盧業(yè)虎， 王麗君

(1. 蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215006；2. 南通紡織絲綢產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，江蘇 南通 226300)

戰(zhàn)場、消防、應(yīng)急救援和石油化工等從業(yè)人員常遭受各種潛在的熱災(zāi)害，包括強(qiáng)烈的火焰、輻射、高溫氣體、熔融金屬液滴、蒸汽、高溫液體飛濺物、化學(xué)液體、易燃物體燃燒產(chǎn)生的濃煙和有毒氣體等。消防員和應(yīng)急救援人員在進(jìn)行滅火救援時(shí)身體和心理遭到極大考驗(yàn)。性能優(yōu)良的熱防護(hù)服可以保障應(yīng)急救援人員的生命安全，提高救援效率。行業(yè)內(nèi)相關(guān)研究人員已從各個(gè)方面對熱防護(hù)服的熱防護(hù)性能展開研究，并制定了熱防護(hù)服相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。文中總結(jié)了近幾年多災(zāi)害環(huán)境下熱防護(hù)服的研究進(jìn)展，概括了熱防護(hù)服的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和測試標(biāo)準(zhǔn)，從災(zāi)害因子、服裝因子和人體因子3方面分析了影響服裝防護(hù)性能的因素，討論了防護(hù)服裝的熱濕傳遞模型，預(yù)測了熱防護(hù)服研究的發(fā)展趨勢。

1 熱災(zāi)害

1.1 火焰

火焰是消防、石油、石化或航空航天行業(yè)工人可能遇到的火災(zāi)危險(xiǎn)之一。常規(guī)火災(zāi)救援中，火焰溫度在400 ℃左右，而在工業(yè)火災(zāi)中，火焰溫度可達(dá)800～2 500 ℃。消防員暴露在火焰中的時(shí)間通常很短(3～5 s)，但高溫和對流熱對人體危害程度相對較高，易造成人體傷亡。

1.2 熱輻射

滅火救援時(shí)，一般建筑物火災(zāi)引起的熱輻射通常在5～10 kW/m2，當(dāng)發(fā)生煉油廠、化工廠、鋼鐵廠等工業(yè)火災(zāi)或森林火災(zāi)時(shí)，熱輻射的強(qiáng)度可達(dá)到200 kW/m2[1]，且輻射面積廣。熱輻射除了作用在人體外表，還對人體深部組織有影響。此類火災(zāi)相對濕度較低，易形成干態(tài)環(huán)境，從而導(dǎo)致起火物品溫度高、燃燒猛烈。該類火場滅火救援作戰(zhàn)時(shí)間一般為6～8 h，甚至需要連續(xù)作戰(zhàn)24 h，長時(shí)間高溫作業(yè)易造成消防員身體嚴(yán)重疲勞[2]。

1.3 高溫液體

高溫液體災(zāi)害可能發(fā)生在家庭住宅、工業(yè)用地等區(qū)域。一般熱水的溫度可以達(dá)到85 ℃左右，接觸人體時(shí)有一定的壓力，并且會(huì)立即形成燙傷。同時(shí)，噴射出的熱水流所具有的壓力會(huì)壓縮服裝內(nèi)部空氣層，降低服裝隔熱性能，造成皮膚的潛在燙傷。除熱水外，食用油、石油等液體在工業(yè)加工過程中溫度遠(yuǎn)高于100 ℃，碰到皮膚后會(huì)形成更嚴(yán)重燙傷[3]。此外，油狀液體的黏度較大，接觸服裝后在服裝表面停留的時(shí)間更長，會(huì)持續(xù)向內(nèi)部皮膚傳遞熱量，加大了皮膚燙傷的可能性。

1.4 蒸汽

消防員在高溫環(huán)境消防作業(yè)時(shí)，由于消防水槍或環(huán)境中的水分受熱蒸發(fā)形成蒸汽，造成皮膚蒸汽燙傷。高壓蒸汽廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，可一旦發(fā)生泄漏則危害極大，如海軍和能源部門的從業(yè)人員或因高壓蒸汽管道泄漏而暴露在蒸汽災(zāi)害環(huán)境下。通常蒸汽壓力高達(dá)100～4 000 kPa，溫度為100～300 ℃。此外，高壓蒸汽環(huán)境下，防護(hù)服可能會(huì)被高壓蒸汽壓縮，從而傳遞至人體皮膚的熱量增加[4]。消防員所處的火場在高溫環(huán)境中，高溫蒸汽和高溫液態(tài)水環(huán)境占60%～70%，這是導(dǎo)致消防員燒傷的主要因素，而由火焰產(chǎn)生的燒傷僅占20%左右[5]。

