是一種可以改善織物熱防護(hù)性能的有效方法。

Guowen Song和盧業(yè)虎等人研究了空氣層和含水量對阻燃面料的熱防護(hù)性能的影響。結(jié)果顯示，含水量和空氣層厚度的增加都會明顯增強織物的熱防護(hù)性能。在空氣層厚度小于12mm時，含水量對空氣層有積極影響。當(dāng)空氣層厚度大于12mm時，含水量對空氣的影響會發(fā)生變化。研究顯示，9mm～12mm的空氣層可以提供最好的熱防護(hù)性能[17]。盧業(yè)虎，王云儀等人研究了在熱源強度為84 kw/m2時，空氣層厚度和空氣層位置對防護(hù)阻燃面料的熱防護(hù)性的影響。實驗還加入了水分對試樣熱防護(hù)性能的影響，探究了空氣層與濕度對熱防護(hù)服面料隔熱層的熱防護(hù)性能的影響。實驗表明，熱防護(hù)纖維織物的防護(hù)性能隨著織物間空氣層的厚度的增加而增大。當(dāng)空氣層遠(yuǎn)離熱源時，濕度的增大會降低熱防護(hù)性能，也會減小空氣層位置對織物熱防護(hù)性能的積極影響。然而，當(dāng)消防服外層織物與防水透濕層織物間不存在空氣層或是空氣層很薄時，濕度會提高整個織物系統(tǒng)的熱防護(hù)性能[18]。

李俊，盧業(yè)虎等人對原有的TPP測試儀中的實驗裝置進(jìn)行了改進(jìn)，并將其應(yīng)用于探究在暴露于明火狀態(tài)下，相對濕度(RH)對纖維織物微氣候中熱傳導(dǎo)的影響。實驗中選取了0～24mm的空氣層厚度，3種不同的微氣候和不同的RH。實驗結(jié)果表明，在存在不同厚度的空氣層時，RH對織物的熱防護(hù)性能有著極其顯著的影響。當(dāng)RH低于35%時，在空氣層達(dá)到15mm前織物的TPP值明顯升高。當(dāng)空氣層厚度低于15mm后，TPP的增量開始降低。但從總體上來看，TPP一直呈上升趨勢?？諝鈱雍穸刃r，織物的TPP值隨空氣中的蒸汽濃度增大而增大?？諝鈱雍穸却髸r，織物的TPP值卻隨相對濕度的增加而減小[19]。

E.M. Crown，J.D. Dale 和E. Bitner等人使用一個新的圓柱形設(shè)備研究了在存在和不存在6.35mm的空氣層時單層熱防護(hù)服面料的熱防護(hù)性能變化。實驗中測量了皮膚達(dá)到二度燒傷時間和傳感器上升24℃所需的時間。與其他實驗不同，在使用圓柱形設(shè)備的TPP實驗中，消防服面料的收縮會降低面料的熱防護(hù)性能[20]。

Guowen Song等人使用三維人體測量儀研究了不同規(guī)格的防護(hù)服和人體模型之間的空氣層厚度對防護(hù)服熱防護(hù)性能的影響，并建立了用于預(yù)測最佳空氣層厚度的數(shù)學(xué)模型。實驗使用Manikin Thermal Protective Clothing分析系統(tǒng)，分析了受試消防服的熱防護(hù)性能和收縮對織物熱防護(hù)性能的影響，并研究了假人的燒傷面積與織物間空氣層之間的關(guān)系。同時，應(yīng)用該模型，研究人員可以測定服裝中的空氣層厚度，并研究空氣層對織物熱防護(hù)性能的影響[21]。

4　熱液體對熱防護(hù)性能的影響

消防員在執(zhí)行任務(wù)時會經(jīng)常暴露于會導(dǎo)致人體燙傷的熱蒸汽環(huán)境中。因此，研究好防護(hù)服對熱蒸汽的防護(hù)性能，得到了國內(nèi)外研究者的重視。

