随着社会发展和工业生产规模的扩大,火灾发生的频率越来越高,给人类所造成的危害也越来越严重。每当发生火灾时,消防员是冲在第一线进行灭火抢险救灾的人员,他们需要在复杂且高温的火灾环境现场奔跑救火,自身的生命安全受到很大威胁。热防护用消防服是保护消防员生命安全的重要屏障,需要具备良好的耐高温热防护性能,同时为了便于消防员在火场进行工作,消防服还应具备良好的服用舒适性能。本文针对热防护用消防服面料,设计了三维间隔机织物。织物外层和间隔纱线采用耐高温环保无机纤维玄武岩长丝,内层选用柔软舒适耐高温的聚酰亚胺纤维,中间保留一定空气层,以提高织物隔热性能。本文主要研究经向间隔纱跨距和间隔高度对织物力学和热学性能的影响,首先设计织造具有经向间隔纱跨距为5、11、17、23根纬纱的玄武岩/聚酰亚胺三维间隔织物,并对其力学和相关热学性能进行测试,研究间隔纱经向跨距对织物性能的影响。在得到最优的间隔纱跨距后,制备具有不同间隔高度的玄武岩/聚酰亚胺三维间隔织物,间隔高度分别为0、4mm、8mm、12mm,测试并研究不同间隔高度对间隔织物的影响。结果表明:经向间隔纱跨距为5、11、17、23根纬纱的织物成型良好,间隔效果明显,经过测试,所有织物都具有良好的拉伸断裂、顶破和抗压缩性能,能够满足面料的力学要求。在阻燃性能方面由于织物所具有的的阻燃性能主要来源于材料本身,所以受织物结构影响不大,外层玄武岩织物层的极限氧指数均大于69%,内层聚酰亚胺织物层均大于35%,垂直燃烧过程中无熔融、滴落现象,无阴燃、续燃,织物的力学性能和阻燃性能,织物的阻燃性能优良。在热稳定性方面,所有织物经过260±5℃的热处理后,织物各个方向上的尺寸以及质量均无变化,没有热收缩、卷曲和软化现象,热稳定性能优良。在隔热性能和热防护性能方面,间隔纱跨距为17根纬纱的织物的热阻值最高为0.203℃·m~2/W,TPP值最大达到了1136 k W·S/m2·,远高于GA10-2014标准的规定值。因此织物间隔纱跨距优选17根纬纱。不同间隔纱高度的织物间隔效果明显,高度为0、4mm、8mm的织物表面形态良好,高度为12mm的织物表面缝隙较大。测试表明,所有间隔高度的织物拉伸断裂和顶破性能都十分良好,满足标准要求;高度为4mm、8mm、12mm的织物的压缩回复率在97%左右,抗压缩性能优良。在阻燃性能和热稳定性方面与不同经向间隔纱跨距织物的测试结果相似,织物外层极限氧指数大于69%和内层大于35%,燃烧过程无熔融、滴落现象,无阴燃、续燃,经过热处理后,织物尺寸以及质量均无变化,试样形态和质量稳定,热稳定性能优良。在隔热性能和热防护性能方面,间隔高度为8mm的织物的热阻值最高为0.241℃·m~2/W,TPP值最大,达到了1247 k W·S/m~2,所以织物间隔高度优选8mm。为了更好地研究间隔织物的热传递过程,本文根据间隔高度为0和8mm的织物实际结构形态建立了两个等效模型,通过稳态模拟计算得出织物等效模型的热阻,将结果与实验结果对比发现两者误差在12%以内,表明建立的等效模型能够比较准确的反映出织物的传热性能。在模型的有效性验证之后,对两个模型在100℃高温下分别进行了瞬态热传递模拟,结果表明同一时刻下间隔高度为8mm的织物下表面温度比间隔高度为0的织物更低,且上下表面温度差异也更大,说明间隔织物中间空气层可以有效减缓热量传递。