CN103399033A

CN103399033A - 一种织物系统热防护性测试仪

Info

Publication number: CN103399033A
Application number: CN2013103074290A
Authority: CN
Inventors: 辛丽莎; 李俊; 李学东
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明涉及一种织物系统热防护性测试仪，包括热暴露模拟箱，热暴露模拟箱内偏下位置设有恒温预热板；恒温预热板上方设置有织物夹持装置，织物夹持装置由上而下依次夹持有隔热层附舒适层、防水透气层和外层；织物夹持装置上方设有往复升降模拟皮肤系统，往复升降模拟皮肤系统通过调速发动机实现上下往复升降；模拟皮肤传感器通过模拟皮肤温度数据采集系统与计算机相连，隔热层附舒适层和防水透气层之间、防水透气层和外层之间、隔热层附舒适层上方衣下空气层内、外层外部静止空气层内各设有一个温湿度传感器；温湿度传感器通过温度湿度数据采集系统与计算机相连。本发明可以更真实的模拟热防护服装及装备在救援火场中的真实使用情况。

Description

一种织物系统热防护性测试仪

技术领域

本发明涉及热防护安全技术领域，特别是涉及一种织物系统热防护性测试仪。

背景技术

热防护服用织物系统包括外层、防水透气层、隔热层和舒适层，其热防护性测试为了客观定量测评和研究热防护服用织物系统的热防护性能。目前采用的热防护性测试仪主要有ASTMD4108明火法织物热防护性测试、NFPA1977织物热辐射防护性测试、NFPA1971热辐射和热对流混合作用防护性能测试等。热防护性测试仪一般由热源装置、热源预热屏蔽装置、试样夹持装置、热流计和绘图记录仪等组成，不同的测试仪采用的热源种类及比例、热流计种类、搭建构造等有所不同。测试时，将测试织物系统置于热暴露与模拟皮肤之间，通过测试在一定强热暴露下皮肤达到二级烧伤的时间对其热防护性能进行评估。

在热防护服装及装备实际使用中，作业人员在不同强度作业活动中，服装与人体因作业动作产生相对位移，衣下空间空气层厚度随之发生变化。整个热暴露过程，空气层厚度固定且在一定范围内，使空气处于相对静止状态不产生对流的情况下，随静止空气层厚度的增加而带来的隔热值增大会使局部热防护性提高，反之热防护性降低。然而在热暴露中，当空气层厚度发生变化时，空气层厚度增大的同时衣下空间内会因服装与人体的相对运动而产生对流效应，并且空气层内蓄积的热储能会在空气层厚度减小时极具的堆积到皮肤表面导致温度的升高，这些空气层厚度变化过程中所产生的多种不定变化因素，都会交互影响热防护性的变化趋势，因此难以通过静止空气层厚度条件下的热防护性等理论较准确预测变化空气层厚度下的热防护性的复杂变化。这就需要通过实验方式来实际模拟测试实际穿着环境中发生服装与人体相对运动条件下的面料热防护性能变化情况。但目前的热防护性测试仪无法在测试的同时完成空气层厚度的动态变化，因此，为了更真实的反映热防护服装在真实环境中使用时的织物系统热防护性能，需要建立新型的热防护性测试仪来合理模拟空气层厚度动态变化情况下的热防护性能评估。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种织物系统热防护性测试仪，以实现在衣下空气层动态变化的情况下测试热防护服用织物系统的热防护性，以弥补现有技术的不足或缺陷，满足热防护服装生产和改进的需要。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种织物系统热防护性测试仪，包括热暴露模拟箱，所述热暴露模拟箱由内部设有石英管的基底箱和支撑框架组成，所述热暴露模拟箱内偏下位置设有由卷绕电动机带动的恒温预热板；所述恒温预热板上方设置有织物夹持装置，所述织物夹持装置由上而下依次夹持有隔热层附舒适层、防水透气层和外层；所述织物夹持装置上方设有往复升降模拟皮肤系统，所述往复升降模拟皮肤系统包括传感器基座，所述传感器基座内嵌有模拟皮肤传感器；所述传感器基座通过连杆与转动曲轴相连，所述转动曲轴位于所述热暴露模拟箱顶部，所述转动曲轴通过飞轮与调速发动机相连，通过调速发动机实现调节传感器基座与织物夹持装置之间的距离；所述模拟皮肤传感器通过模拟皮肤温度数据采集系统与计算机相连，所述隔热层附舒适层和防水透气层之间、防水透气层和外层之间、隔热层附舒适层上方衣下空气层内、外层外部静止空气层内各设有一个温湿度传感器；所述温湿度传感器通过温度湿度数据采集系统与计算机相连。

