陈长锋

（上饶幼儿师范高等专科学校，江西 上饶 334000）

1 消防与工业行业中阻燃织物的物理特性与热防护性能的关系

美国消防协会（NFPA）的数据显示，2018年，美国消防人员受伤事件约为58 250起。39%的消防员在火场作业中受伤，危险性远远高于其他职业。消防服作为消防员必要的个人防护装备（PPE），能保护消防人员在作业过程中免受火焰、辐射热、热表面接触、熔融物质、热液体和蒸汽的伤害，而热源的类型和强度决定了织物表面的传热方式。较高密度的对流暴露比纯辐射暴露更容易影响织物的表面性能，导致更严重的热氧化和分解。织物中的水分和热源的联合作用进一步影响了服装系统内的热传递[1]。衣物中的水分在突发情况下减缓了织物的加热累积，并且高水分含量显著提高了热防护性能。

热防护是服装设计和服装总装以及纤维性能和织物结构的功能，具有辐射隔热保护和阻燃性能的阻燃织物是消防员服装的必备材料。阻燃织物常用的阻燃纤维分为化学改性阻燃纤维和固有阻燃纤维两大类。阻燃材料可作为添加剂或整理剂涂在制成织物的纤维（天然纤维或合成纤维）上，制成具有高热解温度或高熔点温度的化学改性阻燃纤维。然而，这种纤维的阻燃性能在很长一段时间内并不稳定，而且在辐射热或火焰下会产生有毒气体[2]。同时，分子结构的特性为阻燃纤维提供了较高的热稳定性。因此，天然耐火纤维面料常用芳纶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑等作为保暖服装的外层和隔热衬里（PBI）。

随着与热源接触时间的延长，织物的厚度和质量产生退化损失，有研究表明能够观察到涤纶织物的热收缩。热收缩缩小了服装与人体皮肤之间的气隙宽度，并且影响了织物的热物理性能。在热环境下作业的消防员和工业工人，由于穿着个人防护服，可能会发生热应变[3]。除了保护人体免受外部热源的影响外，保暖服的设计还应尽量减少代谢热应激，并为人体提供可接受的移动能力和活动范围。若服装具有通风的特征（有通风口或孔洞），有可能会减少多余的身体热量并提高舒适性。因此，合适的通风设计是改善服装热防护性能的有效方法。有学者设计了4种边界条件来模拟服装的孔径结构，并通过实验研究了服装的防护性能。全尺寸人体模型实验表明，服装在接触火源的过程中，本身的收缩会大大减少空气间隙，还有可能导致防热服装的性能下降。阻燃织物表面面积的变化可以反映热收缩，比表面积保留率越高，织物的热稳定性越好。

热防护装备是一个重要的屏障，可保护消防员或作业工人免受热危害，通过提供绝缘，防止热传递到人类皮肤。合理的服装设计和科学的防热服使用指南有利于同时防止穿着者皮肤烧伤和热应变，因此，采用通风设计来平衡防护装置的保护和热损失的潜力。

2 家庭常用织物的物理特性与热防护性能的关系

阻燃（FR）材料被应用于许多纺织品中，例如耐火材料用于防止火灾的发生，阻止或限制火灾的蔓延，减少火灾造成的损失。由于消费者对安全参数的重视程度越来越高，阻燃服装的开发势在必行，尤其是儿童睡衣，阻燃性能的测定是一项重要的要求。易燃性是个人防护衣物和家居纺织品面临的一个主要问题。针织面料应用范围广，从最休闲的服装到正式的服装都会用到针织面料，通常用于里衬、手套、内衣等设计[4]。不合理的服装设计可能会产生严重的人身危害，甚至会在发生火灾时导致死亡。所以，改变针织物、卷毛织物和漏针织物的物理特性，采用合适的阻燃混纺纱，建立织物可燃性与舒适性的最佳关系。在设计不同用途的织物时，关于针迹类型，对不同服装的防火性能和特性将会有不同的改善。

