CN105101825A

CN105101825A - 由湿气不敏感型热保护材料制备的服装

Info

Publication number: CN105101825A
Application number: CN201480015858.3A
Authority: CN
Inventors: A·梅普尔斯; M·德克尔; M·简恩; W·格拉克
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2034-03-14
Also published as: JP6378309B2; CN105101825B; CA2903551C; JP2016519586A; CA2903551A1; DK2967174T3; EP2967174A1; RU2015144157A; EP2967174B1; US10286234B2; WO2014152495A1; KR20150125987A; KR101959109B1; US20140259331A1; PL2967174T3; US20140259328A1

Abstract

对于喷射水、气候等和穿着者排汗的具有低湿粘附性能的保护性服装和方法，从而最小化水对于隔热性质的影响、最小化重量增加和进行快速干燥。特别是对于消防，本发明使湿热空气被排出服装远离穿着者(而不是进入)并阻隔水进入。

Description

由湿气不敏感型热保护材料制备的服装

背景

本发明涉及用于保护免于接触有害环境的服装和服装内衬，且更具体地涉及消防员穿着的这类内衬和服装以保护其免于接触极端热、潮湿和磨擦。

保护性服装被设计为防护穿着者免于接触多种环境危险，且消防员防护服是这类服装的代表。许多常规的消防套装包含战斗服上衣和裤子，其各自包含外壳、位于外壳下方的湿气阻隔层、位于湿气阻隔层下方的热内衬和通常与热内衬连接的最内侧方巾面料层(faceclothlayer)。

该外壳通常由耐摩擦、耐火和耐热材料制成，例如织造芳族聚酰胺材料，通常为NOMEX或KEVLAR(两者都是杜邦公司(E.I.DuPontdeNemours&Co.,Inc.)的商标)，或者聚苯并咪唑，如PBI(塞拉尼斯公司(CelaneseCorp.)的商标)纤维材料。

该湿气阻隔层(如湿气阻隔层(W.L.戈尔及同仁股份有限公司(W.L.Gore&Associates,Inc.)的商标))通常包含膜层，其可渗透湿气但不可渗透液态湿气。该膜层通常连接于至少一种耐火和耐热材料的基材，如芳族聚酰胺或聚苯并咪唑材料。

该热内衬通常包含一层或多层绝热材料，如针刺或水刺织物形式的相对厚的芳族聚酰胺层纤维棉絮，其通常衍缝于轻质含芳族聚酰胺织物基材或方巾面料。热阻隔层的棉絮捕获空气并具有足够的空间提供必需的耐热性，且织物基材保护热内衬的棉絮免于被穿着者摩擦并提供了感觉上适当的表面。

前述组件通常排列在服装内，使得湿气阻隔层位于热内衬和外壳之间。这旨在(部分)防止热内衬的绝热材料从环境中(例如从消防软管喷雾或雨水中)吸收过量的液体湿气，其不利地增加服装的总重量，并且由于与空气相比水的高热导性而降低耐热特性，提高烧伤的风险。

这类排列所固有的限制是穿着者排出的汗会被热内衬吸收，这也会导致所述不良后果。

重要的是，应注意，湿气也会经由扩散和凝结机制找到其进入多个服装层的路径。即，在适当的条件下，最初定位于内层或外层的湿气可以水蒸汽的形式移动至其他位置并在这些位置中凝结。这表明，简单阻隔液态水的物理运输不足以适用于所有情况以确保维持适当水平的热保护。

服装各层内的湿气可作为有害的对流空气移动的来源。消防过程中，会出现称为跳火的情况，其中有限区域中大部分直接暴露的易燃材料被近乎同时点燃，并发生大量热暴露，且服装提供保护免受烧伤的能力可以仅仅是数秒至数分钟左右。较长时间的较低水平热暴露也是有害的。

加热后，例如来自低于跳火水平(亚跳火)时火的有害辐射暴露，服装各层内存在的空气和任何湿气将被加热。充满湿气时，空气可具有大量和有害量的热能量，这比干燥空气要多得多。当该充满湿气的空气通过服装各层扩张和移动时，如果其朝穿着者身体方向移动，会造成严重的烧伤风险。

对于服装的穿着者而言，保护性服装层内该湿气的影响是高度不可预测的。即，穿着者(如消防员)无法预见服装中的湿气对热保护的损伤程度，因此其无法根据新的风险水平有效地调节其行为。因此，服装中的湿气可减少“预警时间”，即穿着者因有害的热暴露而开始感到疼痛与其经历二级烧伤期间的时间。疼痛与烧伤之间的这一时间(也称作逃生时间)对于穿着者(如消防员)至关重要，在被严重烧伤前减少其热暴露。在许多实际的终端使用场景中，对于这类保护性服装的穿着者而言，即使烧伤时间(time-to-burn)和预警时间中的微小差异(如缺少数秒)也会导致严重伤害。

因此，需要一种保护性服装，其最小化由于湿气产生的热保护下降可能性。

已尝试解决这类常规保护性服装(特别是消防服装)中的一些这类缺点，例如通过在多个服装层之上和之中进行防水表面处理。已知这些表面处理的有效性和持久性有限，特别是在消防员常见的严酷环境中。其他尝试包括使用固有非吸水性隔热或阻隔材料，如橡胶涂料、氯丁橡胶层或闭孔泡沫。然而，这些材料具有不需要的性质，即高度不可渗透湿气扩散，降低了穿着者通过汗液蒸发散发热量的能力。该蒸发性蒸发输送的高度阻力可导致例如穿着者的核心温度升高，潜在导致热应激、中暑和认知功能减弱，以及系统中保留的湿气的增多，产生额外的热损伤风险。此外，许多这类方法已不在符合目前的工业标准，并因此无法用于许多保护性服装应用。

