Méthode expérimentale pour tester les performances de protection thermique des vêtements r

Les pompiers participant à un sauvetage d'urgence doivent souvent faire face à une variété de menaces thermiques telles que des températures élevées et des flammes, et les opérateurs doivent porter des vêtements ignifuges pour protéger le corps humain des dommages thermiques1-2
. Différents environnements d'utilisation ont différentes sources de chaleur qui causent des dommages au corps humain, et les méthodes de transfert de chaleur sont également différentes.Par conséquent, les vêtements ignifuges doivent avoir diverses propriétés de protection thermique telles que l'ignifugation, l'isolation thermique et l'intégrité 3-4< br/> . Dans le développement de vêtements ignifuges, la manière de tester et d'évaluer avec précision et de manière complète les performances de protection thermique des vêtements est une base importante pour promouvoir la recherche et l'application de vêtements ignifuges. À l'heure actuelle, les chercheurs nationaux et étrangers ont effectué de nombreuses recherches sur les méthodes d'essai et les modèles de prédiction des performances de protection thermique des vêtements ignifuges 5-7.Bien que les expériences ignifuges textiles traditionnelles et les expériences TPP puissent évaluer les performances de protection thermique des tissus, ils ne peuvent pas refléter la performance des vêtements et des vêtements La performance au feu de la combinaison dans son ensemble et le degré de protection qu'elle peut fournir à l'utilisateur, car elle ignore la confection, la conception et d'autres fonctions supplémentaires du processus de fabrication du vêtement 8-9
. L'évaluation objective et complète des vêtements de protection thermique doit simuler la situation réelle du corps humain portant des vêtements de protection dans le champ d'incendie de manière aussi réaliste que possible 10. La méthode d'essai du mannequin brûlant utilise un mannequin placé dans un environnement d'incendie simulé avec un flux de chaleur, un temps de combustion et une distribution de flamme contrôlables pour prédire l'emplacement et l'étendue des brûlures au deuxième et au troisième degré sur la peau humaine, évaluant ainsi la performance globale de protection thermique de vêtements. Sa plus grande caractéristique est qu'il peut simuler rapidement, avec précision et de manière répétée l'échange de chaleur entre le corps humain, les vêtements et l'environnement dans des conditions d'incendie éclair 11. Dès les années 1960, les pays étrangers ont commencé à utiliser des mannequins brûlants pour évaluer divers vêtements de protection thermique, tandis que le développement de systèmes de mannequins brûlants dans mon pays était relativement tardif, et la méthode de combustion verticale et la méthode de test TPP sont utilisées depuis de nombreuses années pour évaluer la protection thermique des tissus Les performances, dans une certaine mesure, limitent la recherche et le développement de vêtements de protection thermique dans mon pays.
Les vêtements de protection civile contre l'incendie jouent un rôle important dans la sécurité incendie nationale, et d'excellentes performances de protection thermique sont l'une de ses fonctions les plus importantes. Basé sur le système de mannequin brûlant du Centre de recherche sur les vêtements de protection fonctionnels de l'Université de Donghua - "Donghua Fireman", cet article évalue les performances globales de protection thermique des vêtements ignifuges civils et analyse d'autres facteurs que les tissus tels que la conception et la structure des vêtements. La déformation par retrait de la surface des vêtements sur les performances de protection thermique vise à explorer certains facteurs pertinents affectant les performances de protection thermique des vêtements ignifuges et à fournir une base pour la conception optimale des vêtements ignifuges.

1 Expérience
1.1 Échantillon d'essai
Les vêtements d'essai utilisés dans cette expérience sont trois ensembles de vêtements civils ignifuges du même style et du même matériau fabriqués par une certaine entreprise. Le vêtement est un long manteau avec un col montant et des manches.Des bandes réfléchissantes sont conçues sur la poitrine et dans le dos pour faciliter l'identification, et des ceintures de sécurité sont attachées dans le haut du dos pour faciliter l'évasion. Le tissu extérieur de la combinaison ignifuge est en aramide 1313 et la couche d'isolation thermique est en coton d'isolation thermique.La valeur TPP de la combinaison de tissus est de 33,8, ce qui est supérieur à la valeur de protection thermique spécifiée par la norme de l'industrie. Les spécifications finales des trois ensembles de vêtements ignifuges sont présentées dans le tableau 1.
