Nghiên cứu tổng quan quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy
I. MỞ ĐẦU
Quần áo là một trong những nhu cầu cơ bản của con người và được coi như một lớp da thứ hai để bảo vệ cơ thể người khỏi những tác động của môi trường xung quanh. Quần áo có thể mang lại sự thoải mái tâm sinh lý cho người mặc về mặt thẩm mỹ và cũng như thể hiện địa vị xã hội. Tuy nhiên, vai trò chính của nó là rào cản giữa người mặc và môi trường xung quanh nhằm bảo vệ cho cơ thể người khỏi những tác động trực tiếp của môi trường xung quanh như nhiệt độ, độ ẩm và các yếu tố khác nữa mà vẫn đảm bảo cho con người cảm thấy thoải mái về tâm sinh lý và vận động [1].
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, nguy cơ con người tiếp xúc ngày càng nhiều với các mối nguy hiểm nghề nghiệp (hóa học, sinh học, hạt nhân, cơ học và nhiệt). Ví dụ, công nhân trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau như dược phẩm, hóa dầu, phân bón, năng lượng hạt nhân có thể tiếp xúc với các mối nguy hiểm như hóa học, sinh học, hạt nhân còn lính cứu hỏa có thể tiếp xúc với các mối nguy hiểm như ngọn lửa, bức xạ nhiệt, bề mặt nóng, chất lỏng nóng và hơi nước quá nhiệt. Để tránh khỏi các mối nguy hiểm nghề nghiệp, quần áo bảo hộ chuyên dụng đã hình thành, phát triển và được sử dụng rộng rãi trong các ngành khác nhau.
Cháy xảy ra do sự đánh lửa của chập điện, ma sát mà lại có sự kết hợp của các vật liệu dễ cháy như gỗ, polyme, dầu, khí,…thì cháy lại càng lớn. Cháy có thể xảy ra trong không gian thiên nhiên, trong các công trình kết cấu và trên phương tiện giao thông [1] [2]. Cháy đã tàn phá tài sản, tính mạng con người. Công việc chính của nhân viên chữa cháy là dập tắt đám cháy không thể kiểm soát tại nguồn của nó. Ngoài ra, họ cần giải cứu tài sản và nạn nhân khỏi nơi xảy ra hỏa hoạn. Để hoàn thành các nhiệm vụ này, nhân viên chữa cháy phải đối mặt với môi trường nhiệt khắc nghiệt và không an toàn. Họ là một trong các đối tượng cần phải sử dụng những trang phục bảo hộ đặc biệt để thực hiện công việc của mình.
Bên cạnh đó tình hình cháy nổ hiện nay ngày càng xảy ra nhiều. Có những vụ cháy nổ đặc biệt nghiêm trọng đã ảnh hưởng nhiều đến kinh tế và an sinh xã hội. Vì vậy, nghiên cứu thiết kế quần áo bảo hộ cho nhân viên chữa cháy đã và đang được nhiều quốc gia quan tâm. Nghiên cứu tổng quan về quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy là cần thiết, để từ đó đặt tiền đề cho việc thiết kế loại quần áo này trong điều kiện Việt Nam.
II. NGHIÊN CỨU QUẦN ÁO BẢO VỆ CHO NHÂN VIÊN CHỮA CHÁY
*Đối tượng sử dụng
Người sử dụng quần áo bảo hộ lao động phòng cháy chữa cháy là lính cứu hỏa đang thực hiện nhiệm vụ chữa cháy hoặc diễn tập phòng cháy chữa cháy. Trang phục của người lính cứu hỏa có quần dài, áo jacket, mũ trùm kín đầu và cổ, găng tay, ủng, bình thở cá nhân và hệ thống thiết bị cảnh báo an toàn. Thoạt nhìn tưởng chừng bộ trang phục đơn giản, nhưng để chiến đấu với ngọn lửa hung tàn, nhiệt độ lên tới 10000C trang phục cần phải bảo vệ tính mạng cho lính cứu hỏa an toàn trước tác động của nhiệt, lửa, khói và các mối nguy hiểm khác trong đám cháy. Bên cạnh đó trang phục phải đảm bảo cho người mặc cảm thấy thoải mái, di chuyển tốt trong mọi tư thế, tình huống khi làm nhiệm vụ.
