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。     

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...     

消防服衣下空气层热传递机制研究进展

空气层热传递机制的研究不仅可为更加准确的实验室热防护性能测试提供指导,也可提高消防服热湿传递数值模拟的精确度。在阐述了热防护性能测试中空气层的作用以及空气层热传递模型的研究现状的基础上,分析了服装与人体之间空气层微气候的特征,从热传导、对流换热和辐射换热3个方面总结了空气层的热传递机理,提出不同条件下空气层传热模型建立的基本思路,并对未来消防服衣下空气层热传递机理的研究动向作出了预测。     

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。     

消防员防护服面料的热湿舒适性

为研究消防员防护服面料的舒适性并考察其是否满足欧美国家相关标准,选取了我国消防员防护服常用的几种面料,进行单层织物热阻和湿阻以及多层织物热阻、湿阻和总热损失的测试与分析,考察空气层对多层织物热阻的影响,并将测试结果与欧美标准的相关要求进行对比。结果表明:在厚度大致相同时,外层面料的密度对热阻和湿阻影响较大;因为隔热层材料是非织造布结构,热阻和湿阻较大;空气层的位置对多层织物的热阻值影响不大,但其厚度对多层织物的热阻影响较大;选取的几种面料组合,湿阻低于30 Pa·m~2/W,总热损失高于205 W/m~2,均满足欧美国家相关标准要求。     

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。     

化学防护服的研究进展

为全面了解化学防护服的各类性能要求,介绍了非织造布、无支撑橡胶或塑料、微孔膜材料、吸附性材料、涂层织物、复合材料等不同材质化学防护服的性能差异,回顾了化学防护服的发展情况;参照各类标准对防化服的要求,总结了化学防护服的设计流程,并系统概述了用于化学防护服性能评价的五级分析系统。通过对比国内外相关标准发现,目前标准中存在着性能检测局限性、标准体系化较低、标准更新速度较慢等不足。针对目前化学防护服存在的问题指出未来研究方向:在今后的研究中应从人、化学防护服、环境3个方面系统强化化学防护服各性能之间的关联性和系统性,提高对化学防护服整体性能的准确判断。     

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。     

低热辐射环境中消防服系统内热传递机制的研究进展

为有效避免低热辐射环境中消防作业人员遭受热损伤,揭示消防服系统内复杂的热交换机制并由此指导产品设计与开发,由消防服系统传热理论出发,从消防服织物基本性能和服装的款式特征、人体的形态结构与活动状态、辐射热源的特征以及热湿耦合作用4个角度对当前的研究进展进行了回顾与讨论。基于对以往研究中存在的难点和瓶颈问题的分析,提炼出未来研究中值得探索的方向,包括:非均匀空气层的分布与模拟方法的升级、非稳态人体运动和环境风形成的气流场和速度场变化规律及其与传热的关系、耦合人体热调节模型拓展服装传热机制研究的内涵3个层面。     

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。     

Wearable cooling system to manage heat in protective clothing

This paper presents the working principle of a wearable miniature cooling system investigated by us for managing heat and sweat effectively and efficiently under extreme conditions. The cooling system consists of peltier units and mini refrigerant channels incorporated in a knitted spacer structure. The knitted spacer structure absorbs sweat and accumulates it to keep the skin dry. The cold side of the peltier units absorbs heat from the skin and transfers the heat to the refrigerant, which is converted to gas by the absorption of evaporative heat. The mini refrigerant channels are connected to a high pressure liquid refrigerant cylinder and to a gas receiver via polymer tubes. The wearable cooling system was evaluated using a test rig designed to simulate the origination of human body heat and a sealed environment similar to that inside a CBRN garment. Test results show that the temperature remains constant, when the cooling system is active even though the heat energy was produced continuously. This wearable cooling system can be used to manage heat and sweat under extreme conditions.     

生化防护服的研究进展

为了全面了解生化防护服的各项性能要求,首先介绍了4种生化防护服的类别和透湿机制;其次列举了橡胶基防护材料、离子交换膜材料、消毒高分子材料和其他高分子复合材料等用于生化防护服主要材料的研究进展,重点展示了生化防护服的研究现状。然后总结了应用于生化防护服的新型技术,包括自修复技术和静电纺丝技术,为生化防护服的发展提供了新的思路。最后根据生化防护服的发展状况总结了当前面临的问题,并对未来的研究趋势做出展望。研究表明：尽管目前生化防护材料发展迅速,但其产业化仍面临诸多问题,现有的各类生化防护服优缺点明显,未来应侧重于防护范围和性能的扩大与提升,并使其向舒适化及智能化发展。     