1.2 Méthode expérimentale
L'instrument de test est la combustion du Centre de recherche sur les vêtements de protection fonctionnels de l'Université de DonghuaLe système factice "Donghua Burning Man". Le système est entièrement conforme aux indicateurs techniques pertinents pour l'évaluation des systèmes fictifs de combustion tels que ISO13506 et ASTMF1930. La taille du corps du mannequin adopte la forme standard du corps d'un homme adulte chinois, et tout le corps est équipé de 135 capteurs de flux de chaleur, couvrant le torse, la tête, les mains, les pieds et d'autres parties. d'autres ensembles complets de besoins d'évaluation d'équipements de protection thermique; en outre, le mannequin de combustion est également équipé d'articulations d'épaule, de coude, de hanche, de genou et de cheville, ainsi que de systèmes de rotation et de glissement, qui peuvent simuler diverses postures et états d'activité de l'homme corps12. Dans l'expérience, un mannequin brûlant portant une combinaison ignifuge a été placé dans un environnement de combustion simulé en laboratoire et exposé pendant une certaine période de temps. Les 135 capteurs thermiques répartis sur le mannequin ont mesuré et calculé la transmission à travers les vêtements testés. la chaleur et la température de diverses parties de la surface du corps humain, prévoir la situation des brûlures du corps humain et évaluer les performances de protection thermique des vêtements. Les conditions d'essai des trois ensembles de vêtements ignifuges sont présentées dans le tableau 2. Avant l'expérience, le flux de chaleur moyen a été calibré pour rendre la norme de 84 ± 2 kW/m2, et l'écart type a été contrôlé à moins de 21 kW/m2. Dans l'expérience, le processus de gravure a été enregistré par vidéo et les changements en temps réel des vêtements pendant le processus de gravure ont été observés. La scène du test de combustion des vêtements est illustrée à la figure 1.
Afin de quantifier le changement apparent du vêtement après la combustion, utilisez une règle souple pour mesurer les dimensions du col, du corps, des manches et des autres parties clés du vêtement ignifugé avant et après la combustion, et recouvrez les parties de le vêtement correspondant au capteur de flux thermique du mannequin avec un joint circulaire de 5cm de diamètre. Il y a quatre directions d'empreintes sur le sceau : verticale, horizontale, oblique gauche et oblique droite. Mesurez le changement de longueur des empreintes dans chaque direction après la combustion, puis le taux de rétrécissement du vêtement dans toutes les directions peut être obtenu. Le méthode de calcul du taux de retrait α est représentée par la formule suivante : α= (L-L1)/L×100% (1) Dans la formule : L est la longueur de l'empreinte avant cuisson, cm ; L1 est la longueur de l'empreinte après combustion, cm.

