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%。     

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。     

开放/封闭空气层对阻燃织物热防护性能的影响

为探究衣下空气层间的传热方式对阻燃织物外观性能和阻燃织物系统传热机制的影响,基于热防护性能(TPP) 实验装置,构建开放式和封闭式空气层以模拟实际着装时“服装-人体皮肤”的空间关系。利用彩色图像处理方法对比热暴露前后的织物外观和热收缩情况,从能量传递、TPP值和二级烧伤时间角度评估“织物-空气层”系统的传热特性和热防护性能。结果表明:空气层的介入会降低热传递效率,进而提升阻燃织物的热防护性能,但会加速织物老化,加剧织物热收缩;当打开空气层与周围环境热量交换的通路时,空气层间热量的流动路径变复杂,且织物的热防护性能进一步提升。     

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。     

防火服织物的服用热防护性能评价方法

针对当前国内外缺失有效评价服装热防护性能通用量化指标的现状,提出了基于织物热防护性能(简称TPP)测试的服装热防护性能评价方法。该服装TPP评价方法是通过拓展织物空气层厚度的TPP测试,同时对着装形态特征提取衣下间隙,然后将着装衣下间隙分布与织物不同空气层厚度的热防护性能值进行匹配与集成,从而获得服装热防护性能的评价指标。实验结果显示:相同织物条件下服装规格设计越贴体服装,热防护性能越差;相同规格条件下织物性能越好,服装热防护性能越好;该服装TPP评价与燃烧假人烧伤评价所反映的服装热防护性能一致,可与织物TPP值、燃烧假人烧伤评估共同作为服装热防护性能评价指标。     

消防服衣下空气层的作用与测定方法研究进展

为探究消防服衣下空气层对消防服热防护性能的影响,从衣下空气层的厚度与位置、影响因素以及测量方法 3个方面综述了消防服衣下空气层研究的发展过程及最新进展,分析了现有研究中存在的问题。研究表明:衣下空气层的厚度和位置影响衣下热传递机制,从而影响消防服的热防护性能;织物的硬挺度和悬垂性、服装的合体度以及人体动作影响消防服衣下空气层的分布;目前主要使用三维人体扫描技术获取燃烧假人裸体及着装状态下的三维图像,使用图像处理软件计算衣下空气层厚度。基于当前消防服衣下空气层的研究现状认为,未来研究需深入分析衣下空气层的作用机制,建立多层消防服衣下空气层的测量方法,提高衣下空气层的测量精度。     

空气层位置对消防战斗服隔热性能的影响

为研究辐射情况下空气层位置不同对消防战斗服材料隔热性能的影响,基于织物热湿传递多孔介质模型,建立织物-空气层-皮肤系统热湿耦合模型,研究空气层厚度为1~10 mm,位于外层与防水层之间及舒适层与皮肤之间时,织物背热面及内部温度变化;基于生物传热方程,采用Henriques人体皮肤烧伤模型计算人体皮肤烧伤时间。结果表明:空气层厚度相同,位于外层与防水层之间时,织物-空气层系统的隔热性能优于空气层位于舒适层和皮肤之间的情况,人体皮肤烧伤时间极大延迟;当空气层位于外层与防水层之间,厚度大于7 mm时,人体皮肤烧伤时间出现突跃性增大;消防战斗服在进行设计时应增大外层与防水层之间空气层厚度,并且对于身体各部分分开设计。     

热防护服织物性能与综合防护能力的关系

以13种可用于热防护服外层的阻燃织物为试样,通过热辐射和热对流综合热防护性能实验测试织物的TPP值,并计算燃烧前后的质量损失。用SPSS软件研究分析单层织物燃烧前后质量损失、厚度、面密度对其综合热防护性能的影响。研究认为,织物燃烧前后质量损失对其热防护性影响不大,织物厚度、面密度与TPP值之间均有线性正相关关系,但面密度对热防护性的影响没有厚度对热防护性的影响显著。并在TPP值与厚度之间建立了一元线性回归方程。     

多层织物热防护性能分析

选用消防员灭火防护服常用外层、舒适层、隔热层以及防水透气层组成3层和4层结构织物,测试其整体热防护能力(TPP)值,分析隔热层和防水透气层对多层结构织物整体热防护性能的贡献。在喷湿量5%、10%、15%、20%的条件下,探讨喷湿方向、喷湿量和润湿时间对织物TPP值的影响。结果表明:防水透气层对多层结构织物整体热防护性能的贡献比隔热层大;外层方向加湿,织物的TPP值增加,热防护性能增强,舒适层方向加湿,降低了织物的TPP值;随着润湿时间的增加,湿度对织物整体热防护性能的影响减弱;喷湿量对织物热防护性能的影响没有呈现出明显的变化规律。指出:选择合适的外层、防水透气层、舒适层组成3层结构织物,能够达到防护服整体热防护性能(TPP)值28的要求。     

基于Geomagic软件的燃烧假人衣下空气层特征提取

防护服与人体间的空气层是影响服装热防护性能的主要因素。根据织物热防护性能研究过程中对衣下空气层厚度测量的要求,通过三维人体扫描设备获得的裸体假人和着装假人的点云数据,利用逆向工程软件Geomagic Qualify 实现快速建模,通过3D比较直观显示假人全身的衣下空气层分布,并计算每个热传感器对应的衣下空气层厚度大小。     

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.     

火灾环境下应急救援防护服传热数值模拟

 通过建立穿着于模拟人体的应急救援防护织物传热模型,研究模拟火灾环境下的服装传热特征。模拟人体肢体的圆柱体内核保持恒定温度37℃,模型考虑了织物吸收热辐射及热属性随温度变化的特性,运用有限差分完全隐式格式方法模拟计算了织物与人体皮肤的一维径向温度分布,将计算得到的温度值代入Henriques烧伤模型方程以预测皮肤达到二级烧伤所需的时间,其值与实验结果较为一致。研究结果表明,圆柱几何形状对天然阻燃高聚物纤维织物的热防护性能影响效果较为显著,所建立的模型为覆盖于圆柱体的多孔材料传热提供了系统的研究方法。     

石墨烯气凝胶复合防火面料防护性能的影响因素

为进一步提高热防护服的综合性能,满足增加防护性和降低热应激的需求,构建了石墨烯气凝胶复合面料系统。通过不同的评价指标,在低辐射热环境下探讨了制备过程中氧化石墨烯水溶液的质量分数、石墨烯气凝胶的厚度、石墨烯气凝胶中是否添加碳纤维3个因素对复合面料系统热防护效果的影响。实验结果表明,与对照组相比,加入石墨烯气凝胶的复合面料系统有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长165%~318%,将产生二级烧伤时间延长87%~225%,将面料系统最大温差降低35.6%~63.9%;温升12 ℃的时间、温升24 ℃的时间和面料系统最大温差3个影响因素之间存在交互作用,而指标面料系统到达最高温度的时间在3个因素之间不存在交互作用,碳纤维因素主效应显著。     

新型耐高温服装的热防护性能测试仪

研制了一种模拟人体皮肤及体形的高温“圆筒仪”,用来测试耐高温织物及服装组件的热防护性能。用膜电偶测量模拟皮肤器表面温升率,并结合烧伤积分模型的评价方法来计算达到二级烧伤的防热时间。与ASTM 4108测试方法相比,本仪器特别适合于测量处在辐射源包围之中的耐高温服装的热防护性能。     

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。     

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。