热防护服隔热防护性能测试方法及皮肤烧伤度评价准则2
由于织物在受热时收缩，为了保持测试时试样的完整性，在测量过程中需要对试样施加一定的张力，ASTM D4108标准中选用了二种对试样施加张力的常用方法，可根据测试的需要选择不同的方法：
1）在铜片热流计上放置1.0 kg重的金属块；
2）在试样架上植钢针，测试时将面料穿过钢针，同时热流计绝热板上计孔与试样架上的钢针正好吻合，保证了热流计与试样背面的紧密接触。采用这种方法可以最有效地防止织物受热收缩，克服了放置金属块并不能完全消除织物热收缩的负面影响。
NFPA 1971建筑结构防火用防护装备
NFPA 1971方法应该说是ASTM D 4108标准方法的一个修改版本，因此，它们的测量原理相同，绝大部分部件相似，但是也存在不同之处。它们的主要差别是：①热源辐射/流热流比率不同;ASTM D4108方法中一个Meker燃烧器提供的辐射/流热比例是3:7，而NFPA 1971方法中则改用两个Mekei燃烧器，分别放置在与测试主体成45°的一排石英灯管两侧，如图4所示。采用电加热石英灯管，可调节其输入电压至输出辐射热与燃烧器火焰对流热的比例为5：5。②测试试样规格尺寸不同。NFPA 1971中改用试样尺寸为150 mm × 150 mm，试样架上开的小孔尺寸为100 mm × 100 mm。NFPA 1971方法主要用来测试建筑结构火防护服装备的热防护性能，各层按外壳层、气障层和隔热层排列，测试时外壳层面对热源，铜片热流计直接放置在隔热层上，使热流计与隔热层直接接触，一般结构火防护服装的TPP值不得小于35.0 ca]/cm20试样架与石英灯管的距离为12.7 cm。
NFPA 1977防野火用防护服装与装备---热辐射防护性能测试方法
该试验是将试样垂直放置在一排石英灯辐射源前，在规定的距离内，热源对试样进行热辐射，用原理和结构与ASTM D4108所述相似的铜片热流计测量出造成人体皮肤二级烧伤所需要的时间，并计算出二级烧伤时间与暴露热流量的总热流量即RPP值：
RPP = t2×qr
式中，qr --- 规定辐射热流量0.5 cal/（cm2.s）或2.0 cal/（cm2.s）；
t2引起二度烧伤所需要的时间，单位：s。
RPP值越大，表示热防护服的防热辐射性能越好；反之，越差。
NFPA 1977方法的实验仪器主要由辐射热源装置、热源预热屏 蔽装置、试样夹持装置、铜片热流计和绘图记录仪组成。
辐射源装置由5根500 W的红外石英灯管作为辐射热源，垂直地对试样进行热辐射。热源的辐射热量由调压变压器控制，通过调节输入电压，使石英灯管辐射出规定的热流量为0.5 cal/cm2 .s或2.0 cal/cm2.s。
由于石英灯管需要经过一段时间才能达到恒定的辐射热流量，在此预热过程中，试样应不受到热辐射，因此，在热源与试样之间设置一预热屏蔽装置，防止试样过早地受到热辐射，从而保证试样的准确性。试样夹持装置将试样夹持并垂直放置于辐射热源前，两块中间由开有长方形孔的金属板组成。
放置在试样后的铜片热流计用于测定透过试样的热流量，并将热量计的温度转换为电压输出，且绘出铜片热流计的温度随热辐射作用时间的变化曲线。
在实验室试验中，首先剪取尺寸为22.86 cm×10.16 cm的5块试样，并在标准大气压下调湿，然后将试样放入试样夹持装置内，保持试样夹持平整，并将其放入试验仪中。接着，打开电源，调节变压器的输出电压至规定电压，保证红外加热石英灯具有规定的辐射热量。当红外石英灯预热60 s后，撤去热源预热屏蔽装置，使试样垂直暴露在热源30s后，关闭电源和记录仪，放上预热屏蔽装置，取下铜片热流计并冷却，试验完毕。当热量计温度下降至33℃时，才能进行新一次试验。
引起二度烧伤所需要的时间由记录仪绘制热流计温度随热辐射时间变化曲线与二度烧伤标准曲线相交求得，最后，按式（2）计算试样的 RPP 值。
