幾種模擬環(huán)境下防護(hù)服的性能測試

　　1 環(huán)境模擬試驗(yàn)

　　技術(shù)環(huán)境模擬試驗(yàn)是測試技術(shù)發(fā)展的重要方面,研究環(huán)境對技術(shù)產(chǎn)品的影響,是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來的新學(xué)科,它的興起,對于技術(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量和環(huán)境適應(yīng)性起著革命性變化。目前世界上各先進(jìn)國家都極為重視,無論對電子電器產(chǎn)品和機(jī)械產(chǎn)品、高分子合成材料及產(chǎn)品、輕紡服裝產(chǎn)品、勞動(dòng)防護(hù)用品以及防護(hù)服都必須通過規(guī)定的環(huán)境模擬試驗(yàn)條件,進(jìn)行適用性能檢測,為使用者提供盡可能接近實(shí)際的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

　　人類的一切活動(dòng)都是在某一特定的環(huán)境條件下進(jìn)行的,氣溫、濕度、風(fēng)和太陽輻射熱是組成環(huán)境氣候的四項(xiàng)基本要素,此外,氣壓、雨、雪、云量等天氣物理狀態(tài)的變化情況,也是環(huán)境氣候的重要因素。人們在勞動(dòng)防護(hù)產(chǎn)品檢驗(yàn)工作中,根據(jù)不同的測試要求,選擇模擬不同的要素,以保證試驗(yàn)的相對可靠性。一般情況下,溫度、濕度(恒溫恒濕)是必需的條件,這類環(huán)境模擬是最普遍的起碼要求,幾乎所有物理機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)室都必須具備。

　　國外各行各業(yè)的研究與測試機(jī)構(gòu),無不擁有相當(dāng)規(guī)模和相應(yīng)精密的環(huán)境實(shí)驗(yàn)室,如美國麻省馬薩諸塞州納蒂克城的陸軍軍需研究所(1976年改名為納蒂克研究與發(fā)展部),擁有北極模擬實(shí)驗(yàn)室,模擬溫度可達(dá)-57e,最大風(fēng)速為74 km/ h;熱帶模擬實(shí)驗(yàn)室,最高溫度為74e;霧雨模擬實(shí)驗(yàn)室,可模擬下霧及傾盆大雨;激光模擬實(shí)驗(yàn)室,可作軍服染色防偵視研究用;火焰模擬實(shí)驗(yàn)室,用以進(jìn)行軍用被服裝具的耐燃燒性試驗(yàn);還有高空模擬實(shí)驗(yàn)室,可模擬13 500 m的高空環(huán)境試驗(yàn)。英軍被裝研究所擁有冷熱環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)室,配有強(qiáng)光照射機(jī);下雨模擬實(shí)驗(yàn)室等。日本東麗公司在瀨田工場建立了全天候試驗(yàn)室,模擬人著服裝在人工氣候的風(fēng)、雨、雪的條件下檢驗(yàn)紡織的服用性能。該公司掌握的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)高于國家JIS標(biāo)準(zhǔn)要求。日本須賀(SUGA)公司研制的耐氣候降雪試驗(yàn)裝置,外形尺寸為4 m@2.2 m@12 m,樣品架的尺寸約250 mm@1 000 mm,被測試樣懸掛在循環(huán)回轉(zhuǎn)的樣品架上,人工降雪的結(jié)晶體相當(dāng)于5 000~3 000 m的降雪效果。但該裝置造價(jià)昂貴,據(jù)1986年的報(bào)價(jià)為2億日元(折合130萬美元)。該公司生產(chǎn)的跟蹤太陽氣候日曬機(jī),以高精度的陽光反射板及追蹤太陽裝置,使太陽光的照度集中于試樣上,并配以自動(dòng)降雨周期的裝置,據(jù)稱,該機(jī)日曬20天就相當(dāng)于通常360天的陽光照度。

　　我國在50年代中期,已開始重視環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn),近10年來,建立研究環(huán)境技術(shù)的部門和實(shí)驗(yàn)室已有數(shù)百家,推動(dòng)著各經(jīng)濟(jì)技術(shù)部門的迅速發(fā)展。特別對于勞動(dòng)防護(hù)安全衛(wèi)生產(chǎn)品,軍需產(chǎn)品,應(yīng)當(dāng)重視和發(fā)展環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù),以便準(zhǔn)確反映產(chǎn)品的安全性、實(shí)用性,為改進(jìn)現(xiàn)行產(chǎn)品性能,開發(fā)新產(chǎn)品提供有力的依據(jù)。