通过使用不同类型的针脚/针圈、针脚的花纹、针脚的位置，可以实现针脚可燃性和热生理舒适度的变化。结果表明，卷针率高的织物，厚度比漏针率和针脚率高。与单独的卷缝相比，结合卷缝和漏缝有助于增加厚度，可燃性也受到针迹特性类型的影响。总的来说，所有的样品都要通过美国材料和试验协会（ASTM）标准。所有的针织物都具有最高的可燃性，即最短的余辉时间、最小的焦距和失重率，而针织物厚度的增加也与易燃等相关性能的增强有关。高孔隙率通常导致高易燃性，因此，为了避免因针织物易燃产生的火灾，有必要设计更紧凑的结构。针脚的孔隙率越高，织物的透气性越高。与其他结构相比，漏缝结构更容易透气，而对于针织衣物，如衬衣内衬，应选用漏针或漏针与卷针组合的面料，以促进散热和汗液蒸发。湿度管理对舒适性很重要[5]，通常家用织物的不燃内衬具有良好的水分管理性能，可获得更好的性能。因此，提出了一种适用于个人防护服装内层的针织面料。

3 棉织物的新型物理特性与热防护性能的关系

棉织物作为一种天然材料，与各种化学织物相比，具有优异的性能，如亲水性、生物相容性和可降解性。随着整理工艺的发展，棉织物不仅可以制成与皮肤接触的内衣产品，还可以用于各种装饰和户外产品。由于天然纤维面料的舒适性和环保性，天然纺织品的市场份额正在逐步上升。美中不足的是，棉织物极易燃的特性给消费者的生命财产安全埋下了隐患，极大地限制了其在更多领域的应用，赋予棉织物优异的阻燃性成为重要的研究方向。在过去的几十年里，研究人员开发了许多用于棉织物的阻燃剂[6]。其中，最早的研究内容之一是使用卤素制备阻燃剂，这种阻燃剂无论是用于棉织物还是其他材料，都具有优异的阻燃效果。然而，由于热降解过程中产生的腐蚀性烟雾和有害物质，卤代阻燃剂逐渐进入工业淘汰的边缘。近年来，三嗪的磷-氮协同阻燃剂因含有类似于活性染料的活性基团而受到广泛关注，可极大地减少纺织过程中的能源和材料浪费，并且综合SEM、EDS、FT-IR分析，证实经三嗪的磷-氮协同阻燃剂处理的织物在燃烧过程中会产生不可燃气体，并在纤维表面形成有机磷层。将三嗪的磷-氮协同阻燃剂与活性红染料在同一整理浴中处理后，不仅使棉织物具有了鲜艳的色彩，而且具有了良好的阻燃性[7]。此外，阻燃/染色织物具有理想的摩擦牢度和柔软度。综上所述，三嗪的磷-氮协同阻燃剂可以提高棉织物的热稳定性和阻燃性。

4 结语

纺织品作为消防、工业和家庭常用物品作出了巨大的贡献，尽管大多数本质上是易燃的。这些纺织材料在结构和化学性质上有很大的不同，因为它们既可以天然形成，也可以由石油基合成化合物合成。由于这些纺织品在强度、柔韧性、耐磨损、抗皱、成本低等诸多方面表现得十分优异，纺织材料在各种生活必需品中得到了广泛应用。但是，纺织材料的可燃性是安全方面关注的重点。纺织品是最容易被香烟、蜡烛等小火焰点燃的物品，也是最常见的火灾源头。因此，对纺织材料的阻燃处理总是把改良本身的物理特性放在首要位置；同时，随着织物的物理特性改性和阻燃结构的发展，物理特性与阻燃结构的结合在全球范围内呈现出新的发展趋势。目前，合成纺织品普遍存在的缺点是物理特性太脆弱，容易炭化。为了克服这些弊端，在许多情况下，研究人员会通过改变织物的物理特性来获得更好的阻燃性能。