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Ann.Occup.Hyg，第57卷，第6期，第793-804页，2013年

copy;作者2013。由牛津大学出版社代表英国职业卫生学会出版

doi: 10.1093 / annhyg / mes109

用仪器喷雾法分析热液暴露时防护服的性能人体模特

陆业虎1,2，宋国文2*，李军1,3

1，东华大学防护服研究中心，上海;2，部加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学人类生态学;3教育部服装设计与技术重点实验室，上海，中国

2012年9月16日于2012年12月4日完成;2013年1月16日

工作环境中存在的热液危害是众多行业工作场所安全的共同风险。在本研究中，我们使用一个新开发的仪器人体模型系统来评估防护服对热液体溅溅的防护性能。预测了所选服装体系的皮肤烧伤及其分布，研究了服装设计特征(织物性能和服装尺寸)对防护性能的影响。采用三维人体扫描技术对防护服与人体皮肤之间存在的气隙大小及分布进行了表征，并确定了其与皮肤烧伤的关系。讨论了热液飞溅下的传热传质机理。研究结果为提高防护服的性能提供了技术依据。在防护服装设计中，通过服装系统最大限度地减少传质对提供高性能是非常重要的。保持服装与人体之间的气隙是提高热工性能的重要途径。这可以通过适当的尺寸和合适的设计，或应用功能性纺织材料来实现。

关键词:空气层;热的液体飞溅;检测人体模特;皮肤烧伤;热防护服

介绍

工人在工作过程中可能会接触到不同种类的危险，如化学物质、热与火焰、蒸汽、热液体或熔融金属烫伤烧伤(Norman etal .1985;Makinen et al,2008;殉死等,2008;Ceballos et al,2011)。各种功能性纺织材料用于防止工作环境(危害)向人体传递过多的热量和质量。然而，工人所穿的传统防护服并不能提供足够的防护来抵御所有的危险。据报道，烧伤比例最高的原因是接触和烫伤(泰勒等)。2002)。基于

对收集到的烧伤伤害数据进行分析后发现，热液危害对许多行业的工作场所安全都是一个相当大的风险。

Rossi et al.(2004)通过分析不同纺织层间的蒸汽传递，发现传热依赖于试样的水蒸气渗透性、厚度和隔热性能。结果表明，不透水材料比半透水材料具有更好的热蒸汽防护性能。在不透水织物后添加间隔物比半透水织物具有更高的防护效果。喷淋预湿织物表面降低了对蒸汽的保护作用;然而，汗液缸产生的水分显示出连续流汗的积极作用(罗西等人)。2004)。近年来，一种测量织物传热的测试装置和程序开发了高压蒸汽暴露技术(Sati等)。2008)。利用该装置，可以根据峰值温度、峰值热流密度和总吸收能量(TAE)来区分所选织物的防护性能。对于每一种织物，蒸汽射流与织物之间的距离和蒸汽压力对其热性能均有显著影响。层压和涂层织物的性能优于没有经过这种处理的织物。

通过控制飞溅试验，研究了不同防护织物(含铝织物和不含铝织物)对铁水的防护性能。耐火性与织物的厚度、重量、透气性、易燃性等性能有关(Barker and Yener, 1981)。Makinen et al。(2008)开发了一种测试方法，可以可靠地识别用于锅炉回收工人防护服和其他必要的个人防护设备的材料和材料组合。

Jalbani等人(2011)修改了ASTM F2701中描述的热水保护装置和程序。该测试装置能够根据热流密度和在热水中吸收的能量来区分不同的织物。结果表明，织物结构和性能是影响织物防护性能的关键因素。膜在织物体系中的位置影响其热性能(Jalbani et al.， 2011)。织物的透气性是决定织物抗热水性能的关键因素(Jalbani等)。2011;阿克曼等。,2011 b)。研究发现，最大限度地减小热液飞溅过程中的传质是提供高水平保护性能的最重要机制(Lu等)。2012)。此外，还研究了在相同的暴露条件下，防护材料的传质特性(Lu等)。2012 b)。结果表明，织物表面性能、织物厚度、织物组合、膜层等因素对液体吸附渗透性能的影响较大。高温的液体也降低了织物的表面能，导致更多的传质通过织物系统。此外，我们在之前的研究中讨论了传质与保护性能之间的关系(Lu等人)。,2012)。研究了液体流动对热液暴露防护织物皮肤烧伤的影响，探讨了储存能量对热防护性能的影响(Gholamreza等)。2012 a, b)。

