防火服用蜂窝隔热层的热蓄积性能测评

为改善火场环境中防火服热蓄积的影响,将蜂窝隔热层应用于防火服中并对其热蓄积性能进行测评。选取当前典型的防火服面料,对蜂窝夹芯的边长、壁厚、芯厚进行设计并制备了21种实验试样,采用热蓄积测试仪器模拟火场环境并记录蜂窝隔热层防火服试样的热暴露时间。探究6种蜂窝孔型的边长、壁厚、芯厚的变化对实验试样热暴露时间的影响。结果表明:采用蜂窝孔型的隔热层其质量最大可减轻64%,热暴露时间最高增加了10 s;随着蜂窝孔型壁厚的增加,热暴露时间也会增加,蜂窝孔型的芯厚与热暴露时间呈正相关,孔型边长与热暴露时间呈负相关。     

热防护服蓄热防护与放热危害双重特性的研究进展

为全面评价热防护服在热暴露阶段的蓄热防护作用以及在冷却阶段因蓄热释放对人体造成的热危害效应,介绍了防护服热蓄积产生的原因,阐述了现阶段防护服热蓄积的测试方法以及数值模拟研究现状;从服装因素、环境因素以及人体因素3个方面归纳了防护服在热暴露阶段蓄热特性的影响因素;并总结了织物基本物理性能、空气层配置、织物水分、织物受压等因素对冷却阶段防护织物放热危害特性的影响。最后提出：在未来的研究中应针对多元化的热灾害环境以及冷却环境开展热防护服蓄放热双重特性的基础研究,并基于热防护服蓄放热双重效应探究其最优的配伍设计。     

低辐射热暴露下消防服热防护性能测评方法研究进展

为全面准确地评价低辐射热暴露下消防服的热防护性能,分析了现阶段的实验室测评方法和数值模拟方法。基于消防服内传热机制的研究,阐述了消防服内干态传热模型和热湿耦合传递模型的研究现状,总结了热防护性能的影响因素;分析了现阶段低辐射热暴露下织物和服装热防护性能测评方法,分别从测试方法的差异因素和局限2个角度阐述不同实验方法及实验装置对热防护性能预测的影响;总结了目前数值模拟在消防服热湿传递机理研究方面的应用;最后指出在未来的研究中,应全面准确模拟真实的低辐射热暴露环境,提高消防服热防护性能测评的准确性。     

高温液体及蒸汽防护服装防护性能研究进展

为合理评价高温液体和高压蒸汽防护服的防护性能,通过回顾国内外实验室模拟高温液体和高压蒸汽环境中防护服装性能研究的最新成果,从“人体-服装-环境”系统的角度分析了影响高温液体和蒸汽防护服装防护性能的关键因素;总结了现阶段防护服高温液体和蒸汽防护性能的测评技术和标准;从服装材料基本性能和静态空气层等服装因素、人体体型、人体出汗、人体运动以及造成的磨损等人体因素,以及灾害种类、冲击角度、温度、距离、压力等环境因素3个维度归纳了各因素对服装防护性能的具体影响;指出了目前在服装、人体、环境3个因素中研究存在的不足,预测了未来探索高温液体及蒸汽防护性能的研究方向,提出在今后的研究中应建立全面的高温液体和蒸汽防护性能评价体系,以提高高温液体和蒸汽防护性能测评的准确性。     

燃烧假人衣下空气层的三维现场扫描测量与表征

为准确获取燃烧假人测试中防火服热暴露前后衣下空气层厚度及其分布,提出一种基于三维现场扫描的测量和表征方法。利用Kinect深度相机,通过在燃烧假人室内构建扫描平台,现场获得假人裸体及着装状态点云数据;基于Geomagic逆向工程软件进行三维建模、对齐和比较,并通过实现假人表面传感器在三维空间的准确定位,快速有效地表征衣下空气层厚度及分布。经验证发现:即使是相同的服装每次穿着后衣下空气层分布也存在较大差异;背部区域热暴露前后空气层厚度平均变异系数分别达到46%、35%。结果表明,以往异地扫描获得的数据难以准确反映燃烧测试时的真实状态,现场扫描更有利于准确分析因服装材料、规格、高温收缩等因素导致的衣下空气层变化对热防护性能的影响。     