发明内容

本发明涉及一种保护性服装，其对于环境来源(如喷射水和气候)和穿着者排汗具有低湿粘附性能，使得对服装的隔热性能的影响最小，暴露于湿气的重量增加最小，以及具有两次应用之间快速干燥的有效能力。与常规消防服装相比，本发明在潮湿和干燥条件下都提供了更可预测和一致的隔热，且相对于常规消防服装具有延长的预警时间(疼痛时间和烧伤时间之差)。此外，本发明允许构建具有以下性质的消防服装：改进的移动性(如相对薄和轻质)、NFPA1971合规性、EN469合规性、耐液体穿透性、性能持久性以及穿着和脱卸容易性。此外，本发明允许构建具有以下性质的消防服装：改进的由于辐射暴露的亚跳火热保护性、良好的压缩下耐导热性、合适的耐蒸汽烧伤性和耐对流传热性。此外，本发明允许构建具有改进的跳火热保护性的消防服装，其由Pyroman测试(例如通过ASTM1930-12)以及NFPA1971和EN469标准中包含的热保护性能测试测量。在替代性实施方式中，具有本发明的结构的战斗服可表现出45％或更低(或者40％或更低，或37％或更低)的总身体烧伤性能百分比，如本发明测试方法中所述。最后，本发明允许构建相对于常规服装向穿着者提供较低热应激的消防服装，最小化对蒸发输送的阻力，且具体是NFPA1971和EN469标准中含有的蒸发性热转移性能测试。具体而言，该结构的各层会提供小于50m²Pa/W(或者小于25m²Pa/W)的蒸发输送阻力，其由Ret所测量。

除非另有限定，在此使用的所有技术和科学术语的含义均与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解一致。虽然可采用与本文所述类似或等同的任何方法和材料实施或测试本发明，但本文描述优选的方法和材料。

一个目的是一种保护性服装结构，其包含外层，透气耐液态水膜，隔热层和不透气防液可渗透湿气膜，该透气耐液态水膜比该不透气防液可渗透湿气膜更靠近外层，且隔热层位于透气耐液态水膜与不透气防液可渗透湿气膜之间。

另一个目的是一种具有透气耐液态水膜的保护性服装，该膜包含在含有耐火织物的可分离组件内。在另一个实施方式中，该保护性服装可具有不透气防液可渗透湿气膜，其包含在含有耐火织物的可分离组件内。本文所用术语“可分离”旨在指一个组件基本不连接跨其表面的相邻组件，但可绕其周长连接相邻组件的周长(使用缝合或其他方式将各组件固定在一起)，但在除去该缝合或其他方式后，各组件可容易地彼此分离且不再连接。

在另一个实施方式中，该保护性服装具有隔热层，其位于透气耐液态水膜与不透气防液可渗透湿气膜之间的可分离层中。在其他实施方式中，该保护性服装具有一种结构，其中至少一部分隔热层与透气耐液态水膜相连。或者，本发明涉及一种保护性服装，其中，至少一部分隔热层与不透气防液可渗透湿气膜相连。在其他实施方式中，该保护性服装包含隔热层，该隔热层的第一部分与透气耐液态水膜相连，该隔热层的第二部分与不透气防液可渗透湿气膜相连，且该隔热层的第三部分被整合为第一部分和第二部分之间的可分离组件。

在其他实施方式中，该保护性服装包含一种结构，其中，透气耐液态水膜的湿气渗透速率(MVTR)是不透气防液可渗透湿气膜的MVTR的至少2倍。在另一个实施方式中，该保护性服装包含透气耐液态水膜，该膜包含疏油薄膜。在另一个实施方式中，该保护性服装包含不透气防液可渗透湿气膜，该膜包含疏油薄膜。“疏油”指具有耐油性的薄膜，其油级为至少1或更高，或者至少2或更高，或者至少4或更高。

在一个替代性实施方式中，该保护性服装包含透气耐液态水膜，其MVTR比不透气防液可渗透湿气膜高至少30％。在其他实施方式中，该保护性服装可包含一种结构，其中，不透气防液耐液态水膜被纳入阻燃材料的层叠体内且包含疏油性膨胀型PTFE膜，且所述不透气防液可渗透湿气膜被纳入阻燃材料的层叠体内且包含双组分膨胀型PTFE膜。在其他实施方式中，该保护性服装可包含外层，透气耐液态水膜，隔热层和不透气防液可渗透湿气膜，该透气耐液态水膜比该不透气防液可渗透湿气膜更靠近外层，且该隔热层位于该透气耐液态水膜与该不透气防液可渗透湿气膜之间，且该透气耐液态水薄膜/膜、该隔热层和该不透气防液可渗透湿气膜是跨其表面可分离的。