1.5 電弧

電弧是高壓電器在短路或介質(zhì)被擊穿情況下的瞬時(shí)放電，會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量和熱沖擊，電弧產(chǎn)生的能量可高達(dá)8～60 MW。電弧災(zāi)害的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短，但所攜帶的能量極高。短時(shí)間的高能量聚集會(huì)對周圍的人造成致命傷害。一般普通火災(zāi)事故中產(chǎn)生的對流熱和輻射熱能量各占50%，而在電弧災(zāi)害下，輻射熱產(chǎn)生的能量占90%，即使沒有火焰也會(huì)造成嚴(yán)重的危害。

2 熱防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)

2.1 服裝產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

中國現(xiàn)行的防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)主要有消防服標(biāo)準(zhǔn)GB 8965.1—2009和GA 10—2014、抗熔融金屬飛濺物標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17599—1998、勞動(dòng)和勞動(dòng)安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LD 58—1994、電力行業(yè)防電弧服標(biāo)準(zhǔn)DL/T 320—2010等。

美國國家防火協(xié)會(huì)(National Fire Protection Association)制定有消防服標(biāo)準(zhǔn)NFPA 1971和NFPA 1977；美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(American Society for Testing Materials)制定有耐熱和阻燃防護(hù)服標(biāo)準(zhǔn)ASTM F 2302；歐盟技術(shù)委員會(huì)(CEN/TC)制定有關(guān)于消防服、防護(hù)服和高溫工作服的標(biāo)準(zhǔn)EN 469，EN 470和EN 531；防護(hù)服國際標(biāo)準(zhǔn)主要包括ISO 11611，ISO 11612，ISO 11613等。

2.2 服裝性能測試標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1服裝面料性能測試標(biāo)準(zhǔn) 火焰和熱輻射災(zāi)害條件下，阻燃服裝材料測試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM F 2702；熱輻射災(zāi)害條件下，服裝材料熱輻射性能測試和性能評估的標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 6942，EN ISO 6942，ASTM F 1939和ASTM F 2703；高溫?zé)峤佑|災(zāi)害條件下的測試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM F 1060；高溫液體飛濺時(shí)織物熱傳遞性能的測試標(biāo)準(zhǔn)為ASTM F 2701；測量熔融金屬飛濺物對織物性能影響的測試標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 9185，EN 348，EN 373，GB/T 17599—1998；面料電弧火焰性能的測試標(biāo)準(zhǔn)有ASTM F 1959和ASTM F 1506。為了評價(jià)消防服在熱暴露和冷卻階段能量傳輸和儲(chǔ)存對人體產(chǎn)生的危害，美國制定有ASTM F 2731標(biāo)準(zhǔn)，目前該標(biāo)準(zhǔn)已被TPP等相關(guān)性能測試設(shè)備采用。

2.2.2服裝整體性能測試標(biāo)準(zhǔn) 為了評價(jià)服裝整體防護(hù)性能，在模擬火焰燃燒熱災(zāi)害的條件下，美國制定假人測量服裝隔熱性能的方法ASTM F 1291、燃燒假人測試標(biāo)準(zhǔn)ASTM F 1930和工業(yè)人員防火服標(biāo)準(zhǔn)NFPA 2112。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也制定有消防服假人測試標(biāo)準(zhǔn)ISO 13506-1，ISO 13506-2，防護(hù)服限制火焰蔓延的試驗(yàn)方法ISO 15025，阻燃隔熱服裝暴露于火焰和輻射熱時(shí)熱傳遞的測定方法ISO 17492，防護(hù)服防熔融金屬飛濺物性能測試方法ISO 9150和防電弧的假人測試標(biāo)準(zhǔn)ASTM F 1958。

