安全防护服装之消防员灭火防护服的研发现状及发展趋势

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随着时代的发展和科技的进步,人类社会进入了一个科技和经济高速发展的时代;伴随而来的火灾情况也日益频繁和复杂,对于在灭火过程中肩负着扑救火灾和保证人民生命财产安全的消防人员的生命威胁也愈来愈大。在恶劣而复杂的火灾现场,突发的危险情况随时都有可能发生,威胁着消防人员的生命安全。在进行火灾事故救援中,消防员死亡的情况屡有发生,据国外有关研究表明,仅有8%的消防员是由于烧伤致死,42%的消防员是因爆炸冲击或建筑倒塌直接致死,其余50%无明显事故原因死亡。但专家们普遍认为无明显事故原因的死亡,是由于热压力造成判断力与行动力降低的最主要原因。因此,研究如何降低消防防护服热压力是对提高消防员事故抢险救援率、增强对作业人员人身安全具有十分重要的意义。消防员灭火防护服是消防人员在灭火救援中免受伤害的最主要和最有效的防护装备。面对复杂多变的火灾情况,作为消防人员最后一道安全防护——消防员灭火防护服,其作用至关重要。消防员灭火防护服的材料和款式以及服装整体的防护性能,随着时代的发展和产品加工工艺技术的革新而不断改进和提高。

1、国内外消防员灭火防护服的发展现状

1.1国外发展现状

目前,国际上的消防员灭火防护服通常由多层面料结构组成,由外及内分别为外层、防水透气层、隔热层和内衬。外层面料主要由高性能纤维材料制成,包括芳纶1414纤维、芳纶1313纤维、PBI纤维、PBO纤维等;以PBI纤维为主要原材料做成的面料受到国外市场的广泛关注和欢迎,如PBIGold、PBIMatrix、PBIMax等。采用PBI纤维为主要材料做成的防护织物与其他热防护织物相比,其防火性能好,经久耐用;其中,PBIMax为新款消防员灭火防护服的外层面料具有高度的舒适性和柔韧性,同时暴露于较高的热和火焰下无收缩和破裂。防水透气层主要作用不仅是使穿着者内环境中排出的水汽通过,而且还能阻挡外在环境中液态水的进入,同时起到挡风和减少热量渗入;一般采用非织造布和阻燃PT⁃FE的复合材料复合而成。隔热层面料主要由立体网眼针织物或非织造材料制作;内衬也称作舒适层,具备穿着舒适性和阻燃性能,一般为芳纶纤维和阻燃粘胶纤维的混纺机织物。

1.2国内发展现状

我国对消防员灭火防护服的研究起步较晚,但经过科研工作者多年的不断探索,已经在消防员灭火防护服的材料组合、新结构、新工艺及后整理工艺上取得了较大的进步。近年来,我国的消防员灭火防护服材料由后整理阻燃棉逐渐转变为芳纶,改善了消防员灭火防护服经过多次洗涤后丧失阻燃防火性能,同时提高了面料的强力和耐磨性能。芳纶纤维的生产企业主要有美国杜邦公司、日本帝人公司和我国的烟台泰和新材料公司等。

外层面料在结构上采用双层或者多层结构,增加织物热防护性能的同时,提高了织物的撕破强力。除芳纶纤维以外,在其他高性能阻燃耐高温纤维应用上面也有突破和创新。

防水透气层主要是阻止外面的水汽进入人体,同时将人体产生的汗液排出去,目前国内采用阻燃非织造布和阻燃PTFE膜复合组成。隔热层主要是隔绝热源,避免消防员受到外面高温的伤害,多采用耐高温阻燃纤维经针刺工艺制成的针刺毡,常见的有芳纶针刺毡。蔡普宁等研制的芳纶1414缝编复合毡不仅具有优异的力学性能,而且热防护性能优良,是一种理想的消防服隔热层材料。

隔热层在后整理工艺上采用气凝胶涂层整理可增加织物的隔热效果。气凝胶是一种低密度、高孔隙率的纳米多孔非晶态固体材料,也属于一种非常好的隔热材料。张兴娟等提出了将二氧化硅气凝胶用于消防员灭火防护服隔热层材料的可行性,研究结果表明:其可以有效降低隔热层的导热性能,同时消防员灭火防护服的质量和厚度可以降低70%以上。