另一个实施方式涉及一种同时保护隔热材料免于吸收大量液体和引导受热湿气远离保护性服装穿着者皮肤的方法，包括以下步骤：(a)提供透气耐液态水膜；(b)提供隔热层；(c)提供不透气防液可渗透湿气膜；以及(d)在穿着者穿着的保护性服装中排列(a)、(b)和(c)的材料，使得所述不透气防液可渗透湿气膜更接近穿着者且透气耐液态水膜更接近服装外部，并在其间设置所述隔热层。在该方法的其他实施方式中，该透气耐液态水膜的湿气渗透性高于该不透气防液可渗透湿气膜的湿气渗透性。在其他替代性实施方式中，该方法还包括在服装中提供外壳，该外壳排列在相对于透气耐液态水膜的外部。

在其他替代性实施方式中，至少一种其他不透气防液可渗透湿气膜可存在于第一不透气防液可渗透湿气膜(如本发明所述)和透气耐液态水薄膜/膜之间取向的结构内，其取向为靠近服装外部。同样，可在该结构中提供至少一种其他透气耐液态水薄膜/膜，前提是该至少一种其他透气耐液态水薄膜/膜取向为比至少一种不透气防液可渗透湿气膜更靠近服装外部。一些结构中这类薄膜/膜层的层间接触和滑动可提高使用中的穿着者舒适性。

如上文所述，提供了一种平衡以下特征的方法和服装：有效防止大量水从环境来源和穿着者进入以及使潮湿危险的热空气远离穿着者(而非进入)，从而更好地维持干燥条件中发现的所需隔热性质，即使在潮湿条件中受有害热暴露攻击时也是如此。

通过以下方法实现了该目的：在服装内整合双重和明显不同的液态水阻隔层，确保两种液态水阻隔层中最内侧的是不透气防液(因此不可渗透液态水)但可渗透湿气或可渗透的膜，且两种液态水阻隔层中最外侧的是透气(因此至少一定程度可渗透湿气)但耐液态水的膜，并在该双重和明显不同的液态水阻隔层之间放置对服装的所需隔热性质重要的至少一部分材料。纯粹为简明起见，本文所用术语“膜”指具有或不具有涂层的膜或薄膜，或者其可被生产或整合为涂层，这包括在本发明的范围内。

该保护性服装优选符合NFPA1971标准2007版或EN469标准2005版，理想情况下符合两者。在多个替代性实施方式中，该透气耐液态水膜可整合至膨胀型疏油性PTFE膜和阻燃材料的层叠体内，且该不透气防液可渗透湿气膜可整合至阻燃材料的层叠体内。替代性实施方式考虑整合至阻燃织物材料的层叠体(其夹有疏油性膨胀型PTFE膜)内的透气耐液态水膜以及整合至阻燃织物材料的层叠体(其夹有膨胀型PTFE薄膜)内的不透气防液可渗透湿气膜。或者，该服装还可包含直接连接在外层的面向环境表面上的不可呼吸装饰物(trim)；且根据ASTMF2731并使用NFPA19712013版测试标准，具有装饰物的服装复合材料的烧伤时间为大于130秒。在某些实施方式中，根据ASTMF2731并使用分别使用改进的潮湿和干燥测试标准(不施加压缩)，该服装复合材料在潮湿条件中的烧伤时间大于或等于其在干燥条件中的烧伤时间。

在另一个方面中，提供了一种引导受热湿气远离热保护性服装穿着者皮肤的方法，该方法包括以下步骤：提供透气耐液态水膜；提供隔热材料；提供不透气防液可渗透湿气膜；以及排列保护性服装的各层，使得该不透气防液可渗透湿气膜更接近穿着者皮肤且该透气耐液态水膜更接近服装外部，并在其间设置隔热材料。此外，外壳材料可位于相对于透气耐液态水膜的外侧。

附图说明

图1是一个示例性实施方式的示意性分解侧视图。

图2是另一个示例性实施方式的示意性分解侧视图。

图3是另一个示例性实施方式的示意性分解侧视图。

图4是另一个示例性实施方式的示意性分解侧视图。

图5是另一个示例性实施方式的示意性分解侧视图。

图6是另一个示例性实施方式的示意性分解侧视图。

发明详述

下面将根据说明性附图描述示例性实施方式。在图1所示第一示例性实施方式中，显示了本发明服装的各层，其中外壳10具有面向环境的表面11和面向内部的表面12。第一可分离复合材料层20的位置与外壳10的面向内部的表面12相邻。第二可分离复合材料层30的位置与第一可分离复合材料层20相邻，使得第一可分离复合材料层20夹在外壳层10与第二可分离复合材料层30之间。

在替代性实施方式中，外壳10可包含耐摩擦、耐火和耐热材料，例如织造芳族聚酰胺材料，通常为NOMEX或KEVLAR(两者都是杜邦公司(E.I.DuPontdeNemours&Co.,Inc.)的商标)，或者聚苯并咪唑，如PBI(塞拉尼斯公司(CelaneseCorp.)的商标)纤维材料，或聚苯并噁唑纤维。

第一可分离复合材料层20本身由多个子层组成(所示实施方式中为三层)。提供了轻阻燃非织造材料21(在一些实施方式中包含芳族聚酰胺)以有助于耐久性。提供了透气耐液态水膜22以防止环境液体渗透入服装中较内部的各层和空间。该透气耐液态水膜可包含例如膨胀型PTFE。取决于所需性能，在替代性实施方式中，该膜可以是疏油性的，从而最小化油和其他液体渗透和污染位于该层内部的服装层。在一些实施方式中包含阻燃非织造材料的隔热层23位于透气耐液态水膜22与织造材料21相反的一侧。隔热材料23和非织造材料21是点层压的(dot-laminated)，例如使用基于聚氨酯的粘合剂。例如，在替代性实施方式中，还可使用阻燃人造纤维非织造材料和基于三聚氰胺的非织造材料，例如对于阻燃非织造材料23。

