高溫防護服飾性能與舒適性評估
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本文主要在探討高溫熱防護服飾。熱防護服飾係藉由多層衣服的組合達到效果，可能是多層布料，材料上作混紡，整件式，或是可分開、組合的衣服。可
藉由內裡防護高溫或可拆式內裡，或再加一件內衣。多件組合之衣服需符合基本安全需求。在織物中製造空間，如車棉和填充物或使用多層布料，以達到隔熱重要
的因素。當衣服被皮帶或吊帶束緊而壓縮空間時，將會減低防護性能。
防護服性能另一重要關鍵因素是防水透溼，除了防水也要能透濕，不致於阻礙人體排汗。適當的防護服，使消防員在危險狀況下，能有更長的工作時間。
無論如何，防護時間達到實驗室測試的性能，仍不可能符合實際上使用狀況，因為遇到高溫危險狀況是如此的變化莫測。EN469標準是歐洲消防人員防護服之
基本安全需求，是使用在一般救災上。
EN469包括一般服裝設計，一般慣用材質的最小防護性能和決定這些防護性能的測試方法。但不包括使用在高危險場合之特殊服裝，例如進入火場的
套裝或長時間救火受高溫包圍的環境。EN469也不包括頭、手和腳的防護；或對抗其它危險性防護，例如化學、濾過性病毒、輻射和電擊危險，這些方面可能
建立在其它標準上。▲ 熱防護服飾係藉由多層衣服或布料的組合達到效果。一、 前言自美國九一一事件遭受恐怖主義者瘋狂地攻擊，以及炭苴熱粉末襲擊所造
成的恐慌，已使得人們對於安全防護裝備要求更加嚴謹，不僅各種防護裝備的性能重新評估，並提高對於產品功能驗證要求。尤其造成市場搶購的防毒面具及化學
防護服的品質要求更加嚴守把關。另一方面，也因美國市場對於防護服需求驟升之故，進而創造全球市場商機，使得從事防護服原料、布料開發、服飾製作及檢測
評估之業者重新整合各環節之價值鏈，共創商機。就台灣在防護服市場而言，仍是一塊亟待開發的沃土，惟規格特殊、使用者多為特定行業或場所業者。目前大多
數防護服如消防衣或化學防護服均仰賴進口。國內消防衣市場規模不大，約6,000萬元左右，以日規、美規及歐規品牌居多，不過比起其他類防護服仍是各廠
商積極爭取的地盤。隨著國內自行開發的防護服布料性能獲改善，且價格頗具競爭力，已逐漸受市場肯定，惟產品安全性驗證仍是防護服業者最大隱憂。
就廣義防護服的範圍與定義而言，大致可分為十類：高溫防護（Fire and Extreme Heat Protection）、耐切割與耐
磨防護（Cut and Abrasion Protection）惡劣氣候穿著的防護服（Foul Weather Clothing， FWC）、
極地環境防護（Ex﹣treme Cold Protection）、靜電防護（Anti-static Protection）、無塵防護
（Hazardous Dust and Particulate Protection）、高警示性防護（High Visibility
Protection）、氣體和液態化學防護（Gas and Chemical Protection）、核生化防護
（Nuclear，Biological and Chemical Protection， NBC）以及防彈防護（Ballistic
Protection）等。這些防護服除重視自已產品之安全功能性外，並特別強調穿著輕量、保溫及舒適性。表1﹒世界各國消防人員之比較美國 7.9
24.7 1,025,650 4.0德國 2.9 2.4 1,162,819 14.6英國 7.5 66.0 60,430 1.0法國
4.3 12.5 238,440 4.8瑞典 4.7 28.7 23,000 3.7大部分防護服之功能需求取決於兩大要素：即安全性與舒適性，防
護服飾大多為多層多結構，不若機能性服飾，如抗紫外線、吸濕排汗、抗菌防黴大多為單層布料，布料機能的特性幾乎已決定了衣服的功能和價值，而多層多結構
服飾，除各層布料的性能必須達到標準要求之外，整體服裝結構的設計和縫製扮演極為重要角色，最終產品的附加價值常是整件防護服通過驗證測試之後才產