2 Résultats et discussion
2.1 Résultats de l'évaluation du degré de brûlure cutanée

fruit
Les résultats des tests du mannequin brûlant ont montré que le port de vêtements ignifuges n° 1 et n° 2, la surface du mannequin n'atteignait pas le niveau de brûlures, tandis que le port de vêtements ignifuges n° 3, la surface du mannequin est apparu dans une plus grande mesure La gamme de brûlures est illustrée à la figure 2. La surface totale du mannequin est de 1,816 m2.Lorsque vous portez des vêtements n ° 3, le rapport total de surface de brûlure de la surface du mannequin est de 62,6%, dont le rapport de surface de brûlure au troisième degré est de 28,0% et le deuxième- Le ratio de surface brûlée est de 34,6 % (les brûlures au premier degré ne sont pas incluses dans les statistiques sur la surface brûlée). Les brûlures les plus graves se concentrent sur les fesses, l'abdomen, la poitrine et le dos, les cuisses, les mollets et la tête, et les brûlures sur les bras sont moins graves. De plus, l'articulation du genou recouverte par la partie chevauchante de l'ourlet du vêtement ignifuge et du couvre-pied n'a presque pas de brûlures. Comparez les mensurations des 3 tenuesDans les conditions de test, les vêtements ignifuges n° 3 ont brûlé pendant 6 s dans l'environnement où 12 lance-flammes agissaient ensemble, et le temps de combustion et la zone d'action de la flamme étaient significativement plus grands que ceux des vêtements n° 1 et n° 2. De plus, l'ourlet large fait que les flammes montent rapidement dans les vêtements, et les flammes continuent de brûler pendant près de 10 secondes sur la surface intérieure des vêtements avec une ignifugation relativement médiocre, ce qui fait que le mannequin brûlant porte des vêtements ignifuges n ° 3 en l'expérience Brûlures graves. Après que l'ourlet des combinaisons ignifuges n° 1 et n° 2 ait été réduit par la route provinciale, les flammes ne se sont pas échappées dans les combinaisons ignifuges et les combinaisons ignifuges n'ont pas continué à brûler. Par conséquent, la réduction de l'ouverture des parties clés du vêtement et l'amélioration des propriétés ignifuges de la couche intérieure du vêtement sont plus propices à l'amélioration de ses performances de protection thermique. De plus, il a également été observé dans l'expérience que la bande réfléchissante sur la poitrine des vêtements continuait à brûler et à fondre plus sérieusement. Bien que les vêtements satisfassent aux exigences pertinentes du test TPP, les performances de la bande réfléchissante n'ont pas été prises en compte. Cela montre également que les performances de protection thermique des vêtements ne sont pas seulement liées aux performances du tissu, mais également au style et à la conception de la structure des vêtements, des accessoires et des accessoires des vêtements tels que les boutons, le velcro, les bandes réfléchissantes et l'utilisation l'environnement du vêtement sont tout aussi importants pour la performance globale de protection thermique du vêtement de protection.
2.2 Déformation par retrait thermique des vêtements
Les vêtements n°3 rétrécissent évidemment après le test de combustion, et de nombreux trous apparaissent, exposant la couche d'isolation thermique. Étant donné que les vêtements ignifuges n ° 3 sont gravement endommagés après la combustion, il est impossible de mesurer avec précision la taille des parties clés du vêtement après l'expérience de combustion.Par conséquent, lors de l'analyse du rétrécissement et de la déformation de la surface du vêtement après la combustion, il s'agit principalement pour les vêtements ignifuges n° 1 et n° 2. Selon le tableau 3, pour les vêtements n°1 et n°2, le rétrécissement de chaque partie du corps après brûlage est généralement supérieur à celui de chaque partie de la manche. La partie avec le plus grand rétrécissement sur le corps est la largeur des hanches, avec une moyenne d'environ 11 cm, suivie de la largeur de la taille, et le rétrécissement diminue progressivement de la hanche à la poitrine. De plus, le rétrécissement de la longueur totale du corps dans le sens longitudinal est également plus important, atteignant environ 7 cm. Lorsque vous portez le vêtement n° 1, le rétrécissement du col montant atteint 8 cm, ce qui est nettement supérieur à celui du vêtement n° 2. Cela peut être lié au fait que la combinaison ignifuge n° 1 est équipée d'un masque ignifuge dans l'expérience. Lorsque vous portez une combinaison ignifuge n ° 1, le col montant du cou doit être en contact étroit avec la paroi extérieure du masque, de manière à augmenter la surface du col montant en contact avec la flamme lors de l'expérience de combustion . Une analyse de variance a été effectuée sur le taux de rétrécissement des parties clés des vêtements n° 1 et n° 2, et il a été constaté qu'il n'y avait pas de différence significative entre les deux. La différence insignifiante dans le taux de rétrécissement des vêtements indique que les deux les sources de chaleur sont cohérentes et les résultats expérimentaux sont stables et reproductibles.