第二可分离复合材料层30本身也包含多个子层。隔热层31(也适用于阻燃非织造材料)可与上文所述阻燃非织造材料23具有相同的组成替代性材料。其点层压至不透气防液可渗透湿气膜32。该特定结构和排列有助于驱动受热湿气，特别是来自膜22和32之间保留的湿气，优先向外朝向环境，从而保护穿着者。不透气防液可渗透湿气膜32可包含双组分膨胀型PTFE膜，如包含在W.L.戈尔及同仁股份有限公司生产的湿气阻隔层中。这些双组分膨胀型PTFE膜通常包含膨胀型PTFE膜和可渗透湿气聚合物(如可渗透湿气聚氨酯)的单片涂层。在该特定说明中，该双组分不透气防液可渗透湿气膜32包括两个膨胀型PTFE膜，其与单片可渗透湿气聚合物合并并夹在其周围。面料40位于服装的最内侧部分上，且在该实施方式中点层压至不透气防液可渗透湿气膜32。该层提供了舒适的感觉且理想情况下与穿着者具有低摩擦啮合。

图2显示一个替代性实施方式。在该实施方式中，如图1所示，显示了本发明的服装的各层，其中外壳10具有面向环境的表面11和面向内部的表面12。第一可分离复合材料层20本身包含子层。提供了轻阻燃织造材料21(在一个实施方式中包含芳族聚酰胺)以有助于耐久性。提供了透气耐液态水膜22以防止环境液体渗透入服装中较内部的各层和空间。可分离组件60包含疏油膜51的两层结构，该疏油膜51被使用粘合剂点层压至隔热层53，该隔热层53在该实施方式中包含在隔热层中具有一些三维结构的阻燃非织造材料(在该实施方式中由峰54和谷55描述)，谷55中的空气赋予该结构隔热特性。可分离组件30包含双组分不透气防液可渗透湿气膜32，且在该具体说明中包含膨胀型PTFE膜以及单片可渗透湿气聚合物(如可渗透湿气聚氨酯)。可分离组件30还包含点层压在服装的最内侧部分上的面料40。该面料40提供了舒适的感觉且理想情况下与穿着者具有低摩擦啮合。

图3显示一个替代性实施方式。该实施方式与图1的实施方式具有相同的基础结构，包含外壳10、可分离组件20和可分离组件30。然而，在该实施方式中，可分离组件20包含透气耐液态水膜22，使得透气耐液态水膜22的位置与外壳10直接相邻。在一个实施方式中，该层22可以是疏油性的。此外，在该实施方式中，层22点层压至提供隔热的衍缝阻燃非织造物50的两层。最后，该实施方式的可分离组件30具有不透气防液可渗透湿气膜32，其在该实施方式中是层压至面料40的双组分膨胀型PTFE膜(如包含在W.L.戈尔及同仁股份有限公司生产的湿气阻隔层中)。同样，这些双组分膨胀型PTFE膜通常包含膨胀型PTFE膜和可渗透湿气聚合物(如可渗透湿气聚氨酯)的单片涂层。在该特定说明中，该双组分不透气防液可渗透湿气膜32包括两个膨胀型PTFE膜，其与单片可渗透湿气(或可渗透湿气)聚合物合并并夹在其周围。

图4显示另一个替代性实施方式。该实施方式具有以下基础结构：外壳10、可分离组件20、可分离组件30和可分离面料40。在该实施方式中，透气耐液态水膜22位于可分离组件20的最外侧表面上的织造阻燃织物21与包含阻燃非织造物的隔热层23之间。隔热层31通过连续的可渗透湿气粘合剂连接至双组分不透气防液可渗透湿气膜32，其包含两个膨胀型PTFE膜，这两个膨胀型PTFE膜与单片可渗透湿气(或可渗透湿气)聚合物合并并夹在其周围。包含阻燃织造织物的可分离层40位于可分离组件层30的内部，使得该层是最靠近包含可分离组件10、20、30和40的组装服装穿着者的一层。

图5显示另一个替代性实施方式。该实施方式具有外壳10、可分离组件20、可分离组件30和可分离组件40。在该实施方式中，阻燃织造材料21点层压至透气耐液态水膜22并取向为在膜22与外壳10之间。阻燃非织造材料与不连续的粘合剂连接以形成层50，其点层压至不透气防液可渗透湿气膜32以形成可分离层30。层30的内侧是阻燃织造织物40。

图6显示另一个替代性实施方式。该实施方式具有外壳10、可分离组件20、可分离组件30和可分离阻燃织物40。在该实施方式中，可分离组件20包含透气耐液态水膜22、隔热层23和硅酮化合物的离散泡沫点56(其由于硅酮点模量对比非织造织物而形成空气夹层并限制整个系统的压缩)。来自W.L.戈尔及同仁股份有限公司的间隔技术是这类硅酮泡沫间隔技术的代表。在某些实施方式中，该透气耐液态水膜可包含疏油性膜。此外，可分离组件30包含位于不透气防液可渗透湿气膜32内侧的织造阻燃织物33，该不透气防液可渗透湿气膜32形成为织造阻燃织物上的湿气透过型涂层。此外，织造阻燃织物40位于可分离组件层30内侧。