生。
耐高溫防護服飾通常必須仰賴具有耐高溫材質紗線和混紡布料，作為外層（Outer Shell）當耐高溫或防火之用，中間層結構則必須藉助透
濕防水膜貼合，以達到透氣透濕且防水之功能，內層則必須具保溫之功能。此三層式結構設計主要以符合美國NFPA之標準所遵循之規範，惟衣服過度厚重達
5Kg，使得消防人員常因不舒適而不依規定穿著，而新版（NPFA 2000版）之標準已考慮舊標準之缺點加以改善，特別強調中層結構之舒適性，並以濕
阻抗（Ret）作為舒適指標，而歐洲高溫防護服則以EN規範產品安全性與舒適性，其服裝設計乃結合外層防護與中層透濕防水之功能，兩層合併設計，以減輕
整體服裝重量，並以熱轉移指標（Heat Transfer Index， HTI）值作為防火指標，而台灣廠商主要以氧纖（PAN）為主之消防防護
服，因氧纖具相當高之LOI值。根據德國意外事故保險人聯邦協會（Federal Association of Accident
Insurers）所做的救火風險分析，在所有救火行動中有35％的情況必須與火搏鬥，而火與高溫是導致救火高危險之原因。防護衣（搭配合適的鞋與帽）
的目的正是要降低救火行動中所面臨之高危險。在世界各國的消防人員，德國佔有高比率的救火員人數，但卻有著最低全職救火員比率。而英國剛好相反，這就是
為什麼德國近年來已建立國家防護服條例（德國救火防護衣在測試和製作已具有相關規定）其規定已超越歐洲Norm EN 469的要求。
二、 功能要求與實驗
（一）防護功能防護服通常必須具備以下幾項防護措施要求：－機械效果的防護，尤其外層結構。－穿著舒適且隔熱，透濕防水、質輕、舒適、合身。
－防水功能，由貼合薄膜。－保溫、防寒，保溫內裡。－防止礦物油及化學液體的滲透，須經永久處理。－警示效果，需用反光材料。除防護特性外，在容易保養
和使用壽命方面也是重要的，成本方面也是被考量的因素。由於考慮之因素很多且又彼此相關。從整體防護衣之考量，常常某些因素是必須互相折衷的。例如：現
今歐洲的EN469防火服測試標準，仍然無法完全滿足防護上複雜的需求。在模擬的檢測情況與實際情況下仍有些落差，除此之外，在做成衣服實際穿用後材質
的劣化的價值，也無法有適當的評估。消防衣的安全性考量主要係熱防護（Thermal Protection)。熱防護的評估通常是以材料測試與火焰測
試標準檢測方法，在盡可能模擬真實火場熱輻射的狀況下進行防護衣檢測。例如杜邦公司的Thermo-Man便是模擬檢測的工具之一。因此新的研究便發展
出一套真實火場熱輻射的檢測環境。
（二）材料測試與標準設備以防護衣製造商而言，目前所使用之材質，很容易就符合目前「火焰阻燃材質」之規定（按EN469之標準來看）。不
過，若要符合熱傳導（Heat Transmi﹣ssion）則是個問題，而熱傳導的防護，通常須藉多層次的材質組合方可達到，一般有外層、隔熱層，而
防水層則是重要且必須的，以確保防護衣在任何情況下皆不被滲透。表2為規範中所設定的熱傳導要求，防護衣的熱承載是EN 366所設定的熱輻射狀況下進
行的，而熱對流則是在EN367所設定的火焰狀況下進行的。在熱輻射測試中，須取得t1及t2兩個熱轉移數值，40kW/m2是初設值的熱流密度，當
40 kW/m2之熱能穿透樣布達另一面時，便可取得t1及t2兩個數值，亦即能量穿透布樣所需之時間，隨著熱流通密度升高，t1及t2的值也隨之變
化。此數值相當於Stoll＆Chianti 的熱傳導以五級皮膚燒傷來評估t1及t2值，亦即身體加上防護衣暴露在特定熱能的狀況下，須多少時間知覺
到熱之穿透，而熱傳導係數（TF）則可看出有多少百分比的熱能，被傳到樣布的另一面。當材質有變化時，熱輻射之結果可能會影響熱傳導之係數。根據
Pasch 之研究，當熱流通密度，增加至超過6kW/m2時，典型防護衣上的材質便產生質變，從降低危險的角度考量，特定的主要輻射強度是比較高的，
