防火服是一种特殊的功能性服装，其作用是保护消防员免受火灾环境中的高温伤害，一般由外层、防水透气层、隔热层和舒适层组成。对新型防火服多层织物体系在高温下的综合热保护性能进行了研究，并对传统防火服的综合热保护性能进行了比较，探讨了防火服的层数、材质等因素对防火服综合热保护性能的影响，为开发具有较强高温阻燃性的防火服提供了参考。
第一，试验部分。
1、材料。
在模拟真实结构的消防服多层织物中，对l5组样品115进行组合试验。外层织物为A1、B1、C1；防水透气层织物为A2、B2；隔热层织物为A3、B3、C3；舒适层织物为D。每组织物的参数如表1所示。
根据正交试验的设计原则，取外层、防水透气层、隔热层三因子之间的所有水平组合，以考察各种组合对整体热保护性能的影响，试验安排如表2所示。采用5、10、15组组合，1层3D防火间隔布取代了传统消防服装结构中的防水透气层和隔热层，其它组合模仿了传统消防服装的4层结构，分别是外层、防水透气层、隔热层和舒适层。组合式织物舒适层采用普通防火棉布。
2、测试方法。
A、垂直燃烧试验。
采用垂直燃烧法测试纺织品的阻燃性能。采用LFY。601国家标准垂直燃烧器，方法，采用LFY。601国家标准垂直燃烧器，试验阻燃织物的损坏长度、续燃时间和阴燃时间。将样品切割成300毫米×80毫米，测试前在温度（20±2）℃、相对湿度（65±2）%的环境中平衡放置8~24小时，然后放入密封器中。测试时，将燃烧器内的火焰高度调整到（40±2）毫米，样品放入样品夹，垂直悬挂在试验箱中，用点火器点燃样品。在12秒后，点火复位，以续燃计算样品的续燃时间和阴燃时间。阴燃后，取出样品，测量损坏长度。采用垂直燃烧法测试了织物的阻燃性能。对于三种外层织物，各准备三个样品，取其平均值。在进行外层织物阻燃性能测试之前，用GB895-1985-198附录洗衣机洗衣机。
B、TPP试验。
TPP是一种热辐射和热对流混合保护织物综合保护能力的试验。其测试方法是将样品水平放置在特定热源上。在规定距离内，热源采用两种不同的传热形式——热对流和热辐射，放置在样品另一侧的铜热流计测量样品背面的温度。测试时，火焰需要与样品直接接触，达到织物表面的热流量达到84kW/m2。铜热流计测温和加热曲线。与Stoll标准曲线相比，可获得二次烧伤所需时间t2，从而获得TPP值。
TPP=t2×q。
公式：q=2。0×4。187J/（cm2·s），规定辐射热流；t2是造成二次烧伤所需的时间，s。
随着TPP值的增大，织物的热保护性也随之提高，并得到了ASTM，ISO，NFPA的认可。
采用美国CSI公司TPP。206热保护性能测试仪，按NFPA1976标准测试，样品尺寸152毫升×152毫米。每一组测试都结合TPP单织物和多层样品进行测试。总热量为（83±4）千瓦/立方米，燃烧时间根据经验设定为30~65秒（TPP测试仪最大燃烧时间为65秒）。
事实上，消防服的舒适层与人体密切相关，因此，为了模拟人体出汗，每个组织在燃烧前都会将舒适层完全浸入水中。对15组样品进行3次TPP检测，平均3次检测结果。由于多层织物的最外层直接接触热源，舒适层与铜片热流计紧密相连，各层织物之间几乎没有空气层，因此试验不考虑织物层之间空气层对整体热保护的影响。
二、结果和分析。
1、是阻燃性能。
从织物经纬向燃烧性能的一致性出发，仅对织物外部经纬向进行测试。外织物垂直燃烧见表3。
从表3可以看出，这三种外层织物不能续燃，损坏长度小于100mm，其中B1损坏长度最大，C1损坏长度最小，其中A1；三种织物的阴燃时间依次是芳磺纶织物，阻燃机制复杂。可以考虑将芳茸纤维与其他纤维混合，改善其燃烧脆化，这将是消防服用的理想外层织物。
2、是TPP值。
TPP测试结果见表4。可组样品的综合TPP值集中在40~50之间，最高TPP值为51。9，最低TPP值为43。2，符合GA10-2002阻燃消防服TPP值≥28的标准。保温层的TPP值是各层织物中最大的，保温层对多层织物的综合保温性能起着重要的作用。3D阻燃间隔织物的TPP值高于Nomex毡和Kermel毡，透湿性好。用这种织物代替传统消防服的防水通气层和保温层，也能达到良好的综合保温效果，3D阻燃间隔织物的质量比传统消防服的防水通气层和保温层的组合轻。同国外高性能防火纤维织物相比，它的热防护性能与Nomexia织物相当，优于Kermel织物。
3.TPP测试结果分析。
