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。     

新型调温材料在服装中的应用

为维持人体体温平衡,较之暖通系统,调温服装可满足个体舒适性的要求,并减少能源浪费。近年来,研究者们开发了吸湿发热、纳米聚乙烯、相变材料和气凝胶等不同的调温材料。本文系统介绍了应用在服装领域的主要调温材料,概况了近年来国内外调温材料的研发以及其在服装行业的应用进展,总结了不同调温材料在应用及研发上存在的技术问题和限制条件,并提出了未来的调温服装要发展成为分类明确、标准统一、环保健康及多功能一体的智能产品。     

气凝胶在防护服中的应用进展

为提高防护服的综合性能,平衡功能性需求和舒适性要求之间的关系,将密度小、导热率低的气凝胶材料合理有效地应用于防护服装领域,在爆炸和火灾等高温环境中减少物理、化学等外界因素对人体造成的热损伤,降低储存热,缓解热应激。文章回顾了国内外关于气凝胶材料的相关研究文献,总结了气凝胶材料在隔热保温、防寒隔热产品和热防护服中的应用进展,重点从力学、舒适性和高温下结构稳定性等方面分析其在使用过程中存在的瓶颈和缺陷,并从气凝胶种类、材料配伍、热源、服用性能、生理舒适性、低成本等角度凝练了气凝胶在防护服中的研究方向,展望了气凝胶在防护服装应用领域中的创新发展。     

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。     

形状记忆合金尺寸对消防服面料防护性能的影响

为提升嵌入形状记忆合金消防服面料组合的防护性能,构筑了3种形变高度和3种排列方式的面料组合以分析形状记忆合金尺寸对其性能的影响。在高温热接触和低辐射热灾害环境下分别测试不同面料组合的防护性能。研究结果表明：形状记忆合金有效地提高了消防服面料的防护性能,合金弹簧的形变高度影响组合面料层间空气层厚度,从而改变其防护性能;在不同的排列方式下弹簧形变高度也不同,可能与弹簧形变产生的空气层形状及分布有关;在不同的热源条件下,不同排列方式的面料组合的防护性能呈现出不同的规律,即在 2 种热源条件下,1 个合金弹簧中心排列与 3 个合金弹簧对角排列方式下全高型试样的隔热性能均明显优于减半型,而 2 个合金弹簧对角排列方式下 2 种弹簧试样隔热性能的差异较大。     

形状记忆材料在功能防护服中的应用

为提高防护服的防护性能,平衡功能性需求和舒适性要求之间的关系,将形状记忆材料合理有效地应用于防护服装领域,从而动态地改变衣间空气层,实现防护服防护性能的动态调节。回顾了国内外形状记忆材料的相关研究,总结了现阶段形状记忆材料在功能纺织品服装中的应用现状,重点从形状记忆材料在热防护服和防寒服中的应用剖析了当前研究中的缺陷,从空气层厚度、热源、服装、形状记忆材料的数量和分布以及生理舒适性等方面凝练了形状记忆材料在防护服中的进一步应用方向,并从人体-服装-环境系统角度展望了具有形状记忆材料结构的防护服的发展趋势。     

燃烧假人着装实验中表面温度变化研究

防火服装暴露在火场环境下,其表面温度会逐渐升高,并大量传热至人体,可能会引起皮肤烧伤。通过在燃烧假人闪火实验中利用红外热像仪测试实验服装以及假人的表面温度,研究发现闪火燃烧试验结束后,通过服装传递的热量使假人的表面温度在10s内持续升高,四肢的升温速率要大于躯干的升温速率;减少燃烧时间、使用面密度较大的面料会减小这种升温幅度;而增加闪火时间、穿着尺寸较小的服装则会加大升温幅度。针对闪火燃烧试验结束后实验服装系统的散热性能,引入了新变量?–––着装假人系统的散热效能指数（γ）来进行综合表征和比较分析。     

基于双向拉伸法的织物泊松比测定

针对用于描述织物力学性能的重要参数泊松比测试比较困难的问题,把弹性力学平面应力问题的理论用于描述织物的双向拉伸,提出一种计算泊松比的方法。利用KES-G2双向拉伸仪对7种机织物和2种针织物进行测试,按照此方法计算出其泊松比与弹性模量参数,并与斜向拉伸法计算的结果进行比较,以验证该方法的可行性。结果表明,在使用相同的弹性模量代入计算的情况下,2种方法的计算结果很接近,并且双向拉伸法更简便实用。     

新型充气夹克的研制与保暖性能评价

为实现防寒服保暖性能的动态调节,研发了以空气为保暖材料的Mountain充气夹克,采用外置手动按压充气泵连续改变充气量及其保暖性能。基于暖体假人实验,在不同充气量、有无袖子、是否穿抓绒衣3种实验条件下测试了充气夹克的局部热阻和总热阻,对比了NuDown充气夹克的隔热性能。实验结果表明:充气状态下的局部热阻和总热阻明显高于未充气状态,充气量会显著影响热阻,充气量越大服装热阻越高,且Moutain充气夹克在充气状态下比NuDown充气夹克具有更佳的保暖调节能力;有袖子时的局部热阻和总热阻明显高于无袖子状态,腹部和背部表现尤为明显;穿抓绒衣可有效增加服装系统热阻,但会很大程度地影响充气夹克的保暖调节能力。     

石墨烯气凝胶复合防火织物的热防护性能

为进一步提高热防护服的综合性能,使其满足高防护性兼具低热蓄积的需求,利用改进的Hummers法制备了一种密度小、导热率低、隔热效果好的石墨烯气凝胶材料,并研发复合防火织物系统,在低辐射热环境下探讨不同厚度的石墨烯气凝胶的隔热效果。结果表明:加入石墨烯气凝胶的复合防火织物具有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长约203%,将人体产生二度烧伤的防护时间延长约218%,防火织物的防护性能与石墨烯气凝胶的厚度呈非线性关系;石墨烯气凝胶复合防火织物的平均透湿率保持在10.4 g/(m²·24 h),与复合防火织物的透湿性没有显著差异,石墨烯气凝胶的加入不影响防火织物整体的透湿性。