不過專家認為較實際火場的熱輻射高出太多了。熱對流（Convective Heat Transmission）是在80kW/m2之火焰能量下決定
的，且以熱傳導係數（HTI）來表示。這表示溫度上升至樣本另一面的標準與校正熱量感測器12K及24K時所需之時間。表2為最基本需求，雖然材質測試
值無法直接反應真實情況下材質的表現，但任何比例較高的測試值皆被視為有較好的保護效果。差值（t1-t2）及（HTI24-HTI12）是依照實際經
驗而得，這些數據表示消防人員在第一次發現到溫度升高的瞬間，一直到皮膚灼傷所需要的時間。熱傳導的基本影響因數為熱、材料的溫度傳導性、熱量、材質、
材質重量、材料的層數以及衣服的密合度。
（三） 材料組合測試的材質組合，被區分為三種重量層次：〝重量級〞（>740g/m2），〝中量級〞（740-585g/m2）和〝輕量
級〞（<585g/m2），了解每一層材質的質量分析在熱轉移上不同的影響。1995年在德國Saxon Textile Research
Institute開始實施CE認證的初期，80種布料結構組合測試用以歸納出適合消防衣用的組合，屬〝重量級〞佔16﹪，之後〝輕量級〞傾向於更輕質
的組合佔21﹪，也同樣具有隔熱防護的能力，不過至目前為止，〝中量級〞仍是主要的結構層佔63﹪。
接下來我們將考量材質組合的結構：
1﹒外層材質（Outer Material）外層基本上是單層形式，在特殊情況下使用兩層結構織物所貼合而成，有三種材質
Nomex 、Nomex/Kevlar、Kermel，這些材質的單位面積重大約在195-255g/m2之間，有關外層材質的質量已經很清楚的定義
了。
2﹒ 防水層∕內裡（Moisture Barrier∕Liner）通常是兩層材質，某些情況也有使用三層的例子。在密合度上防水層在材
質組合上被視為是單層，有4種基本形態的防水層材質使用針織布或不織布為基布，及塗佈貼合組合。這些材質的單位面積重大約在120-150g/m2之
間，就防火服的防水層，或多或少影響熱傳導的數值。表3﹒消防衣材質組合結構 層數 所佔比例（%） 五層（5-Slices） 4 四層 67 三
層 28 二層 13﹒ 絕緣層或保溫層（Insulating Lining）大部分使用在內層，基本構成有2-3層，含內衣時則為四層。基本上大約
有25種不同的隔離層內裡，這些材質的每單位面積重大約在160-400g/m2之間，隔離層內裡是由梭織、針織的組合，使用不織布作內裡時，使用不同
的製作方法，或刷毛，在纖維階段的材質，基本有100％ 比例的Aramide，Kermel，P84，Basofil，PBI，或與Viscose
FR混紡的材質，特別在絕緣層中，成衣製造商可以在合理的價格中以確保品質做不同的考量。從表3中可以看出防火服以4層的組合佔最大的比例值有
67﹪，3層的組合佔28﹪，而其他層數的組合則較不被重視。材料組合對溫度的防護有三種評估方式，分別為"Very
Good"、"Good"、"Critical"來確立熱傳導防護的指標；表4顯示："Critical"的意思是假使材質開始變得不穩定，重複使用時
將具危險性，雖然在群組的規範中它也具有安全的最低需求。表5﹒ 顯示不同分類中熱傳導參數的次數分佈情形
Very Good Good Critical TF t2 t2- t1 HTI24 HTI24-HTI12 [%] [s] [s] [s]
[s] 22 32 31 30 15 72 56 38 58 54 6 12 31 12 31表6﹒相同的參數HTI24以質量作分類比較 分
類 比 級 所佔比例（%） 單位面積的重量 （g/m2）Very Good >20 s 9 重量級：Good 16...20s 52 >740
g/m2；16%Critical 13...15 29Very Good >20 s 38 中量級：Good 16...20s 56 585...740