防火服用蜂窝夹芯结构织物的热防护性能测评

针对当前防火服普遍存在的笨重、闷热等问题,提出采用隔热耐高温、吸湿透气的蜂窝夹芯结构来改善其功能防护与热湿舒适性能。通过对蜂窝结构内在传热机制的分析,设计和制备了7种不同的蜂窝结构,选取当前典型的各层面料作为实验试样,综合考虑织物面密度、蜂窝夹芯结构种类设计了21种实验方案,并利用热防护性能测试仪对其进行热防护性能测评;进一步考察蜂窝结构的边长、壁厚、芯厚对防火服用织物热防护性能的影响规律。结果表明:蜂窝夹芯结构质轻且能满足热防护性能的要求,蜂窝结构的边长越小,壁厚越大,芯厚越大,织物的热防护性能值(TPP)越大,热防护性能越好。     

闪火中防护服装的形变及其影响因素

防火服在火焰中的收缩形变会影响其热防护性能并制约人体的肢体运动。本文提出用捺印的方法,通过燃烧假人闪火燃烧试验研究防火服各部位形变量的分布规律,探究形变差异的原因及影响因素,对比分析服装形变与假人皮肤表面烧伤程度的关系。结果显示,燃烧试验后防火服在四肢和背部发生了显著收缩形变,热流量、衣下空气层等是主要影响因素。着装姿势越复杂、闪火持续时间越长,服装越宽松,服装面料的面密度越大,服装形变越显著。服装形变显著的对应部位衣下皮肤的烧伤也越严重。     

人体皮肤湿感觉的研究进展

为更全面评价湿感觉,并了解湿感觉形成机制,在回顾了已有皮肤湿感觉的相关研究的基础上,从神经生理学和认知神经科学角度阐述了皮肤湿感觉的成因;总结了现阶段皮肤湿感觉的常用测评方法;并从3个层面归纳了影响皮肤湿感觉的因素,包括温度、机械刺激等外部刺激因素,织物性能、服装整体等服装因素,及人体感知、体表特征差异等人体因素。最后指出,未来研究中应更真实地模拟着装过程中皮肤与织物的实际接触情况,并可结合神经生理学等其他学科深化对不同群体的湿敏感性研究,为服装设计的优化及服装舒适性的改善提供更充分的理论依据。     

服装热防护性能测评技术的发展过程及现状

热防护服装具有隔绝热源,减缓热传递的防护作用,合适的热防护性能测评方法有利于产品质量控制及用户对防护服的选择。分别从服用织物及服装整体2个层面,对织物的阻燃性能、热传递性能、热防护性能测试方法及燃烧假人测试方法的发展过程进行了回顾与总结,并根据当前服装热防护性能测评的研究现状提出了该领域的发展方向。目前,服用织物的热防护性能主要通过平板实验进行测试,并使用Stoll烧伤准则进行评价;而服装整体的热防护性能多采用燃烧假人进行测试,使用烧伤模型进行皮肤烧伤预测评价。在以后的研究中,应增加热暴露测试条件的种类,并进一步提高烧伤预测方法的合理性与准确度,同时建立完善的服装整体的的热防护性能评价指标。     

基于最大衰减因子模型的服装热防护性能预测

为解决全尺度燃烧假人实验测试成本高、实验效率低,以及尚未与织物小样测试统一联合表征等难题,利用新型的热防护性能评估模型:二级烧伤最大衰减因子模型,对热防护服装的织物试样测试与燃烧假人实验进行同步研究,并建立基于织物试样测试的服装整体热防护性能预测模型。结果表明:防护织物的热防护性能与其服装整体的热防护性能具有显著相关性;将织物热防护性能值、服装平均衣下空气层厚度以及服装热暴露时间作为预测模型输入参数,可以实现服装热防护性能值以及人体皮肤烧伤百分比的预测;经模型验证发现,服装实测热防护性能值与其预测值间的相对误差仅为5.1%。     

相变材料在热防护服上的应用研究进展

为深入了解和提高附加相变材料热防护服的热防护性能,对现阶段相变材料在热防护服中的应用、影响因素以及未来研究趋势进行综述.首先介绍了相变材料的类型和特点,阐述了相变材料基于密封袋法、纺丝法和微胶囊技术的织物后整理法在热防护服中的应用;其次回顾了附加相变材料热防护服传热模型的发展过程,重点从相变材料的类型、相变温度、添加量...     

Prediction of thermal skin burn based on the combined mathematical model of the skin and clothing

As the result of exposed to thermal radiation and fire exposure, skin burn or even worse injuries are very common for building occupants and fire fighters. To accurately predict their skin temperature and burn situation, an assessment method of the mathematical model is developed for various thermal radiation conditions. The combined mathematical model includes the heat and moisture transfer within the skin and clothing systems. It is validated with a good agreement with the previous experimental study. The effects of thermal radiation, air gap and moisture transfer on burn prediction were also studied. The results showed that the time to the second degree burn is affected by the heat flux level, gap size and moisture location. It is expected that the developed method can be used to evaluate the thermal protective performance of protective clothing during exposure to thermal hazards and provide appropriate information to clinical observation and decision-making for skin thermal injuries.     

