暖体假人实验的防刺服热阻和湿阻研究
发布时间:2018-11-19 15:41
产品描述：
随着恐怖和暴力事件的频繁发生,个体防护装备的研制与开发越来越受到重视.为保障人民群众与执法人员的人身安全,亟待研发安全实用的防刺服.美国司法学会在《国家防刺服标准》中指出防刺服的设计理念应为“可穿性 + 适当防护 = 挽 救 生命”[1],防刺服在达到防护性能要求后,要求避免由于防刺服的穿着频率低下造成紧急情况下人员不能及时穿着而处于危险境地的状况.
目前市面上的防刺服分为硬质与软质两大类.硬质防刺服核心部件是硬质基片,如不锈钢、铝合金等,硬质基板具有良好的防刺穿能力,但是限制了穿戴者的活动灵活性;软质防刺服基板多由单一品种的高性能纤维制成,不同形态纤维聚集和复配制成的复合型防刺材料尚在研究中.
一般情况下,人体核心温度需要在37℃左右以保持舒适[2].防刺服作为人与环境间热量交换的重要介质,参与建立了人体 服装和服装 环境两个热交换环境.作为特殊防护装备,防刺服的隔热和传湿性能与一般服装有很大不同,多层基板往往会激发人体热应力,使警卫安保人员感到心理压力和生理疲惫[3],从而带来危险.因此研究防刺服的热湿传递性能有利于满足人体与环境间动态热平衡、实现人体 防刺服 环境系统的协调最优、预防因热量堆积导致体能速降和穿着不适带来造成的危险.服装的热湿传递性能测试方法有主观评价法和客观测量法.主观评价方法偶然性较强,不同个体接受 认知 反应的差别导致测试结果存在较大差异.客观测量法通常通过测量服装热阻与湿阻,对其热湿传递性能进行评价.服装热阻表征了服装层两面的温度差与垂直通过服装单位面积的热流量之比,反映了服装的隔热保暖能力;湿阻表征了服装层两面的水蒸汽压力差与垂直通过服装单位面的蒸发热流量之比,反映了服装的透湿能力[4].
暖体假人研发应用已有70多年,是测量常温下服装 热 阻 湿 阻 的 理 想 工 具 之 一. “Walter”与“Newton”是目前 使 用 最 为 广 泛 的 两 种 暖 体 假 人.“Newton” 由 美 国 Measurement TechnologyNorthwest公司采用导热铝填充碳纤维外壳制造,可以实现多分区的温度、排汗量单独控制.暖体假人“Walter”由香港理工大学采用防水纤维制造,可以实现全躯干整 体 温 度 控 制[5].王 发 明 等[6]利 用“Walter”出汗暖体假人在室温下测试了3组着装的热湿传递特性,分析在不同地域测试的实验结果的一致性及存在的差异;李菲菲[7]利用“Walter”出汗暖体假人研究了在寒冷环境下不同类型保暖服装的热阻湿阻;韩雪峰等[8]利用“Newton”出汗暖体假人开发了低温灾害模拟试验系统,模拟了人类生理活动.暖体假人在室温与低温环境下模拟人体、服装与环境的热交换过程,评价客观、重复性好.而高温下由于环境温度高于假人设置体温,导致假人体温无法维持恒定,因此发热量几乎为0,假人无法正常测定服装热阻和湿阻.本文建立的高温下测定热阻和湿阻方法扩展了暖体假人的适用范围,为系统性研究环境参数对防刺服热阻和湿阻的影响提供了理论和实验依据.
一、实验方法
1、实验仪器与材料
本实验采用美国西北测试技术科技公司生产的出 汗 暖 体 假 人 “Newton”来 测 量 热 阻 与 湿 阻.“Newton”有20分区,每个分区有独立加热控制与温度传感系统,可以实现区域皮肤的恒温控制功能和恒定功率加热功能.发汗皮肤系统由20个区域单独控制提供水分,各区域分别含有独立控制器,通过水流控制阀、外部压力泵调节水流量.计算机控制系统采用配套的 ThermDAC软件,实现各个分区温度、加热量以及发汗速率的独立调节,以及实现实验过程中数据实时检测、控制、记录和传输.实验测试在尺寸为6.0m×5.0m×2.7m 的封闭环境舱内,可精确控制的温湿度范围为18℃±0.5℃~48℃±0.5℃和30%±5%~80%±5%.环境舱位于楼内大房间中,减少了与外界的热量交换.环境舱墙体由聚乙烯泡沫板与钢板构成.空调风从 天 花 板 进 风,从 地 板 回 风.舱 内 分 布 10 个WZP-PT100热 电 偶 (±0.1 ℃)测 量 环 境 舱 温 度;AM-101湿度传感器(±3%)放置于房间中央.暖体假人放置于环境舱的实验场景如图1所示.