　　在日常生活中,環(huán)境溫、濕度對人體健康、工作效率至關(guān)重要。據(jù)生理學(xué)家研究,室內(nèi)溫度過高,將影響人的體溫調(diào)節(jié)功能,由于散熱不良,導(dǎo)致體溫升高,血管擴(kuò)張,脈搏加快,心率加速。溫度過低會(huì)使人體代謝功能下降,脈搏、呼吸減慢,皮下血管收縮,皮膚過度緊張,呼吸道粘膜抵抗力減弱,容易誘發(fā)呼吸道疾病。同時(shí),室內(nèi)濕度影響亦十分重要,濕度過大,會(huì)抑制人體散熱,使人產(chǎn)生煩燥、悶熱感,濕度過低,會(huì)引起上呼吸道粘膜水分大量流失,感到口干舌燥,甚至咽喉腫痛、感冒、鼻腔出血。科學(xué)家把人對/冷耐受0的下限溫度定為11e,相對濕度30%,/熱耐受0的上限溫度定為32e,相對濕度80%。通過實(shí)驗(yàn)測定,冬天最宜人的溫度18~25e,相對濕度30%~80%,夏天23 ~28e,相對濕度40%~60%。當(dāng)然,人的舒適感受不僅限于溫度和濕度兩個(gè)氣象要素,還與人的體質(zhì)、著裝、活動(dòng)水平、精神狀態(tài)以及其他主客觀因素有關(guān)。防護(hù)服系列產(chǎn)品除了必須保證使用條件的安全防護(hù)作用外,還要盡可能地保證穿著者的舒適性能。

　　美國、法國、意大利、荷蘭、丹麥、匈牙利等許多國家都有專門的熱環(huán)境微氣候試驗(yàn)室。其中美國堪薩斯大學(xué)的較現(xiàn)代化,總面積350 m2,匈牙利建筑科學(xué)研究院的微氣候室約210 m2,微氣候試驗(yàn)室主要研究內(nèi)容是依著狀態(tài),人體活動(dòng)程度,空氣溫度,平均輻射溫度,氣流速度,空氣相對濕度等對著裝人的熱生理影響。

　　主要測定著裝人的熱平衡狀態(tài);血壓、脈搏、呼吸頻率、皮膚溫度和散失強(qiáng)度;腦力活動(dòng)狀況;對聲光信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間、震顫程度、觸覺、敏感性、YYUOH頻率反應(yīng)、皮膚流電反應(yīng)、肌電圖和腦電圖、從事勞動(dòng)的能力、體力變化、新陳代謝變化;心理狀況;記憶能力、聚精會(huì)神配合能力、對服裝和熱環(huán)境的主觀感覺等�，F(xiàn)場研究主要是著裝人的熱平衡狀態(tài),從事勞動(dòng)的能力和主觀感覺等。

　　當(dāng)然,從勞動(dòng)防護(hù)與安全衛(wèi)生的角度考慮,除環(huán)境氣候模擬以外,環(huán)境模擬試驗(yàn)還包括高低溫、交變濕熱、熱老化、各種腐蝕性氣體影響、防毒、粉塵、振動(dòng)、沖擊、噪音等環(huán)境條件的安全防護(hù)。

　　2 假人模擬試驗(yàn)技術(shù)

　　先進(jìn)國家研制了各種各樣的假人模擬測試系統(tǒng),模擬真人,代替真人用于各種類型的勞動(dòng)防護(hù)用品的研究試驗(yàn),考核和評(píng)價(jià)特種勞動(dòng)防護(hù)服裝及軍用裝備品的實(shí)用性能、安全防護(hù)性能、工效性能等具有十分重要的作用。為各類防護(hù)服裝的設(shè)計(jì)定型、投產(chǎn)監(jiān)控及產(chǎn)品實(shí)用提供可靠的依據(jù)是必不可少的,我國在這方面應(yīng)該大力地進(jìn)行開發(fā)利用,縮小與國外的差距。

　　2.1暖體假人模擬試驗(yàn)裝置

　　暖體模擬人試驗(yàn)裝置,目前在國外已十分普遍,前蘇聯(lián)從1946年就開始了此項(xiàng)研究工作,如前蘇聯(lián)列寧格勒軍事科學(xué)院早在50年代已開始第二代出汗假人的研究,美國、日本、丹麥、芬蘭等許多國家均有出汗暖體假人,我國在50年代初由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院、軍需工業(yè)研究所等單位開展暖體銅人研究試驗(yàn),70年代總后軍需裝備研究所服裝功能室開展恒溫暖體假人和變溫暖體假人的研究和應(yīng)用做了持續(xù)深入的工作,取得顯著的成效。上海飛達(dá)羽絨服廠花數(shù)萬美元引進(jìn)了暖體假人,但利用率不高,代價(jià)昂貴。我國至今尚無出汗假人,據(jù)悉中國紡大曾列項(xiàng)研制,但未見研究報(bào)導(dǎo)。