所有这些实施方式都具有保护性服装各层排列的发明特征，使得不透气防液可渗透湿气膜更靠近穿着者皮肤且透气耐液态水膜更靠近服装外部，并在其间设置隔热材料。该方法中，湿热空气被排出服装(而不是进入)并阻隔水进入，从而防止大量水通过服装浸渍，并使得该湿服装的热保护性质与干服装热保护性质一致。

本发明使用的合适耐火织物材料的示例包括间位芳族聚酰胺和对位芳族聚酰胺、FR棉花、PBI、PBO、FR人造纤维、改性聚丙烯腈纤维(modacrylics)、多胺、碳、玻璃纤维、PAN、PTFE及其掺混物和组合。

本文所用术语“透气耐液态水膜”指包含具有最低透气性(由格利(Gurley)测得小于200秒)和耐液态水性(由苏特(Suter)静压测试测得大于0.5psi)的膜或薄膜的层。在一个替代性实施方式中，该透气耐液态水膜具有最低透气性和耐液态水性，所述透气性由格利测得小于100秒，或小于50秒，或小于25秒，且所述耐液态水性由苏特静压测试测得大于4psi，或者大于10psi，或者大于20psi。透气膜通常具有互连孔或路径，其使空气从层的一侧质量传输至另一侧。该透气耐液态水膜可以是可渗透湿气的。

本文所用术语“不透气防液可渗透湿气膜”指一种包含膜或薄膜的层，所述膜或薄膜包含一般连续性质的一般单片涂层或组成，其具有少量(如果有的话)互连孔或路径，所述互连孔或路径使空气或液体从层的一侧显著质量传输至另一侧，但使湿气透过，具体而言至少部分通过溶液扩散机制。该不透气防液可渗透湿气膜的透气性为由格利测得大于200秒，对于表面张力为约31达因/cm的液体的液体进入压力为大于70kPa，且湿气透过率为至少1000g/m²/天。在一个替代性实施方式中，该不透气防液可渗透湿气膜的湿气透过率为至少5000g/m²/天，或者大于10000g/m²/天。同样在一个替代性实施方式中，该不透气防液可渗透湿气膜对表面张力为约31达因/cm的液体的液体进入压力大于170kpa。同样在一个替代性实施方式中，该不透气防液可渗透湿气膜的透气性为由格利测得大于500秒。

在一些实施方式中，这些透气耐液态水膜和不透气防液可渗透湿气膜包含膨胀型PTFE膜，其被调节为经鉴定的所需性质以使湿热空气被排出服装(而不是进入)并阻隔水进入，从而防止湿气通过服装浸渍。然而，应理解，各方面也可通过使用适当涂层或其他处理来实现，其代替各膜或与各膜联用，所述膜是例如膨胀型PTFE膜。这类适当涂层或处理可包括例如不连续硅酮、可渗透湿气的连续聚氨酯或聚酯，以及不连续含氟聚合物处理。此外，可提供金属涂层，如多孔或不连续金属涂层。此外，诸如疏油性或疏水性的性质可施加于各层之中或之上以进一步支持服装内水蒸汽的吸收、保留或移动，从而使湿热空气优先被排出服装(而不是进入)并阻隔水进入，从而防止大量湿气通过服装浸渍。除膨胀型PTFE膜以外，还可以使用其他膜，例如多孔PS、PES、PAN、PVDF或PVC膜。

在一些实施方式中，如附图中所示，这些透气耐液态水膜和不透气防液可渗透湿气膜与其他材料合并以形成含有复合材料层的可分离组件，其可与服装内的其他层分离。这些可分离组件通常不跨其大部分表面彼此结合，但其可在边缘、周长或离散点处连接在一起，例如在接缝或袖子或裤子末端处。这些透气耐液态水膜和不透气防液可渗透湿气膜可与隔热材料合并，且该透气耐液态水膜可与外壳合并或连接。而且，在使用多个这类膜时(例如在包含超过一个透气耐液态水膜或超过一个不透气防液可渗透湿气膜的结构中)，这类膜可彼此连接。在替代性实施方式中，这些保护性服装结构可以包含组装的可分离层的服装系统的形式提供。

位于透气耐液态水膜与不透气防液可渗透湿气膜之间的隔热材料可与透气耐液态水膜与不透气防液可渗透湿气膜中的任一种或两种整合或不与上述膜整合以作为可分离复合层。连接隔热材料与透气耐液态水膜和不透气防液可渗透湿气膜的优选方式是通过使用不连续粘合剂。其他连接方式可包括连续但可渗透湿气的粘合剂(其中无需可透气)，或透气耐液态水膜和不透气防液可渗透湿气膜上方或周围的适当隔热材料涂层。当位于透气耐液态水膜与不透气防液可渗透湿气膜之间的一些或全部隔热材料基本不整合至透气耐液态水膜与不透气防液可渗透湿气膜之一或上述两种膜之内或之上时，该隔热材料可连接在例如局部区域中，如服装的接缝。

合适的隔热材料可包括但不限于：连续或不连续硅酮泡沫、非织造材料、织造材料、编织材料、三维形状材料以提供隔热的空气空腔，且其他合适的隔热组件(被动和主动的)也在公开的范围内，前提是该隔热材料不阻止湿热空气优先被排出服装(而不是进入)的效果。在本发明的合适隔热层的一个替代性实施方式中，可充分阻止进水，从而通常阻碍液体(特别是水)通过服装浸渍。

