一种防护服装热防护水平的评价方法与流程

本申请是申请日为2015年09月16日，申请号为201510589602.x，名称为《一种防护织物和防护服装热防护水平的评价方法》的分案申请

本发明涉及一种防护服装热防护水平的评价方法，属于热防护安全技术领域。

背景技术：

iso17492规定了热防护织物热防护性能的测试法，这种方法通过运用织物层下热流计模拟皮肤达到二级烧伤所需要的时间来衡量织物的热防护性能。除小规模的织物层面评价方法外，iso13506规定了用于评价防护服装整体热防护性能的燃烧假人系统测试法，该方法利用服装层下的传感器模拟出皮肤可能受到的二度和三度烧伤部位，并计算烧伤面积百分比。织物层面的评价方法操作简单、成本较低；燃烧假人系统测试则较为复杂，且成本较高，但是却能够更全面地评价服装整体的热防护性能，可定量分析服装的材料构成、加工工艺、结构设计与尺寸大小以及服装配套等因素对热防护性能的影响。

虽然上述两种方法在热防护评价上均具有重要地位，但两种方法均有一定的局限性。首先当热暴露时间设置为固定值时，tpp测试可能不能有效区分织物的热防护性能。但在实际使用中，服装的热暴露时间是可变的，且燃烧假人测试系统的热暴露时间也可以进行设定，但在tpp测试中织物需持续暴露于模拟热源(84kw/m²)直至织物层下的热流计模拟出皮肤达到二级烧伤为止，该方法的评价指标为皮肤达到二级烧伤的时间(s)。研究学者发现若将tpp测试中的热暴露时间设为某一固定值(与燃烧假人测试相同)，最终只能判定皮肤是否达到二级烧伤，若所有织物层下的皮肤均达到/未达到二级烧伤，则很难判别它们的热防护性能高低。其次，燃烧假人系统测试的结果较难有效的地区分服装局部的热防护水平高低。燃烧假人系统测试将着装后的假人暴露于热通量为84kw/m²的模拟热源中，但最终的测试结果为皮肤达到烧伤的部位及皮肤烧伤面积百分比。燃烧假人本体上通常分布有上百个传感器，仅用无烧伤、一级烧伤、二级烧伤和三级烧伤这几种离散的等级指标较难有效区分服装的局部热防护水平。此外，tpp测试和燃烧假人测试所使用的烧伤评价方法不同，这对两者间的结果比较造成了一定困难。tpp测试采用stoll二级烧伤准则来评价烧伤，而燃烧假人测试系统则使用henriques皮肤烧伤积分模型，两种不同的烧伤评价方法可能会对测试结果造成差异。综上所述，tpp测试和燃烧假人测试由于采用的测试过程、评价指标和烧伤评价方法不同，因此织物层面的测试结果通常不能直接和服装层面的测试结果进行比较。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种防护织物和防护服装热防护水平的评价方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种防护织物热防护水平的评价方法，采用织物热防护性能(tpp)测试仪，该测试仪符合iso17492，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：实验开始前，根据测试标准iso17492，将热防护织物置于织物热防护性能测试仪上，织物的正面朝向模拟热源，织物的背面设有铜片热流计用于记录织物背面的温度；

第二步：实验开始时，将热防护织物暴露于模拟热源下，织物的热暴露时间设为固定值t10，单位为s，织物背面的铜片热流计对热暴露阶段的数据进行采集；

第三步：织物热暴露结束后的冷却阶段，织物背面的铜片热流计仍需继续对数据进行采集，使得织物中的热蓄积释放至铜片热流计，冷却阶段的数据采集时间设为t20，单位为s；

第四步：计算整个数据采集时间段t10+t20内，铜片热流计所吸收的热量：

其中，q(t)为t时刻铜片热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；m为铜片热流计的质量，单位为g；c为铜片热流计的热容，单位为kj/g℃；a为铜片热流计的表面积，单位为m²；ti为铜片热流计的初始温度，单位为℃；tf为t时刻铜片热流计的温度，单位为℃；(上述公式忽略了铜片热流计上的辐射和对流散热)

