幾種模擬環(huán)境下防護(hù)服的性能測(cè)試

　　1 環(huán)境模擬試驗(yàn)

　　技術(shù)環(huán)境模擬試驗(yàn)是測(cè)試技術(shù)發(fā)展的重要方面,研究環(huán)境對(duì)技術(shù)產(chǎn)品的影響,是第二次世界大戰(zhàn)后發(fā)展起來(lái)的新學(xué)科,它的興起,對(duì)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(guó)家都極為重視,無(wú)論對(duì)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(guò)規(guī)定的環(huán)境模擬試驗(yàn)條件,進(jìn)行適用性能檢測(cè),為使用者提供盡可能接近實(shí)際的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

　　人類(lèi)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(yáng)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?cè)趧趧?dòng)防護(hù)產(chǎn)品檢驗(yàn)工作中,根據(jù)不同的測(cè)試要求,選擇模擬不同的要素,以保證試驗(yàn)的相對(duì)可靠性。一般情況下,溫度、濕度(恒溫恒濕)是必需的條件,這類(lèi)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(guó)外各行各業(yè)的研究與測(cè)試機(jī)構(gòu),無(wú)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(guó)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(chǎng)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(guó)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(cè)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(wàn)美元)。該公司生產(chǎn)的跟蹤太陽(yáng)氣候日曬機(jī),以高精度的陽(yáng)光反射板及追蹤太陽(yáng)裝置,使太陽(yáng)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(yáng)光照度。

　　我國(guó)在50年代中期,已開(kāi)始重視環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn),近10年來(lái),建立研究環(huán)境技術(shù)的部門(mén)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(mén)的迅速發(fā)展。特別對(duì)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(kāi)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(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)大,會(huì)抑制人體散熱,使人產(chǎn)生煩燥、悶熱感,濕度過(guò)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(duì)/冷耐受0的下限溫度定為11e,相對(duì)濕度30%,/熱耐受0的上限溫度定為32e,相對(duì)濕度80%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,冬天最宜人的溫度18~25e,相對(duì)濕度30%~80%,夏天23 ~28e,相對(duì)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(guó)、法國(guó)、意大利、荷蘭、丹麥、匈牙利等許多國(guó)家都有專門(mén)的熱環(huán)境微氣候試驗(yàn)室。其中美國(guó)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?jī)?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(duì)濕度等對(duì)著裝人的熱生理影響。

　　主要測(cè)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(duì)聲光信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間、震顫程度、觸覺(jué)、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(duì)服裝和熱環(huán)境的主觀感覺(jué)等。現(xiàn)場(chǎng)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(jué)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(guó)家研制了各種各樣的假人模擬測(cè)試系統(tǒng),模擬真人,代替真人用于各種類(lèi)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(lèi)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(guó)在這方面應(yīng)該大力地進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用,縮小與國(guó)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(guó)外已十分普遍,前蘇聯(lián)從1946年就開(kāi)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(kāi)始第二代出汗假人的研究,美國(guó)、日本、丹麥、芬蘭等許多國(guó)家均有出汗暖體假人,我國(guó)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(kāi)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(kāi)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(wàn)美元引進(jìn)了暖體假人,但利用率不高,代價(jià)昂貴。我國(guó)至今尚無(wú)出汗假人,據(jù)悉中國(guó)紡大曾列項(xiàng)研制,但未見(jiàn)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?chē)�環(huán)境,通過(guò)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(guò)選擇合適的服裝系統(tǒng)減少熱壓應(yīng)力,通過(guò)對(duì)試驗(yàn)人的生理學(xué)測(cè)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(cè)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(kāi)發(fā)出的第一個(gè)出汗熱模擬人,通過(guò)用此假人能夠同時(shí)測(cè)量服裝或衣服系統(tǒng)的熱和水汽透過(guò)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(duì)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(duì)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(cè)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(jiǎn)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(guò)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(lái)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(lái)測(cè)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(lái)開(kāi)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(guò)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(cè)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(lèi)假人種類(lèi)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(chē),可測(cè)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(guó)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(guó)研制的羅伯特人形海上浸水假人(RAMM?),用來(lái)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(lèi)似假人作水上救生服裝漂浮試驗(yàn)。美國(guó)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(guó)北卡羅來(lái)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(cè)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(cè)著裝人體從火場(chǎng)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(lèi),一類(lèi)為化學(xué)反應(yīng)式模擬裝置,可模擬人體代射過(guò)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(cè)試結(jié)果與真人相似。另一類(lèi)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(cè)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(lái)自太陽(yáng)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(wú)線電波與紅外線之間的高頻電磁輻射。電磁波譜包括波長(zhǎng)10-12~106cm之間的多種波,沒(méi)有一個(gè)單一的輻射源或單一的探測(cè)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(cè)這些輻射所采用的方法來(lái)劃分的。

　　粒子輻射與微波輻射對(duì)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(duì)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(cè)試評(píng)價(jià)。

　　2.5真人模擬試驗(yàn)

　　例如阻燃服裝研究開(kāi)發(fā),一般都要經(jīng)過(guò)五個(gè)階段,每個(gè)階段都必須進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè),第一階段是選料,著重對(duì)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(cè),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(duì)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(cè),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(chǎng)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)行正常活動(dòng),經(jīng)相當(dāng)長(zhǎng)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(jiàn),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)。