*Điều kiện làm việc
Nhân viên chữa cháy làm việc trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt như nhiệt độ đám cháy khoảng 400- 8000C [1-4]. Ngoài yếu tố nhiệt độ rất cao còn có hàng loạt các yếu tố nguy hiểm khác như ngọn lửa trực tiếp, than hồng, các vật rơi từ trên cao xuống, sụp đổ tầng nhà, ẩm ướt, trơn trượt, chật chội, bẩn thỉu, khói mù, bụi bặm dày đặc, thậm chí còn có hóa chất độc hại và thiếu oxy.
Nhiệm vụ của nhân viên chữa cháy là dập lửa và tìm kiếm cứu nạn, các hoạt động của họ như một gánh nặng thể chất. Các chiến sĩ chữa cháy thường phải hoạt động các cơ bắp của toàn thân. Không những thế họ còn phải bền bỉ và dẻo dai ở môi trường khắc nghiệt như vậy trong thời gian khá dài. Phần thân mình thường là các động tác điển hình như vặn mình, giơ tay, giang tay với, mang vác các vật dụng như ống nước, dây, bình oxi, nạn nhân… Phần chân thực hiện các động tác nhằm di chuyển nhanh như chạy sải bước rộng trung bình 60 cm và cần di chuyển trong địa hình khó khăn và luồn lách qua những đám cháy, leo tường, trèo, nhảy cao qua chướng ngại vật cháy, quỳ khi phun nước….
Để xác định các yêu cầu chỉ tiêu về chịu nhiệt, chịu lửa, các tính chất cơ lý của vật liệu may,… tiêu chuẩn TCVN 12366 [5] đã xây dựng hai mức thử nghiệm điều kiện làm việc của nhân viên chữa cháy (Bảng 1).
Bảng 1. Điều kiện môi trường làm việc
|
Điều kiện thử |
Mức 1 |
Mức 2 |
|
Nhiệt độ |
180 ± 50C |
260 ± 50C |
|
Mật độ thông lượng nhiệt |
10kW/m2 |
20kW/m2 |
*Diễn biến sinh lý của cơ thể người trong quá trình chữa cháy
Khi làm việc ở môi trường không khí nhiệt độ cao trong thời gian dài, cơ thể người diễn ra rối loạn trao đổi chất; rối loạn điều hòa thân nhiệt, mất cân bằng nước và điện giải. Quá trình cháy phát ra các tia bức xạ nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến mắt của lính cứu hỏa, ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương. Mặt khác do mang vác thêm các thiết bị thở cá nhân và thiết bị chữa cháy nên thường làm mất thăng bằng về mặt cơ học và làm giảm hiệu quả của chuyển động đặc biệt là ở các tư thế bò trườn, leo trèo. Khi đó, các cơ, xương và ổ khớp sẽ rơi vào tình huống như sau: một là không ổn định “bập bênh” hai là bị bó buộc làm cho cơ thể cảm thấy nhanh chóng mệt mỏi.
* Yêu cầu đối với quần áo bảo hộ cứu hỏa
Hình 1. Mô phỏng yêu cầu đối với quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy
Quần áo bảo hộ cứu hỏa cần duy trì trạng thái thoải mái về nhiệt và ẩm (kháng nhiệt, thoáng khí, thẩm thấu hơi nước nhưng lại chống thấm nước từ bên ngoài) và cảm thấy dễ chịu khi da tiếp xúc trực tiếp với quần áo (mềm, không có cảm giác ngứa…). Trong quá trình sử dụng quần áo cho phép cơ thể chuyển động tự do không cảm thấy vướng víu trên toàn bộ bề mặt của cơ thể người nhưng phải đảm bảo kín cho phần cổ, cổ tay, cổ chân để ngăn chặn sự xâm nhập của nước cũng như những mảnh vụn của đám cháy. Khối lượng của loại quần áo phải nhẹ, đảm bảo cho người sử dụng thuận tiện, linh hoạt. Trang phục có hình dáng ổn định trong quá trình sử dụng: không co, không nhăn, độ bền nhiệt cao và dễ dàng vệ sinh. Một số yêu cầu của quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy được trình bày trong Bảng 2.