Selon la formule (1), calculez le taux de rétrécissement de chaque tampon sur le vêtement dans les quatre directions verticale, horizontale, oblique gauche et oblique droite, puis prenez la valeur moyenne pour obtenir le taux de rétrécissement du partie du capteur correspondant sur le vêtement, et sa distribution Comme le montre la figure 3. On peut voir que le taux de rétrécissement frontal de plus de 5% est supérieur à celui du dos et que la déformation sévère du devant est inférieure à celle du dos environ 3 cm sous la ligne des hanches, ce qui peut être lié à la couche d'air sous le vêtements lorsque le mannequin brûlant est debout.La distribution est liée à la quantité de flux de chaleur obtenue sur le site. L'avant et l'arrière du vêtement se sont le plus contractés au niveau de l'abdomen et des fesses, et le taux de contraction se situait entre 15 % et 20 %. En prenant la déformation du joint sur l'abdomen gauche et les fesses du vêtement comme exemple, le taux de déformation du joint dans toutes les directions est obtenu, comme indiqué dans le tableau 4. Selon les résultats de l'analyse statistique de SPSS16.0, il n'y a pas de différence significative dans le taux de déformation de la même pièce de joint dans les directions horizontale, verticale et oblique, p>0,05. Elle montre que pour ce vêtement expérimental, la même partie se rétracte plus uniformément dans différentes directions.
Pour résumer, dans le test du mannequin brûlant, la principale plage de déformation des vêtements ignifuges n° 1 et n° 2 va de la poitrine à la zone sous le genou, et la déformation la plus grave est l'abdomen et les fesses. La déformation affecte non seulement la structure et la taille des vêtements, mais détruit également l'intégrité des vêtements et réduit la capacité de protection des vêtements pour le corps humain. Lorsque le vêtement continue d'être exposé aux flammes, la probabilité de brûlures de la poitrine du mannequin jusqu'en dessous du genou augmente considérablement, de sorte que le rétrécissement et la déformation de la surface du vêtement affecteront également les performances de protection thermique du vêtement dans une certaine mesure.

Conclusion
Dans cet article, les performances globales de protection thermique des vêtements civils ignifuges ont été évaluées à l'aide d'un mannequin brûlant. Les résultats montrent que les performances de protection thermique des vêtements ne sont pas seulement déterminées par les performances de protection thermique du tissu, mais également étroitement liées au style et à la conception de la structure du vêtement, à la performance des accessoires et à l'environnement d'utilisation du vêtement. Lorsque vous portiez des vêtements n ° 3, la zone de brûlure totale du mannequin atteignait 62,6% et les brûlures au deuxième degré et au troisième degré étaient concentrées dans l'abdomen, les fesses, la poitrine, le dos et les cuisses. Après avoir fermé l'ourlet des vêtements n° 1 et n° 2, les flammes n'ont pas pénétré dans les vêtements et ont continué à brûler. Réduire l'ouverture des parties clés des vêtements est plus propice à l'amélioration des performances de protection thermique des vêtements.
L'utilisation du mannequin brûlant peut évaluer quantitativement les performances globales de protection thermique des vêtements, prédire l'emplacement et l'étendue des brûlures au deuxième et au troisième degré sur la peau humaine, et le rétrécissement et la déformation de la surface du vêtement peuvent également refléter la température performance de protection des vêtements dans une certaine mesure. ． Bien qu'il ne soit pas prévu que la surface du mannequin soit brûlée lors du test des vêtements n ° 1 et n ° 2, la zone allant de la poitrine au genou a montré un rétrécissement et une déformation importants, et l'abdomen et les fesses ont même atteint 15% à 20 %. Il est d'une grande importance d'étudier le mécanisme de retrait thermique de la surface des vêtements et son influence sur les performances de protection thermique à haute température.

En savoir plus sur les mannequins brûlants : http://manikin.cn/productlist/list-5-1.html< /p >