用于消防战斗服的防护织物
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摘要：在过去的40多年中，已经开发出了多种用于消防战斗服的阻燃织物。事实上，亚太地区对耐火(FR)织物的需求正急剧增加，这主要是基于以下几个方
面的原因：经济的发展已经使这个地区的许多地方变成了人口密集的工业化地区，无数的高层建筑矗立在大城市里；此外，越来越多的世界性活动要在该地区举
行；同时就引起了国际旅行和旅游的增加。所有这些都刺激了公共安全方面的一连串需求。
由于安全意识的提高，防护服标准也进行了修订和升级，主要是根据国际标准，如欧洲标准EN469和美国标准NFPA。为了搞清楚何种织物用于消
防战斗服，有必要先了解一下战斗服的构造。
消防人员战斗服基本上有以下4层：外表层、防水层、隔热层和衬里层。外表层用来抵御火焰和热；防水层紧贴外表层织物，起到防止蒸气和有害化学物
质透人的作用；第三层是针刺感织物或无纺织物，作为绝热层，它起到阻止热量传导的作用；衬里层是最里面的一层，使穿着者穿起来更加舒适，它通常是用隔热
衬料缝制的。在林野火战斗中，通常只在值班制服外加一件单层防护服。
用于制造防火服的织物首先必须具有耐火性，不能熔化或产生滴流。按照ASTM(美国材料试验学会)技术规范D6413《纺织物耐火性标准测试方
法(垂直测试法)》或欧洲火焰传播试验标准EN532的要求，耐火织物必须在火焰产生后2s内即熄灭，且炭化长度要小于6"。在NFPA标准中，则要求
所有织物材料的平均炭化长度不应超过4"。
除了耐火性外，外表层织物还必须具备一定的物理性能，以适应外部环境条件，如热应力等。这些基本的安全性能包括剩余强度、耐热性、抗拉强度、抗
扯强度、表面润湿性和尺寸变化等。
按照欧洲标准EN469的要求，剩余强度必须大于等于450N。按照EN366方法A，将外表层暴露在10kW／m2的热中，用剩余强度来估算外表层的
拉伸强度。
任何用于消防战斗服的织物，都必须通过耐热性测试。测试时将试样放在260度的恒温加热箱中，测试中试样不能熔化、滴流或引燃。按照EN469附录A的
要求，收缩率应小于等于5％。
按照EN469标准，外表层织物的抗拉强度和抗扯强度必须分别大于450N和25N。
按照ISO5077规定的工艺流程洗涤5次后，尺寸变化应在土3％以内。有防水层的战斗服，液体化学物质不应透过而进入最里层，且应有80％的液体能从
这种分层战斗服上自行脱离。防水层也要按照NFPA标准的要求，在液体静压下进行测试。按照NFPA标准中列出的5516方法和5512方法测试时，其
5min最小防透水性应依次不小于1 psi(磅／时2)和25psi。
纤维和纱是耐火(FR)织物的构成元素。在采用高性能纤维以前，由经过处理的棉制成的织物在防护服中被广泛应用。目前，在一些国家的林野火灾和建筑火
灾等灭火战斗中，个人防护服仍然使用经处理的棉织物。但是，如果用的洗涤剂不合适，经过一次洗涤后，涂 覆在棉织物上的阻燃剂就会脱落。
技术的进步允许我们用几种方法改进原有的耐火(FR)织物。首先，所有的人造纤维都是由聚合物制成。通过物理和化学的方法都可以降低聚合物的易燃性。
为了改变原有纤维的燃烧性能，根据聚合物丝的结构， 预先在聚合物中加入阻燃剂。经过这种处理，纤维的原始性能不会改变，这些纤维主要有聚酯、粘胶或丙
烯酸树脂。
第二种方法是开发一种完全不同的纤维，叫做高性能纤维，它具有全新的分子结构和特性。聚苯并咪唑(PBI)、芳香尼龙(Aramid)和聚酯胺-酸亚
胺都属于这种高性能纤维的范畴。
第三种方法是通过使纤维发生不完全炭化，提高其耐火性能，如炭化聚丙烯睛(PAN)。
每种纤维都有自己的分解温度和燃烧温度(或引燃温度)。当温度达到特定的引燃点时，纤维就会燃烧。热和氧是发生燃烧的两个必备条件。为了定量分析纤维的
易燃性，已经开发了一种叫做氧指数法(Oxygen Index Methods)的测试程序。这种方法是在一个可控制氧浓度的环境中，测量维持纤维燃
烧所需要的氧气的最小百分比含量。这个量值叫做极限氧指数(LOI)。织物在极限氧指数小于21％时，仍然极易燃烧，因为空气中氧的体积百分比浓度是
20.95％。未经处理的棉和粘胶在空气中极易燃烧，因为其极限氧指数大约是20％。许多人造耐火产品，其极限氧指数大于或等于28％，如耐火粘胶的极
限氧指数就是28％。
但是，一种织物的耐火性能，不是仅由纤维的极限氧指数所决定的。织物的重量、构造和表面有无绒毛都极大地影响着织物的耐火性能。织物暴露在热和火中的
完整性也很重要，因为织物在引燃前是可以进行分解的。