3 影響防護(hù)性能的因素

3.1 熱災(zāi)害因子

BEHNKE W P[6]和CROWN E M等[7]早期研究了服裝材料在高溫火焰下燃燒的性能，并逐漸引入人體模型儀器對服裝整體防火性能進(jìn)行測試。ROSSI R M等[8]、王敏等[9]、WANG Y Y等[10]利用假人測試火焰對防護(hù)服性能的影響，并進(jìn)行熱流量分布情況預(yù)測和燒傷預(yù)測。

SONG G W等[11]研究了6.3～8.3 kW/m2低熱輻射條件下，織物系統(tǒng)的熱防護(hù)性能。付明等[12]研究了不同輻射強(qiáng)度對防護(hù)服性能的影響。結(jié)果表明，隨著熱輻射強(qiáng)度的增加，尤其在其超過5 kW/m2時(shí)，服裝總熱阻減小，外層、防水層和隔熱層的熱阻減小，而舒適層的熱阻先增大后減小。HUMMEL A等[13]、李莎莎[14]對輻射熱條件下服裝防護(hù)性能的測試方法進(jìn)行研究，比較了不同測試設(shè)備和測試方法的差異。ASTM F 1930中已經(jīng)確定了評估暴露于火焰和輻射熱環(huán)境下防護(hù)服整體防護(hù)性能的方法，認(rèn)為暴露于火焰和輻射熱環(huán)境時(shí)，防護(hù)服中約40%～60%的能量會(huì)釋放到人體皮膚上，顯著降低其熱防護(hù)性能。

高溫液體同樣是影響防護(hù)服性能的關(guān)鍵因素之一。ACKERMAN M等[15]發(fā)現(xiàn)液體種類會(huì)影響織物的防護(hù)性能。NEAL T[16]將菜籽油加熱至148 ℃，評價(jià)熱防護(hù)面料的防護(hù)性能。LU Y H等[17]發(fā)現(xiàn)暴露在同樣的高溫液體條件下時(shí)，鉆井冷卻液和蒸餾水產(chǎn)生的燒傷比菜籽油更嚴(yán)重。液體的熱擴(kuò)散性能、濕傳遞的速率和傳遞的總量是影響織物熱防護(hù)性能的重要因素。管曼好等[18]研究了熱水的水溫、侵入角度、侵入高度對織物熱防護(hù)性能的影響。

行業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)來評估蒸汽暴露環(huán)境下服裝的性能。SATI R等[19]使用圓筒實(shí)驗(yàn)裝置模擬高壓蒸汽暴露環(huán)境，蒸汽噴射壓力和噴射距離會(huì)影響防護(hù)材料的蒸汽防護(hù)性能。MANDAL S等[20]研究了火焰、熱輻射、高溫?zé)峤佑|、熱水和蒸汽5種熱源下面料的熱防護(hù)性能，結(jié)果表明：在火焰和熱輻射環(huán)境下，面料系統(tǒng)的熱防護(hù)性能主要受面料發(fā)射率、吸收率和熱阻的影響；在高溫?zé)峤佑|時(shí)，面料的抗壓縮性能是影響熱防護(hù)性能的主要因素；當(dāng)熱源為熱水或蒸汽時(shí)，熱水和蒸汽流壓強(qiáng)影響面料的熱防護(hù)性能，面料的抗壓縮性也對熱防護(hù)性能有較大影響。

3.2 服裝因子

目前國內(nèi)外針對熱防護(hù)服面料基本性能對其防護(hù)性能的影響進(jìn)行了大量研究，取得了一定的研究成果。SHALEV I等[21-22]研究得出，纖維比熱容和面料質(zhì)量、密度、組織結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱系數(shù)影響火焰暴露環(huán)境下面料系統(tǒng)的熱防護(hù)性能，強(qiáng)對流環(huán)境下的織物厚度可延緩二級燒傷時(shí)間。考慮到人穿著服裝后面料會(huì)發(fā)生形變，XIE Y C等[23]使用TPP測試儀和手持式掃描儀，在閃火條件下研究面料形變對熱防護(hù)性能的影響。研究表明，面料形變影響其透氣性，面料的接觸面積和隔熱性能影響其TPP值。防護(hù)服在接觸火焰時(shí)，服裝表面會(huì)發(fā)生一定的收縮形變，導(dǎo)致服裝內(nèi)部空氣層厚度減小，從而影響熱防護(hù)性能。此外，若人體直接接觸發(fā)生收縮形變的面料，皮膚會(huì)受到灼傷。翟麗娜等[24]、李俊等[25]、LI X H等[26]研究了防護(hù)服裝在閃火條件下發(fā)生的形變，并對人體在火焰危害下的燒傷程度進(jìn)行預(yù)測。李小輝等[27]基于織物熱防護(hù)性能測試，提出了服裝防護(hù)性能的評價(jià)方法。

