火災消防服裝的有效選擇

1 前言

自美國“911 事件”以來，世界眾多國家遭受了恐怖主義瘋狂地攻擊，使得人們對于安全防護裝備的要求越來越嚴格，不僅需要對各種防護裝備的性能重新進行評估，并且提高了對于產(chǎn)品穿著功能的驗證要求，尤其是市場搶購的防毒面具及化學防護服，這些個體防護裝備的品質要求更需要嚴守把關。另一方面，因美國市場對于消防服裝需求驟升的原因，進而創(chuàng)造全球市場商機，使得從事防護服原料、布料開發(fā)、服飾制作及檢測評估的行業(yè)準入者必須重新整合各環(huán)節(jié)的價值鏈，共同創(chuàng)造商機。對我國來說，防護服裝，尤其是特種消防服裝的市場亟待開發(fā)，如何有效地選擇消防員個體穿著的適身防護服，保證服裝在火災環(huán)境中發(fā)揮**作用，保障應急救援人員安全，已成為包括工程熱物理、工程力學等學科與個體防護安全交叉領域研究的新方向。在本文中，我們主要討論消防隊在為消防員選擇新的防護服裝 (特殊的束腰外衣及褲子)所要考慮的有關方面的問題。主要的困難是為消防隊員選擇在各種情況和環(huán)境中都適合穿著的一套防護衣。這些環(huán)境包括:零度以下的夜間；作戰(zhàn)和訓練時高濕度、強輻射熱環(huán)境；密閉空間作業(yè)；工作道路交通事故和坍塌事故現(xiàn)場救援；森林火災；水旱災害救援等。因費用問題，應儲備一套能適用于以上各種事故發(fā)生時快速準備好的消防服。

因此，本文主要從服裝設計、服裝性能測試、兼容性、服裝護理等角度討論在個體防護裝備——消防服裝的選購過程所需要考慮的一些問題。

2 服裝材料及工效設計

2.1材料組合選擇

消防服能防止輻射熱的侵入，促進汗液的蒸發(fā)和通發(fā)，增進體熱散發(fā)。鎧甲式工作服、鋁箔工作服較常用，但防熱效果有限，穿著時人體感到悶熱，因此，應正確選擇防護服裝及服裝層數(shù)，使各層配伍性能達到**，既能達到阻燃隔熱，又能使人穿著舒適。國內(nèi)所用消熱服——熱防護服品種之一，通常分為3層構造，由外及內(nèi)分別是外殼層、蒸汽阻擋層和隔熱層。外層多用阻燃粘膠或者阻燃棉織物，阻燃、耐高溫，但防穿刺性能差；蒸汽阻擋層選用Gore-Tex薄膜等，阻擋外界高溫液滴侵入，但同時可以排放人體汗汽，提供舒適性；隔熱層選用棉或羊毛氈縫制于機織里布上，阻擋外熱。需要指出的是，蒸汽阻擋層能使消防隊員不受蒸汽或有毒化學物的傷害，但是，它卻阻擋人體液態(tài)汗水的揮發(fā)并使熱債上升，這可能引起消防隊員健康和安全受到威脅。因此，美國消防服中常內(nèi)襯蒸汽阻擋層，而在一些歐洲國家卻被摒棄不用。

火災中，一般外部環(huán)境溫度為38℃～66℃，而到達服裝表面的熱流量則可高達 80kW/㎡以上，因此，通常消防服必須能提供高絕緣性的隔熱功能。若消防員長時間暴露在高溫環(huán)境下進行高強度作業(yè)，其皮膚也會受到損傷，針對這種情況，國內(nèi)廠商設計消防服裝時，經(jīng)常采用經(jīng)阻燃整理的厚重棉織面料。這種面料制成的厚重隔熱防護服會阻止身體汗液的蒸發(fā)，人體體溫不能降低。這時宜采用前面所述的多層結構，在服裝系統(tǒng)內(nèi)部加上一層隔熱層，隔熱層材料應具有良好的隔熱、透氣、透濕性能，國際上目前常用的隔熱層材料有阻燃棉纖維、芳綸纖維及它們混紡制成的氈織物。