仪器人体模型已被证明是一个非常有用的工具，以表征全尺寸服装的保护性能。在热防护服装的设计中，服装层与人体之间的气隙是控制能量传递和热损伤皮肤的最重要因素之一(Torvi等)。1999)。柯克帕特里克et al。(1982)发现裤子的服装样式对防护性能的有效性有很大的影响。皇冠等。(1998)得出结论，宽松的防护服比贴身的防护服具有更好的热防护效果，服装款式和封口系统对热防护的效果也较小，但显著。为了研究人体几何形状、服装风格和合身程度对热防护的影响，我们使用了一个闪火女性人体模型评估系统(Mah和Song, 2010)。此外，使用暴露在蒸汽气候室中的铜人体模型对服装的保护性能进行了评估(Desruelle和Schmid, 2004)。从织物和服装中得到的测试结果与实验结果吻合较好。不透水的织物和服装能更好地防止热蒸汽。此外，较厚的面料和服装提供更好的性能(Desruelle和Schmid, 2004)。一件宽松的防渗服装比一件薄的服装具有更高的热防护水平。还提到蒸汽条件下的热性能可能与典型环境条件下的测试结果不同(Desruelle和Schmid, 2004)。热液溅有压力时，会对服装施加压缩力，导致服装变形和物理性能发生变化，从而影响防护服装的传热及其储存热能的释放。使用人体模型进行了初步的全尺寸热水喷雾试验，并对用于防护工作服的材料组合进行了比较(Ackerman et al.， 2011a)。结果表明，防渗服装具有较好的防护作用。

现有的热液热防护测试标准用于表征织物的热性能。对全尺寸服装热液飞溅防护的研究很少。对防护服暴露于热液中的传热传质机理的认识是有限的。本研究旨在探讨服装设计特性及织物性能对防护性能的影响。

热液暴露时防护服的性能

此外，本研究旨在探讨热液体溅溅危害通过防护服对人体皮肤的传热机理。总目标是为纺织工程师和功能性服装设计师提供建议，以开发高性能的防护服，减少烫伤烧伤的伤害。

实验

测试的衣服

用透水、半透水和不透水织物制成了许多防护服。这些在工业工人的市场上是可以买到的。此外，采用三种尺寸的工作服(紧身衣、贴身衣和宽松衣)来了解服装合身对防护性能的影响。测试工作服的详细配置如表1所示。采用非接触式VITUS智能三维人体激光扫描仪对人体服装与人体模型表面的气隙大小进行了表征。成衣G1-G7及成衣G10 - G12为工作服，而成衣G8及G9则分别由一件外套及围兜裤组成。此外，G7是一个以G6为外层的双层覆盖物。这些都是由保暖服装制造商提供的。所有的实验服装都是由一个双层折叠式衣领和前面中间的一个顶部拉链，以及腰部的一条水平段线组成。口袋如胸贴袋与皮瓣，后贴设计中包括了口袋和内缝口袋。肩、袖袖、腿袖和背部也缝有反光带。

