消防员防护服面料的热湿舒适性

李利君， 宋国文， 李 睿， 王丽文， 向春晖

(1. 公安部四川消防研究所， 四川 成都 610036； 2. 爱荷华州立大学 服装、活动与酒店管理系,埃姆斯 爱荷华 50011)

消防员防护服面料的热湿舒适性

李利君1， 宋国文2， 李 睿2， 王丽文2， 向春晖2

(1. 公安部四川消防研究所， 四川 成都 610036； 2. 爱荷华州立大学 服装、活动与酒店管理系,埃姆斯 爱荷华 50011)

为研究消防员防护服面料的舒适性并考察其是否满足欧美国家相关标准，选取了我国消防员防护服常用的几种面料，进行单层织物热阻和湿阻以及多层织物热阻、湿阻和总热损失的测试与分析，考察空气层对多层织物热阻的影响，并将测试结果与欧美标准的相关要求进行对比。结果表明：在厚度大致相同时，外层面料的密度对热阻和湿阻影响较大；因为隔热层材料是非织造布结构，热阻和湿阻较大；空气层的位置对多层织物的热阻值影响不大，但其厚度对多层织物的热阻影响较大；选取的几种面料组合，湿阻低于30 Pa·m2/W，总热损失高于205 W/m2，均满足欧美国家相关标准要求。

消防员防护服面料； 热湿舒适性； 热阻； 空气层； 湿阻； 总热损失

消防员灭火防护服是消防员在灭火战斗时穿着的用于防止高温和火焰侵害的服装。消防员灭火防护服通常比较厚重，导致消防员在灭火战斗时产生热应激从而削弱其体力及灭火效率[1-3]，因此对于消防员灭火防护服热湿舒适性的研究一直是国际研究的热点问题[4-6]。目前我国对于消防员灭火防护服的研究大部分集中在提高其防护性能的领域，而对于防护服舒适性的研究却很少[7-9]。

通常用来表征服装生理舒适性的指标有：热阻、湿阻和总热损失[10]。热阻和湿阻是防护服生理舒适性的2个关键因素。热阻指服装材料对穿着者的生理热从身体传递到周围环境的阻力；湿阻指服装材料对穿着者的汗蒸汽从身体传递到周围环境的阻力[11]；总热损失是指通过服装材料传递的干热和蒸发热量的总和。

美国建筑物灭火防护标准NFPA 1971—2013《建筑火灾及近火作战防护装备标准》中要求防护服的总热损失不低于205 W/m2，欧洲标准EN469—2014《消防人员的防护服装 消防防护服装的要求和试验方法》中规定消防员防护服的湿阻不超过30 Pa·m2/W，而我国消防员防护服相关标准中未对服装整体的舒适性提出要求。

本文选取我国消防员灭火防护服装常用的几种面料，进行热阻、湿阻和总热损失的测试与分析，并将测试结果与美国标准NFPA 1971—2013及欧洲标准EN469—2014的相关要求进行比较。

1 实验部分

1.1 测试样品

实验所用的面料厚度大致相同，其组成及面密度如表1所示。

表1 实验所用的面料Tab.1 Samples used in test

注：PTFE为聚四氟乙烯。

1.2 测试仪器与方法

测试采用Measurement Technology Northwest公司的出汗热板，测试条件为：温度25 ℃，湿度65.0%，风速1.00 m/s。

根据NFPA1971—2013规定的ASTM F 1868—2002《采用出汗热板测定服装材料的热阻和湿阻的标准试验方法》，测试热阻和湿阻。

2 结果与讨论

2.1 热阻分析

对单层面料织物的热阻(Rcf)进行了测试，结果如表2所示。从表中可看出：当厚度基本相同时，对于外层材料来说，面密度越大，热阻越大；因为隔热层材料是非织造布结构，所以尽管面密度最小，热阻也相对较大。

表2 单层织物的热阻Tab.2 Rcf of single-layer fabrics

对多层面料织物的热阻进行了测试，其中1#/5#/6#/7#表示按照外层1#、防水透气层5#、隔热层6#和舒适层7#的顺序将这4层面料叠放在一起(下同)，测试多层面料总的热阻值。该多层面料即构成消防员灭火防护服的基本面料组合。测试结果见表3。

表3 多层织物的热阻Tab.3 Rcf of multi-layer fabrics

从表3可发现，仅外层面料不同，其他几层面料都相同的情况下，多层织物的热阻值差别不大。

将单层织物的热阻值加和，并与多层织物的热阻值相比较，结果见表4。从表可发现，单层织物的热阻加和值与多层织物的总热阻值相比，仅占多层织物总热阻值的60%～70%。这是因为在多层织物之间存在空气层，多层织物的总热阻包括织物的热阻和织物之间空气层的热阻2部分，其中空气层的热阻值为多层织物热阻值的30%～40%。

表4 单层织物热阻总和与多层织物热阻值的比较Tab.4 Comparison between total Rcf of single-layer fabrics and Ref of multi-layer fabrics

为进一步研究空气层对多层织物热阻值的影响，在多层织物之间增加厚度为3 mm的空气层，考察了空气层的位置(位于外层、防水透气层、隔热层、舒适层及人体皮肤层之间)对多层织物热阻值的影响，结果如表5所示。从表可看出，空气层位于多层织物不同层之间时，热阻值基本变化不大，即空气层位置对多层织物的热阻值影响不大。对比表5和表3可知，增加厚度为3 mm的空气层后，多层织物的热阻值增加约10%。由此可见，在消防服设计中，增加空气层的厚度，对热阻影响较大。