Guowen Song和盧業(yè)虎等人研究了不同的熱蒸汽對織物滲透防護(hù)性能的影響和不同的碰撞角度對液體在織物上的滲透性能的影響。結(jié)果顯示，液體的溫度和碰撞角度都會明顯影響液體在織物表面的存留和滲透性能。在消防服面料中加入防水透濕層，會很好地防護(hù)熱液體的滲透[22]。

盧業(yè)虎和Guowen Song等人使用6mm的空氣層、85℃的三種液體(蒸餾水、菜籽油、鉆井泥漿)作為傷害源研究了消防服對熱液體的防護(hù)性能。結(jié)果顯示，織物的透濕性能會明顯的影響熱量在織物上的質(zhì)傳導(dǎo)和滲透。減小質(zhì)傳導(dǎo)可以提高防護(hù)服在暴露于熱蒸汽時的熱防護(hù)性能[23]。

盧業(yè)虎和Guowen Song等人使用一個新開發(fā)的檢測系統(tǒng)研究了熱蒸汽對防護(hù)服熱防護(hù)性能的影響。實驗預(yù)測了皮膚燒傷情況和和燒傷部位的分布，并分析了消防服的服裝設(shè)計特點對消防服熱防護(hù)性能的影響。在實驗中，研究人員還分析了熱蒸汽在熱防護(hù)織物中的熱、質(zhì)傳導(dǎo)。結(jié)果表明，可以通過降低質(zhì)傳導(dǎo)的方法來獲得更高的防護(hù)性能[24]。

5　儲藏?zé)釋ο婪岱雷o(hù)性能的影響

在暴露于熱傷害時防護(hù)服會儲存一定的熱量，這些儲存的熱量可能在當(dāng)時不會對消防員的皮膚造成燒傷，但當(dāng)面料受到擠壓或拉扯時，這些儲存的熱量會重新被釋放而造成皮膚的燒傷。因此，研究儲藏?zé)釋ο婪岱雷o(hù)性能的影響在近年來也正被國內(nèi)外研究人員所重視。

Guowen Song等人研究了在不同的暴露條件下，儲藏?zé)釋ο婪椢锏臒岱雷o(hù)性能的影響。結(jié)果顯示，儲藏?zé)釙黠@降低防護(hù)服的熱防護(hù)性能，并且儲藏?zé)釋Χ鄬用媪蠠岱雷o(hù)的影響比較明顯[25]。

6　熱防護(hù)過程中的熱傳導(dǎo)

濕度會明顯的影響織物的熱防護(hù)性能。濕度對織物熱防護(hù)性能的影響主要取決于水分的吸收量、水分的分布、水分的吸收時間和織物的受熱時間。水分的存在還會影響織物的熱濕傳導(dǎo)。因此，對濕度與織物的防護(hù)性能之間的關(guān)系的研究得到了國內(nèi)外研究者的重視。

R. L. Barker等人研究了吸收的水分對消防服熱防護(hù)性能的影響。結(jié)果顯示，當(dāng)濕度較低時，濕度對織物熱防護(hù)性能的影響不明顯。當(dāng)濕度比較大時，濕度會明顯的提高織物的熱防護(hù)性能[26]。

Lelia K. Lawson和Elizabeth M. Crown等人研究了在分別暴露于高強度(83 kw/m2)和低強度(10 kw/m2)的熱環(huán)境時，濕度對織物熱傳導(dǎo)的影響。在暴露于高強度的熱損傷時，外部水分會降低織物系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)，內(nèi)部水分會增強織物系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)。在暴露于低強度的熱損傷時，內(nèi)部的水分會降低織物系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)[27]。