舒适层主要是贴近人的身体,具有舒适性和阻燃性,一般采用芳纶纤维和阻燃粘胶纤维混纺制成的机织物。

2、消防防护服装耐热气压弱问题

近几年来,各个国家虽然都一再将消防安全防护服的标准重新修订,不断加强各种面料性能的数据指标,但是一个重要项却从未作为参照的标准,即服装穿着的舒适性。影响服装穿着舒适性的重要因素是服装的湿热传递性能,是基于服装、人体和环境三者的关系问题,人体通过服装与环境进行湿热传递,服装不仅要具备导热去湿作用,而且还需要具备隔热隔湿作用。消防员安全防护服,其吸热性也受湿热传递性能影响,当服装内湿热度超过人体所能承受的正常值,就会影响人体机能的正常发挥,造成个人安全隐患,因此,如何提高消防员安全防护服的耐高温和隔热防护性能,并且使消防服轻便同时还防水透气,提升消防服自身的湿热传递性能,成为越来越多的国内外专家关注的热点和挑战的难题。

2.1整体热防护性能

消防员灭火防护服的环境热威胁通常来自火焰、爆炸等过程对流热、辐射热以及接触受热物体时的热传导。消防员灭火防护服的热防护作用是减少热流透过服装传递到皮肤上,以最大限度减少皮肤烧伤,为消防人员提供宝贵的安全工作时间。

2.2阻燃性能

阻燃性能是对消防员灭火防护服最基本的性能要求。

2.3耐热性能

耐热性能是对服装组成材料经热性能试验后材料表面变化情况的反应。

2.4耐静水压和热湿舒适性能

防水透气层是用于阻止水向隔热层渗透同时又能排出水蒸气的防护部分。

3、消防员防护服装发展的展望

3.1提高热防护性能

生命大于一切,这个生命不仅包含遭受火灾的人民群众的生命,还包含深入火灾现场进行火灾救援的消防人员的生命。消防员灭火防护服,作为消防人员面对恶劣而复杂的火灾时的最后一道防护,其作用尤为重要;消防员灭火防护服整体的热防护性能提高一分,消防人员的安全系数就会提高一分。消防员灭火防护服作为防护性服装,热防护性能要求始终是设计开发消防员灭火防护服时最主要的基本要求,满足了这一性能要求后,才有进一步研究其他性能需求的必要性。其中,GA10经过了3次修订,对热防护性能方面的要求一再提高,逐渐向国际高标准看齐,体现了生命大于一切、防护至上的理念。

3.2减少整体质量,增加舒适性

消防员在深入复杂而多变的火灾现场进行火灾救援时,不仅要面对高温湿热的火灾现场,还要背负整套灭火防护服及灭火救援装备。这些消防装备在保护消防员的生命安全时,也增加了消防员在深入火灾现场进行火灾救援的身体负担和心理负担,增加了消防员在火灾现场进行火灾救援的难度。在保证消防员灭火防护服整体防护性能的条件下,未来应实现消防员灭火防护服整体质量的轻质化,并提高其舒适性,提高服装散发热量的效果,以有效减轻消防员在深入火灾一线进行火灾救援的身体负担和心理负担,增加消防员作业的灵活性,提高消防人员在火灾一线进行救援的作业效率。

3.3多功能性及高科技智能技术的引入

科技的进步,时代的发展,人民生活水平的不断提高,衍生了城市构造的不断变化和越来越多高层建筑物的出现,与此同时也带来了火灾发生原因的复杂多样化趋势。面对越来越复杂多变的火灾现场,消防员灭火防护服相应地也要增加更多的功能,比如消防员在火场中的定位和人体生理指标、环境温度、有害气体的监测等。通过实现消防员灭火防护服的多功能性和引入高科技智能技术,可以为深入火灾一线进行救援工作的消防员提供全面的信息帮助和指引,更有效地提高现场救援的作业效率,保护消防员的生命安全。

3.4实现综合防护

消防员防护服装不仅要具备良好的阻燃性、防水性和热稳定性等常规检测性能,同时还需满足在火灾救援环境下面临的辐射热、传导热、对流热以及热熔融物质、热蒸汽烫伤的防护要求。如何改善消防员防护服的湿热传递性能,不仅要对消防员防护服装用纺织品的传统制作工艺进行改良,研发高性能纤维、多功能性面料,而且要与智能可穿戴技术结合。随着各种导电材料、柔性传感器和低功耗芯片技术等智能可穿戴技术的不断成熟,研制出符合消防员防护服用纺织品性能要求的智能化多功能面料势在必行,但不同与市场上大多数的产品,只是将智能电子等组件简单的附和在织物表面,而应是研发直接将各种智能电子材料嵌入到纤维里,实现智能面料的可水洗、机洗、甩干、烘干,同普通衣物的维护毫无二致,且满足柔性、变形等舒适性的需求。消防员灭火防护服作为消防员面对火灾危害的最后一道防护,其防护作用无可替代。随着科技的进步和社会的快速发展,面对复杂而多变的火灾情况,对消防员灭火防护服的要求也越来越高。消防员灭火防护服将不断向智能化、全面化、高性能化方向发展,逐渐实现单一危险因素防护到多种危害因素的综合防护,同时注重人体工效学,兼顾热防护性能和热湿舒适性能。

 

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