除服装和服装内衬外，依据这些方法制备的热保护性结构还可用于例如鞋、手套和帽子。

测试方法

亚跳火保护

评估亚跳火热环境中复合材料热保护性能的方便的测试是ASTMF2731-11，用于测量消防保护服装系统中传输和储存的能量的标准测试方法。该方法通过将测试试样暴露于0.2cal/cm²/秒辐射能量并持续测试特定量的时间来评估复合材料性能。在暴露的终点处，将试样针对传感器压缩以测量测试复合材料中储存的能量。贯穿该测试，收集传输至传感器的能量并同时将人皮肤烧伤模型(详述于ASTMF2731-11)应用于收集的能量。进行计算以预测达到二级烧伤的时间。可使用干燥或潮湿预调节对各试样进行测试并限定暴露时间。该方法内的湿度预调节步骤可经修改以代表保护性服装复合材料的各层中的湿度暴露，例如汗液的暴露、吸收和分配。这可以通过均匀地将所需含量的水添加至保护性复合材料的特定各层中来实现，所述添加的方式确保水被吸收至层内。将这些单个层以保护性复合材料中发现的形式重新组装。将该重新组装的复合材料置于密封的塑料袋中以在21+/-3℃下平衡18至24小时。该方法可用于研究亚跳火暴露中复合材料结构给予消防员的热保护，并可包含其他层(如内衣和衬衫、裤子或可以是全套服装一部分的其他穿着的层)。

湿气渗透速率(MVTR)

下文描述了用于测量湿气渗透速率(MVTR)的测试。已发现该方法适用于测试薄膜、涂层和涂覆的产品。

在该方法中，将由35重量份数乙酸钾和15重量份数蒸馏水组成的约70ml溶液置于133ml聚丙烯杯中，该聚丙烯杯在杯口处的内径为6.5cm。将膨胀型聚四氟乙烯(PTFE)膜(其通过(Crosby的)美国专利4,862,730所述方法测试具有约85,000g/m²/24小时的最低MVTR)加热密封至杯的缘部以形成含有该溶液的绷紧、防漏、微孔阻隔。

将类似的膨胀型PTFE膜安装在水浴的表面。使用控温室和水循环浴将水浴组件控制在23℃加0.2℃。

进行该测试方法前，待测试样品被允许在23℃的温度和50％的相对湿度下适应。放置样品使得微孔聚合膜与安装至水浴表面的膨胀型聚四氟乙烯膜接触并允许平衡至少15分钟，之后导入杯组件。

将杯组件称量至1/1000g精确性并倒扣置于测试样品的中心上。

通过水浴中水和饱和盐溶液之间的驱动力提供水传输，所述饱和盐溶液通过该方向扩散来提供水通量。对样品测试15分钟，随后移开杯组件，再次称量至1/1000g精确性。

由杯组件的重量增加计算样品的MVTR并表示为每24小时每平方米样品表面积的水克数。

对织物蒸发的耐性–Ret测量

评估材料或材料组对湿气传输耐性的方法，因此评估湿气渗透性。Ret根据ISO11092，1993版进行并表示为m2Pa/W。较高的Ret值显示较低的湿气渗透性。

透气性–格利测量

格利空气流量测试测量在12.4cm水压下100cm³空气流动通过6.45cm²样品的时间(以秒计)。在格利透气度测试计4340型自动透气度测试计上进行测试。

液体进入压力测量

将样品膜夹在串联的过滤器固定器(波乐公司(Pall)，47mm，部件编号1235)中。在样品膜的一侧上是能够被加压的液体。在样品膜朝向大气压的另一侧上，将一片彩色纸置于样品膜和支持物(有孔有机玻璃盘)之间。随后以17kPa增量对样品加压，每次压力上升后等待60秒。纸中出现颜色变化的压力记录为进入压力。使用的液体是约30％IPA-70％水(体积-体积)，其导致悬滴法测得约31达因/cm(+/-约1)的液体表面张力。测量两份样品并平均以提供初始液体进入压力(EP_初始)。

上油速率(oilrating)或拒油性(oilrepellency)测量

使用AATCC测试方法118-1997测定膜和织物层叠体的上油速率。膜样品的上油速率低于对膜的两侧进行测试时得到的两个速率；对于织物层叠体，在织物层叠体的接触的膜侧进行上油速率测试。较高的上油速率值表示较好的拒油性。

整套服装明火保护测试方法

评估测试服装对模拟明火暴露的耐性，该评估使用的方法类似于使用实验性人体模特针对明火模拟物保护的阻燃性服装评估的ASTMF1930-00标准测试方法。测试前，使用四秒暴露完成裸人体模特校正。校正后，放上棉T恤(尺寸42常规，重量4oz/yd.sup.2至7oz/yd.sup.2)和棉短袖(尺寸M)，随后是由下文所述层叠体制得的夹克(尺寸42常规)。在一些测试中，在棉基底层和本发明的外衣之间的人体模特上放置约7.5oz/yd.sup.2、尺寸42常规的服装中间层。为人体模特穿上衣服后，使用计算机系统来控制测试过程，以包括引燃火焰，将测试服装暴露于明火，收集120秒的数据，随后运行排气扇使腔体通气。该系统获取的数据用于计算入射热通量，暴露期间和之后各传感器的预测烧伤，并对各测试生成报告和图像。记录暴露后任何连续燃烧，并且还记录续燃和熔融滴落或液滴掉落。报道了预测的烧伤数据以及续燃和熔融滴落观察。预测的烧伤的计算方法为：达到2.sup.nd和3.sup.rd程度烧伤的总传感器数除以测试服装覆盖区域中的传感器数。报道的总身体烧伤百分比是2.sup.nd和3.sup.rd程度预测烧伤百分比的总和。