所述往复升降模拟皮肤基座通过空气层厚度固定卡孔及空气层厚度固定螺栓固定。

所述热暴露模拟箱的横截面为正方形。

热暴露环境选择为低热通量条件，采用所述石英管为辐射热源，产生热通量在6kW/m²-21kW/m²之间，通过控制石英管开启数量调节热通量大小。

所述织物夹持装置外横截面积为：150×150mm，其中内开口面积为：100mm×100mm。

所述恒温预热板由铜板、散热水管和玻璃纤维层合板三层组成，所述散热管道中通有循环冷却水。

所述空气层厚度固定卡孔共设有五级卡孔，各级卡孔所固定空气层厚度分别为空气层厚度最高值的0倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍和1倍。

所述调速发动机设有三级转速，分别为15r/min、30r/min和60r/min。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明可以更真实的模拟热防护服装及装备在救援火场中的真实使用情况，更有效的模拟在作业人员在作业活动中，因作业动作产生的服装与人体的相对位移而导致的衣下空气层厚度动态变化对织物系统热防护性能的影响，以及衣下空气层动态变化情况下热暴露环境中织物系统内部及周边的实时温度变化；更好的完善了热防护服装及装备的热防护性测试和评估，对于研发热防护新型材料、科学设计、合理选配热防护服用织物系统，有效减少热暴露对人体造成的热伤害都具有非常重要的意义；另外，本发明的模拟装置空间体积小，热源能量、衣下空气层厚度变化速率及大小可控性强，皮肤及环境温度能够实现实时精确数据采集。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的侧视图。

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。

本发明的实施方式涉及一种织物系统热防护性测试仪，如图1和图2所示，包括热暴露模拟箱21、可调速发动机25连接可往复升降皮肤模拟系统、模拟皮肤温度数据采集系统22及温度湿度数据采集系统23，所述的热暴露模拟箱21包括基底箱1内置石英管2设定辐射热通量为6kW/m²，位于热暴露模拟箱21底部；支撑框架3；恒温预热板4由卷绕电动机5带动固定与壳体右侧；可往复升降模拟皮肤系统包括可往复升降模拟皮肤传感器基座7内嵌模拟皮肤传感器8位于织物夹持装置6上方；可调速发动机25设定转速30r/min，带动转动飞轮9连接转动曲轴10置于热暴露模拟箱21顶部；连杆12套于转动曲轴10的曲轴轴承11上并通过连动杆与基座固定轴13带动基座7做上下往复运动；可往复升降皮肤模拟基座可通过空气层厚度固定卡孔14及空气层厚度固定螺栓15固定；温度传感器17四枚，其中两枚分别置于织物系统隔热层附舒适层20、防水透气层19、外层18三层之间，此外一枚置于隔热层附舒适层附舒适层20上方衣下空气层内，另一枚置于外层18外部静止空气层中。该套设备可模拟低辐射热暴露环境，热通量为6kW/m²时，模拟作业活动频率为2秒/次时，服装与人体产生相对运动导致的衣下空气层厚度变化从0mm到28mm再到0mm的循环速度为2秒/转时，测试衣下空气层动态变化情况下热防护织物系统热防护性能。或者，将空气层厚度固定螺栓15插入空气层厚度固定卡孔14中2级卡孔时，将可往复升降模拟皮肤传感器基座7与测试试样间的空气层厚度为固定为7mm，测试衣下空气层厚度为7mm时织物的热防护性能。