表5 空气层对多层织物热阻的影响Tab.5 Influence of air gap on Rcf of multi-layer fabrics

2.2 湿阻分析

德国海恩斯坦研究院研究了不同环境条件和活动水平情况下雨衣织物和人的舒适感之间的关系，结果见表6[12]。

表6 织物湿阻和服装舒适感之间的关系Tab.6 Relationship between intrinsic fabric evaporative resistances and clothing comfort

单层织物的湿阻值(Ref)见表7。从表可看出：当厚度大致相同时，对于外层面料来说，密度越大则湿阻越大；因为隔热层材料是非织造布结构，所以尽管面密度最小，但是湿阻也较大。

表7 单层织物的湿阻Tab.7 Ref of single-layer fabrics

多层织物的湿阻见表8。从表可发现，本文选取的几种面料组合，湿阻值在15～16 Pa·m2/W之间，满足欧洲标准EN469—2014规定的湿阻不超过30 Pa·m2/W的要求。另外根据表4，对照德国海恩斯坦研究院对于织物舒适性的研究结果，本文选取的几种面料组合的湿阻属于基本舒适。

表8 多层织物的湿阻Tab.8 Ref of multi-layer fabrics

注：EN469—2014标准要求的湿阻≤30 (Pa·m2)/W。

单层织物的湿阻加和值与多层织物的湿阻值比较见表9。从表可发现，单层织物的湿阻加和值与多层织物的总湿阻值相比，仅占多层织物总湿阻值的70%，这同样是因为在多层织物之间存在空气层，多层织物的总湿阻包括织物的湿阻和织物之间空气层的湿阻2部分，其中空气层的湿阻值为多层织物湿阻值的20%～30%。

表9 单层织物湿阻总和与多层织物湿阻的比较Tab.9 Comparison between total Ref of single-layer fabrics and Ref of multi-layer fabrics

2.3 总热损失

根据多层织物的热阻和湿阻，计算了多层织物的总热损失，计算公式如下。

式中：Qt为总热损失；Rcf为样品的平均内在热阻；Ref为样品的平均表观内在湿阻。

将计算结果与NFPA1971—2013的标准要求进行了比较，结果见表10。可看出，本文选取的几种面料组合的总热损失均满足NFPA1971—2007的标准要求。

表10 多层织物的总热损失Tab.10 Total heat loss of multi-layer fabrics

注：裸盘指出汗热板中不放置测试样品；样品指实验中所用的防护服织物样品。

3 结 论

本文选取我国消防员灭火防护服装常用的几种面料，对其进行了热阻、湿阻和总热损失的测试与分析，并将测试结果与美国标准NFPA 1971—2013及欧洲标准EN469—2014的相关要求进行比较，得出以下结论。

1) 当厚度基本相同时，对于外层面料，面密度越大，则热阻和湿阻越大；对于隔热层材料，尽管面密度较小，但因为是非织造布结构，热阻和湿阻较大。

2) 空气层的位置对多层织物的热阻值影响不大。增加厚度为3 mm的空气层，多层织物的热阻值增加10%左右，因此空气层的厚度对于消防服的热阻影响较大。

3) 本文选取的几种面料组合，湿阻满足EN469—2014的标准要求，总热损失满足NFPA 1971—2013标准要求。

FZXB

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Heat-moisture comfort of fire-fighter′s protective clothing materials

LI Lijun1, SONG Guowen2, LI Rui2, WANG Liwen2, XIANG Chunhui2

(1.SichuanFireResearchInstituteofMinistryofPublicSecurity,Chengdu,Sichuan610036,China;2.DepartmentofApparel,EventsandHospitalityManagement,IowaStateUniversity,Ames,Iowa50011,USA)

In order to study heat-moisture comfort of fire-fighter′s protective clothing and investigate whether it meets the requirements of European and American standards, thermal resistance, evaporative resistance and total heat loss of various fire-fighter′s protective clothing materials were tested and analyzed. Furthermore, the influence of air gap on the thermal resistance of multilayer fabrics was also studied. The results were compared with requirements of European and American standards. It is found that when thickness of the fabrics is substantially the same, density affects greatly on thermal resistance and evaporative resistance of outer shell materials. For thermal barrier material, its thermal resistance and evaporative resistance are much higher because of its non-woven structure. Location of air gap has little effect on the thermal resistance of multilayer fabrics. However, the thickness of air gap may have great effect on the thermal resistance of fire-fighters′ protective clothing. The evaporative resistance of the multilayer fabrics is lower than 30 Pa·m2/W and the total heat loss thereof is higher than 205 W/m2, which meets the requirements of European and American standards.

fire-fighter′s protective clothing material; heat-moisture comfort; thermal resistance; air gap; evaporative resistance; total heat loss

2016-04-05

2016-10-12

国家留学基金管理委员会及国家重点研发计划项目(2016YFC0800605)

李利君(1980—)，女，副研究员，博士。主要研究方向为防火阻燃材料及消防员防护服装。E-mail: lljscf@163.com。

10.13475/j.fzxb.20160400604

TS 941.17

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