实施例

比较例A

两名常规消防员的典型服装类型的战斗服由本领域常见的常规复合材料建造。复合材料接头处(compositelayup)由以下各层组成：TenCateADVANCE^TM面料、7.5oz/yd²织造织物(包含60％对位芳族聚酰胺、40％间位芳族聚酰胺)(TPC公司(TenCateProtectiveFabrics,Inc.))的外壳层，其旁边的不透气湿气阻隔层(黑色湿气阻隔层，4.7oz/yd²层叠体，W.L.戈尔及同仁股份有限公司)以及隔热层(SilverSL2，7.6oz/yd²，含有100％对位芳族聚酰胺面巾以及两层E89，来自TPC公司)。该常规服装以特定方式建造，使得隔热层位于最靠近人体模特的服装内表面上且外壳材料在服装的外表面上。

使用12秒火焰暴露根据ASTMF1930-11测试这些服装。男式中号100％棉短袖T恤和内裤穿着在测试衣服下方。人体模特头部区域不受保护。

测试结果显示，预测的二度烧伤平均值为33.2％且预测的三度烧伤平均值为20.5％，且预测的总烧伤为53.7％。

预测的三度烧伤的数值包括未保护头部的约6.5％的数值。

实施例1

根据本发明的一个实施方式建造两名消防员的战斗服。外壳层是TenCateADVANCE^TM面料、7.5oz/yd²织造织物(包含60％对位芳族聚酰胺、40％间位芳族聚酰胺)。包含透气疏油性膨胀型PTFE膜(W.L.戈尔及同仁股份有限公司，马里兰州埃克顿)的第二层层压至3.3盎司/yd²阻燃织物，其由93％间位芳族聚酰胺纤维、5％对位芳族聚酰胺纤维和2％碳纤维组成。该层取向为使阻燃织物紧贴外壳层。包含透气疏油性膨胀型PTFE膜(W.L.戈尔及同仁股份有限公司)的第三层层压至由30％35％和35％组成的120g/m²非织造织物。该层取向为使透气疏油性膜紧贴第二层。包含疏油性不透气双组分膨胀型PTFE膜(其包含涂覆在ePTFE膜上且部分在ePTFE膜内的可渗透湿气聚氨酯)层压至由50％纤维胶和50％组成的4.5oz/yd²织造织物。该层取向为使不透气疏油性ePTFE紧贴第三层。以特定方式建造该服装，使得50％纤维胶、50％织造织物位于服装的内表面上且外壳层在服装的外表面上。测得的复合材料厚度是0.108英寸且测得的复合材料重量是21.6oz/yd²。

测试结果显示，预测的二度烧伤平均值为27.5％且预测的三度烧伤平均值为7.8％，且预测的总烧伤为35.3％。

表1

将表1中的信息输入模型，该模型包括未保护的头部区域并由重复实验计算平均总身体烧伤百分比，其显示在最右栏。基于此，发现根据本发明实施例1建造的样品衣服的平均烧伤百分比(30.7％)显著低于测试的比较例A服装(50.4％)。此外，如表1所示，与比较例A服装相比，根据实施例1建造的样品服装提供了高得多的针对三度烧伤的保护，这对于防火服装而言是重要的益处。

比较例B

如比较例A所述组装典型的消防复合材料，不同之处在于外壳是TenCateGEMINI^TMXT面料、7.5oz/yd²织造织物(包含60％对位芳族聚酰胺、40％聚苯并咪唑)(TPC公司)。测得的复合材料厚度是0.11英寸且测得的复合材料重量是21.5oz/yd²。

使用ASTMF2731-11在亚跳火暴露中评估所述结构的复合材料试样。向复合材料的内侧添加额外的5.4oz/yd²棉针织织物以模拟现场穿着的衬层。使用ASTMF2731-11方法干燥对试样进行预处理，或使用湿法预处理。湿法预处理步骤由以下步骤组成：将13克水施用于棉针织层，装配复合材料层并将复合材料密封在不透气不透水的袋中，21℃下持续18-24小时。测试时，将测试试样置于样品贮存器中并使棉层接触传感器。根据ASTMF2731方法使各试样暴露于辐射通量，暴露时间足以达到预测二度烧伤的时间。

干法预处理试样的平均二度烧伤预测时间是286秒。湿法预处理试样的平均二度烧伤预测时间是187秒。

实施例2

如实施例1所述组装本发明所述的消防复合材料，不同之处在于外壳是TenCateGEMINI^TMXT面料、7.5oz/yd²织造织物(包含60％对位芳族聚酰胺、40％聚苯并咪唑)(TPC公司)。测得的复合材料厚度是0.10英寸且测得的复合材料重量是21.2oz.yd²。

使用ASTMF2731-11在亚跳火暴露中评估消防复合材料的试样。向复合材料的内侧添加额外的5.4oz/yd²棉针织织物以模拟现场穿着的衬层。使用ASTMF2731-11方法干燥对试样进行预处理，或使用湿法预处理。湿法预处理步骤由以下步骤组成：将13克水施用于棉针织层，装配复合材料层并将复合材料密封在不透气不透水的袋中，21℃下持续18-24小时。测试时，将测试试样置于样品贮存器中并使棉层接触传感器。根据ASTMF2731方法使各试样暴露于辐射通量，暴露时间足以达到预测二度烧伤的时间。