2.2服裝結構與款式設計

為便于移動和美觀，消防員應穿著更合身的短款外衣?，F(xiàn)在防護服裝很少采用“傳統(tǒng)箱型”結構設計。從人體工效學角度考慮，防火服的結構設計應從運動機能、服裝壓力兩個方面體現(xiàn)，為便于作業(yè)，在進行結構設計時可縮短防護服上裝的前衣身門襟長度，縮短后褲身總長度，以提高穿著舒適性，增強救援人員作業(yè)適應性。歐盟標準EN469規(guī)定上衣和褲子的重疊量必須達到30cm (防止暴露)，但重疊部分不可超過 75mm。因此，如果襯衣的下擺提高，則褲腰也必須提高，這樣的結果是在身體上形成一個30cm 的雙層保護，從而覆蓋了身體的大部分軀干，使人體免受燒傷?，F(xiàn)在也有在消防服上衣的后背設計了行動褶裥和腋下插檔，這樣在上衣不増長的情況下可以增加活動范圍，而不影響防護功能，使消防員工作效率大大提高。

在款式設計方面，消防服的領形設計以能**限度地防火、隔熱、隔熱透氣為目的，其結構形式自然以封閉式高領型為主，領高至少要有 100mm；根據(jù)工效學原理，人體下身運動各部位中以臀部變化最為明顯，男性成年人深彎腰時，臀部水平方向**伸長41%,垂直方向可達 45%。這就要求下裝臀部設計時，不僅要在圍度上設計一定的放松量，在縱向上也應設計一定的放松量。每件防護外套的袖口部分應有固定的附加物以保護手腕，而且附加物與袖口間應沒有間隙。服裝的放松量除了考慮人體軟組織彈性與呼吸量所需的基本放松量外，還要滿足人體運動所需的放松量。由于阻燃面料大多手感硬挺、結構緊密、延伸性小，所以運動所需的延伸量通過服裝的寬松量來提供。消防服放松量的大小可在人體圍度凈尺寸的基礎上加放所需的延伸量獲得。膝部是下肢活動的主要關節(jié)，也存在活動量的問題。為適應膝部的活動量，設計時可將前褲片膝部加活褶，后褲片相應部位做省收掉部分余量。

2.3   反光性

在火場,往往濃煙彌漫,消防員僅借助自然光和頭盔上的照明光還不夠,尤其在夜間,必須在衣服上添加360°的強反光特性的飾帶以增加消防員的視覺效果,為火場人員的合理配置、統(tǒng)一調度、指揮提供較大的方便。根據(jù)我國公安部 GA10- 2002 《消防員滅火防護服》相關標準規(guī)定要求，反光帶和反光飾帶必須具有防火阻燃性能，不能熔化，不滴流，續(xù)燃時間不應大于 2s，所配飾標志帶必須整圈或360°間隔的配置。消防服上使用的反光材料，它的設計主要是提示消防員在執(zhí)行任務時所在的方位。運動可以增強可視性，因此通常位于手臂、頭部和腳等運動頻繁的部位都裝飾有反光標志帶。

2.4   可脫卸內(nèi)層

可脫卸內(nèi)層主要是指消防服隔熱層。在消防滅火作業(yè)時，設計可脫卸內(nèi)層主要考慮到兩方面的原因：**，便于清洗及更換。如果外層變臟需清洗或處理時，下層仍可繼續(xù)使用。其次，有利于在火災沒有發(fā)生、但需在高溫熱輻射環(huán)境中使用。如：夏季交通事故救人作業(yè)環(huán)境中可以穿著單層防護服裝，脫卸隔熱層，這樣能降低熱感覺不適。實際上，這也是涉及到消防行業(yè)管理和風險評估的一項課題。

2.5色彩的選擇

心理學研究表明不同波長的光作用于人的視覺器官，在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生刺激后，對人體產(chǎn)生的心理作用不同。比如日本木村俊夫的實驗結果表明，同樣溫度的紅色和青色熱水，人們會感覺紅色熱水溫度比青色熱水溫度高。各種色相支配皮膚冷暖感覺的順序是：紅、橙、黃、綠、紫、黑、青、白。因此在消防員工作的高溫環(huán)境下，不宜再穿暖色系服裝，采用冷色系服裝能夠降低消防員的高溫感覺。