Bảng 2. Yêu cầu đối với quần áo bảo hộ cho nhân viên chữa cháy [5]
|
TT |
Tính chất, tính năng |
Điều kiện thử mức 1 |
Điều kiện thử mức 2 |
|
1 |
Độ chịu lửa (TCVN 7205, ISO 15025) |
Không bốc cháy và có mảnh vụn nóng chảy; không tạo thành lỗ, thời gian sau cháy ≤ 2s |
Không bốc cháy và có mảnh vụn nóng chảy; thời gian sau cháy ≤ 2s, chiều dài than hóa < 100mm |
|
2 |
Độ chịu nhiệt (TCVN 7206, ISO 17493) |
Không nóng chảy, nhỏ giọt, tách rời hoặc bốc cháy , độ co ≤ 5% |
Không nóng chảy, nhỏ giọt, tách rời hoặc bốc cháy , độ co ≤ 5% |
|
3 |
Nhiệt chuyển thành lửa (TCVN 6877, ISO 9151) |
HTI24≥ 13HTI24-HTI12≥4 |
HTI24≥ 17HTI24-HTI12≥6 |
|
4 |
Nhiệt chuyển thành bức xạ (TCVN 6878, ISO 6942) |
RHTI24≥ 18RHTI24-RHTI12≥ 4 |
RHTI24≥ 26RHTI24-RHTI12≥ 8 |
|
5 |
Độ bền dư sau khi phơi bức xạ (TCVN 6878, ISO 6942) |
≥ 450N |
≥ 600N |
|
6 |
Độ bền kéo lớp ngoài ( ISO 13934-1) |
≥ 450N |
≥ 800N |
|
7 |
Độ bền xé lớp ngoài (ISO 13937-2) |
≥ 25N |
≥ 40N |
|
8 |
Độ bền đường may (ISO 13935) |
≥ 225N |
≥ 450N |
|
9 |
Độ bền với chất dễ bay hơi (ISO 11092) |
≤ 40m2Pa/W |
≤ 30m2Pa/W |
|
10 |
Độ ổn định kích thước (TCVN 8041, ISO 5077) |
độ co ≤ 5% |
độ co ≤ 5% |
*Vật liệu may quần áo bảo hộ cứu hỏa
Quần áo bảo hộ cứu hỏa có nhiều lớp nhưng thường có 3 lớp được trình bày như sơ đồ Hình 2.
Hình 2. Sơ đồ kết cấu các lớp vật liệu của quần áo bảo hộ cho nhân viên chữa cháy
Lớp bên ngoài là lớp chống cháy, chống hóa chất và cản nhiệt tốt nhất. Lớp thứ 2 là lớp rào cản không cho nước và hơi nước từ môi trường bên ngoài có thể xâm nhập vào bên trong của quần áo và cũng là lớp hỗ trợ cách nhiệt cùng với lớp ngoài. Lớp lót bên trong nhằm bảo vệ cho lớp vật liệu thứ hai và cũng đảm bảo cho cơ thể người cảm thấy tiện nghi về thoáng khí và thoát mồ hôi.