1)组织类型为芳鱼尼龙、三维阻燃间隔布和阻燃棉，TPP值最高，达51.9；第五，Nomex三维阻燃间隔织物和阻燃棉布的组合，TPP值仅次于第15组，达到50.7。斯道尔和奇纳塔曲线是斯道尔和奇纳塔两位研究者在大量动物皮肤烧伤实验的基础上，将动物皮肤二次烧伤所需的时间转换成铜热流计的温度升高，所描述的二次烧伤时间与铜热流计的温度升高有关。即使织物燃烧曲线与Stoll&Chinanta曲线交点的横坐标达到二次燃烧时间。图1显示第5组和第15组的TPP曲线。可见，第15组织达到二级烧伤时间为25.8s，第5组织达到二级烧伤时间为25.8s，即使是消防员也有很大的延迟。
2)第15组和第5组织物的组合取代了传统的防水透气层和隔热层，取得了良好的热保护效果，主要与3D隔热织物的结构和成分有关。
三维阻燃间隔织物是由两种单独的织物组成的经编双层结构织物。这两种织物结构紧密。织物之间用加捻芳纶纱(间隔纱)连接，保证织物两侧有足够的间隔层，使空气在服装和人体之间形成微小的气候，防止水分积聚在皮肤表面，缓冲水分，提供良好的隔热效果和穿着舒适性。
从三维阻燃间隔织物的纤维成分来看，上下织物选择优化的混纺纤维，其成分为聚酯、粘合剂和阻燃的Nomex纤维，本身是高性能阻燃纤维，双层织物之间用间隔纱连接，间隔纱采用100%芳香尼龙加捻纱。相关数据显示，间隔织物使用的材料符合消防服外层原料在EN469标准中规定的阻燃标准，因此三维阻燃间隔织物具有透气性、透湿性和良好的热保护性能。
防火服的穿着舒适性和热保护一样重要。目前消防服装主要采用4层结构，材料为高密度材料。多层结构和高密度材料的使用会提高服装质量，增加消防员的负荷，增加消防员的体力成本。多层结构(尤其是防水透气层的设置)阻碍了热量的有效释放。芬兰研究机构对此进行了试验和验证。结果表明，同一消防活动后，穿防水透气膜消防服的消防员的皮肤温度和出汗量远高于穿防水透气膜消防服的消防员，不利于消防员生理热量的大量生理热量迅速堆积在消防服中，产生的热应激会对消防员的身心造成潜在伤害。因此，用热保护、通气性好、重量轻的3D阻燃间隔织物代替传统消防服装的防水通气层和隔热层，最大限度地减轻消防服装的追加负担。
三是热塑性聚氨酯复合防水透气层，综合TPP值低于FE复合；这与两种薄膜的结构有关。FE和TPU都是防水透气材料，但由于薄膜结构不同，透湿机制也不同。
资料显示，水蒸气分子直径为0.0004m，水中最小雾直径为20utm。聚乙烯薄膜上有许多微孔。它们的孔径在水蒸气分子直径和雨水分子直径之间，所以气体水可以自由通过，而液体水可以牢牢阻挡在一边，从而达到透气效果。
TPU膜属于无孔亲水膜。膜本身没有孔隙，防水效果好，但从透气性原理来看，与PTFE有本质区别。TPU的透水性主要是通过其亲水性来实现的。汗液内外温差凝结在衣物织物的内表面，然后通过TPU的微孔吸收水分。同时，TPU本身的海绵性能渗透到织物的外表面，然后通过外表面与空气接触蒸发水分，从而实现透水性。
PTFE和TPU的另一个区别是前者是薄膜，制作服装面料时，用特殊的粘合剂粘合在面料上的TPU面料采用涂层技术，在熔融状态下，直接涂在面料上，不使用粘合剂。
因为FE的防水透湿效果优于TPU，多层含水织物燃烧时，多层含水织物的组合导湿效果低于多层含水织物，多层含水织物的组合导湿效果低于多层含水织物，多层含水织物的组合传热率高于多层含水织物，隔热效果降低。因此，在湿度条件下，多层含水织物的组合热保护效果低于多层含水织物。由此可见，防护服中的水分在很大程度上改变了防护服的防护性能。
三，结论。
1.垂直燃烧试验结果表明，芳醚纶织物的阻燃性优于Nomex11IA和Kennel织物，但燃烧后表面脆化严重，不适合直接做消防服外层；虽然NomexmA织物的损坏长度略大于芳醚纶，但炭化层坚固，无孔，适合做消防服外层；Kennel织物的损坏长度大于芳醚纶和NomexmA织物，但燃烧后无孔，也可用于消防服外层。
2.TPP试验结果表明，芳醚醚酯织物的综合热保护性能相当于NomexmA织物，略优于Kennel织物。在多层织物组合中，芳醚纶、三维阻燃间隔织物和阻燃棉布组合的TPP值最高，但芳醚纶不适合作为消防服的外层。综合考虑，最合适的多层织物组合是Nomexia织物、三维阻燃间隔织物和阻燃棉布，综合TPP值达到50.7。
3.3D阻燃间隔织物具有良好的热保护性和透湿性，质量轻于传统消防服的防水透气层和隔热层。可以考虑用于消防服的设计，减轻消防员的负担。
4.保温层在消防服整体保温中起着重要作用。
