热防护服的热防护原理

热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各种保护性服装。

人体皮肤对温度非常敏感。当人体皮肤的热流密度达到2168 J/cm ,即皮肤温度达到45℃时 ,人就会有灼痛感;当热流密度增大到5102 J/cm ,即人体皮肤温度达72℃时 ,就会造成皮肤的二度烧伤。[1]因此,人们穿着热防护服可以保护皮肤;在高温环境中,通过穿着热防护服,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，因此对热防护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。

1.1热对流

对流散热是随液体（如水）或气体（如空气）等流体的移动而传递热量的。因流体温度不匀而造成流体移动，从而传递热量的方式称为自然对流。人体及服装表面的边界层内的空气就存在自然对流。由外在其他原因造成流体移动进行热量传递，称为强迫对流。[2]织物防热对流性能主要与织物的重量、密度、气性等密切相关。增加织物的重量可提高引起肤二度烧伤所需要的时间。同时,多层织物也单层织物具有更好的防热对流效果。

1.2热传导

热传导是指热量沿着物体传递。它从温度高的物体传递到温度低的物体。这种传递主要通过物质中相邻分子间的连续碰撞来实现。在热防护服的应用中,热传导是指热量以火花、熔融金属喷射物等为载体,接触服装并将热量通过服装传递到人体,从而对人体造成伤害。

通常,织物防熔融金属热传导性能可采用将标准PVC薄膜制成的人造皮肤置于织物背后,测定熔融金属热量通过织物后对人造皮肤造成的伤害。根据伤害的面积和程度,又可将织物热防护性能的优劣分为一级至七级。一级好,无伤害,二级和三级分别为伤害面积小于大于0.01平方米的一度烧伤 ,四级和五级分别为伤害面积小于和大于0.01平方米的二度烧伤,六级和七级分别为伤害面积小于和大于0.01平方米的三度烧伤[3]。

1.3热辐射

热辐射是指热由物体沿直线向外辐射出去。 热辐射的本质是物体由于温度而引起的热量辐射,其大小与热源绝对温度的四次方成正比 。与热传导和热对流不同,热辐射是一种非接触传热方式,不需要任何物质作媒介,而是以电磁波形式传递热量。在热防护服的实际应用中,热辐射是造成受害者伤害的主要传热形式之一,即使是具有火焰的燃烧,其能量中也包括高达80 %的热热辐。

在热防护服防热辐射性能的测试中,常将织物垂直暴露在辐射热源下,在规定的距离内,热源对织物试样进行热辐射,通过测定造成试样后面人体皮肤二度烧伤所需要的时间及热流密度来评价试样的防热辐射性能