第五步：根据stoll烧伤准则，预测皮肤达到二级烧伤时所需的热量：

s(t)＝50.204×t^0.2901

其中，s(t)为根据stoll烧伤准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；t为热暴露开始后所经历的时间，单位为s；

第六步：将所述第四步中铜片热流计所吸收的热量q(t)与所述第五步中根据stoll烧伤准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量s(t)进行比较，计算q(t)与s(t)比值的最大值，这个最大值命名为二级烧伤最大衰减因子(maximumattenuationfactor(maf)tosecond-degreeburninjury)：

其中，maf为二级烧伤最大衰减因子，为无量纲量；q(t)为所述第四步中计算的t时刻铜片热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；s(t)为所述第五步中根据stoll烧伤准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；

第七步：按照第一步到第六步对待测织物的maf值重复进行2次测量，取三次测试的maf的平均值

第八步：根据的大小，判断热防护织物的热防护水平，织物的越大，织物的热防护水平越差。

优选地，所述第二步中的模拟热源的热通量为84kw/m²。

优选地，所述的第八步还包括：将热防护水平的等级分为1级、2级和3级：

当时，预测在整个实验过程中被织物所覆盖的皮肤不会达到二级烧伤，织物的热防护水平较好，为1级热防护水平；

当时，预测被织物所覆盖的皮肤能恰好达到二级烧伤，织物的热防护水平一般，为2级热防护水平；

当时，预测被织物所覆盖的皮肤会达到二级烧伤，织物的热防护水平较差，为3级热防护水平；

同一级别的热防护水平中，越大，织物的热防护水平越好。

本发明还提供了一种防护服装热防护水平的评价方法，采用测试服装整体热防护性能的燃烧假人测试系统，该系统符合iso13506，其特征在于，包括：

第一步：实验开始前，根据测试标准iso13506，将热防护服装穿着在假人模型上，假人表面附有n个热流计，用于采集服装背面的假人体表所吸收的热流密度，其中，n为假人体表热流计的数量，n为整数，n≥100；

第二步：实验开始时，将热防护服装暴露于模拟热源下，服装的热暴露时间设定为t1，单位为s，假人表面的热流计对热暴露阶段的数据进行采集；

第三步：服装热暴露结束后的冷却阶段，假人表面的热流计仍需继续对数据进行采集，使得服装中的热蓄积释放至热流计，服装冷却阶段的数据采集时间设定为t2，单位为s；

第四步：计算整个数据采集时间段t1+t2内，假人表面每个传感器所吸收的热量：

其中，qi(t)为t时刻假人表面的第i个热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；qi(t)为假人表面第i个热流计所吸收的热流密度，单位为kw/m²；δt为数据采集时间步长，单位为s，i为整数，n≥i≥1；

第五步：根据stoll烧伤准则，预测皮肤达到二级烧伤时所需的热量：

s(t)＝50.204×t^0.2901

其中，s(t)为根据stoll准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；t为热暴露开始后所经历的时间，单位为s；

第六步：将所述第四步中假人表面第i个热流计所吸收的热量qi(t)与所述第五步中根据stoll准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量s(t)进行比较，计算qi(t)与s(t)比值的最大值，这个最大值为服装局部的二级烧伤最大衰减因子(maximumattenuationfactor(maf)tosecond-degreeburninjury)：

其中，mafi为假人表面第i个热流计所对应部位的服装局部二级烧伤最大衰减因子，为无量纲量；qi(t)为所述第四步中假人表面第i个热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；s(t)为所述第五步中根据stoll准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；

第七步：计算服装整体的二级烧伤最大衰减因子omaf：

其中，mafi为服装的局部二级烧伤最大衰减因子，为无量纲量；ai为第i个热流计所代表的假人体表面积，单位为m²；a为假人体表总面积，单位为m²；n为假人体表热流计的数量；