Lớp vỏ bên ngoài có thể kháng lửa và sẽ chịu được nhiệt độ lên tới 10000C trong khoảng năm phút, được dệt từ sợi chống cháy. Quá trình xử lý hóa học hoặc biến tính các xơ sợi tự nhiên hoặc xơ sợi tổng hợp đã tạo ra sợi chống cháy. Cấu trúc hóa học của các sợi chống cháy có thể là aramid, poly (aramid-imide), polyimide, polybenzimidazole, polybenzoxazoles, polyphenylene sulphide, polyetheretherketones, polyether imide, polyacrylate, semi-carbon, thủy tinh và gốm sao cho chúng không dễ dàng tan chảy hoặc bắt lửa [3], [4]. Các vải chống cháy dệt từ sợi xử lý hóa học được sử dụng cho quần áo bảo hộ cho nhân viên chữa cháy làm việc trong điều kiện cháy ngoài trời hoặc trên các phương tiện giao thông. Vải được dệt từ sợi chống cháy chuyên dụng được sử dụng sản xuất quần áo bảo hộ cứu hỏa cho cháy trong các tòa nhà. Một trong số đó là sợi thủy tinh tráng nhôm. Vải được dệt từ sợi thủy tinh tráng nhôm có khả năng chống cách điện, ngăn bức xạ nhiệt, chống ăn mòn, chống hóa chất, chống dầu, dễ lau chùi, không thấm nước. Bề mặt vải sần chịu được nhiệt độ lên tới 1000oC. Nhờ kỹ thuật mới mà người ta còn có thể tráng phủ một lớp nhôm rất mỏng trên bề mặt vải để tăng khả năng chịu lửa, chống hóa chất mà vẫn đảm bảo cho quần áo mềm và nhẹ. Vải này có cường độ chống kéo căng lớn hơn 3000N, cường độ chống xé rách lớn hơn 1000g/cm2 có khả năng làm giảm 90% sức nóng từ ngọn lửa hoặc nguồn gây cháy [5].
Hình 3. Cấu trúc hóa học của sợi aramid [3]
Loại vải làm từ sợi Nomex chống cháy có khả năng chịu nhiệt độ từ 500-700oC và ngọn lửa trần trong thời gian 2-6s. Không bị nóng chảy trong thời gian ngắn. Vải có thành phần chính 93% sợi Nomex và 5% sợi Kevlar và 2% P-140 (chống tĩnh điện). Rất bền, nhẹ và thoáng khí đáp ứng tiêu chuẩn an toàn Mỹ và Châu Âu (NFPA 2112 & EN 531) [3] ,[4].
Vải Kanox là sự pha trộn của các thành phần sợi Aramid, Polyamid và sợi chống cháy có độ bền cao. Độ bền nhiệt cao hơn hẳn vải Nomex, kháng cháy, cách nhiệt, chịu nhiệt từ 800 – 12000C. Vải không tan chảy, không bốc cháy hoặc nhỏ giọt khi tiếp xúc với lửa, có khả năng giữ cho nhiệt độ ở mặt bên trong của vải tương đối thấp làm cho người mặc cảm thấy thoải mái.Vải chống cháy Kanox bền màu không chứa các chất phụ gia hóa học hay amiăng, không gây ra bất kỳ triệu chứng dị ứng trên da và thân thiện với môi trường [4].
