热湿舒适性防火服的优化设计及应用研究【字数：11035】
摘 要防火服作为消防战士在灭火作战时必须穿着的防护装备之一。随着阻燃面料性能的不断提升，对热湿舒适性能的要求也不断提高，防火服不但要具有优秀热防护性能，还要拥有良好的热湿舒适性能。但是在实际的防火服研发过程中，随着防火服的热防护性能的提升，其热湿舒适性能却在不断的下降，热防护性能要求防火服具有优秀的封闭作用，而热湿舒适性要求防火服具有良好的湿传递性能，以便于人类代谢机制产生的热量和汗液的及时散出。论文通过总结防火服热湿舒适性能的研究进展，分别从热湿舒适性能的研究概况、发展方向进行了分析探讨，论述了织物系统热湿舒适性的影响因素，总结了目前提升整体热湿舒适性的方法；列举了现行防火服各层织物对防火服整体热湿舒适性能的影响因素，以及各层织物的进行组合选择的面料选择、实验设计以及整体性能检测的方法，提出基于保证热防护性能的基础上的防火服各项性能最优织物组合，进而对防火服的织物系统进行各层织物最优组合的研究方向，完善防火服的热湿舒适性能，保证消防员的人身安全。
目录
第一章 绪论 1
1.2 课题研究的目的及意义 2
1.2.1目的 2
1.2.2意义 2
1.3 课题研究现状及发展趋势 3
1.3.1研究现状 3
1.3.2发展趋势 3
（一）新型阻燃 3
（二）透气 4
（三）热湿舒适性 4
第二章 防火服热湿舒适性影响因素研究 5
2.1织物系统空气层的研究 5
2.2织物系统含水率 6
第三章 面料的选择及组合 7
3.1各层织物对热湿舒适性的影响 7
（一）外层织物 7
（二）防水透气层织物 8
（三）隔热层织物 9
（四）舒适层织物 9
3.2面料选择依据 9
3.3面料组合 10
3.4测试方法的选择 10
3.4.1单层织物性能测试 10
（一）透湿性能测试 10
（二）热防护值测试 11
第四章 总结 11
4.1结论 11
4.2存在的不足及未来展望 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
参考文献 13
致谢 14
绪论
据近几年的媒体报道可知，由于城市建筑火灾和森林火灾频发，造成了大量的人员伤亡和财产损失；由于多数火灾是需要采用水枪灭火，导致了救援现场多为高温高湿的极端作业环境，因此防火服作为消防员穿梭火场的重要屏障，是消防员在进行救火作业时必须穿戴的装备；从2015年的8.12天津滨海新区爆炸事故消防人员99人遇难、5人失踪；到2019年3月的大凉山森林火灾27名森林消防员牺牲。防火服在消防员作战时的重要性不言而喻，因此针对阻燃服用织物的研发与应用一直是防火服研究领域的热点。
消防员执行的救火任务多种多样，这就要求防火服的热防护性能要尽可能地满足多种火场环境需求。BARKER等人将火场环境划分为普通、危险、紧急3种状态[1]。其中，普通和危险状态为低热辐射状态，在消防员的灭火作业中，消防员在这两种状态下的热暴露时间较长，且消防员穿戴的防火服、空气呼气器等防护装备因质量大、密封性好，导致消防战士在灭火过程中产生的热量和汗液无法及时排出 ，从而造成消防员产生热应激，甚至烧伤。因此，对防火服织物系统的织物种类组合的研究对提升防火服的热湿舒适性能具有重要的意义。
目前对防火服的热防护性能研究主要采用织物热防护性能（简称TPP）、织物辐射热防护性能（简称RPP）等指标来测定。但是在实际火场环境中，由于织物系统与皮肤之间以及织物系统内部空气层热湿传递模型的复杂性，包括消防员作业过程中引起的空气层变化，这都是一个动态的过程。传统的测试无法准确测定织物系统内部空气层的热湿传递，使得测试结果与实际状况存在有较大偏差。因此，近年来国内外学者将防火服的热湿传递性能作为热防护性能的研究重点之一，解决当前防火服热湿舒适性能存在的问题，从而为防火服合理化设计提供实践依据。
