1、第 8 卷第 2 期2023 年 4 月服装学报Journal of Clothing esearchVol 8No 2Apr2023收稿日期:2023 01 05;修订日期:2023 03 29。基金项目:江苏省高等学校基础科学(自然科学)重大项目(21KJA540004);苏州市科技计划项目(SS202147);南通市科技计划项目(JC2021004)。作者简介:卢业虎(1986)，男，教授，博士生导师。主要研究方向为智能服装、防护服装研发与工效学评价。Email:yhlu suda edu cn抗浸服性能评价方法研究进展卢业虎1，2，陈乔丹1(1 苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州
2、 215006;2 南通纺织丝绸产业技术研究院，江苏 南通 226300)摘要:介绍了抗浸服面料、结构及服装开发的研究进展，对比了抗浸服的国内外标准，分析了真人实验和暖体假人实验两种服装保暖性能评价方法的优缺点，并总结冷水中人体热调节模型的发展历程，利用数学模型计算浸泡在水中的人体温度分布，提出用数值模拟的方法研究人体服装环境系统的热传递机制，评估着装人体的热舒适情况，预测浸泡在冷水环境中的存活时间。通过对抗浸服发展趋势的展望，提出今后应朝着抗浸服材料与结构创新、数值模拟的新型评价方法以及服装智能化应用的方向发展。关键词:抗浸服;保暖性能;评价方法;热传递模型;数值模拟中图分类号:TS 941
3、 731 3文献标志码:A文章编号:2096 1928(2023)02 0141 08esearch Progress on the Performance Evaluation Methods of Immersion SuitsLU Yehu1，2，CHEN Qiaodan1(1 College of Textile and Clothing Engineering，Soochow University，Suzhou 215006，China;2 Nantong Textile and SilkIndustrial Technology esearch Institute，Nantong
4、226300，China)Abstract:The research progress of immersion suit materials，garment structures and clothing development were introduced，and the standards at home and abroad were contrasted The advantages and disadvantages of human trial tests and thermalmanikin experiments for thermal insulating perform
5、ance evaluation of the garment were analyzed The development of thehuman thermoregulation model in cold water was summarized，and the mathematical model was used to calculate thetemperature distribution of human body immersed in water The numerical simulation method was proposed to clarify theheat tr
6、ansfer mechanism of human body-clothing-environment system，to evaluate the thermal comfort and survival time ofthe dressed human body in cold water Finally，the development trend of immersion suit was predicted，and the directioncould be towards materials and structures innovation of immersion suit，ne
7、w evaluation methods for numerical simulation，and application of intelligent garmentsKey words:immersion suit，thermal insulating property，evaluation method，heat transfer model，numerical simulation中国海洋资源丰富，管辖海域面积辽阔，随着海洋经济和海上交通的迅速发展，海难也逐渐增多。2022 年交通运输部海事局召开会议，指出2021年共组织水上搜救行动 1 881 次，搜救遇险人员14 473人1。在大
8、量搜救行动中，海军、飞行员等海域作业人员面临着落入低温海水的风险。意外落水导致的死亡分为两类:溺水窒息死亡;长时间浸泡在水中失温导致死亡2。研究表明，人浸泡在 0 水中的存活时间仅有几分钟;浸泡在 5 水中的存活时间平均只有45 min;在15 水中的存活时间也不超过 6 h3。服装可调节人体与外界之间的微环境，起到维持人体热平衡的作用。抗浸服是一种防止人员落水后因体内热量在短时间内大量散失而冻伤乃至死亡的个体防护装备，能确保浸泡在水中的作业人员在 2 h 内保持可救治状态4。抗浸服具有防水、保暖、阻燃、密闭的特点，可以提供一定浮力，提高人体浸泡在水中的耐受时间，且其颜色醒目，便于搜救 5，能