SUN G等[28]發(fā)現(xiàn)在輻射熱暴露環(huán)境下，消防服防護(hù)外層的材料、厚度、質(zhì)量等因素會(huì)影響其熱傳遞性能。KUTLU B等[29]通過分析單層、雙層、3層面料的熱防護(hù)性能，得出厚度和面密度是影響單層織物熱防護(hù)性能的主要因素。對于單層織物而言，洗滌導(dǎo)致面料收縮，提高了面料的面密度，其熱防護(hù)性能降低；但對于多層織物而言，洗滌可導(dǎo)致其熱防護(hù)性能提高。李紅燕等[30]、崔志英[31]分析了消防服面料的阻燃性和TPP值，結(jié)果表明，相比于面密度，面料厚度對熱防護(hù)性能的影響更顯著。織物厚度與TPP值之間呈正相關(guān)，透氣性與TPP值之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。ROSSI R M等[32]、LU Y H等[33]研究表明，隨著熱暴露時(shí)間的增加，防護(hù)服面料的抗撕裂強(qiáng)度、耐水性、抗拉伸強(qiáng)度等機(jī)械性能都有所下降。WANG L J等[34]研究顯示，織物熱防護(hù)性能隨著洗滌和摩擦次數(shù)的增加先增強(qiáng)后減弱，織物的面密度與熱防護(hù)性能之間存在一定的正相關(guān)關(guān)系。

作者[35]研究了高溫液體環(huán)境下熱防護(hù)服裝的熱濕傳遞性能，進(jìn)行皮膚燒傷預(yù)測，并研發(fā)了針對織物的新型高溫液體飛濺物防護(hù)性能測試儀器。為探索液體沖擊時(shí)影響織物滲透性能的因素，作者從多個(gè)方面(液體種類、液體溫度、液體沖擊角度、織物特征和面料配伍等)展開研究，構(gòu)建了噴淋假人測試系統(tǒng)，分析了織物基本性能、服裝設(shè)計(jì)特征和服裝尺碼等因素對服裝熱濕傳遞和皮膚燒傷分布的影響。LU Y H等[36]研究顯示，暴露在高溫液體環(huán)境下時(shí)，防護(hù)服面料的面密度對半透性服裝的熱防護(hù)性能有一定影響，但不顯著。CHEN S等[37]用噴淋假人測試系統(tǒng)評價(jià)防護(hù)服裝的高溫液體防護(hù)性能，表明總燒傷和總吸收能量與織物質(zhì)量呈負(fù)線性相關(guān)，與織物密度也呈負(fù)線性相關(guān)。

陳思等[38]從災(zāi)害因子、服裝因子和人體因子3個(gè)維度總結(jié)了高溫液體和蒸汽防護(hù)性能的最新研究進(jìn)展。ROSSI R等[39]研究表明，織物的蒸汽滲透性是影響蒸汽防護(hù)性能的最重要特性。DESRUELLE A V等[40]在80 ℃飽和蒸汽環(huán)境艙內(nèi)，用銅人測評了防護(hù)服裝的防護(hù)性能，結(jié)果表明：織物測試和服裝測試的結(jié)果一致；不透氣織物和服裝的蒸汽防護(hù)性能較好；服裝面料越厚，其防護(hù)性能越好。ACKERMAN M Y等[41]指出織物防護(hù)性能受厚度、密度和透氣性等多種因素的影響。此外，防護(hù)性能與面料的厚度和透氣性分別呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)關(guān)系，防水透氣膜的位置影響其防護(hù)性能[24]。

