消防服热防护性能检测方法的研究

VIP免费
3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 1.71MB 64 页 15积分
侵权投诉
I
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 .......................................................1
§1.1 课题研究背景 ................................................. 1
§1.2 消防服的分类及热防护性能简介 ................................. 1
§1.2.1 国内外消防服的类型及性能特点 ........................... 2
§1.2.2 消防服的热防护原理 ...................................... 3
§1.3 国内外研究现状 ................................................4
§1.4 课题研究意义 ................................................ 10
§1.5 课题的研究内容及实施方案 .....................................10
第二章 人体皮肤组织二度烧伤定量分析 ................................. 12
§2.1 烧伤程度的分类 .............................................. 12
§2.2 人体皮肤组织二度烧伤定量分析 ................................ 13
§2.2.1 二度烧伤曲线能量表示形式 .............................. 15
§2.2.2 二度烧伤曲线温差表示形式 .............................. 17
§2.3 讨论小结 .....................................................19
第三章 热传感器的设计 ............................................... 21
§3.1 热传感器的介绍 ...............................................21
§3.1.1 热电偶测温原理及分类 .................................. 21
§3.1.2 热流计的原理及分类 .................................... 23
§3.1.3 检测用热传感器的分析比较 .............................. 27
§3.2 热传感器的设计 .............................................. 33
§3.2.1 热传感器的要求 ........................................ 33
§3.2.2 热电偶传感器的结构设计 ................................ 33
§3.2.3 热电偶传感器的标定及冷却 .............................. 35
第四章 数据采集系统的设计 ........................................... 36
§4.1 数据采集系统硬件设备介绍 .....................................37
§4.1.1 PC-6360 数据采集卡 ..................................... 37
§4.1.2 PS-010 前端信号处理板 .................................. 40
§4.1.3 环境调理电路 .......................................... 42
§4.2 数据采集系统界面程序设计 .....................................43
II
§4.2.1 多线程概述 ............................................. 43
§4.2.2 界面设计 .............................................. 46
第五章 实验数据分析及结论 ........................................... 53
§5.1 实验数据分析 .................................................53
§5.2 结论 ........................................................ 57
第六章 展望 ......................................................... 58
§6.1 存在的问题 ...................................................58
§6.2 展望 .........................................................58