7　熱防護(hù)和皮膚燒傷相關(guān)模型的建立

為了研究消防服的性能，科學(xué)家們需要知道消防服在執(zhí)行任務(wù)時消防服的實際受損情況。但是由于實際實驗的危險性很強，研究人員很難獲得充足的實驗數(shù)據(jù)，而且由于在火場中的實際損傷會對實驗面料造成嚴(yán)重的損傷。如果為了獲得實驗數(shù)據(jù)，每次都進(jìn)行實際試驗，會造成大量的材料浪費。因此，模型對于研究人員的研究提供了安全而又節(jié)約的獲得數(shù)據(jù)的方法。

David A. Torvi等人使用有限元方法開發(fā)了一款用于研究阻燃織物熱傳導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型。模型對Nomex IIIA和Kevlar-PBI兩種織物進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，用于描述高熱流的邊界條件是最重要的試驗參數(shù)。該模型可以對比銅片熱流計和皮膚模擬傳感器的優(yōu)劣，同時可以比較不同燒傷情況預(yù)測方法的好壞[28]。

Guowen Song等人為了統(tǒng)計單層織物系統(tǒng)的熱蒸發(fā)抗性而開發(fā)了一款研究熱、質(zhì)傳導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型。使用該模型可以研究外界環(huán)境、空氣層和材料自身性能對織物熱蒸發(fā)抗性的影響。這項研究可以為實現(xiàn)消防服系統(tǒng)舒適性和防護(hù)性的最優(yōu)化提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)[29]

David A. Torvi等人為了研究消防服面料在離開火場后殘留在面料上的熱量在冷卻過程中對消防員皮膚的燒傷情況而開發(fā)了一款預(yù)測織物熱傳導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型。此模型可以用于統(tǒng)計試樣表面熱流量和試樣在冷卻過程中對流熱的相關(guān)參數(shù)變化。模型中的數(shù)據(jù)已經(jīng)與用Kevlar-PBI作試樣獲得的實驗數(shù)據(jù)做過對比，結(jié)果顯示其準(zhǔn)確性極高[30]。

Guowen Song和R.L. Barker等人基于燃燒假人開發(fā)了一款可以預(yù)測燒傷情況的數(shù)學(xué)模型。模型由實驗室模擬的火焰條件和熱物理變化的相關(guān)數(shù)據(jù)組成。該模型可以幫助研究人員更好的了解在暴露于明火狀態(tài)下時消防服織物中的熱傳導(dǎo)過程，并且可以用于預(yù)測消防服面料的熱防護(hù)性能好壞。此模型可以模擬假人模型與防護(hù)服面料間的空氣層，并探討空氣層對面料熱防護(hù)性能的影響。從此模型中獲得的數(shù)據(jù)可以幫助研究人員更好的了解防護(hù)服中的熱傳導(dǎo)，為消防服性能的研究提供理論基礎(chǔ)[31]。

Guowen Song，PatiropChitrphiromsri和Dan Ding等人開發(fā)了一款用于研究暴露于明火條件下的熱防護(hù)服中的熱濕傳導(dǎo)的數(shù)學(xué)模型。該模型與不同狀態(tài)下的實際實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示實際數(shù)據(jù)與模擬出的結(jié)果基本相符，代表模型的準(zhǔn)確性很好[32]。

8　相變材料等新材料向消防服領(lǐng)域的引入

馮倩倩等人分析了Outlast 腈綸調(diào)溫織物的動態(tài)熱濕舒適性，并通過實驗研究了Outlast 腈綸調(diào)溫織物經(jīng)過暫時性阻燃整理后作為消防服舒適層與竹漿面料作為舒適層的綜合熱防護(hù)性能的差異。實驗結(jié)果顯示，Outlast 腈綸調(diào)溫紡織品具有優(yōu)異的調(diào)溫性能，熱濕耦合作用下有效地加速了熱濕的傳遞，將其作為消防服的舒適層具有應(yīng)用可行性，并能有效地提高消防服的安全性和舒適度[33]。