第八步：按照第一步到第七步对每种服装的omaf值重复进行2次测量，取三次测试的omaf的平均值

第九步：根据mafi值的大小，判断热流计所对应部位的服装局部热防护水平，mafi值越大，服装局部热防护水平越差；根据的大小判断服装整体的热防护水平，越大，服装整体的热防护水平越差。

优选地，所述第二步中的模拟热源的热通量为84kw/m²。

优选地，所述的第九步还包括：将热防护水平的等级分为1级、2级和3级：

当时，整体而言，预测在整个实验过程中被服装所覆盖的皮肤整体上不会达到二级烧伤，服装的热防护水平较好，为1级热防护水平；

当时，整体而言，预测被服装所覆盖的皮肤能恰好达到二级烧伤，服装的热防护水平一般，为2级热防护水平；

当时，整体而言，预测被服装所覆盖的皮肤会达到二级烧伤，服装的热防护水平较差，为3级热防护水平；

同一级别的热防护水平中，越大，服装的热防护水平越好。

本发明还提供了一种防护织物和防护服装热防护水平的综合评价方法，其特征在于，包括：

第一步：采用上述的防护织物热防护水平的评价方法对防护织物的热防护水平进行评价；

第二步：采用上述的防护服装热防护水平的评价方法对防护服装的热防护水平进行评价。

优选地，所述的第二步中服装的热暴露时间t1与织物的热暴露时间t10相同，服装冷却阶段的数据采集时间t2与织物冷却阶段的数据采集时间t20相同。

本发明提供了一种评价热防护水平的方法，该方法既适用于热防护织物，同样也适用于热防护服装，由于采用了统一的指标，织物层面和服装层面的测试结果可以直接进行比较。此外，该方法也克服了标准测试中的一些缺陷，不仅可用于评价热暴露时间为固定值时织物的热防护水平，而且也可有效区分服装局部的热防护水平。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本发明可用于评价织物的热暴露时间为设定值时织物的热防护水平，该热暴露时间可以根据需要进行设定。

2)织物和服装层面的评价中，不仅需对织物/服装热暴露阶段的数据进行采集，而且还需对织物/服装热暴露结束后冷却阶段的数据进行采集，因此该方法考虑了织物/服装的热蓄积对热防护性能评价的影响。

3)可用于评价服装整体的热防护水平，可有效区分服装局部的热防护水平。可设定织物和服装具有相同的热暴露时间和冷却时间，统一了织物和服装的测试程序；并且采用统一的指标对织物和服装整体的热防护水平进行评价，因此织物层面和服装层面的测试结果可以直接进行比较。

附图说明

图1maf指标的计算方法示意图。曲线1为q(t)计算结果，曲线2为s(t)计算结果。

图2iso标准测试结果与服装局部maf分布图的对比。

图3织物和服装热防护水平测试结果的关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

利用本发明对表1中所示织物的热防护水平进行评价。织物的热暴露时间设定为4s，热暴露结束后的冷却阶段数据采集时间设定为60s。织物的热防护水平测试采用通用的织物热防护性能测试仪，该系统符合iso17492，利用铜片热流计对织物背面的温度进行数据采集。

表1.测试面料的基本性能

cf为导电纤维；psa为聚磺酰胺纤维；fr为阻燃。

所述的防护织物热防护水平的评价方法为：

第一步：实验开始前，根据测试标准iso17492，将热防护织物置于织物热防护性能测试仪上，织物的正面朝向模拟热源，织物的背面设有铜片热流计用于记录织物背面的温度；

第二步：实验开始时，将热防护织物暴露于模拟热源(热通量为84kw/m²)下，织物的热暴露时间设为固定值t10＝4s，织物背面的铜片热流计对热暴露阶段的数据进行采集；

第三步：织物热暴露结束后的冷却阶段，织物背面的铜片热流计仍需继续对数据进行采集，使得织物中的热蓄积释放至铜片热流计，冷却阶段的数据采集时间设为t20＝60s；

第四步：计算整个数据采集时间段t10+t20＝64s内，铜片热流计所吸收的热量：

其中，q(t)为t时刻铜片热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；m为铜片热流计的质量，单位为g；c为铜片热流计的热容，单位为kj/g℃；a为铜片热流计的表面积，单位为m²；ti为铜片热流计的初始温度，单位为℃；tf为t时刻铜片热流计的温度，单位为℃；(上述公式忽略了铜片热流计上的辐射和对流散热)；