* Kiểu dáng quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy
Quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy truyền thống là kiểu áo jacket dài và quần dài. Guowen Song [1] nghiên cứu về quần áo cứu hỏa và đưa ra kết quả nên có phần giao nhau khoảng 30cm giữa áo dài và quần (để ngăn chặn sự thâm nhập của nhiệt). Do đó, khi thiết kế phần dưới của áo ngắn đi bao nhiêu thì cần phải bù vào phần cạp của quần tăng lên bấy nhiêu. Từ đó đã có những sáng kiến là thiết kế phần áo ngắn hơn và chiếc quần yếm để tăng độ an toàn và quá trình di chuyển của lính cứu hỏa được thuận tiện hơn. Hiện nay, quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy kiểu áo liền quần được sử dụng nhiều bởi lẽ nó vừa gọn vừa tạo ra một vùng vi khí hậu giữa cơ thể người và quần áo độc lập với môi trường bên ngoài đồng thời tiết kiệm được rất nhiều nguyên phụ liệu thiết kế và gia công quần áo bảo hộ cứu hỏa. Các thao tác của nhân viên chữa cháy cần nhanh, dứt khoát do đó áo bảo hộ có độ rộng hợp lý với cơ thể người mặc, đặc biệt đường vòng nách áo và đũng quần rộng hơn so với thiết kế thông thường, độ rộng ống quần đảm bảo cử động ngồi, quỳ thoải mái. Loại áo liền quần có kích thước chiều dài đũng quần và chiều dài toàn bộ quần áo là rất quan trọng để người lính không cảm thấy bị cọ sát hoặc vướng ở phần đũng quần hay bị ngắn ở ống quần. Quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy hiện nay sẽ có những miếng đệm ở đầu gối, khuỷu tay để chống chầy sước các vị trí tiếp xúc của cơ thể người với các bề mặt trong quá trình leo trèo, bò, trườn [1]. Tại các vị trí ống tay và ống quần sẽ có những phần vật liệu dự trữ. Nó sẽ tở ra và che chắn phần cơ thể người có thể bị lộ ra môi trường đang cháy khi thực hiện các động tác vươn tay trèo, bám tường leo lên. Các băng phản quang được may tại các vị trí gần gấu quần, gấu tay ngang vai để dễ nhận biết ra người lính cứu hỏa trong bóng tối. Vị trí của các băng phản quan này trên quần áo của nhân viên chữa cháy cũng đã được qui định trong TCVN 12366: 2018 [5].
Hình 4. Một số kiểu quần áo bảo hộ cho nhân viên chữa cháy
Một số nghiên cứu cũng đã tách rời phần lớp lót riêng của quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy vì những lý do như sau: cho phép tháo rời lớp lót ra khi diễn tập phòng cháy chữa cháy, trong quá trình sử dụng thì có thể tách lớp lót riêng ra để mang lớp vỏ bên ngoài đi làm vệ sinh, bảo dưỡng hoặc sửa chữa sau mỗi lần sử dụng.
Chiều dày lớp vi khí hậu (vkh) là khoảng cách giữa bề mặt da và mặt trong của quần áo (Hình 5).
Hình 5. Cách tính chiều dày lớp VKH giữa cơ thể và quần áo
Giả sử cơ thể người và quần áo là các đường tròn đồng tâm, khi đó tính chiều dày lớp vkh được xác định theo công thức:
Nhiều tác giả đã nghiên cứu chiều dày lớp vi khí hậu này cho quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy. Các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra nếu như chiều dày lớp vi khí hậu quá nhỏ hoặc quá lớn thì hiệu quả cách nhiệt cũng như tiện nghi đối với người sử dụng không cao. Đã xác định được kích thước vi khí hậu trung bình ở mức 6,35 mm [7]. Một số vị trí mở của quần và áo như là phần cổ, cửa tay, gấu quần thường được đóng kín bằng khóa kéo, bo đai để ngăn chặn hơi nóng, ngăn cản nhiệt từ bên ngoài có thể xâm nhập vào vùng vi khí hậu này.
* Phương pháp đánh giá chất lượng quần áo bảo hộ lính cứu hỏa
Khả năng chịu nhiệt, kháng lửa và đảm bảo tiện nghi của quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy sẽ được đánh giá khách quan trong phòng thí nghiệm trên manikin nhiệt theo các phương pháp tiêu chuẩn khác nhau như đã được qui định trong [8-10]. Sau đó được đánh giá chủ quan bằng cảm nhận lính cứu hỏa thông qua bảng câu hỏi sau các hoạt động đi trên máy chạy bộ trong phòng vi khí hậu ở hai điều kiện môi trường ẩm ướt có nhiệt độ 340C và môi trường có nhiệt độ 790C kèm bức xạ nhiệt là 10kW/m2 .