張興娟等人對氣凝膠作為新型納米隔熱材料在服裝方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。根據(jù)初步對比討論了SiO2氣凝膠復(fù)合材料用于消防服的可行性。結(jié)果顯示，在同樣的熱防護(hù)性能條件下，采用SiO2氣凝膠復(fù)合材料可使消防服重量及厚度降低70%以上[34]。

9　消防服的智能防護(hù)

李媛媛做了智能消防服系統(tǒng)信息獲取與處理關(guān)鍵技術(shù)方面的研究，研究的智能消防服系統(tǒng)包含信息感知子系統(tǒng)、短距無線通信子系統(tǒng)、人機界面以及多源信息融合處理研究[35]。

10　結(jié)論

本文對消防服用織物熱防護(hù)性能的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)和分析，并總結(jié)了領(lǐng)域內(nèi)存在的一些亟待解決的問題，為消防服熱防護(hù)性能改進(jìn)和評估領(lǐng)域的發(fā)展提供了方向性的指導(dǎo)。目前，熱防護(hù)領(lǐng)域的科研成果主要集中于熱防護(hù)過程中的熱傳導(dǎo)，各類損傷對消防服面料功能的影響，厚度、空氣層等因素對消防服熱防護(hù)性能的影響，熱防護(hù)和皮膚燒傷相關(guān)模型的建立和熱液體對熱防護(hù)性能的影響等課題。人們對這些課題的研究已經(jīng)相對深入，從中獲得的新成果、新規(guī)律已經(jīng)在消防領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

然而，有關(guān)新材料向消防服領(lǐng)域的引入，消防服的智能防護(hù)，新型熱防護(hù)評估方式和測試儀器的探索，消防領(lǐng)域的熱應(yīng)激研究，還有儲藏?zé)釋ο婪岱雷o(hù)性能的影響的研究還明顯不夠深入。防護(hù)性與舒適性本就是一對矛盾關(guān)系，如何制造兩種性能兼?zhèn)涞南婪媪?，如何調(diào)節(jié)目前消防面料的舒適性與防護(hù)性比重等問題還沒有得到很好解決。隨著科技的發(fā)展，在各個材料領(lǐng)域里的新型高性能材料正如雨后春筍般競相涌現(xiàn)，但在消防服面料領(lǐng)域的新材料還是停留在以芳綸為主的段位。已經(jīng)有科學(xué)家把金屬絲和相變材料等應(yīng)用到消防服面料的制造，但技術(shù)和理論都還處于初級階段。還有，隨著人類社會的發(fā)展，行業(yè)里的“以人為本”原則早已深入人心，各個工種都開始重視對從業(yè)人員生理和心理綜合方面的保證。像消防員這種高危從業(yè)人員的熱應(yīng)激當(dāng)然更應(yīng)得到保證，以確保其工作的高效性。但由于人種差異、性別差異、環(huán)境差異、經(jīng)濟差異等因素，對熱應(yīng)激問題的解決正是目前熱防護(hù)領(lǐng)域內(nèi)最復(fù)雜、最難的問題之一。還有，目前已經(jīng)是2016年，但用于評估面料熱防護(hù)性能的儀器水平還基本停留在多年前建立的TPP、RPP等熱防護(hù)性能評估系統(tǒng)。值得一提的是，目前已經(jīng)有好多學(xué)者對TPP的評估結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)論顯示TPP結(jié)果不能反映消防服的綜合熱防護(hù)性能。況且，雖然有了“火人”技術(shù)，但由于價格過于昂貴，基本上沒有幾家消防部門能有幸擁有。所以，能開發(fā)出更廉價、更高效、更有實際意義的熱防護(hù)性能評估設(shè)備也應(yīng)得到領(lǐng)域內(nèi)研究人員的重視。

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1008-5580(2016)03-0222-07

2016-03-03

國家自然科學(xué)基金項目(51206122)

韓倫(1989-)，男，博士研究生，研究方向：消防服用織物熱防護(hù)性能。

趙曉明(1963-)男，博士，天津市特聘教授，博士生導(dǎo)師。

TS101

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