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为解决消防员战服需平衡阻燃性与穿着舒适性等多响应问题，研究人员开展基于田口灰色关联分析（GRA）的纤维混纺成分和针织结构对相关性能影响的研究。结果表明 70/30% Protex/Nomex 纤维混纺且 Cross-relief 结构的样品性能最佳，该研究对设计阻燃制服意义重大。
在火灾救援的 “战场” 上，消防员们面临着严峻的挑战。他们所穿着的战服，不仅要像坚固的盾牌一样，抵御火焰和高温的侵袭，保护他们的生命安全；还要具备良好的舒适性，让他们在长时间的高强度工作中，保持高效的行动能力。然而，传统的消防员战服往往难以在阻燃性和舒适性之间找到完美的平衡。有的战服虽然阻燃性能出色，但穿着起来闷热不透气，容易让消防员们感到疲劳，影响救援效率；而一些强调舒适性的战服，在面对熊熊烈火时，又可能无法提供足够的保护。这种现状迫切需要改变，为了攻克这一难题，来自巴基斯坦国家纺织大学和捷克生命科学大学布拉格分校的研究人员展开了深入的研究。他们的研究成果发表在《Heliyon》上，为消防员战服的优化设计带来了新的希望。
研究人员采用了多种关键技术方法。在实验设计上，选择纤维混纺比例和针织结构作为控制因素，运用定制的田口设计进行实验，生产了 15 种针织面料样品，并制作了 3 种 100% Nomex 的对照样品。在性能测试方面，依据多种标准测试方法，对样品的物理、机械、热生理舒适、触觉舒适、尺寸稳定性、可燃性以及稳态热阻等性能进行全面测试。数据分析时，运用田口灰色关联分析（GRA）将多响应转化为单一的灰色等级，对样品进行优化和排序；同时利用方差分析（ANOVA）确定各因素对性能特征的显著影响。
实验结果与讨论
- 不同因素对实验响应的影响
- 机械性能：100% Nomex 样品的 bursting strength 最高，这得益于 Nomex 纤维优异的机械性能；而 Nomex 50%:Carbon 50% 组成的样品 bursting strength 最低，是因为碳纤维的脆性。在针织结构方面，Cross Relief 结构的 bursting strength 最大，其紧密的结构和较多的线圈互锁起到了关键作用。对于 pilling resistance，碳纤维混纺的样品表现更好，因为碳纤维具有出色的表面耐磨性；而 Cross Relief 结构的 pilling resistance 最低，其表面较长的纱线浮长容易磨损。
- 舒适性能：在热生理舒适性能上，Nomex 70%:Carbon 30% 的混纺样品 air permeability 最高，而 100% Nomex 样品最低；Nomex 30%:Protex 70% 的混纺样品 thermal resistance 最高，因为 Protex 纤维能像羊毛一样捕获微空气袋，提供良好的隔热效果。Cross Miss 结构的 Overall Moisture Management Capacity（OMMC）最佳，得益于其微孔结构和毛细管作用。在触觉舒适性能方面，织物结构对 Relative Hand value（RHV）、smoothness 和 softness scores 有显著影响，如 Cross Miss 和 Vertical Tubular 结构比 Cross Relief 结构更柔软。
- 尺寸稳定性：Nomex 50%:Carbon 50% 的混纺样品在 wale wise 方向 Growth% 最小，表明其去除张力后的恢复性好，尺寸稳定性佳；而 Nomex 70%:Viscose 30% 的混纺样品 Growth% 最大，这是由于粘胶纤维弹性较差。Cross Relief 结构在 wale wise 方向 Growth% 最高，因为其拉伸后的恢复性较差。
- 可燃性：除 Nomex 70%:Viscose 30% 的混纺样品外，其他样品的 char length 都较低，显示出良好的阻燃性，这是因为粘胶纤维难以抵抗火焰。Nomex 30%:Protex 70% 的混纺样品 after - glow time 显著较高，是因为 Protex 纤维在火焰熄灭后会产生无焰辉光；Vertical Tubular 结构的 after - glow time 最高，与其管状通道便于空气流通、促进无焰辉光有关。
- 响应的方差分析（ANOVA）
- 物理性能：纤维混纺比例对样品的面密度影响不显著，而织物结构的影响显著。织物结构的变化会改变不同针法（如编织、集圈和浮线）的比例，从而影响织物的紧密度和单位面积内的纤维数量，最终影响面密度和厚度。
- 机械性能：纤维混纺比例对 bursting strength 有显著影响，因为不同纤维的强度、伸长率和韧性等特性不同，会导致织物的机械性能差异。而 pilling resistance 受纤维性能和织物特征的综合影响，实验结果不显著。
- 舒适性能：纤维混纺比例和织物结构对 air permeability 都有显著影响，同时纤维混纺比例对 thermal resistance 的影响占主导地位。而 OMMC 受两者的影响都不显著。在触觉舒适性能方面，织物结构起主要作用。
- 尺寸性能：纤维混纺比例和织物结构对各项尺寸性能指标的影响都不显著，这可能是由于不同混纺纱线和针织结构的综合作用较为复杂，难以分析单个参数的影响。
- 可燃性：纤维混纺比例对大多数可燃性相关响应有显著影响，因为纤维的化学成分决定了其燃烧行为。而织物结构对可燃性的影响较小。
- GRA 方法学
通过计算信号噪声比（S/N ratio）、归一化 S/N ratio、质量损失函数、灰色关联系数（GC），最终计算出灰色等级（grey grades）。根据灰色等级对样品进行排名，排名越高表明性能越好。结果显示，由 70% Protex/30% Nomex 混纺且具有 Cross - Relief 结构的样品（S8）排名第一，其在可燃性和舒适性方面表现出色。
- 灰色关联等级（GRG）的 ANOVA
对 GRG 进行 ANOVA 分析发现，织物结构对阻燃织物性能特征的影响比纤维混纺比例更大，其贡献率达到 42.3%。概率图显示所有灰色等级都已归一化，数据符合正态分布，这表明实验数据具有显著性，可基于此进行进一步预测。
研究结论表明，运用田口方法和多响应 GRA 技术，能有效评估阻燃织物材料的多种性能。通过 ANOVA 分析可知，纤维混纺比例和针织结构对不同性能的影响各异。综合灰色等级排名，70% Protex/30% Nomex 混纺且 Cross - Relief 结构的样品性能最佳。该研究为优化消防员服装以及开发类似防护服装材料提供了有效的方法，有助于提高消防员在救援工作中的安全性和舒适性，在消防防护装备领域具有重要的应用价值。