RPP试验主要用于测定热防护服的辐射热防护性能。由于热辐射是造成热伤害的主要传热形式之一 ，所以，该方法可以从一个方面较好地测试和评价热防护服的热防护性能，在森林消防等领域得到了较广泛的应用。
服装热防护性能“火人”测试方法
比起小规模测量方法，火人等大规模测试方法能提供比较全面的服装热防护、热收缩等信息，但其测试费用较高，操作更为复杂，国际上有很多机构和标准化组织已经着手研制热防护服装测试装置并且制订了相应的标准。“火人”是一个装有若干个测温传感器的模拟消防员或高温工作人员的人体，每个测温传感器测的温度值代表某一部分人体皮肤的表面温度，采用了“火人”技术并配备以模拟高温辐射环境或者火场条件，结合计算机数据采集、处理和图像显示技术，对工作人员防护服装整体热防护性能进行评价研究，既能切合热防护服装的特定使用情况，又能快速、直观、定性、定量地显示“工作人员”烧伤分布图像。
目前主要有3种“火人”测试系统，分别是杜邦公司的Thermo-Man假人，北卡州立大学的PyroMan“火人”以及加拿大阿尔伯特（Alberta）大学的“火人”测试装置。这些测试装置都能很好地模拟外界明火环境，一般模拟热源热能量为84kW/m2，这也是消防员灭火时处于火环境中防护服装外层所受到的热流量的一个评估值。实际上，消防员更多情况下暴露于热源的热流量比该值小。表1是一些不同火源环境下的暴露热流量值。
皮肤烧伤度预测
热防护服装与织物的热防护性能是运用其层下模拟皮肤或热流计测量人体皮肤达到二级烧伤所需时间t2来定量衡量，目前主要有Henriques皮肤烧伤积分模型与Stoll烧伤准则两种方法。
Henriques烧伤积分模型
目前应用最为广泛的皮肤烧伤模型是Henriques提出的一阶阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程：
通过计算值确定皮肤被烧伤的程度：皮肤温度T＞44℃且Ω=0.53时，皮肤一级烧伤；皮肤温度T＞44℃且Ω≥1时，皮肤二级烧伤。式（4）是一个由皮肤活化能和频率破坏因子P控制的函数式方程，且这两个参数值与皮肤温度有关。表2列出了不同研究者所提出的皮肤烧伤模型输入参数值。
由于各研究模型输入参数值之间的差异，导致预测二级烧伤时间的不同。
Stoll二级烧伤准则
Stoll和Chianta两位研究者根据实验所测得铜片热流计的温度净升值，找出了一种简单的预测皮肤烧伤程度的方法。首先他们通过对动物皮肤进行大量实验，测量动物皮肤二级烧伤时间所需吸收的热流量值，列于表3和图5，然后参照ASTM E457-96标准转换方法（见式（5）），将不同入射能量下的人体裸露皮肤二级烧伤所需的时间t2转换成以铜片热流计温度上升值，实验二级烧伤热时间和铜片热流计温度净升值的原始数据如表4所示，同时绘制出如图6所示的Stoll and Chianta曲线。测试时，若在恒定的入射热流量下，铜片热流计温度历史曲线与Stoll曲线相交，相交点的横坐标即为二级烧伤时间t2。
与Henriques模型相比，Stoll方法简便、无需大量数学计算，然而应用stoll方法首要前提是保证入射到皮肤表面热流量是一个恒定值，任何小的波动变化都会使Stoll准则失效。包括Holcombe在内的一些研究者指出恒定热流量经过一层或多层织物试样后会衰减，衰减后入射到人体皮肤的热流量值波动性较大，这样就不符合应用stoll准则的边界条件。
4 结束语
先进材料的制造、热防护服装的结构设计以及安全生产个体防护装备的需要都迫切要求定性、定量地评价织物或成衣的热性能。当前热防护服的热防护性能的实验室测试方法主要包括小规模（Bench—Top—scale）和大规模（“火人”）测试方法，然而这两种方法都不能提供有关防护服装全面的防护信息；另外。在测量人体皮肤烧伤度的过程中，由于生物组织传热的特殊性，也需要建立与人体皮肤传热物理实际相符的传热模型。随着经济的发展、人们安全意识的提高，这些都对当前热防护服装热性能的测试方法提出了新的挑战，必将促进模拟现场测试技术的发展。