热防护服装热湿传递模型研究及发展趋势

 合理地评价热防护服装的热防护性能对减少消防员的皮肤烧伤具有重要的意义。本文主要回顾并评价了热防护服装的热湿传递模型国内外的研究现状,包括皮肤传热模型及其烧伤评价模型、单层或多层面料的一维和二维热湿传递以及整体服装的三维热湿传递模型等,并比较分析了这些模型的应用缺陷,预测了热防护服装热湿传递模型研究未来的发展趋势。热湿传递模型的研究不仅可以为热防护服装的使用提供科学的理论指导以减少皮肤烧伤或蒸汽烧伤,而且能够进一步推动服装热防护性能测试技术的发展,满足我国“安全发展”和“公共安全防治”的技术需要。     

空气层厚度对热防护面料蒸汽防护性能的影响

为探索防护服装与人体皮肤之间的空气层厚度对其蒸汽防护性能的具体影响,选用3种不同热防护面料系统,设计4种不同的空气层厚度(0、6、12、18 mm),分析二级烧伤时间、三级烧伤时间、吸收总热量和热流量,评价面料系统的蒸汽防护性能。研究结果表明:不同的面料系统提供不同的防护性能,增加面料系统的厚度有利于提升其防护性能,防水透气膜越靠近蒸汽热源,系统的防护性能越好;防护服装的蒸汽防护性能与空气层厚度有着显著相关性,在空气层厚度增加到12 mm及以上时,防护服的蒸汽防护性能会得到显著提升;通过分析蒸汽暴露和冷却阶段传感器热流量变化曲线,可进一步分析了解蒸汽暴露环境下织物系统内的热湿传递机制。     

应用三层热防护服热传递改进模型的皮肤烧伤度预测

针对人体持续暴露在闪火环境中烧伤时间及热防护服参数对防护性能的影响情况,利用建模与模拟的方法预测达到各级烧伤的最长安全工作时间。首先,对包含外壳、防水层和隔热层的3层防火材料、皮肤及三者间的空气层组成的系统,给出了系统各层热传递微分方程以及初边值条件,改进了已有的高温条件下多层热防护服的热传递模型。接着,使用该模型计算出各固定接触面随时间变化的温度值,该计算结果与同等条件下已有模型一致,从而验证了模型的可靠性。最后,采用改进的模型预测达到一级、二级和三级烧伤所需的临界时间,分析了空气层和织物厚度对防护服防护性能的影响。研究发现,在闪火条件下,消防人员即使身穿热防护服也仅有十几秒的安全时间,且空气层和织物的厚度大小对防服性能的影响十分显著。     

数值模拟在热防护服装性能测评中的应用

对热防护服装性能合理的评价在公共安全领域具有重要意义。数值模拟成为继试验研究之后相关领域的重要研究手段。从模型的建立及验证2方面出发,主要对传热模型、皮肤烧伤预测模型和火场环境仿真等相关研究进行回顾,并对典型模型的发展过程、特点和不足进行归纳。根据相关技术的发展,预测了热防护服装数值模拟的发展趋势。未来将在完善热湿传递模型的基础上,发展全尺度的数值模拟,并结合人体热调节等模型对防护服进行多方位的评价。通过在优化热防护服装方面的应用,充分体现数值模拟研究的实用价值。     

Application of shape memory materials in protective clothing: a review

The development of environmental responsive and self-adjustable structure is very important for improving protective performance of protective clothing, and thus decreases burn injury chance of firefighters and emergency rescuers. Shape memory material (SMM) can be incorporated into clothing system to provide necessary thermal protection when threaten occurs. It will produce stable air gap when SMM is actuated, therefore reduces heat transfer to human body. Under normal conditions, the SMM is flat that doesn’t affect wearer’s motion ability and wearing appearance. This article overviewed and summarized the international state-of-the-art research status on the application of SMM in both thermal and cold protective clothing. The key issues in this area were discussed. Based on the above analysis, the specific direction for the application of SMM in protective clothing in the future was highlighted in terms of air gap size, heat exposure, protective clothing factors, quantity and distribution of SMM, etc. And the development trend in protective clothing incorporated with SMM was proposed from the perspective of human-clothing-environment system.