目前，市场上有许多不同商品名称的耐火织物。在亚太地区，用于消防战斗服织物的纤维中最有名的有聚苯并咪唑诺梅克斯(PBI Nomex)、克密尔
(Kermel)和凯奥斯(Kanox)。
聚苯并咪唑(PBI)原本是为国家航空与航天局(美国)制作太空航天服开发的，它是一种很特别的有机纤维，在空气中不燃烧，不产生烟或烟很少，不熔化
也不产生滴流，即使快速加热到400度，抗拉强度仍几乎保持不变。与其他高性能纤维不同，聚苯并咪唑有很好的纺织性能。其延展性与棉相似，但有15％左
右的回潮率，在同样条件下比棉的回潮率高近50％。用聚苯并咪唑制成的织物与耐火(FR)织物相比，需要在更高的速度下才能不吸水。同时，它还具有出色
的防化学物质、溶剂和燃料油的能力。
由聚苯并咪唑纤维制成的防护织物(如聚苯并咪唑密度为200g／m2的名为"PBI Gold"的轻质外套织物，这是一种40％聚苯并咪唑和
60％高强度芳香尼龙纤维的混合物)有很高的剩余强度，比EN469标准要求的高4倍。而且，即使在焦化状态下，PBI Gold仍能保持其柔软性。同
时，这种织物受火焰和高温暴露都不会收缩或脆化，这种性能使得在发生轰然的情况下，织物能起到更好的防护作用。因为PBI Gold具有较高的回潮率，
所以聚苯并咪唑消防战斗服的舒适性可以与棉相媲美，这也使得其自然损耗较少。自1983年开始，作为外层防护的优秀产品，聚苯并咪唑得到了人们广泛的认
知。
诺梅克斯(Nomex)是美国杜邦(DuPont)公司于1961年引进的，它是该公司间芳族聚酰胺人造纤维、长纱丝和耐火织物的注册商标。从那时
起，它就用于制做消防站工作服、连体防护服和消防战斗服。诺梅克斯纤维有很好的热稳定性，在377度时不熔化，但会发生分解。诺梅克斯Ⅲ型是95％间芳
族聚酰胺纤维和5％高强度对芳族聚酰胺纤维的混合物，可以制成高强度织物，能阻挡多数化学物质和酸。Delta T是亚洲市场普遍使用的另一种产品，
它是75％诺梅克斯、23％对芳族聚酰胺和2％碳纤维的混合物。
克密尔(Kermel)是20世纪60年代法国Rhone Poulenc公司开发的。1984年以前，他仅用于法国武装警察部队。克密尔是用聚酸胺
-酰亚胺制成的，与间芳族聚酰胺同属一族。由于克密尔纤维表面平滑且横截面几乎呈圆形，所以其手感比其他聚酰胺织物更加柔软。克密尔也能阻挡化学物质，
而且抗磨损能力强，热传导率比芳族聚酰胺纤维制成的其他织物低一半，能长时间承受250度的高温。
一种用克密尔HTA(Kermel HTA)芯丝制成的织物已经开发出来，这种织物有较高的破坏强度、抗撕强度和爆破强度。为了增大耐热性能和强度，
克密尔HTA芯丝是用缠有克密尔纤维的对芳族聚酰胺丝制成的。
凯奥斯(Kanox)是一种预氧化纤维，它是使聚丙烯腈纤维发生不完全炭化(这样可以使纤维具有耐火性)而获得的。这种纤维能阻挡化学物质、热辐射和
熔化的金属，并具有很好的热稳定性。"Kanox"是台湾KK公司注册的商标。炭化聚丙烯腈在300度时开始分解，但它在温度达到550度时才会发生自
然分解。用聚丙烯腈织物制成的防护服，能在短时间内在高温下暴露。
耐火纤维不仅对外表层非常重要，对消防战斗服的内层也很重要。透气防水膜薄层一般附着在耐火 (FR)纤维制成的非纺织耐火织物上。Gore-
Tex公司生产的名称分别为"Firebock"、"Airlock"和"Crosstech"的防水层织物得到了广泛的应用。在应用中，这些织物与
ePTFE膜一同轧成薄层。其中， Airlock织物是将用泡沫硅氧烷制成的耐热和耐化学物质的衬套附着在ePTFE膜的背面，这样这种织物就同时具
有了隔热和防水的作用，这是这种织物典型的特点。能够隔热就同时具有隔绝空气性能。SympaTex 公司使用聚酯薄膜生产防水层织物，如
Crosstech，这种织物能阻挡血液、病毒和细菌。
Lenzing是耐火(FR)粘胶的最大生产商，耐火粘胶通常都与诺梅克斯纤维合用，用于制造轻质织物。用在防护服的密封料、面层和衬里层。
耐火织物生产商们正准备生产更多颜色品种的产品，以满足不同国家消防队的需求。为了提高防水性能和耐用性能，耐火织物的生产也将采用新工艺和新技术，
如纳米技术。用本文论及的纤维生产的一些耐火织物，在不同的结构和生产方法方面已经进行了改进。由 于个人防护服耐火织物需求的持续增长，一些亚洲国
家，如中国和韩国也开始开发用于生产耐火纤维和耐火织物的设备，以适应本国的需要。
最后说明一点，可以用于制造消防战斗服的织物多种多样，但是，安全是最重要的。选择合适的织物时，在安全问题上决不能妥协