参考文献 ............................................................ 60
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ...................... 63
致 谢 .............................................................. 64
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题研究背景
消防队员等应急救险人员是人民生命财产的守护神，然而在 2003 年底湖南衡
阳大火的救险中就有 20 名消防队员殉职。目前，国内工业生产中的爆炸、火灾、
剧毒化学物泄漏等灾难性事故频发。谁来保护这些第一时间进入灾变事故现场的
救援人员的自身安全？保障应急救援人员的人生安危是救援的前提，设计开发耐
高温防护服、消防服等防护服装，提高应急救援防护服的防护水平就成为关键。
消防防护服是消防战士火场防护装备中最基本的、最重要的一类防护装备，是每
个进入火场的消防战士必需配备的安全装备。这类防护装备技术性能的优劣，特
别是热防护性能的优劣，直接关系到消防战士的生命安全。据统计，我国有 10 万
消防队员，每两年更换一次服装，市场很大，其热防护性能检测至关重要。如何
检测这些消防防护服的热防护性能就是本文要讨论研究的问题。
美国 、日本及欧洲的发达国家对消防防护服的研究和开发较早。目前，他们
已制订并实施了一系列先进和完善的消防产品标准和测试方法标准，可以较系统
地设计、开发和生产各类消防防护服，并较好地测试和评价消防服的热防护性能。
与国外相比，我国消防防护服研究开发起步较晚，在消防服的开发、设计、生产
和性能测试评价等方面还未形成系统的标准。但随着科技的发展以及人们工作条
件的改善，借鉴国外先进经验和技术，我国在该领域的研究也正在取得显著进步。
目前，我国已制订了部分行业的消防服性能要求，已制订和建立了消防服阻燃性
能和热防护性能测试方法和系列标准。但总体上与国外相比还有一定差距。
美国、日本、英国等技术发达的国家对热防护性能检测方法的研究已相当成
熟，他们致力于模拟机器人的检测方法的开发运用。而国内对这方面的研究很少。
目前，国内采用的 TPP 检测方法。上海理工大学根据《中华人民共和国公共安全
行业标准（GA10-2002）》，已经成功设计出消防服热防护性能检测仪（TPP 检测）。
该装置从能量的角度出发，采用的是能量表示的二度烧伤曲线，用热流计测量热
流量。由于热流计制造成本太高，容易损坏，所以本文的研究目的是通过改变建
模理论，减低成本，采用低成本的热电偶代替热流计，为我国整体消防服热防护
性能检测系统的建立提供科学依据及技术支持。
§1.2 消防服的分类及热防护性能简介
首先，先介绍一下国内外消防防护服的分类、热防护原理以及必须具备的热
消防服热防护性能检测方法的研究
2
防护性能。
§1.2.1 国内外消防服的类型及性能特点
消防防护服是消防战士火场防护装备中最基本的、最重要的一类防护装备，
是每个进入火场的消防战士必需配备的安全装备。目前，国内外消防防护服分成
五类。
1、消防战斗服
早期使用的85式战斗服的阻燃材料是在纤维中加入化学阻燃添加剂或对织物
进行阻燃处理。它的阻燃性能是暂时的，会因洗涤而降低，直到消失。它的耐磨
性、防静电性、防化学试剂性都较差，热防护性能也较差，而且在高温情况下会
产生高温气体、烟雾、煤焦油等增加对人体的灼伤程度。九十年代中期，公安消
防局根据形势发展的需要组织力量研制定型了“九七型消防战斗服”。它的面料
层是新型阻燃材料“美它斯”，防水透气层是在布基上覆盖聚四氟乙烯而成，隔
热层是由阻热毯组成，舒适层是由普通棉布起绒外粘活性碳构成。科学合理的结
构、材质决定了新式战斗服具有旧式战斗服无可比拟的优点，更加适用于保护消
防人员[1]。
2、消防隔热服
消防隔热服是消防人员在火场上接近高温区进行灭火战斗时穿着的防护
服装。它是由复合铝箔、防火布、舒适层组成，能耐辐射温度900℃，具有质轻、
柔软防水等优点。
3、消防避火服
消防避火服是专门为消防员短时间穿越火区和短时间进入火焰区进行灭火
战斗和捡险救援时穿着而设计的防护服装。它是由耐火纤维布、防火层、耐火隔
热层、防水层、阻燃隔热层、舒适层组成，能耐火焰温度1000℃，防辐射温度1300℃，
具有优越的抗火焰燃烧、抗热辐射渗透和整体抗热性能。
4、消防指挥服
消防指挥服是消防指挥员指挥灭火战斗时穿着的具有一定防护功能的服装，
适用于公安消防部队和企事业专职消防大队以上指挥人员使用。
5、消防防化服
消防防化服是专门为消防人员进入化学危险品或腐蚀性物质的火灾或事故现
场进行灭火战斗、抢险救援时穿着的一种防护装备。它主要是由阻燃防化层、防
火隔热层、舒适层组成，具有应急呼叫和通信联络等多种功能。
这里所讨论的消防防护服指的是消防战斗服。
第一章 绪论
3
§1.2.2 消防服的热防护原理
消防防护服是对在高温或超高温条件下工作的人员进行安全保护，从而避免
热源对人体造成伤害的保护性服装。消防防护服主要用来减少热在人体皮肤上的
积聚,从而保护皮肤不被烧伤或灼伤,因此消防服不仅要求其阻燃性好,而且具有
高的隔热性能。人体皮肤对温度非常敏感。当人体皮肤的热流密度达到2.68 J/cm2,
即皮肤温度达到45℃时，人就会有灼痛感;当热流密度增大到5.02 J /cm2，即人体
皮肤温度达72℃时，就会造成皮肤的二度烧伤[2]。因此，人们穿着防护服可以减少
热在皮肤上的积聚，在高温环境中通过穿着防护服，可以使人体皮肤的升温速率