3   消防服性能測試

消防人員穿著的防護服裝必須經(jīng)過熱防護性能測試檢驗，如符合GA10-2000等標準，才能作為消防服向外售出。消防服用面料防護性能測試主要有一維TPP(thermal protective performance)法及圓筒儀法。TPP測試是將一塊6平方英寸的布料放置于總能量為 2cal/cm2/sec 熱對流及輻射熱源下，然后記錄達到二級燒傷所需的時間，TPP值即是將時間乘以 cal/cm2/sec 的數(shù)值。和垂直燃燒試驗不同，TPP試驗可以告訴我們模擬人體皮膚透過各種不同的布料達到二級燒傷所須吸收能量的多少，也就是說TPP值越高則布料對身體曝露于高溫及高熱火焰下的保護性越高，單位TPP值更是熱防護性能的最直接體現(xiàn)。圓筒儀法即模擬人體假肢的尺寸搭建一維徑向測試圓柱體測試裝置，其測試原理與一維TPP法相似。但是，此類標準方法中所規(guī)定的測試試驗都是在一維或者一維徑向的模擬火災環(huán)境中進行的，與真人穿著防護服裝的實際情況有差距。近來各國開展了廣泛的消防服“火人”測試方法，國內(nèi)也有學者稱其為“燃燒假人”測試方法，可模擬多種火災或高溫輻射環(huán)境。目前主要有3 種“火人”測試系統(tǒng)，分別是杜邦公司的Thermo-ManR假人，北卡州立大學的 PyroMan 火人以及加拿大阿爾伯特 (Alberta)大學的火人測試裝置。這些測試裝置都能很好地模擬外界明火環(huán)境，一般模擬熱源熱能量為 84kW/m2，這也是消防員滅火時處于火環(huán)境中防護服裝外層所受到的熱流量的一個評估值，實際上，消防員更多情況下暴露于熱源的熱流量比該值小。表1是一些不同火源環(huán)境下的暴露熱流量值。

消防服必須具備的性能要求還包括外層應具有**阻燃性能、汽障層的防水透汽性能、外層材料的抗靜電性能及反光性能。消防服的最外層是與火和熱直接接觸的一層,也是關系到產(chǎn)品性能好壞的最關鍵的一層。目前國際上消防服裝所使用的阻燃外層材料大體可以分成兩類：一類是在纖維中加化學阻燃添加劑或對織物進行阻燃處理的材料, 如阻燃棉或阻燃混紡材料, 這類材料的優(yōu)點是便宜, 但該類材料會因反復洗滌及不正當洗滌 (如氯處理劑) 而使阻燃效果消失, 同時這類材料在猛火發(fā)生以后, 當材料中的阻燃氣體、阻燃劑及自由基猝滅劑耗盡以后會出現(xiàn)大量的熱氣體、熱焦油、煙等現(xiàn)象,這些情況反過來又影響穿著者,增加熱傳遞速率及加重皮膚燒傷趨勢, 因此這類材料是不可靠、不穩(wěn)定的, 然而目前我國裝備的消防服裝絕大部分是采用這類材料。另一類材料是因為其自身的化學結構決定它具有抗熱、抗高溫性能, 如芳香族聚酰胺類、聚酰亞胺 P84、三聚氰胺纖維、聚苯并咪唑PBI及聚芳雜環(huán)類化合物如PBO 等。由于該纖維自身的特點,一般工業(yè)洗滌能達到120次, 使用期約10 年，而一般的阻燃處理材料只能耐洗 25～40次, 相比之下, 前者只是前期投資高, 但總的說來更便宜。常用垂直燃燒試驗進行外層面料相關阻燃性能評價，即將 30.5cm 長的布條在丙烷火焰下燃燒 12 秒后，將火焰移開并測量續(xù)燃時間、阻燃時間及布條損毀長度，按要求損毀長度不應大于100mm，續(xù)燃時間應不大于 2s，且不應有熔融、滴落現(xiàn)象。