g/m2；63%Critical 13...15 6Very Good >20 s 17 輕量級：Good 16...20s 67 <585 g/
m2 ；21%Critical 13...15 17表7﹒熱傳導程度（t2-t1）以質量作分類比較 分 類 比 級 所佔 單位面積的重量 比例
（%） （g/m2） Very Good >20 s 9 重量級： Good 16...20s 52 >740 g/m2；16%
Critical 13...15 29 Very Good >20 s 38 中量級： Good 16...20s 56 585...740 g/m2；
63% Critical 13...15 6 Very Good >20 s 17 輕量級： Good 16...20s 67 <585 g/m2 ；
21% Critical 13...15 17表5顯示不同分類中熱傳導參數的次數分佈情形，從資料中可以看出來大部分數據在〝Good〞與〝Very
Good〞的範圍，在（t2-t1）和（HTI24-HTI12）有30﹪〝Critical〞與〝Good〞有關連，產生不同的評價；材質的變異在這
裡並沒有考慮進去。表5中HTI24參數發生的頻率有三種評估：僅有12﹪被分配於"Critical（臨界區），而31﹪是分類在"Very
Good"的區域。表6說明這相同的參數HTI24以質量作分類比較，非常有趣的現象是高百分比的"Very Good"的群組存在於輕質層的群組中
（佔有21﹪），這些群組表示在改良設計方面，將使用在"輕質"的絕緣內裡層。熱傳導層t2有相同的情形。表7顯示不同材質的重量所得到（t2-t1）
差值的評價，透過這些評估仍然無法得到真正的需求，雖然如此，我們還是可以清楚地看到，"輕量級"質的絕緣內裡在"Good"與"Very
Good"之間。在表中顯示大部分在"Good"與"Very Good"的評級係屬於"輕量級"，假使最新研發的材質和製造技術被有效利用，那麼材質
的質量對於獲得高熱傳導時間不再具決定性因素。特殊材質和材質組合的構造對熱傳導數值才是具有決定性的影響。關於究竟哪些材質用於這些"輕量級"以獲得
好/非常好（Good or Very Good）的組合是非常有益的。除此之外，檢視防水層在熱傳導的影響。原則上，每增加一層材質將提昇臨界值的有
效時間，作為防水功能的材質顯示對熱作用的影響。受到熱作用，塗佈或黏著物會產生熔化或收縮，使得其他的材質組合層e.g.外層材質，會被破壞而易於熱
傳導。從相同的外層材質和絕緣層內裡，使用不同的薄膜來作比較將發現不同的意義。實驗中證明，材質上多了一層薄膜可能比運用不同材質組合的方式有不利的
影響。因此，在設計測試方面能有較正面的結果之前，應朝適當的結構和材質的組合方面努力研發。
三、 結論歐洲規範所要求的性能與美規NFPA有些微差異，但在產品安全性與舒適性的目標基本上是一致的。據悉國內消防人員大都採用日規和美
規的消防衣，惟因整體消防服飾的重量與舒適性的因素，近來部分消防隊似乎在考量採用歐規產品，國內因相關消防法規愈來愈受重視，有些廠商已具有防火布料
自行開發能力，惟中間透濕防水層及內裡保溫層設計尚待研發，以符合相關法令。布料結構與組合，及整體服裝結構設計與驗證評估將是未來國人自行研發的重
點，本文所整理的歐規基本要求及相關材質組合，以及一些實驗結果，期盼提供國內廠商研發參考。以下就本文重點及未來所衍生後續的一些發展作適當歸納：
（一）幾年前由於強制性嚴厲法令實施個人防護裝備歐洲許可方法的導入，並未阻礙產品發展，反而促使多層結構的創新，也成為現今防護服的特質。
（二） 目前技術傾向於從輕質材料中逐漸達成組合要件的防護特性；同時，設計的先決條件是改善穿著上的舒適性，服裝可以更輕質，更具柔軟性，提
供消防人員更舒適的工作服。
（三） 服裝的結構上似乎越來越趨複雜化和材質特性多元化，未來在研究發展的主要方向是針對不同材質或織物本身結構的功能作為體溫和熱絕緣的
關連研究，同時給予正確的測試評估，以提昇防火服的品質，進而達到長期使用上的需求。