衣下空气层对透气型防护服热阻和湿阻的影响

为确定适宜的服装宽松量,提升透气型核生化(NBC)防护服的热湿舒适性,设计了穿着实验。在温、湿度可控制的气候室内,借助出汗暖体假人和三维扫描技术,观察常温、静止状态下5套不同松量服装的热湿传递性能,探讨衣下空气层对NBC防护服热阻和湿阻的影响。研究结果表明:衣下空气层体积与平均厚度的增量变化相似,不同松量服装的衣下空气层对服装总热阻和总湿阻有显著影响;随着透气型NBC防护服松量的增大,服装总热阻随着衣下空气层的增加呈现先增后减的变化趋势,服装总湿阻随着衣下空气层的增加呈现逐渐增大的变化趋势。     

充气防寒服的保暖性能

为维持户外活动人体热舒适性,研发一种保暖性能可调的防寒服装,以满足人体在不同活动量或环境温度变化情况下对服装保暖性能的需求,评价了一件充气服装的保暖性能,通过“Newton”出汗暖体假人实验测试了充气服装在4种充气量和3种风速下的上身总热阻和局部热阻。实验结果表明:充气状态下胸部、腹部和背部的局部热阻以及上身总热阻显著大于未充气状态,但是充气量之间没有明显差异;充气服装局部热阻和上身总热阻均随着风速的增加显著降低,不同充气量之间也没有显著差异。研究表明,充气服装在一定程度上可以作为一种有效的手段动态调节服装的保暖性。     

防火服热蓄积的影响因素及其测评方法

为了合理评价防火服的热蓄积,全面准确地研究防火服热防护性能,通过回顾实验室模拟低热流环境中防火服热蓄积的相关研究,分析了防火服热蓄积的产生原因以及由热蓄积引起的主要烧伤部位;总结了现阶段热蓄积的测试装置、测评方法以及热传递、热蓄积测试过程;从防火服反光带、防水层透湿性、隔热层厚度、外层织物特性、空气层厚度等服装因素以及热流量强度、热暴露时间、防火服中水分等环境因素归纳了影响热积蓄的因素;最后预测了未来防火服热蓄积的研究趋势;指出在未来的研究中,应更加全面地模拟火场特点,提高服装热蓄积性能测评方法准确性。     

常用高温及低温防护服隔热性能的对比

高温和低温防护服是在具有较大温差的不同环境中使用的防护性服装.为此,对常用的高温和低温防护服隔热性能的异同进行研究.结果表明:高温及低温防护服均要求具有良好的隔热性能,服装中热阻较大的区段均位于胸背、臀腹、手臂和大腿部.不同类型高温及低温防护服面料、服装整体的隔热性表现出一定差异.所使用的高温防护服主要通过阻隔环境辐射热和传导热来达到热防护目的,防护的重点在于环境辐射热.低温防护服主要通过阻隔人体内热传递来达到防护的目的.面料并不是决定高温及低温防护服隔热性能的唯一因素,防护服结构设计亦会对其隔热性能产生影响.     

工业用化学防护服概述

依据美国消防标准体系和欧盟标准体系分别介绍了工业用化学防护服的分类、性能要求和检测方法,化学防护服常用防护材料的性能特点和防护机理,化学防护服的使用选择以及未来发展动向等,强调了我国开发工业化学防护服的必要性。     

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。     

Effect of nano silver coating on thermal protective performance of firefighter protective clothing

The main aim of this experimental work is to find out possible improvement in thermal protective performance of firefighter protective clothing when subjected to different level of radiant heat flux density. Firefighter protective clothing normally consists of three layers: outer shell, moisture barrier and thermal liner. When thermal protective performance of firefighter protective clothing is enhanced, the time of exposure against radiant heat flux is increased, which will provide extra amount of time to firefighter to carry on their work without suffering from severe skin burn injuries. In this study, the exterior side of outer shell was coated with nano-silver metallic particle through magnetron sputtering technology. Coating of outer shell with nano-silver particles was performed at three level of thickness, i.e. 1, 2 and 3?µm, respectively. All the uncoated and silver coated specimens were then characterized on air permeability tester, Permetest and radiant heat transmission machine. It was observed that coating has insignificant difference on the air and water vapor permeability of specimen and a significant decline was recorded for the value of transmitted heat flux density Q_c (kW/m²) and percentage transmission factor (%TF Q_o) as compared to uncoated specimen when subjected to 10 kW/m² and 20?kW/m² indicating improvement of thermal protective performance. These values go on further reduction with increase in thickness of coating layer of nano-silver particles.     

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。