好的防水和透汽性能是防護服裝中汽障層所必須具備的屬性，目前解決既能防水又能透汽的辦法是采用復合選擇性膜的阻燃布，該面料既耐高溫，而且只要微孔孔徑在一定的范圍內(nèi)，材料的耐靜水壓和透汽性能均能達到一定的指標，這樣就能在防水同時使水蒸汽分子順利通過，在選購消防服裝時，必須注意要選擇耐靜水壓不小于 17kPa、水蒸汽透過量不小于 5,000g/㎡/24h 的防水透汽層。

目前火災現(xiàn)場復雜, 靜電也能成為點火源, 使火災加重。抗靜電纖維能消除有害的靜電, 在易燃易爆的環(huán)境中增加穿著的安全系數(shù)，同時靜電可使穿著者感到不舒適, 抗靜電纖維能改善服裝的舒適性和耐磨性。如杜邦公司生產(chǎn)美塔斯（METAMEX）纖維中就含有杜邦專利的 P-140 消除靜電的碳芯纖維, 碳芯纖維能吸引織物上的電荷，在碳芯上感應相反的電荷, 當感應電荷達到相當高的能級時,周圍的空氣分子就得到離子化,這些正負離子中和了織物上和碳芯纖維上的電荷而使靜電得到消除。針對我國國情，在生產(chǎn)消防服裝用面料時，

表1 不同火源發(fā)出的熱流量值(Torvi，1997)

可考慮紡紗時混紡入金屬導電纖維或碳纖維。國際上常用的測試服裝抗靜電性能的方法有半衰期測定法、摩擦帶電電壓測定法、摩擦帶電電荷量測定法、表面阻抗測定法、靜電吸附性測試法、靜電衰減時間測定法、行走(模擬步行) 測試法、吸灰測試法，國內(nèi)常用的測試方法主要是前4 種。按照我國防護服相關標準規(guī)范，在選購時必須要求防護服裝外層阻燃面料的帶靜電量小于0.6μC/㎡（電荷面密度法）。其它試驗方法包括輻射熱防護，在高溫環(huán)境下模擬消防員消防作業(yè)。一系列的人體工程測試考慮到了服裝的裁剪、合體性、身體舒適、運動性能、緊固件、跟其他個體防護裝備搭配的關系，等。有一個密閉空間測試找出諸如手肘、膝蓋墊、消防服外面的醒目標志，如照明物、個人路線。該方法可以對消防服醒目標志例如反光膠帶類型和配置加以評估。此外，防護服的拒水性測試及評估防止?jié)B漏、吸水率的保護成效等，這些性能測試不僅關系到舒適性，而且在預防蒸汽灼傷中是很必要的。

4   兼容性

由于資金的限制，消防隊選購防火服裝通常的做法是先采購防火服外套及外褲，如果資金允許的話接下來是其他的個體防護裝備，但是所有消防服的各組件應相互兼容,如果各個組件生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)之前沒有進行有效溝通，所生產(chǎn)消防服部件不可能兼容。根據(jù)國際個人防護法規(guī)第 5條規(guī)定，生產(chǎn)商生產(chǎn)的防護服各部件必須相互兼容。另外，必須注意的是個體防護裝備的各部件必須正確穿戴，以增強服裝有效保護水平。

5   服裝洗滌與護理

消防服需要特殊護理和專業(yè)清理，例如在服裝外層重新涂上新型氟碳材料層以防止收縮；采用新型化學物質徹底除掉服裝上油質、液體物質。歐盟標準EN469規(guī)定防護服裝在清洗5次后仍符合標準所要求的力學強度及熱性能，我國公安部GA10-2002《消防員滅火防護服》標準要求反光飾帶在洗滌25 次后無破損、脫落和變色現(xiàn)象。由于火災發(fā)生的情況復雜，所發(fā)出的熱流量也不同，服裝穿用時間不能作為服裝是否需要洗滌的指標，而且，僅憑消防員的主觀感覺不能確定服裝何時進行清洗、更換等。隨著系統(tǒng)工程的發(fā)展，運用條碼技術和批量測試技術可以解決有關消防服裝洗滌和護理的問題，這也將是未來特種功能服裝在系統(tǒng)工程中運用的一個案例。