降低，并提供穿着者反应和逃离的时间，以避免或减轻热源对人体的伤害。对人
体造成伤害的热源有多种形式，它们的性质各不相同，因此对消防服的热防护性
能要求也不同。
目前，热源的主要形式有:火焰(对流热)、接触热、辐射热、火花和熔融金属
喷射物、高温气体和热蒸汽、电弧所产生的高热等。同时，消防服的热防护性能
也与热源热量传递的方式有很大关系。通常，热量传递的方式有热对流、热传导、
热辐射以及以上三种方式的结合。例如，热源中的火焰、高温气体、热蒸汽是以
热对流方式传递热量，接触热、火花和熔融金属是以热传导方式传递，而辐射热
则以热辐射方式传递[3]。热量传递的多少通常用热流量表示，它是指单位时间单位
面积通过的热量，单位是kw /m2,w/cm2或J/cm2•s。
消防服必须具备的性能除了具有普通服装的服用性能和特殊的理化性能外，
还必须具备在高温条件下对人体进行安全保护的功能，即具有特殊的热防护性能。
在不同的使用场合，不同的使用环境下，对人体造成伤害的热源性质不同，热源
热量传递的方式不同，对消防服的热防护性能要求也不同[4]。主要介绍以下性能。
阻燃性
阻燃性是指织物遇到特别高温或火焰时难燃或不燃，织物着火时能遏制燃烧
蔓延，并且火源一旦撤离能立即自行熄灭。因此，阻燃性是消防服最重要的热防
护性能之一。同时，最严重的烧伤也主要发生于人们衣着着火的部位，由此引起
的二度和三度烧伤比率是决定人员在受到暴燃时能否有效抢救和康复快慢的最主
要因素。所以，在大多数的热防护服性能要求中，都将阻燃性作为考核的一个主
要项目。
隔热性
隔热性是指消防服必须具备较好的减缓和阻止热量传递的性能，避免热源对
人体造成伤害，给高温环境下工作的消防员提供良好的安全防护。隔热性也是消
消防服热防护性能检测方法的研究
4
防服最重要的热防护性能之一。在消防服的实际使用中，大多数使用者并不直接
接触火焰，而是外界热量以热对流、热辐射、热传导形式传递给人体，对人体造
成伤害。因此，使用具有良好隔热性的消防服，就可以在外界高温和人体之间为
使用者提供一道保护屏障，使外界热量难以通过服装，从而保证使用者在高温环
境中能安全工作。消防服的隔热性，不仅与防护服纤维原料的导热性有关，更与
服装的设计、服装面料、衬料、里料的结构有很大的关系。在消防服隔热性能的
评定中，国内外通常按热传递方式分成不同的测试方法，并按消防服的实际使用
条件选用相应的方法进行测试。目前，主要有美国材料实验协会（ASTM）,美国
国家防火协会（NFPA）、欧洲标准（CEN）等制定的防护服防热辐射性能试验方
法[2,5]。防热辐射和热对流性能试验方法、防熔融金属冲击性能试验方法等测试时，
织物试样的一侧经受标准热源的作用，测定织物另一侧造成人体组织二度烧伤所
需要的时间或热能量，以此来评价热防护服的隔热性能。
热稳定性能
热稳定性能是指消防服在高温条件下能够保持织物原有的外观形态，内在质
量不降低，不发生收缩、熔融和脆性炭化。不具备热稳定性的消防服织物会裂开，
并使人体直接暴露于热源下，熔融产生的熔滴也会直接损伤皮肤造成人体伤害。
所以，热稳定性能也是保证消防服具有良好热防护性能和使用性能的一项重要性
能。根据中华人民共和国公共安全行业标准（GA10-2002）[6]，热稳定性能的试验
标准是 经180℃±5℃热稳定性能试验后，沿经、纬方向尺寸变化率不应大于5%，
试样表面无明显变化。
§1.3 国内外研究现状
前面大概介绍了消防服热防护性能的基本原理以及防护服必须具备的热防护
性能。接着介绍国内外消防服热防护性能的检测方法。目前，还没有非常准确的
检测系统评价消防服的热防护性能。因为实验中很难模拟真正的火场，暴露时间、
热流量和传热方式很难预测。实际中，消防服的热防护性能检测指标很多，所以
有不同的检测方法评价消防服的热防护性能。在此，大概介绍以下四种方法：
1、阻燃性能检测
在大多数的热防护服性能要求中，都将阻燃性作为考核的一个主要项目。测
定织物阻燃性能的方法有很多种，根据试样与火焰的相对位置，可分为垂直法、
倾斜法和水平法。国际上对纺织材料的燃烧性能测试方法的标准化已经相当全面
和完善，包括国际标准（ISO）、美国标准（ASTM）、英国标准（BS）、日本工业
摘要：

I目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论.......................................................1§1.1课题研究背景.................................................1§1.2消防服的分类及热防护性能简介.................................1§1.2.1国内外消防服的类型及性能特点...........................2§1.2.2消防服的热防护原理......................................3§1.3国内外研究现...

展开>> 收起<<
消防服热防护性能检测方法的研究.pdf

共64页,预览7页

还剩页未读， 继续阅读

相关推荐

更多
立即下载
作者：陈辉 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：64 页 大小：1.71MB 格式：PDF 时间：2024-11-19

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务

作者详情

相关内容

更多

推荐作者

热门标签

/ 64
评分 收藏
分享
立即下载 VIP免费下载
客服
关注