3.3 人體因子

3.3.1衣下空氣層 蘇云等[42]對消防服衣下空氣層熱傳遞機(jī)制進(jìn)行綜述，顯示服裝與人體間的空氣層對熱防護(hù)服裝的熱濕傳遞性能具有重要作用。賴軍等[43]從衣下空氣層的厚度與位置、影響因素、測量方法3方面綜述了消防服衣下空氣層的研究方法及最新進(jìn)展。LEE Y J等[44]研究顯示，衣下空氣層體積隨平均衣下空氣層厚度的增加呈線性增大，且與服裝的放松量有關(guān)。王敏等[45]利用三維掃描技術(shù)測量燃燒假人衣下空氣層的分布，表明即使是相同的服裝，每次穿著后衣下空氣層分布也存在較大差異。大量研究表明，平均衣下空氣層的厚度對熱防護(hù)服的火焰防護(hù)性能具有明顯促進(jìn)作用[46-49]。CROWN E M等[46]得出，在服裝完整性可控的基礎(chǔ)上，寬松的服裝存在較大的空氣層，因此比緊身服裝具有更好的防護(hù)性能。GHAZY A[50]建立了防護(hù)服內(nèi)部新型空氣層，研究了影響空氣層內(nèi)熱傳遞并由此影響衣服防護(hù)性能的不同因素。

LU Y H等[51]研究了高溫液體環(huán)境下衣下空氣層對織物熱濕傳遞性能的影響，得出加入衣下空氣層可以顯著降低從半透性織物傳遞至皮膚的能量。SU Y等[52]研究了熱濕暴露情況下空氣層厚度對防護(hù)性能的影響，認(rèn)為較大的空氣層厚度會(huì)明顯降低熱傳遞速率。此外，陳思等[38]認(rèn)為防護(hù)服的熱濕傳遞因服裝與皮膚間不均勻空氣層分布的變化而改變，而這一結(jié)論對探索服裝蒸汽防護(hù)性能具有重要影響。

3.3.2人體出汗 熱防護(hù)服的性能可能會(huì)受內(nèi)部水分(身體出汗產(chǎn)生)和外部水分影響，水分會(huì)增加服裝的熱導(dǎo)率和熱容[53]，從而影響服裝隔熱性能。SU Y等[54]總結(jié)了人體出汗對服裝防護(hù)性能影響的測試方法。LEE Y M等[55]研究顯示，熱輻射強(qiáng)度對濕態(tài)單層防護(hù)服的熱防護(hù)有影響，在21 kW/m2輻射下，水分對熱防護(hù)有積極的影響，而在84 kW/m2的輻射下則相反。ZHANG H等[56]使用熱防護(hù)性能測試儀研究了水分對熱防護(hù)性能的影響，表明當(dāng)水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，水分對熱防護(hù)性能的抑制作用最大。BARKER R L等[57]認(rèn)為，一定量的水分可以改善織物的防護(hù)性能，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～20%的面料在6.3 kW/m2的低輻射下會(huì)引起燒傷。HE J Z等[58]認(rèn)為防護(hù)服內(nèi)、外部水分的增加都會(huì)減少皮膚的熱吸收，從而在蒸汽暴露時(shí)延遲因服裝材料蓄熱導(dǎo)致人體皮膚燒傷的時(shí)間。外部水分對從防護(hù)服傳遞到皮膚的熱量沒有產(chǎn)生顯著影響，而內(nèi)部水分則會(huì)增加熱量排放。LAWSON L K等[59]認(rèn)為，在火焰暴露環(huán)境下，外部水分降低了服裝的導(dǎo)熱性能，從而提高了防護(hù)性能，而內(nèi)部水分則降低了熱防護(hù)性能；在低輻射熱暴露環(huán)境下，內(nèi)部水分同樣增加了服裝的防護(hù)性能。LU Y H等[60]模擬人體出汗時(shí)的水分含量、位置與衣下空氣層產(chǎn)生的交互作用對防護(hù)性能的影響。WANG Y Y等[48]研究了空氣層厚度、位置和水分對防護(hù)服熱防護(hù)性能的影響，當(dāng)空氣層遠(yuǎn)離熱源時(shí)，水分的增加降低了空氣層厚度增大對熱防護(hù)性能的積極影響。LI J等[49]研究了衣下微環(huán)境相對濕度與衣下空氣層交互作用對防護(hù)性能的影響，結(jié)果表明，增加微環(huán)境中的相對濕度能顯著提高不同厚度空氣層織物的熱防護(hù)性能。

