暖體假人實驗的防刺服熱阻和濕阻研究
隨著和暴力事件的頻繁發生,個體防護裝備的研制與開發越來越受到重視.為保障人民群眾與人員的人身安全,亟待研發安全實用的防刺服.美國司法學會在《國家防刺服標準》中指出防刺服的設計理念應為“可穿性 + 適當防護 = 挽 救 生命”[1],防刺服在達到防護性能要求后,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與軟質兩大類.硬質防刺服核心部件是硬質基片,如不銹鋼、鋁合金等,硬質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;軟質防刺服基板多由單一品種的高性能纖維制成,不同形態纖維聚集和復配制成的復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].防刺服作為人與環境間熱量交換的重要介質,參與建立了人體 服裝和服裝 環境兩個熱交換環境.作為特殊防護裝備,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人體熱應力,使警衛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境間動態熱平衡、實現人體 防刺服 環境系統的協調、預防因熱量堆積導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,不同個體接受 認知 反應的差別導致測試結果存在較大差異.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熱流量之比,反映了服裝的透濕能力[4].
暖體假人研發應用已有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公司采用導熱鋁填充碳纖維外殼制造,可以實現多分區的溫度、排汗量單獨控制.暖體假人“Walter”由香港理工大學采用防水纖維制造,可以實現全軀干整 體 溫 度 控 制[5].王 發 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驗結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”出汗暖體假人開發了低溫災害模擬試驗系統,模擬了人類生理活動.暖體假人在室溫與低溫環境下模擬人體、服裝與環境的熱交換過程,評價客觀、重復性好.而高溫下由于環境溫度高于假人設置體溫,導致假人體溫無法維持恒定,因此發熱量幾乎為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展了暖體假人的適用范圍,為系統性研究環境參數對防刺服熱阻和濕阻的影響提供了理論和實驗依據.
一、實驗方法
1、實驗儀器與材料
本實驗采用美國西北測試技術科技公司生產的出 汗 暖 體 假 人 “Newton”來 測 量 熱 阻 與 濕 阻.“Newton”有20分區,每個分區有獨立加熱控制與溫度傳感系統,可以實現區域皮膚的恒溫控制功能和恒定功率加熱功能.發汗皮膚系統由20個區域單獨控制提供水分,各區域分別含有獨立控制器,通過水流控制閥、外部壓力泵調節水流量.計算機控制系統采用配套的 ThermDAC軟件,實現各個分區溫度、加熱量以及發汗速率的獨立調節,以及實現實驗過程中數據實時檢測、控制、記錄和傳輸.實驗測試在尺寸為6.0m×5.0m×2.7m 的封閉環境艙內,可精確控制的溫濕度范圍為18℃±0.5℃~48℃±0.5℃和30%±5%~80%±5%.環境艙位于樓內大房間中,減少了與外界的熱量交換.環境艙墻體由聚乙烯泡沫板與鋼板構成.空調風從 天 花 板 進 風,從 地 板 回 風.艙 內 分 布 10 個WZP-PT100熱 電 偶 (±0.1 ℃)測 量 環 境 艙 溫 度;AM-101濕度傳感器(±3%)放置于房間.暖體假人放置于環境艙的實驗場景如圖1所示.