课题研究背景
目前防火服面料的种类繁多，且各层面料的热防护性能已经远优于规定指标，广泛用于防火服的纤维有：聚苯并咪唑诺迈柯斯（PBI Nomex）、克密尔（Kermel）、凯奥斯（Kanox）[2]。但近年来在火灾现场进行救火救援作业的消防战士们的受伤情况不见好转；在消防员受伤情况的有关调查中发现，消防战士的烧伤比例高至21%[3]，而造成如此高的受伤比例的主要原因在于消防员的作业环境多为高温高湿环境，作业过程中身体自我调节系统产生的大量汗液，因为防火服多层织物的阻碍，导致热量和汗液不能及时排出，加之外界高温高湿环境对防火服进行二次加热加速了消防员的皮肤烧伤。因此防火服整体的热湿舒适性能差成为防火服亟待解决的问题。
依据我国《GA 6212013消防员个人防护装备配备标准》 的标准，我国现役防火服织物系统分为外层、防水透气层、隔热层和舒适层四层，具有导热率低、热防护性能好的特点，但透湿性能和热湿舒适性能减弱。在干态热暴露环境下，织物的透气性为热防护性能的主要影响因素，因为随着织物厚度与面密度的增大，透气性降低，织物的导热系数和辐射穿透率下降，导致织物系统的热传导和热辐射传递速率下降[4]。
近年来市场上出现除去传统四层防火服隔热层的三层防火服，用以改善防火服的热湿舒适性能。三层防火服利用特殊工艺使防火服织物层内部形成的空气层，以替代传统防火服的隔热层。由于其织物系统层数减少，因此整体热湿舒适性得到极大改善，干重和湿重减轻、整体透湿气性能提升、穿着闷热感减少。公安部上海消防研究所研制成功的单层复合面料消防救援服，具有质轻、透气透湿性高（现役四层消防服3倍以上）的优点，适合炎热气候使用。但因为防火服的热防护性能与厚度成正比，因此三层防火服的热防护性能不如传统四层防火服。
为了减轻消防员的穿着负担又保障人身安全，寻找兼具新型三层防火服的优秀热湿舒适性和传统四层防火服的热防护性能的防火服可行方案是非常必要的。
课题研究的目的及意义
1.2.1目的
本课题的目的是针对市场上现行的防火服织物系统存在热湿舒适性能的不足，通过分析三层和四层防火服织物系统的优缺点，综述其热湿舒适性能、热防护性能，结合织物间空气层的厚度、织物系统的组合方式和面料性能的选择，提出热舒适性达到最佳的防火隔热织物系统面料组合方式以用于消防灭火防护服的设计。
目录
第一章 绪论 1
1.2 课题研究的目的及意义 2
1.2.1目的 2
1.2.2意义 2
1.3 课题研究现状及发展趋势 3
1.3.1研究现状 3
1.3.2发展趋势 3
（一）新型阻燃 3
（二）透气 4
（三）热湿舒适性 4
第二章 防火服热湿舒适性影响因素研究 5
2.1织物系统空气层的研究 5
2.2织物系统含水率 6
第三章 面料的选择及组合 7
3.1各层织物对热湿舒适性的影响 7
（一）外层织物 7
（二）防水透气层织物 8
（三）隔热层织物 9
（四）舒适层织物 9
3.2面料选择依据 9
3.3面料组合 10
3.4测试方法的选择 10
3.4.1单层织物性能测试 10
（一）透湿性能测试 10
（二）热防护值测试 11
第四章 总结 11
4.1结论 11
4.2存在的不足及未来展望 11 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
参考文献 13
致谢 14
绪论
据近几年的媒体报道可知，由于城市建筑火灾和森林火灾频发，造成了大量的人员伤亡和财产损失；由于多数火灾是需要采用水枪灭火，导致了救援现场多为高温高湿的极端作业环境，因此防火服作为消防员穿梭火场的重要屏障，是消防员在进行救火作业时必须穿戴的装备；从2015年的8.12天津滨海新区爆炸事故消防人员99人遇难、5人失踪；到2019年3月的大凉山森林火灾27名森林消防员牺牲。防火服在消防员作战时的重要性不言而喻，因此针对阻燃服用织物的研发与应用一直是防火服研究领域的热点。
