特种防护服的功能性与舒适性研究

作者:李雯 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:21 发布时间:2017-04-13
对特种防护服就其功能性和舒适性两方面进行研究,探讨其影响因素,研究内容,评价方法,设计工具盒和测量方法。
特种防护服的功能性与舒适性研究

特种防护服主要用于保护在各种劳动场所作业的人员免受劳动环境中的物理化学和生物等因素的伤害,它在人类的生产工作、挑战生命极限、拓展生存空间、进行宇宙探索、开发新型资源等方面也发挥着重要作用。随着新型服装材料的不断出现,相关领域的新技术发展,特种防护服装的研究越来越炙手可热,越来越趋向高性能化,多功能化,健康舒适化等发展方向。随着科学技术的不断发展人类对于防护服装的重视程度和需求量也在不断提高。据统计分析预测,世界范围内防护服装的总消耗额呈逐年增长的趋势。

近几年来,随着经济的飞速发展,从事高危行业的工作人员对特种防护服的要求越来越高,特种防护服的推广应用引起了全社会的重视,对其功能性以及舒适性的要求也是逐年提高。

 一、特种防护服的分类

特种防护服装主要是在各种特殊环境条件下,在特种工作环境下穿的服装,对人体安全、健康及提高生活质量具有一定的保障作用。可以根据其功能主要划分为以下几类:热防护型、化学防护型、生物防护型、机械防护型、电防护型。

1热防护性型

包括耐高温织物、阻燃织物和保暖防寒织物。所谓耐高温织物是指在200℃以上高温条件下连续使用不分解、主要物理性能不降低的织物。耐高温性与阻燃性具有一定的联系,因此可以用限氧指数LOI来评价耐高温性。以往耐高温织物一般用石棉作为原料,但石棉有损身体健康,因此过去30年来人们研制了许多石棉的替代材料,如芳酰胺类、玻璃纤维、PBI、聚酰亚胺、陶瓷纤维及高强聚四氟乙烯等等。保暖防寒服传统采用羽绒或各种皮毛,新型涤纶Primaloft保暖性能要优于羽绒,它质轻、耐用,即使受潮仍能保持良好的保暖性。

2化学防护型

主要用于防护各种毒性物质对人体的伤害。所用的材料一般有三种渗透性隔离材料、半透性隔离材料和非渗透性隔离材料。渗透性防化织物由尼龙经平组织基布和聚氨醋泡沫材料组成,内衬活性炭,再覆一层外包织物。这种织物能蒸发冷却使热量消散,并具有优异的防御化学剂蒸汽的性能,还具有适当防御液体的功能。半渗透性材料可以通过涂层和覆膜两种方式制造。有无孔、超微孔和微孔三种结构,不同的结构会影响最终的使用性能。非渗透性隔离材料是用橡胶和涂层织物制成,发挥物理性隔离作用,它的防护性最好,但传送湿气性太差,需配备笨重而价格昂贵的“微气候调温控制”系统。

3生物防护型

在正常使用条件和规定期间,能确保血液或其它潜在传染性物质不会通过或到达员工的工作衣、手术衣、内衣、皮肤、眼、口或其他粘膜处。生物防护服要满足抗真菌和细菌等微生物的性能,现今市面上的各种保健功能服装也可归于此类。生物防护性能的获得一般有以下几种方法:利用生物防护性整理剂进行整理,保健功能纤维的选择和利用,薄膜贴合法。

4机械防护型

机械性损伤包括割破、撕裂、穿刺、撞击和磨损。防护机械性损伤的织物可以用高强度纺织纤维单独制成或混用金属纤维制成。所用材料有对位芳族聚酰氨、高密度聚乙烯、尼龙/棉混纺等机织物、针织品以及混有金属丝的特种织物。

5电防护型

电防护型包括两种:静电防护和电磁辐射防护织物。两者的相同之处在于都可以利用导电纤维做防护材料。目前所用的导电纤维一般有三种:金属纤维、金属镀层纤维与金属络合物。其中镀银的金属纤维不仅具有优良的电防护性能,还具有抗菌保健功能。另外,由于亲水性有机物可以吸收空气中的水分子在织物表面形成一层水膜,使静电泄露,因此静电防护织物也可以采用吸湿性树脂整理的方法和在纤维内部混人吸湿性材料或引进亲水性基团的方法达到防静电效果。电磁辐射防护织物也可采用导电材料直接涂层的方法获得,具体的方法有真空喷洒金属、化学法涂层和具内在导电性聚合物涂层。

二、 特种防护服功能性研究

1功能性的研究内容

从环境属性来看,服装具有温度或温度差、相对湿度或空气含湿量、空气运动和太阳辐射或其他热源的热辐射4个要素;从人体属性的角度,服装具有结构和层次要素;因此,服装的功能性可以从以下2个方面进行描述:其一是用途和功能;其二是结构和组成。服装最基本的功能特性是:隔热性能;抗蒸发性能,如用透湿性指数来量化水汽传递阻力;防风性能,与透气性能结合起来评价。

2功能性的评价方法

服装的功能,难以在单纯的物理学研究范畴解决,可从以下几个不同的角度进行研究:其一,考虑各种环境条件下实际着装状态的服装卫生学研究方法。如环境模拟试验,通过规定的环境模拟试验条件,进行使用性能检测,提供尽可能接近实际的试验依据,保证试验的相对可靠性。根据不同的要求模拟不同的环境气候要素,尽可能接近真实条件下服用者的感觉。其二,从人体机能调节出发的生理学研究方法及强调着装感受性的人体心理学研究方法。如假人模拟技术和真人模拟试验。通过暖体假人和出汗假人进行试验,来检测在极端条件下服装的的各种功能特性。真人模拟试验为防护服定型、制定产品标准及产品生产提供依据。第三,着眼于纤维等材料性能的材料学研究方法以及环境工程学的研究方法。如仿生学模拟测试评价方法,使伪装防护服得到广泛的应用。