第五步：根据stoll烧伤准则，预测皮肤达到二级烧伤时所需的热量：

s(t)＝50.204×t^0.2901

其中，s(t)为根据stoll烧伤准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；t为热暴露开始后所经历的时间，单位为s；

第六步：将所述第四步中铜片热流计所吸收的热量q(t)与所述第五步中根据stoll烧伤准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量s(t)进行比较，计算q(t)与s(t)比值的最大值，这个最大值命名为二级烧伤最大衰减因子(maximumattenuationfactor(maf)tosecond-degreeburninjury)：

其中，maf为二级烧伤最大衰减因子，为无量纲量；q(t)为所述第四步中计算的t时刻铜片热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；s(t)为所述第五步中根据stoll烧伤准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；

第七步：按照第一步到第六步对待测织物的maf值重复进行2次测量，取三次测试的maf的平均值

第八步：根据的大小，判断热防护织物的热防护水平，织物的越大，织物的热防护水平越差。将热防护水平的等级分为1级、2级和3级：

当时，预测在整个实验过程中被织物所覆盖的皮肤不会达到二级烧伤，织物的热防护水平较好，为1级热防护水平；

当时，预测被织物所覆盖的皮肤能恰好达到二级烧伤，织物的热防护水平一般，为2级热防护水平；

当时，预测被织物所覆盖的皮肤会达到二级烧伤，织物的热防护水平较差，为3级热防护水平；

同一级别的热防护水平中，越大，织物的热防护水平越好。

s(t)和q(t)的计算结果示例如图1所示，每种织物三次测试的maf的平均值标准差和变异系数如表2所示。

表2各织物maf的平均值标准差和变异系数

从表2可以看出织物maf的变异系数小于4％，说明本发明在织物层面的测试结果可重复性较好；7种织物的均大于1.0，说明所测试的7种织物在热暴露时间为4s，冷却时间为60s的情况下，织物背面的皮肤均会达到二级烧伤，这些织物所能提供的热防护水平为3级。从的具体数值可以看出，织物g7的值最小，说明该种织物的热防护水平最好；而织物g5的值最大，所以它的热防护水平最差。

实施例2

利用表1中的面料制成服装，所有服装的款式和尺寸均相同，根据本发明对服装的热防护水平进行评价。与织物层面的测试程序相同，服装的热暴露时间设定为4s，热暴露结束后的冷却时间设定为60s。服装整体的测试采用燃烧假人测试系统，该系统符合iso13506，利用假人体表的118个传感器(由于假人头部、手和脚未被服装覆盖，因此需除去这几个部位)对假人体表的热流密度进行采集。

防护服装热防护水平的评价方法，采用测试服装整体热防护性能的燃烧假人测试系统，该系统符合iso13506，其特征在于，包括：

第一步：实验开始前，根据测试标准iso13506，将热防护服装穿着在假人模型上，假人表面附有n＝118个热流计，用于采集服装背面的假人体表所吸收的热流密度；

第二步：实验开始时，将热防护服装暴露于模拟热源(热通量为84kw/m²)下，服装的热暴露时间设定为t1为4s，假人表面的热流计对热暴露阶段的数据进行采集；

第三步：服装热暴露结束后的冷却阶段，假人表面的热流计仍需继续对数据进行采集，使得服装中的热蓄积释放至热流计，服装冷却阶段的数据采集时间设定为t2为60s；

第四步：计算整个数据采集时间段t1+t2＝64s内，假人表面每个传感器所吸收的热量：

其中，qi(t)为t时刻假人表面的第i个热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；qi(t)为假人表面第i个热流计所吸收的热流密度，单位为kw/m²；δt为数据采集时间步长，为0.25s，i为整数，n≥i≥1；