9、最大限度保障海域作业人员的生命安全。1抗浸服发展现状抗浸服的研究最早起源于英国，如 MK10 抗浸服是英国开发的用于空军海上救援的服装，兼具防护性和舒适性。美国研制的 MSF 系列抗浸服强调防水、保暖和舒适性，如 MSF300 型包含 Goretex/Nomex防水层和可拆卸的保暖层(见图 1)。中国在20 世纪 70 年代末期研制了防水层为聚氨酯涂层、保暖层为驼毛的第一代抗浸服;20 世纪 80 年代，仿照英国 Ventile 面料研制出了 48201 防水透气织物，开发出第二代抗浸服6;21 世纪后，中国研制的SKQ2 抗浸防寒服被广泛应用于部队(见图 2)，该款 服装的进水量低于400
10、g，整体热阻值达到0 7 m2K/W7。1 1抗浸面料抗浸面料作为抗浸服的外层，主要起到防水透湿的作用，既要避免水的渗入导致人体热量散失，又需防止汗液冷凝冻伤人体8。抗浸面料主要分为高密织物、涂层织物和层压织物 3 类9，其性能优缺点见表 1。图 1美国 MSF300 抗浸服Fig 1American MSF300 immersion suit图 2中国现役抗浸服Fig 2Chinese immersion suit表 1抗浸面料性能比较Tab 1Comparisons of immersion fabrics类别举例国家特点技术原理高密织物Ventile英国防水，透气，透湿;耐水压低，柔软性
11、差，耐久性差干燥时纱线孔隙大;浸湿时纱线孔隙缩小超细聚酯纤维日本防水，透湿;力学性能差0 1 0 3 dtex 纤维，芯吸效应较好，可将水蒸气排出体外涂层织物Prooface日本防水，透湿，耐水压微孔为 5 10 m 的 PU 涂层Diaplex日本智能防水透湿;成本高形状记忆聚氨酯涂层可根据温度的变化改变其透湿性能三维交联凝胶中国智能防水涂层;透湿性不足利用温敏型共聚物合成三维交联凝胶层压织物Goretex美国防水透气，透湿;成本高疏水性 PTFE 薄膜，微孔孔径小于水滴，大于水蒸气分子PTFE/PU 双薄膜中国防水，防风，透湿，抗水压涂层胶黏结双组分薄膜SympaTex德国防水，防风，透气
12、，环保无孔 PET 薄膜，薄膜两侧压力差实现水分交换高密织物通过控制纱线孔隙实现防水和透湿性能，如典型的 Ventile 高密织物10、日本帝人公司研制的超细聚酯纤维等;早期使用的防水涂层有聚氯乙烯、聚氯丁橡胶等，但因透气透湿性能差而逐渐被聚氨酯(PU)以及智能涂层(如日本的 Prooface产品11、智能 Diaplex 薄膜、刘书芳等12 制备的温敏型智能抗浸面料等)取代;最常见的层压织物是聚四氟乙烯(PTFE)防水透湿织物。图 3 是美国戈尔公司生产的 Goretex 防水透湿织物，具有较好的防水透湿性能。此外，赫新敏等13 开发的透气型阻燃抗浸面料、德国 SympaTex 产品均具有优
13、异的防水透气性能。目前，抗浸面料的研究处于发展阶段，尽管可以满足基础的防水、透湿、抗水压性能，但面料的舒241服装学报第 8 卷适性和耐用性仍需提升。在今后的研究中，抗浸面料需要着重往轻薄、透湿、舒适的方向发展。图 3Goretex 防水透湿面料Fig 3Waterproof and moisture permeable fabric ofGoretex1 2保暖面料保暖面料作为抗浸服的内层，主要作用是减少机体的热量损失。中国第一代抗浸服采用传统保暖材料 驼毛，其保暖性能优异，但难以成型、絮片不均匀、易被虫蛀。相较于传统材料而言，新型保暖材料(如新雪丽、气凝胶、充气材料等)具有较低的导热系数1
14、4，保暖性能更好，具体如图 4 所示。图 4保暖材料的导热系数Fig 4Thermal conductivity of thermal insulatingmaterials美国 3M 公司生产的新雪丽是一种轻薄保暖、高度蓬松的材料。DUCHAME M B15 对比了新雪丽和多孔泡沫隔热材料的保暖性能，发现新雪丽材料可以使汗液蒸发速率加快。气凝胶的隔热性能优于新雪丽，是一种超级隔热材料。NUCKOLS M等16 发现潜水员身着气凝胶服装时的平均潜水时间(126 2 min)比身着新雪丽服装时的潜水时间(91 2 min)长 38%;第三代纤维素基气凝胶服装表现出更优的保暖性能 17。充气材料一
15、般采用充有空气的气囊，ALDE N N 等 18 通过储气瓶对两层面料之间的气囊进行充放气，以实现优异的保暖性能，且可通过热传递模型计算出保暖气囊的最佳尺寸。1 3抗浸服结构抗浸服的结构设计需要考虑着装者的运动灵活性、穿脱便捷性以及服装在不同环境下的功能性。抗浸服一般采用连体式结构，配备水密拉链，袖口和裤脚等处密封连接。在此基础上，通过加入充气层、浮力内胆、智能设备等，开发出新型抗浸服。牛蒙蒙19 研制出含有防水层充气层保暖层结构的抗浸防寒服，具体如图 5 所示。由图 5 可以看出，充气层为一片式结构，含有相互连接的气囊，可通过快速充放气来调节服装保暖效果，并提供一定的抗压能力。为了提升服装的
16、穿脱便利性，马焕明20 发明了一种军用连体抗浸服，在后肩背部至大腿侧边设计了斜开式气密拉链，具体如图 6 所示。图 5充气型抗浸服Fig 5Inflatable immersion suit图 6军用连体抗浸服Fig 6Military one-piece immersion suit卢佳佳等21 在抗浸服中加入可拆卸的保暖浮力内胆，开发出一种适用于冰上救援的抗浸防寒服。此外，智能技术也成功应用于抗浸服中。刘诗涵等22 设计了一款能够卫星定位的智能水上救生衣系统，可检测并采集落水者的位置、移动速度、所处海拔高度、水温等信息，并发出救援信号，从而缩短救援时间。2标准及评价方法2 1抗浸服相关标准为确保抗浸服可以最大限度保障海上工作人员的安全，国内外组织制定了抗浸服的一系列标准，包括抗浸服织物的防水性、保暖性、耐磨性、易燃性等防护性能的测试标准，以及抗浸服结构和号型的设计标准等，相关标准见表 2。中国常用的抗浸服标准为 GB/T 20898 系列标准，与 ISO 15027 系列标准等同。该系列标准提出341第 2 期卢业虎，等:抗浸服性能评价方法研究进展了织物性能的测试方法，并通过实验确