消防员执行的救火任务多种多样，这就要求防火服的热防护性能要尽可能地满足多种火场环境需求。BARKER等人将火场环境划分为普通、危险、紧急3种状态[1]。其中，普通和危险状态为低热辐射状态，在消防员的灭火作业中，消防员在这两种状态下的热暴露时间较长，且消防员穿戴的防火服、空气呼气器等防护装备因质量大、密封性好，导致消防战士在灭火过程中产生的热量和汗液无法及时排出 ，从而造成消防员产生热应激，甚至烧伤。因此，对防火服织物系统的织物种类组合的研究对提升防火服的热湿舒适性能具有重要的意义。
目前对防火服的热防护性能研究主要采用织物热防护性能（简称TPP）、织物辐射热防护性能（简称RPP）等指标来测定。但是在实际火场环境中，由于织物系统与皮肤之间以及织物系统内部空气层热湿传递模型的复杂性，包括消防员作业过程中引起的空气层变化，这都是一个动态的过程。传统的测试无法准确测定织物系统内部空气层的热湿传递，使得测试结果与实际状况存在有较大偏差。因此，近年来国内外学者将防火服的热湿传递性能作为热防护性能的研究重点之一，解决当前防火服热湿舒适性能存在的问题，从而为防火服合理化设计提供实践依据。
课题研究背景
目前防火服面料的种类繁多，且各层面料的热防护性能已经远优于规定指标，广泛用于防火服的纤维有：聚苯并咪唑诺迈柯斯（PBI Nomex）、克密尔（Kermel）、凯奥斯（Kanox）[2]。但近年来在火灾现场进行救火救援作业的消防战士们的受伤情况不见好转；在消防员受伤情况的有关调查中发现，消防战士的烧伤比例高至21%[3]，而造成如此高的受伤比例的主要原因在于消防员的作业环境多为高温高湿环境，作业过程中身体自我调节系统产生的大量汗液，因为防火服多层织物的阻碍，导致热量和汗液不能及时排出，加之外界高温高湿环境对防火服进行二次加热加速了消防员的皮肤烧伤。因此防火服整体的热湿舒适性能差成为防火服亟待解决的问题。
依据我国《GA 6212013消防员个人防护装备配备标准》 的标准，我国现役防火服织物系统分为外层、防水透气层、隔热层和舒适层四层，具有导热率低、热防护性能好的特点，但透湿性能和热湿舒适性能减弱。在干态热暴露环境下，织物的透气性为热防护性能的主要影响因素，因为随着织物厚度与面密度的增大，透气性降低，织物的导热系数和辐射穿透率下降，导致织物系统的热传导和热辐射传递速率下降[4]。
近年来市场上出现除去传统四层防火服隔热层的三层防火服，用以改善防火服的热湿舒适性能。三层防火服利用特殊工艺使防火服织物层内部形成的空气层，以替代传统防火服的隔热层。由于其织物系统层数减少，因此整体热湿舒适性得到极大改善，干重和湿重减轻、整体透湿气性能提升、穿着闷热感减少。公安部上海消防研究所研制成功的单层复合面料消防救援服，具有质轻、透气透湿性高（现役四层消防服3倍以上）的优点，适合炎热气候使用。但因为防火服的热防护性能与厚度成正比，因此三层防火服的热防护性能不如传统四层防火服。
为了减轻消防员的穿着负担又保障人身安全，寻找兼具新型三层防火服的优秀热湿舒适性和传统四层防火服的热防护性能的防火服可行方案是非常必要的。
课题研究的目的及意义
1.2.1目的
本课题的目的是针对市场上现行的防火服织物系统存在热湿舒适性能的不足，通过分析三层和四层防火服织物系统的优缺点，综述其热湿舒适性能、热防护性能，结合织物间空气层的厚度、织物系统的组合方式和面料性能的选择，提出热舒适性达到最佳的防火隔热织物系统面料组合方式以用于消防灭火防护服的设计。
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