暖體假人實(shí)驗(yàn)的防刺服熱阻和濕阻研究
隨著和暴力事件的頻繁發(fā)生,個體防護(hù)裝備的研制與開發(fā)越來越受到重視.為保障人民群眾與人員的人身安全,亟待研發(fā)安全實(shí)用的防刺服.美國司法學(xué)會在《國家防刺服標(biāo)準(zhǔn)》中指出防刺服的設(shè)計理念應(yīng)為“可穿性 + 適當(dāng)防護(hù) = 挽 救 生命”[1],防刺服在達(dá)到防護(hù)性能要求后,要求避免由于防刺服的穿著頻率低下造成緊急情況下人員不能及時穿著而處于危險境地的狀況.
目前市面上的防刺服分為硬質(zhì)與軟質(zhì)兩大類.硬質(zhì)防刺服核心部件是硬質(zhì)基片,如不銹鋼、鋁合金等,硬質(zhì)基板具有良好的防刺穿能力,但是限制了穿戴者的活動靈活性;軟質(zhì)防刺服基板多由單一品種的高性能纖維制成,不同形態(tài)纖維聚集和復(fù)配制成的復(fù)合型防刺材料尚在研究中.
一般情況下,人體核心溫度需要在37℃左右以保持舒適[2].防刺服作為人與環(huán)境間熱量交換的重要介質(zhì),參與建立了人體 服裝和服裝 環(huán)境兩個熱交換環(huán)境.作為特殊防護(hù)裝備,防刺服的隔熱和傳濕性能與一般服裝有很大不同,多層基板往往會激發(fā)人體熱應(yīng)力,使警衛(wèi)安保人員感到心理壓力和生理疲憊[3],從而帶來危險.因此研究防刺服的熱濕傳遞性能有利于滿足人體與環(huán)境間動態(tài)熱平衡、實(shí)現(xiàn)人體 防刺服 環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、預(yù)防因熱量堆積導(dǎo)致體能速降和穿著不適帶來造成的危險.服裝的熱濕傳遞性能測試方法有主觀評價法和客觀測量法.主觀評價方法偶然性較強(qiáng),不同個體接受 認(rèn)知 反應(yīng)的差別導(dǎo)致測試結(jié)果存在較大差異.客觀測量法通常通過測量服裝熱阻與濕阻,對其熱濕傳遞性能進(jìn)行評價.服裝熱阻表征了服裝層兩面的溫度差與垂直通過服裝單位面積的熱流量之比,反映了服裝的隔熱保暖能力;濕阻表征了服裝層兩面的水蒸汽壓力差與垂直通過服裝單位面的蒸發(fā)熱流量之比,反映了服裝的透濕能力[4].
暖體假人研發(fā)應(yīng)用已有70多年,是測量常溫下服裝 熱 阻 濕 阻 的 理 想 工 具 之 一. “Walter”與“Newton”是目前 使 用 廣 泛 的 兩 種 暖 體 假 人.“Newton” 由 美 國 Measurement TechnologyNorthwest公司采用導(dǎo)熱鋁填充碳纖維外殼制造,可以實(shí)現(xiàn)多分區(qū)的溫度、排汗量單獨(dú)控制.暖體假人“Walter”由香港理工大學(xué)采用防水纖維制造,可以實(shí)現(xiàn)全軀干整 體 溫 度 控 制[5].王 發(fā) 明 等[6]利 用“Walter”出汗暖體假人在室溫下測試了3組著裝的熱濕傳遞特性,分析在不同地域測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性及存在的差異;李菲菲[7]利用“Walter”出汗暖體假人研究了在寒冷環(huán)境下不同類型保暖服裝的熱阻濕阻;韓雪峰等[8]利用“Newton”出汗暖體假人開發(fā)了低溫災(zāi)害模擬試驗(yàn)系統(tǒng),模擬了人類生理活動.暖體假人在室溫與低溫環(huán)境下模擬人體、服裝與環(huán)境的熱交換過程,評價客觀、重復(fù)性好.而高溫下由于環(huán)境溫度高于假人設(shè)置體溫,導(dǎo)致假人體溫?zé)o法維持恒定,因此發(fā)熱量幾乎為0,假人無法正常測定服裝熱阻和濕阻.本文建立的高溫下測定熱阻和濕阻方法擴(kuò)展了暖體假人的適用范圍,為系統(tǒng)性研究環(huán)境參數(shù)對防刺服熱阻和濕阻的影響提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù).
一、實(shí)驗(yàn)方法
1、實(shí)驗(yàn)儀器與材料
本實(shí)驗(yàn)采用美國西北測試技術(shù)科技公司生產(chǎn)的出 汗 暖 體 假 人 “Newton”來 測 量 熱 阻 與 濕 阻.“Newton”有20分區(qū),每個分區(qū)有獨(dú)立加熱控制與溫度傳感系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域皮膚的恒溫控制功能和恒定功率加熱功能.發(fā)汗皮膚系統(tǒng)由20個區(qū)域單獨(dú)控制提供水分,各區(qū)域分別含有獨(dú)立控制器,通過水流控制閥、外部壓力泵調(diào)節(jié)水流量.計算機(jī)控制系統(tǒng)采用配套的 ThermDAC軟件,實(shí)現(xiàn)各個分區(qū)溫度、加熱量以及發(fā)汗速率的獨(dú)立調(diào)節(jié),以及實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)實(shí)時檢測、控制、記錄和傳輸.實(shí)驗(yàn)測試在尺寸為6.0m×5.0m×2.7m 的封閉環(huán)境艙內(nèi),可精確控制的溫濕度范圍為18℃±0.5℃~48℃±0.5℃和30%±5%~80%±5%.環(huán)境艙位于樓內(nèi)大房間中,減少了與外界的熱量交換.環(huán)境艙墻體由聚乙烯泡沫板與鋼板構(gòu)成.空調(diào)風(fēng)從 天 花 板 進(jìn) 風(fēng),從 地 板 回 風(fēng).艙 內(nèi) 分 布 10 個WZP-PT100熱 電 偶 (±0.1 ℃)測 量 環(huán) 境 艙 溫 度;AM-101濕度傳感器(±3%)放置于房間.暖體假人放置于環(huán)境艙的實(shí)驗(yàn)場景如圖1所示.
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