3.3.3人體動(dòng)作 人體動(dòng)作會(huì)影響空氣層在人體各部位的分布，同時(shí)也會(huì)影響面料結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致防護(hù)服防護(hù)性能發(fā)生變化。GHAZY A等[61]研究在輻射強(qiáng)度83 kW/m2環(huán)境下暴露10 s后，空氣層動(dòng)態(tài)變化對織物傳熱的影響。XIN L S等[62]采用帶有動(dòng)態(tài)空氣層制造系統(tǒng)的新型改良TPP測試設(shè)備，研究人體運(yùn)動(dòng)對暴露于閃火的織物傳熱的影響，結(jié)果顯示，與沒有空氣層相比，變化范圍為0～25 mm的動(dòng)態(tài)空氣層顯著改善了織物的熱防護(hù)性能。人體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致防護(hù)服面料發(fā)生形變，尤其是關(guān)節(jié)處會(huì)使面料產(chǎn)生不同程度的拉伸。LI J等[63]對防護(hù)服面料采用不同程度的拉伸來模擬身體運(yùn)動(dòng)過程中對服裝面料產(chǎn)生的形變，并以不同的空氣層進(jìn)行測試，結(jié)果表明，面料變形后透氣性顯著降低，但是厚度變化較小?？椢镄巫儗Σ煌諝鈱酉旅媪舷到y(tǒng)的熱防護(hù)性能具有復(fù)雜影響。

4 熱濕傳遞模型研究

4.1 服裝面料熱濕傳遞模型

針對單層防護(hù)面料的熱濕傳遞，TORVI D A[64]利用有限元方法建立了單火焰TPP實(shí)驗(yàn)熱傳遞模型。KUKUCK S等[65]模擬了對流和輻射能量各占50%條件下的TPP實(shí)驗(yàn)，并建立相應(yīng)模型。

MELL W E等[66]、SPANGLER K B[67]分別建立了輻射熱流下多層面料間的傳熱模型，同時(shí)MELL W E等[66]建立了多層面料層與層之間的反射模型。CHITRPHIROMSRI P[68]、SONG G W等[69]結(jié)合Gibson模型和Torvi模型，建立了明火熱源下多層面料的火-面料-空氣層-皮膚系統(tǒng)熱濕傳遞模型。SAWCYN C M J等[70]在長時(shí)間低強(qiáng)度輻射熱流暴露環(huán)境下，對濕態(tài)多層熱防護(hù)材料的熱濕傳遞過程進(jìn)行數(shù)字化模擬。PRASAD K等[71]局部改進(jìn)對流模型，并建立了二維輻射傳熱模型。

SU Y等[72]提出了一種基于實(shí)驗(yàn)的多介質(zhì)傳熱模型，研究帶有空氣層的多層防護(hù)服暴露于熱輻射和熱接觸表面的熱響應(yīng)，并將織物傳熱模型整合到人類皮膚燒傷模型中，以預(yù)測皮膚燒傷的危害。SU Y等[73]還開發(fā)了一個(gè)數(shù)值模型，以了解蒸汽暴露期間防護(hù)服內(nèi)部的熱量傳遞。

4.2 服裝系統(tǒng)熱濕傳遞模型

SONG G W[74]基于面料的熱傳遞模型，建立了燃燒假人測試系統(tǒng)熱傳遞模型，分析單層熱防護(hù)服在閃火下的傳熱規(guī)律。JIANG Y Y等[75]基于CFD技術(shù)建立整體服裝- 皮膚熱傳遞模型，以預(yù)測皮膚燒傷。TIAN M等[76]建立三維有限體積模型，利用先進(jìn)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，模擬火焰人體模型通過燃燒室時(shí)的瞬態(tài)傳熱，以織物為三維介質(zhì)模擬所接觸的單層和多層服裝，預(yù)測了衣服和皮膚各層的瞬時(shí)熱通量和溫度分布。TIAN M等[77]考慮到人體的真實(shí)形態(tài)，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)開發(fā)三維傳熱模型，研究了氣隙寬度、衣服厚度和輻射率對暴露在閃火中的整裝人體模型熱傳遞的影響。