3功能性的设计标准

美国学者R.F.Goldman在服装设计研制中,强调“4F”原则:Fashion时尚合适;Fit适体舒适;Feel感觉舒适;Function功能舒适。我国航天航空医学工程学者贾司光提出评价人-机-环境系统的实用功能,应该从舒适、工效、安全、耐受限度四种水平来衡量。这些准则,在设计突出功能性的服装方面同样适用,如强调个体保护功能的防护服。

三、特种防护服舒适性研究

服装是人的第二皮肤,服装是否舒适对人的健康有着很大的影响,服装舒适性以人体、服装、环境为系统,以人体为中心,利用物理、生理、和心理的交叉和融合进行研究,追求保证人们身心健康的符合卫生要求的健康服装。

1影响舒适性的因素

舒适性可由几组性能确定:触觉、热生理学性能、运动舒适性、外观舒适性。

触感是指那些服装与皮肤接触有关的性能。通过例如硬挺度试验、悬垂性试验、穿着试验和评价系统的仪器测试方法评价舒适性。

热生理学舒适性是指服装处理由身体产生的热量和湿气的能力,或在极端环境下,提供防热、防寒、防恶劣气候等防护性能。隔热性、透气性、热和湿气散发和汗气散发等测试结果都可用来研究热生理学舒适性。其他热生理学测试包括可控制的主观穿着性能评估和包括测试微气候和生理指标(皮肤温度、新陈代谢试验、体内温度、心率等)穿着性能试验。

运动舒适性是指服装合身性与功能性。

外观舒适性是指人对服装的主观感觉,包括服装样式、色泽等外观因素,也包含价值、流行等因素。服装外观通过人们的视觉反映,使人们产生心理感受。它不但影响人的视觉神经,还进而影响心脏、内分泌机能、中枢神经系统的活动。色彩的心理反映现象,也可以说是色彩的感情效果。它可以使人们产生冷与暖、兴奋与沉静、明快与忧郁、华丽与质朴、轻与重、软与硬、强与弱、活泼与庄重的感觉。

2舒适性的测量方法

仪器试验

确定舒适性时,首先要考虑的是触觉,因为服装直接与皮肤接触,服装的手感很大程度上决定了其舒适性。Kawabata 评估系统( KES) 是一套用于测试与手感有关性能的仪器。KES系统可检测织物5个方面的性能:抗张性能、弯曲性能、剪切性能、外观和压缩性能。

热和湿气调节

热生理舒适性与无感觉出汗和热量的调节有关。在一般穿衣情况下,身体在相当稳定的状态下无感觉出汗。最后,皮肤和服装间热和湿气的产生和消失趋于平衡。然而,当一个人活动量较大时,出汗量和身体发热量明显增加。由于身体激烈运动或气候发生变化,体表会出现一种短暂的周期性脉冲式排汗现象,衣服必须迅速排汗以保持体温。Umback 先生提出如吸湿性、隔热性、挡风性、透湿性等服装性能都可表示织物的热生理学舒适性能。

稳态水汽和热量散发

湿气传导(MV TR) 测量已是一种确定织物是否具有透湿性能的流行和简易的测试方法,主要是测量在标准条件下、24 h 内湿气透过织物的量。

可出汗的人体模型系统

虽然出汗热板在测量保温和湿气渗透方面是有用的,但其仅限于测试织物直接与模拟皮肤接触方面的数值,而不能说明一件衣服是否合身、服装设计是否合理、内衣间相互作用或人体在服装内的运动是否会产生空气流动等情况。人体生理学研究可解释这些因素。人体生理学研究在测量热和湿气传导方面非常有效,但花费很大,测试结果取决于研究采集的人体样本。一种更受重视和低成本的可选择方法是可出汗的热人体模型。

脉冲蒸汽和热量传递

北卡罗莱纳州立大学开发的电动出汗热板可用于测量织物和与脉冲热量、湿气有关的微环境。该试验可模仿与使用情况、受力情况或外界气候条件有关的人体的暂时性条件。

水分的吸收和蒸发

在许多实际情况中,穿着的服装常被汗水浸透,如工厂的工作服、防化服和消防服等。了解这些服装对水分的吸收及水分的蒸发情况是很重要的。过去广泛采用垂直虹吸试验方法来测试织物的吸湿性,至今该方法对了解织物吸湿性还是有用的。然而,更现代的试验方法可提供更多关于织物吸湿和干燥的数据。

重量分析吸湿试验系统( GATS)

GA TS 是一种用于测试织物吸湿性的试验系统。

真人试验

真人试验常用于提供对试验科目主观瞬间反应的感觉。如果可能,参加试验的人员应该是生产商要求的具有代表性的用户群体,他们应该对所需评价的服装性能敏感。

3未来研究方向

  • 国内外对服装舒适性的研究转向以下几方面:
  • 对服装及织物动态热湿传递性能的研究;
  • 某些特殊着装条件以及在这些条件下服装的舒适性与功能研究;
  • 新的实验方法和装置的研究
  • 高新服装材料的舒适性与功能研究。

五、结束语

本文综述了特种防护服的种类,功能性研究方法和舒适性研究方法。对防护产品的开发而言,许多评价方法是很有用的。必须强调防护产品性能在满足实际使用需要的同时,不能忽略防护服的舒适性和美观性。

 

参考文献

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