试验装置

采用仪表化人体模型测试系统对热液(水)喷雾防护性能进行研究，如图1所示。仪器化人体模型尺寸为40R(如图1a所示)，由玻璃纤维和树脂制成，装有110个皮肤模拟传感器，均匀分布在人体模型表面(Mah and Song, 2010)。人体模型被挂在头上，用两条脚镣固定在脚上，以保持直立的姿势。如图1b所示，采用四组气门自动控制的气缸喷淋射流对人体躯干进行喷淋。每组由三个自下而上的喷嘴组成。本研究采用12个喷嘴同时喷射热水来测试工作服。热流体由过热器加热，由电机从20升的油箱中泵出。热液的压力由循环阀调节。在这项研究中，为了模拟工业工作场景中的热水飞溅，在暴露前设置250 kPa的压力(Ackerman等人)。2011)。在暴露过程中，人体模型表面的热流密度及其随位置和时间的变化由计算机控制的数据采集系统确定，并通过程序进行分析，以确定测试期间人体和TAE的皮肤烧伤分布(Crown和Dale，

表1。试验防护服规范。

根据ASTM D 737-04(2004)测试了织物的透气性。“——”表示没有测量气隙大小。

图1 (a)带有传感器的仪表化人体模型和(b)喷枪。

1992)。Mah和Song(2010)的研究中描述了用于预测基底层温度历史的人体皮肤生物传热模型。应用Henriques Burn Integral (Henriques and Moritz, 1947)对二度和三度烧伤时间进行预测。程序和参数在ISO 13506.2008中进行了描述。此外，还用高分辨率的视频记录了水雾的暴露情况。

条件。热水加热至85℃，使用10 s曝光时间。测试服装的曝光过程由人体模型前的摄像机记录下来。数据采集系统设置为60秒，记录传感器表面温度变化。利用该测试系统预测了皮肤二度和三度烧伤的百分比、TAE和皮肤烧伤的分布。每件衣服都进行了三次重复试验。

协议

测试工作服在测试前至少24小时，在20°C标准气候和65%相对湿度条件下进行预处理。对人体进行三维扫描，计算防护服与人体皮肤(人体模型表面)之间的气隙。每组进行三次扫描试验。为了尽可能准确地再现气隙分布，将喷雾人体模型与扫描人体模型按照相同的方式进行穿戴(Mah和Song, 2010)。根据人体三维扫描时拍摄的照片，在人体模型上穿上防护服，确保穿戴相似

统计分析

采用社会科学16.0版统计软件包进行方差分析，以区分防护服对热液喷雾的热防护性能。分析了服装尺寸和织物性能的影响。采用Student-Newman-Keuls多量程检验和Dunnett T3事后检验。P lt; 0.05被认为是显著的。

结果与讨论

所有传感器的二度和三度烧伤百分比和平均TAE值如表所示

热液暴露时防护服的性能 797

表2。测试服装的烧伤和TAE服装

SD,标准差。

a、b、c、d、e、f、g、hIn每一列上标相同字母的均值表示同质子集(最高和最低均值无显著差异)，采用Student-Newman-Keuls多重范围检验(P lt; 0.05)。

表2。裸人体模型暴露时，77.3%的皮肤产生二级烧伤，0.53%的皮肤产生三级烧伤。头部和手臂的部分不能预测严重的皮肤烧伤。由于手(5%)和脚(7%)没有配备传感器(Mah和Song, 2010)，人体模型可产生烧伤的最大表面积为88%(包括头部的7%)。TAE为4.598 cal cm - 2。不同型号的防护服对二、三级皮肤烧伤和TAE的热液喷雾有明显的热保护作用。根据统计分析，被试服装可分为8类。穿G7-G9服装时无灼伤。然而，50%的gt;皮肤在G1或G2时发生不可逆烧伤。

织物性能对热性能的影响

研究发现G1对热水飞溅的保护作用最小。2度烧伤占48.07%，3度烧伤占8.17%。三度烧伤主要发生在骨盆和大腿。这与裸体测试有显著不同。TAE为4.105 cal cmminus;2，略低于裸喷。戴G2组的不可逆烧伤发生率为51.8%(49.63%为2度烧伤，2.17%为3度烧伤)。服装G3全身烧伤占49.27%。G2和G3的热防护作

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资料编号：[1982]