干法预处理试样的平均二度烧伤预测时间是274秒。湿法预处理试样的平均二度烧伤预测时间是255秒。

虽然本文阐述和说明了本发明的具体实施方式，但本发明并不限于这些阐述和说明。显而易见的是，变化和改进被纳入和体现在所附权利要求书的范围内。

Claims

1.一种保护性服装，所述服装包含：

外层；

透气耐液态水膜；

隔热层；

不透气防液可渗透湿气膜，

其中所述透气耐液态水膜比所述不透气防液可渗透湿气膜更靠近所述外层，且所述隔热层位于所述透气耐液态水膜与所述不透气防液可渗透湿气膜之间。

2.如权利要求1所述的保护性服装，所述透气耐液态水膜包含在含有阻燃织物的可分离组件内。

3.如权利要求1所述的保护性服装，所述不透气防液可渗透湿气膜包含在含有阻燃织物的可分离组件内。

4.如权利要求1所述的保护性服装，所述隔热层位于所述透气耐液态水膜与所述不透气防液可渗透湿气膜之间的可分离层中。

5.如权利要求1所述的保护性服装，所述隔热层的至少一部分与所述透气耐液态水膜相连。

6.如权利要求1所述的保护性服装，所述隔热层的至少一部分与所述不透气防液可渗透湿气膜相连。

7.如权利要求1所述的保护性服装，所述隔热层包括：所述隔热层的第一部分与所述透气耐液态水膜相连，所述隔热层的第二部分与所述不透气防液可渗透湿气膜相连，且所述隔热层的第三部分被整合为所述第一部分和所述第二部分之间的可分离组件。

8.如权利要求1所述的保护性服装，所述透气耐液态水膜的MVT比所述不透气防液可渗透湿气膜的MVT高至少2倍。

9.如权利要求1所述的保护性服装，所述透气耐液态水膜包含疏油性薄膜。

10.如权利要求1所述的保护性服装，所述不透气防液可渗透湿气膜包含疏油性薄膜。

11.如权利要求1所述的保护性服装，所述透气耐液态水膜的湿气渗透速率比所述不透气防液可渗透湿气膜高至少30％。

12.如权利要求1或2所述的保护性服装，所述透气耐液态水膜整合至阻燃材料的层叠体内且包含疏油性膨胀型PTFE膜，且所述不透气防液可渗透湿气膜整合至阻燃材料的层叠体内且包含双组分膨胀型PTFE膜。

13.一种保护性服装，所述服装包含：

外层；

透气耐液态水膜；

隔热层；

不透气防液可渗透湿气膜，

其中所述透气耐液态水膜比所述不透气防液可渗透湿气膜更靠近所述外层，且所述隔热层位于所述透气耐液态水膜与所述不透气防液可渗透湿气膜之间，且所述透气耐液态水膜、所述隔热层和所述不透气防液可渗透湿气膜是跨其表面可分离的。

14.一种同时保护隔热材料免于吸收大量液体和引导受热湿气远离保护性衣服穿着者皮肤的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)提供透气耐液态水膜；

(b)提供隔热层；

(c)提供不透气防液可渗透湿气膜；以及

(d)在穿着者将要穿着的保护性衣服中排列(a)、(b)和(c)的材料，使得所述不透气防液可渗透湿气膜更接近所述穿着者且所述透气耐液态水膜更接近所述服装的外部，并在其间设置所述隔热层。

15.如权利要求14所述的方法，所述透气耐液态水膜的湿气渗透性高于所述不透气防液可渗透湿气膜的湿气渗透性。

16.如权利要求14所述的方法，所述方法还包括外壳，所述外壳排列在相对于所述透气耐液态水膜的外部。

17.如权利要求1所述的保护性服装，使用13gsm湿气暴露于5.4osy棉毛针织布测试的亚跳火保护时间是不具有湿气暴露的相同层的亚跳火保护时间的至少75％，测试时所述棉毛针织布接触传感器且所述传感器与各服装层之间有1/4”间隙。

18.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装符合NFPA1971标准2007版，其Ret为小于25m2Pa/W。

19.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装符合EN469标准2005版，2级，其Ret为小于20m2Pa/W。

20.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装还包含至少一个额外的透气耐液态水膜，其取向为在所述透气耐液态水膜与所述不透气防液可渗透湿气膜之间。

21.如权利要求20所述的保护性服装，所述至少一个额外的透气耐液态水膜取向为与所述不透气防液可渗透湿气膜相邻并接触。

22.如权利要求20所述的保护性服装，所述至少一个额外的透气耐液态水膜取向为与所述透气耐液态水膜相邻并接触。

23.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装还包含至少一个额外的不透气防液可渗透湿气膜，其取向为在所述透气耐液态水膜与所述不透气防液可渗透湿气膜之间。

24.如权利要求23所述的保护性服装，所述至少一个额外的不透气防液可渗透湿气膜取向为与所述不透气防液可渗透湿气膜相邻并接触。

25.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装的形式为包含组装的可分离层的服装系统。

26.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装的总身体烧伤性能百分比为45％或更低。

27.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装的总身体烧伤性能百分比为40％或更低。

28.如权利要求1所述的保护性服装，所述服装的总身体烧伤性能百分比为37％或更低。