　　服裝通常影響人的熱舒適性,為阻止熱和水分從人體擴(kuò)散到周圍環(huán)境,通過艱苦的工作和環(huán)境條件,以建立人/服裝/環(huán)境相互之間關(guān)系是十分重要的。通過選擇合適的服裝系統(tǒng)減少熱壓應(yīng)力,通過對試驗(yàn)人的生理學(xué)測量,可以評(píng)價(jià)服裝的熱生理學(xué)性能。為此,推薦熱模擬人的定量測定。芬蘭技術(shù)研究中心(VTT)的紡織實(shí)驗(yàn)室加入北歐聯(lián)合設(shè)計(jì)發(fā)展出汗暖體假人,開發(fā)出的第一個(gè)出汗熱模擬人,通過用此假人能夠同時(shí)測量服裝或衣服系統(tǒng)的熱和水汽透過性,人體不同部位的這些性能變化,以及人體運(yùn)動(dòng)或風(fēng)對性能的影響等。

　　出汗暖體模擬人與最早的熱模擬人之間的不同處是連續(xù)濕汽供給。尤其在熱壓(應(yīng)力)條件下,對人體熱生理出汗是極為重要的。出汗暖體模擬人可用于服裝設(shè)計(jì)的定量測定,適合于動(dòng)態(tài)環(huán)境條件的熱舒適性試驗(yàn)。

　　以芬蘭技術(shù)研究中心(VTT)研制的出汗暖體模擬人為例簡介如下,模擬人殼體及汗腺的剖面結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

　　圖中(4)為穿過硬質(zhì)泡沫塑料層小孔薄的細(xì)小導(dǎo)管,(5)硬質(zhì)泡沫塑料成型模擬人殼體,(6)殼體外表面用電熱絲纏繞,(7)固定電熱絲的絕緣薄膜, (8)從電熱絲散熱的金屬層, (9)固定溫度傳感器線路的塑料層,(10)用來覆蓋模擬人的壓合材料,其內(nèi)一邊將水從管子擴(kuò)散到更大的面積,外面是微孔聚四氟乙烯膜,此膜僅擴(kuò)散水汽而不擴(kuò)散液體水。模擬人殼體表面材料是一種薄型網(wǎng)狀保護(hù)體以防止機(jī)械損傷的危險(xiǎn)。用來測量并控制表面溫度的金屬絲溫度傳感器是在壓合材料的下面,并聯(lián)接自動(dòng)程序控制柜,一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)用來開始試驗(yàn)進(jìn)行結(jié)果的打印。

　　模擬人的汗腺管總數(shù)為187根,供水的最大表面為120 cm2,總出汗面積約115 m2。供水至汗腺管是通過微機(jī)控制的微型電磁伐。模擬人在不穿衣服及標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)環(huán)境條件下,最大水輸入值為300 g/m2#h。

　　模擬人尺寸大小是基于瑞典的研究,相當(dāng)于人的尺碼C50,即高172 cm,胸圍100 cm,腰圍88 cm,體重約50 kg。體殼分為18個(gè)部分,每個(gè)部分有其自身的熱和溫度測量系統(tǒng),除頭、手、腳外、所有表面均可出汗。

　　2.2結(jié)構(gòu)假人模擬試驗(yàn)裝置

　　這類假人種類繁多,在勞動(dòng)防護(hù)用品的研制和應(yīng)用試驗(yàn)中已獲得廣泛的使用,如日本消防研究所研制的模擬人體下肢的裸園柱模型,配合火焰暴露試驗(yàn)用臺(tái)車,可測服裝的阻燃性,多部位傳導(dǎo)的熱量,以及達(dá)到最高熱量所需時(shí)間。國外用下肢假人作抗休克褲、抗荷褲氣密性、壽命及強(qiáng)度試驗(yàn)。用軀干假人作降落傘空投、安全帶強(qiáng)度等試驗(yàn)。用人形假人作防護(hù)服裝吹拂試驗(yàn)、彈射座椅系統(tǒng)彈射性能試驗(yàn)。英國研制的羅伯特人形海上浸水假人(RAMM?),用來作防寒抗浸服在危險(xiǎn)有風(fēng)浪水域進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)。用類似假人作水上救生服裝漂浮試驗(yàn)。美國空軍研制的動(dòng)態(tài)模擬假人(ADAM),包含17個(gè)活動(dòng)節(jié)段,用于全面有效地試驗(yàn)高性能防護(hù)救生裝備。美國北卡羅來納州立大學(xué)紡織學(xué)院的暖體假人評(píng)價(jià)系統(tǒng),帶有保溫出汗板,不僅可測服裝的熱舒適性,還有活動(dòng)關(guān)節(jié),能模擬人跑步的假腿評(píng)價(jià)系統(tǒng),可預(yù)測著裝人體從火場中逃出的燒傷狀況。