5 熱防護(hù)服裝發(fā)展趨勢研究

5.1 服裝標(biāo)準(zhǔn)研究

國內(nèi)外針對多災(zāi)害環(huán)境下防護(hù)服的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和測試標(biāo)準(zhǔn)，多為小尺寸的服裝材料樣品性能測試標(biāo)準(zhǔn)[27，35]，其發(fā)展相對比較成熟，而利用假人系統(tǒng)進(jìn)行整體性能測試的標(biāo)準(zhǔn)體系仍不完善，缺乏人體生理行為的綜合模擬功能。此外，防護(hù)服裝的蒸汽防護(hù)性能測試標(biāo)準(zhǔn)仍需建立。未來的標(biāo)準(zhǔn)將同步考察服裝的耐熱性、隔熱性、舒適性、透氣性、防水性等綜合性能，使防護(hù)服的評價(jià)切實(shí)符合消防救援行動(dòng)的需求。

5.2 影響服裝防護(hù)性能的多因素交互作用

人們在實(shí)際的工作生活中會(huì)遭遇各種災(zāi)害，包括火焰灼燒、輻射暴露、液體噴濺、蒸汽噴射等，因此全面評價(jià)織物在不同災(zāi)害環(huán)境中的防護(hù)性能具有重要價(jià)值。同時(shí)，在多重災(zāi)害環(huán)境中，防護(hù)性能是否會(huì)受到不同災(zāi)害因子的交互影響還需要進(jìn)一步探索。

防護(hù)服防護(hù)性能取決于多種因素，如織物面料成分、服裝設(shè)計(jì)特征、空氣層厚度和變化幅度、出汗量、熱源種類和強(qiáng)度以及暴露時(shí)間等。在人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，這些因素的影響情況還需進(jìn)一步研究。

5.3 服裝性能評價(jià)方法

服裝熱防護(hù)性能的測評方法在服裝整體測試層面還有待發(fā)展，尤其是服裝整體熱防護(hù)性能的評價(jià)方法以及動(dòng)態(tài)防護(hù)性能的評價(jià)技術(shù)仍需進(jìn)一步研究。燒傷預(yù)測評價(jià)方法需進(jìn)一步討論其準(zhǔn)確性及合理性，并且還需充分考慮皮膚內(nèi)部熱傳遞的規(guī)律。

5.4 熱濕傳遞模型研究

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，服裝熱濕傳遞模型研究取得了飛躍性進(jìn)步，但在模型探索過程中所模擬的實(shí)驗(yàn)條件還比較理想化，實(shí)驗(yàn)室所模擬的熱流量和濕度未能真實(shí)反映出實(shí)際火場中不斷變化的環(huán)境。未來防護(hù)服熱濕傳遞模型的研究重點(diǎn)是面料所儲(chǔ)存熱量在冷卻階段的熱濕傳遞效果以及在動(dòng)態(tài)條件下的防護(hù)效果，并且需同時(shí)探索蒸汽燒傷和二級燒傷機(jī)制，以及多層服裝整體的熱濕傳遞機(jī)制。

6 結(jié)語

熱防護(hù)服裝是產(chǎn)業(yè)用紡織品的重要研究方向。目前，從業(yè)人員遭受的熱災(zāi)害環(huán)境由單一化向復(fù)雜化和多重化方向發(fā)展，這對熱防護(hù)服提出了更高的要求，即需要兼顧熱防護(hù)性和熱濕舒適性。近年來，行業(yè)內(nèi)相關(guān)研究人員已從標(biāo)準(zhǔn)化、熱防護(hù)機(jī)理和熱濕傳遞模擬等方面對熱防護(hù)服展開了大量研究，并取得了突破。然而，熱防護(hù)服裝(尤其是高壓蒸汽防護(hù)服裝)的整體熱防護(hù)性能測試和動(dòng)態(tài)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)仍不完善，新型的智能化和輕質(zhì)化熱防護(hù)材料開發(fā)進(jìn)度略顯不足，針對多層熱防護(hù)服裝的三維熱濕傳遞模擬仍未突破，還需進(jìn)一步研究。