热暴露模拟箱21横截面为正方形；热暴露环境选择为低热通量条件时，采用石英管2为辐射热源，产生热通量在6kW/m²-21kW/m²之间，通过控制石英管2开启数量可调节热通量大小；织物夹持装置7外横截面积为：150×150mm，其中内开口面积为：100mm×100mm；隔热板4由铜板、散热水管和玻璃纤维层合板三层组成，散热管道中通有循环冷却水，可将预热阶段热源能量有效隔断；其由卷绕电动机5带动开启或关闭；可往复升降模拟皮肤传感器基座7做往复运动所构造的变化厚度空气层可模拟作业者活动状态下，服装与人体发生相对运动时变化的衣下空气层厚度，可变化空气层厚度范围为0mm-28mm，厚度变化曲线近似于余弦曲线；可调速发动机25带动飞轮9做匀速圆周运动带动转动曲轴10，曲轴轴承11与曲轴中心线之间的偏心距的2倍即为空气层厚度变化最大值；空气层厚度固定卡孔14及空气层厚度固定螺栓15固定的空气层厚度设定为五级卡孔，各级卡孔所固定空气层厚度分别为空气层厚度最高值的0倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍和1倍，即0mm、7mm、14mm、21mm和28mm；温度传感器17采集外层18外静止空气层、防水透气层19下表面、隔热层附舒适层20下表面、衣下空气层内实时温度；模拟皮肤传感器18采集模拟皮肤实时变化温度；可调速发动机25可设定三级转速分别为15r/min、30r/min和60r/min，分别模拟作业活动频率不同时，服装与人体产生相对运动导致的衣下空气层厚度变化速度。

不难发现，本发明可以更真实的模拟热防护服装及装备在救援火场中的真实使用情况，更有效的模拟不同热辐射暴露条件下，在作业人员不同作业活动频率水平情况下，衣下空气层厚度动态变化对织物系统热防护性能的影响，以及衣下空气层厚度动态变化情况下热暴露环境中织物系统内部及周边的实时温度变化；更好的完善了热防护服装及装备的热防护性测试和评估，对于研发热防护新型材料、科学设计、合理选配热防护服用织物系统，有效减少热暴露对人体造成的热伤害都具有非常重要的意义。

Claims

1.一种织物系统热防护性测试仪，包括热暴露模拟箱（21），其特征在于，所述热暴露模拟箱（21）由内部设有石英管（2）的基底箱（1）和支撑框架（3）组成，所述热暴露模拟箱（21）内偏下位置设有由卷绕电动机（5）带动的恒温预热板（4）；所述恒温预热板（4）上方设置有织物夹持装置（6），所述织物夹持装置（6）由上而下依次夹持有隔热层附舒适层（20）、防水透气层（19）和外层（18）；所述织物夹持装置（6）上方设有往复升降模拟皮肤系统，所述往复升降模拟皮肤系统包括传感器基座（7），所述传感器基座（7）内嵌有模拟皮肤传感器（8）；所述传感器基座（7）通过连杆（12）与转动曲轴（10）相连，所述转动曲轴（10）位于所述热暴露模拟箱（21）顶部，所述转动曲轴（10）通过飞轮（9）与调速发动机（25）相连，通过调速发动机（25）实现调节传感器基座（7）与织物夹持装置（6）之间的距离；所述模拟皮肤传感器（8）通过模拟皮肤温度数据采集系统（22）与计算机（24）相连，所述隔热层附舒适层（20）和防水透气层（19）之间、防水透气层（19）和外层（18）之间、隔热层附舒适层（20）上方衣下空气层内、外层（18）外部静止空气层内各设有一个温湿度传感器（17）；所述温湿度传感器（17）通过温度湿度数据采集系统（23）与计算机（24）相连。

2.根据权利要求1所述的织物系统热防护性测试仪，其特征在于，所述往复升降模拟皮肤基座（7）通过空气层厚度固定卡孔（14）及空气层厚度固定螺栓（15）固定。

3.根据权利要求1所述的织物系统热防护性测试仪，其特征在于，所述热暴露模拟箱（21）的横截面为正方形。

4.根据权利要求1所述的织物系统热防护性测试仪，其特征在于，热暴露环境选择为低热通量条件，采用所述石英管（2）为辐射热源，产生热通量在6kW/m²-21kW/m²之间，通过控制石英管（2）开启数量调节热通量大小。

5.根据权利要求1所述的织物系统热防护性测试仪，其特征在于，所述织物夹持装置（6）外横截面积为：150×150mm，其中内开口面积为：100mm×100mm。

6.根据权利要求1所述的织物系统热防护性测试仪，其特征在于，所述恒温预热板（4）由铜板、散热水管和玻璃纤维层合板三层组成，所述散热管道中通有循环冷却水。

7.根据权利要求2所述的织物系统热防护性测试仪，其特征在于，所述衣下空气层厚度固定卡孔（14）共设有五级卡孔，各级卡孔所固定空气层厚度分别为空气层厚度最高值的0倍、0.25倍、0.5倍、0.75倍和1倍。

8.根据权利要求1所述的织物系统热防护性测试仪，其特征在于，所述调速发动机（25）设有三级转速，分别为15r/min、30r/min和60r/min。