　　2.3代射假人模擬試驗(yàn)裝置

　　代謝假人模擬試驗(yàn)裝置,一般分為兩類,一類為化學(xué)反應(yīng)式模擬裝置,可模擬人體代射過程耗氧量、二氧化碳產(chǎn)生量、人體化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)水量和產(chǎn)熱量,按照氧化時(shí)生成的二氧化碳(CO2)與耗氧(O2)的克分子比值,求出一定的呼吸商下的丙酸(C2H5COOH)和乙醇(C2H5OH)5 6 8 10熱水汽47 9供水圖1模擬人殼體及汗腺的剖面示意圖的質(zhì)量百分比,再按熱化學(xué)反應(yīng)計(jì)算出產(chǎn)生的熱量,測試結(jié)果與真人相似。另一類為抽氣補(bǔ)氣式模擬裝置,供試驗(yàn)個(gè)人高空防護(hù)置及生命保障系統(tǒng)。

　　加拿大的假人評(píng)價(jià)系統(tǒng),其假人的人造皮膚下,模擬了血液流動(dòng)狀態(tài),據(jù)稱該系統(tǒng)所測出的熱防護(hù)性能TPP值(Protective PerformanceValue)更加逼真。

　　2.4等效輻射假人模擬試驗(yàn)裝置

　　當(dāng)今世界人們處在天燃和人為的粒子(量子)輻射和電輻射(電子煙霧)包圍之中,天然的有來自太陽產(chǎn)生的電離輻射紫外線,宇宙射線和天然放射性物質(zhì)產(chǎn)生的A、B、C射線。人為的有核武器、核反應(yīng)堆和放射性同位素物質(zhì)以及各種各樣電磁輻射源等等。

　　電磁輻射的電子煙霧主要是微波輻射。微波是介于無線電波與紅外線之間的高頻電磁輻射。電磁波譜包括波長10-12~106cm之間的多種波,沒有一個(gè)單一的輻射源或單一的探測機(jī)構(gòu)可適用于整個(gè)電磁波譜,因而這個(gè)波譜被分成很多個(gè)不太嚴(yán)格確定的波段(或譜區(qū))。這些波段的區(qū)分,一般是根據(jù)產(chǎn)生、分離及探測這些輻射所采用的方法來劃分的。

　　粒子輻射與微波輻射對人體皮膚、器官及內(nèi)臟起到傷害,損害人體健康,甚至造成嚴(yán)重疾病,如皮癌、白內(nèi)障、心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等功能性損害。對于粒子輻射防護(hù)服和微波輻射防護(hù)服,可用相應(yīng)的粒子輻射假人和微波輻射假人進(jìn)行模擬測試評(píng)價(jià)。

　　2.5真人模擬試驗(yàn)

　　例如阻燃服裝研究開發(fā),一般都要經(jīng)過五個(gè)階段,每個(gè)階段都必須進(jìn)行相應(yīng)的檢測,第一階段是選料,著重對服料物理機(jī)械和化學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)。第二階段用人造皮膚假肢、假人進(jìn)行模擬試驗(yàn),包括人造皮膚的發(fā)汗調(diào)溫試驗(yàn),假肢的二度燒傷試驗(yàn),以及暖體假人或發(fā)汗假人的防熱試驗(yàn)。側(cè)重?zé)齻�性能和舒適檢測,為服裝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第三階段是真人著裝在模擬環(huán)境中作模擬活動(dòng),應(yīng)用安全人機(jī)工程學(xué)的原理對整體服裝的性能進(jìn)行試驗(yàn),著重于著裝人體的熱生理檢測,為修正設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第四階段為真人著裝在現(xiàn)場作典型模擬活動(dòng),驗(yàn)證服裝的防護(hù)性能和舒適性能。第五階段為真人著裝進(jìn)行正�；顒�(dòng),經(jīng)相當(dāng)長時(shí)間的試用性考核,檢驗(yàn)其耐久性變化,收集各方面意見,為防護(hù)服定型、制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品投產(chǎn)提供依據(jù)。