Hình 6. Đánh giá chủ quan quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy áy trong phòng thí nghiệm [3]
*Bảo quản quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy
Với chức năng bảo vệ sự an toàn và tính mạng của lính cứu hỏa nên quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy có một chế độ chăm sóc và bảo dưỡng đặc biệt. Sau mỗi một lần thực hiện nhiệm vụ chữa cháy, quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy cần được vệ sinh sạch sẽ và bôi lại fluorocarbons trên lớp vải ngoài cùng để tránh co rút và xử lý các chất bẩn như dầu, tro bụi và chất lỏng bám trên bề mặt quần áo.
III. KẾT LUẬN
Bài báo bước đầu đã nghiên cứu tổng quan về quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy. Đã nghiên cứu điều kiện làm việc, diễn biến sinh lý của cơ thể người lính cứu hỏa trong quá trình chữa cháy, vật liệu may, kiểu dáng, phương pháp đánh giá chất lượng và bảo quản quần áo bảo hộ cho nhân viên chữa cháy.Vì phải làm việc trong môi trường có nhiệt độ và bức xạ nhiệt cao nên cấu trúc quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy có nhiều lớp. Lớp quan trọng nhất là lớp ngoài cùng có nhiệm vụ kháng lửa và cản nhiệt. Vật liệu dùng cho lớp này là loại vải Nomex, Kevlar, Kanox. Kiểu dáng của quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy sẽ là dáng suông, kiểu áo liền quần được sử dụng nhiều hơn cả. Phần cổ áo, cửa tay, gấu quần thường được đóng kín bằng khóa kéo, bo đai để ngăn chặn hơi nóng, ngăn cản nhiệt, mảnh vụn từ bên ngoài có thể xâm nhập vào vùng vi khí hậu giữa cơ thể người và quần áo. Phần cửa tay và gấu quần có những phần vật liệu dự phòng sẽ tự tở ra để che phủ phần tay và chân của cơ thể người khi nhân viên chữa cháy thực hiện các động tác leo trèo vươn với (kéo dài phần thân người ra hơn ở trạng thái bình thường). Sau mỗi lần sử dụng, quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy cần được vệ sinh sạch sẽ và bôi lại fluorocarbons. Kết quả nghiên cứu tổng quan trên trên sẽ là cơ sở cho việc thiết kế quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy và có thể triển khai sản xuất sản phẩm này ở Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Guowen Song, 2016, Thermal Protective Clothing for firefighters, Iowa state University
[2]. David Barr, Warren Gregson, Thomas Reilly, 2010, The thermal ergonomics of firefighting revied, Applied Ergonomics 41 , 167-172.
[3]. https://fire-retardant-fabric.ready-online.com/fire-retardant-fabric.html
[4]. https://fire-retardant-fabric.ready-online.com/flame-retardant-fabric.html
[5]. TCVN 12366: 2018, Phương tiện bảo vệ cá nhân cho người chữa cháy- quần áo chống nóng và chống cháy tại các công trình – Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử
[6]. BS EN 469:2005, Protective clothing for firefighter- Performance Requirements For Protective Clothing For Firefighting
[7].Kim, I. Y., Lee, C., Li, P., Corner, B. D., & Paquette, 2002, Investigation of air gaps entrapped in protective clothing systems. Fire and Materials, 26(3), 121–126
[8].ISO 15384:2003, Protective clothing for firefighters — Laboratory test methods and performance requirements for wildland firefighting clothing.
[9]. ISO 11613:2017 –Protective clothing for firefighter’s who are engaged in support activities associated with structural fire fighting — Laboratory test methods and performance
10. TCVN 7617:2007- Quần áo bảo vệ cho nhân viên chữa cháy- Phương pháp thử trong phòng thí nghiệm và yêu cầu tính năng cho quần áo chữa cháy ngoài trời.
Lã Thị Ngọc Anh
Đại học Bách Khoa Hà Nội
(Nguồn tin: Vnniosh.vn)