第五步：根据stoll烧伤准则，预测皮肤达到二级烧伤时所需的热量：

s(t)＝50.204×t^0.2901

其中，s(t)为根据stoll准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；t为热暴露开始后所经历的时间，单位为s；

第六步：将所述第四步中假人表面第i个热流计所吸收的热量qi(t)与所述第五步中根据stoll准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量s(t)进行比较，计算qi(t)与s(t)比值的最大值，这个最大值为服装局部的二级烧伤最大衰减因子(maximumattenuationfactor(maf)tosecond-degreeburninjury)：

其中，mafi为假人表面第i个热流计所对应部位的服装局部二级烧伤最大衰减因子，为无量纲量；qi(t)为所述第四步中假人表面第i个热流计所吸收的热量，单位为kj/m²；s(t)为所述第五步中根据stoll准则预测的皮肤达到二级烧伤所需热量，单位为kj/m²；

第七步：计算服装整体的二级烧伤最大衰减因子omaf：

其中，mafi为服装局部的二级烧伤最大衰减因子，为无量纲量；ai为第i个热流计所代表的假人体表面积，单位为m²；a为假人体表总面积，单位为m²，118为假人体表热流计的数量；

第八步：按照第一步到第七步对待测服装的omaf值重复进行2次测量，取三次测试的omaf的平均值

第九步：根据mafi值的大小，判断热流计所对应部位的服装局部热防护水平，mafi值越大，服装局部热防护水平越差；根据的大小判断服装整体的热防护水平，越大，服装整体的热防护水平越差。

将热防护水平的等级分为1级、2级和3级：

当时，整体而言，预测在整个实验过程中被服装所覆盖的皮肤不会达到二级烧伤，服装的热防护水平较好，为1级热防护水平；

当时，整体而言，预测被服装所覆盖的皮肤能恰好达到二级烧伤，服装的热防护水平一般，为2级热防护水平；

当时，整体而言，预测被服装所覆盖的皮肤会达到二级烧伤，服装的热防护水平较差，为3级热防护水平；

同一级别的热防护水平中，越大，热防护水平越好。

每种服装三次测试的omaf的平均值标准差和变异系数如表3所示。

表3各服装omaf的平均值标准差和变异系数

从表3可以看出服装omaf的变异系数不大于4％，说明本发明在服装层面的测试结果可重复性较好；7种服装中，g2、g6和g7的均小于1.0，说明这三种服装在热暴露时间为4s，冷却时间为60s的情况下，整体而言，服装背面的皮肤不会达到二级烧伤，这些服装所能提供的热防护水平为1级；而其它服装的均大于1.0，所能提供的热防护水平为3级。对比热防护水平为1级的三种服装的可以看出，g7的最小，说明该种服装的热防护水平最好，相比之下，g6的热防护水平略差。

此外，通过计算服装局部的maf值，可以判断服装局部的热防护性能高低，如图2所示。图2左侧为标准iso13506的测试结果，右侧为本发明所提供的方法。从图2可以看出，标准iso13506只提供了无烧伤、一级、二级和三级烧伤这几个离散的等级来区分服装局部的热防护水平。例如假人的右腿正面，几乎所有的部位均达到了二级皮肤烧伤，根据iso的标准，很难进一步区分这些部位服装的局部热防护水平。但本发明所提供的方法中maf值可连续变化，烧伤等级相同的部位服装的局部maf评级也会有所区别，例如本例中很容易发现大腿根部和膝盖处的maf值较大，因此这些部位服装的热防护水平相对较差。

实施例3

从实施例1和实施例2中可以看出，织物和服装的热暴露时间、冷却时间均相同，并且织物和服装热防护水平的评价指标也一致，因此可以对织物层面和服装层面的测试结果直接进行比较，比较结果如图3所示。从图3中可以看出，织物的值和服装的值的相关系数为0.85，证明两者间具有较强的相关性，一般来说织物的热防护水平越好，相应的服装的热防护水平也越好。