加强热功能防护材料和服装的研究是国家安全发展和振兴纺织产业的重要举措之一。当前热防护服装的研究主要集中在火焰和热辐射等方面的防护性能。然而,消防、石油化工、食品加工等行业的工作人员还遭受高温液体和蒸汽的伤害。传统的热防护服装能否提供有效的高温液体防护性能,保证劳动者的职业健康与安全,是关乎公共安全防护的重要课题。防护服装的防护性能不仅取决于纤维材料与织物的基本物理性能,还与服装的设计特征和合体性等因素有关。本课题正是基于以上需求探索高温液体环境下热防护服装的热湿传递规律,预测服装的防护性能。论文首先从热防护织物层面,研发了新型的高温液体防护性能测试仪,利用该仪器研究了织物基本性能、暴露液体种类以及衣下空气层对织物高温液体防护性能的影响与作用机制,并进一步探讨了影响织物冲击渗透性能的主要因素,阐明了高温液体环境下织物的热湿传递规律；其次从热防护服装整体层面,提出了新型的服装合体性表征方法,全面分析了热防护服装衣下空气层的分布规律；此外,建立了喷淋假人测试系统,探讨了高温液体喷溅环境下服装热湿传递和皮肤烧伤及分布规律；最后,分析了织物实验与假人着装实验之间的联系,建立了服装高温液体防护性能的预测模型。具体的研究内容概括如下：1)热防护织物的高温液体飞溅物防护性能研究课题研发了新型的织物高温液体飞溅物防护性能测试仪器,其创新点主要包括恒温液体循环加热箱和液体传送装置、液体流量控制钮、皮肤模拟传感器及其分布和皮肤烧伤预测程序。选取了常用的7种热防护服用材料,利用研发的测试仪器评价了热防护织物的防护性能,揭示了高温液体环境下织物的热湿传递规律。织物暴露于高温液体飞溅物时,热传递方式主要包括织物表面的对流传导、织物内的热传导和湿传递(液体和蒸汽传递)引起的能量传递。不透性和半透性面料的防护性能明显优于可透性面料,对于不透性面料和半透性面料,面料的厚度决定了其热防护性能；对于可透性面料,减小液体冲击渗透性可以明显地提高其热防护性能。研究证明液体的渗透性是影响热传递和皮肤烧伤的关键因素之一。面料的表面性能和液体的粘度影响液体在织物中渗透性。液体的热扩散性能、湿传递的速率和传递的总量是影响织物系统热防护性能的重要因素。直接暴露于高温液体流位置的皮肤烧伤比其它位置的烧伤严重。2)织物液体冲击渗透性能影响因素研究基于AATCC42-2000织物液体冲击渗透性测试标准,利用上述的高温液体防护性能测试仪器建立了新型的液体冲击渗透性测试方法,从织物特征、液体的温度、液体的种类、冲击角度和面料配伍等方面深入地探索了影响织物液体冲击渗透性的主要因素。研究结果表明具有较高润湿阻力的面料提供优良的防液体吸收和渗透性;液体的冲击渗透性随液体温度的升高而增加；液体的渗透性取决于液体的动力粘度,液体的粘度越大,其渗透量越小,而储存量越大;液体与面料的冲击角度明显地影响液体的渗透性能;添加隔热层可以显著增加液体的储存量,降低液体的渗透量,添加防水透气层后,总的液体储存量明显小于添加隔热层时储存的液体量。3)空气层对织物内热湿传递性能的影响研究衣下空气层对热防护服装热湿传递性能具有重要的作用。本论文制作了6mm空气层垫片,研究了衣下空气层对织物热湿传递性能的影响。研究表明高温液体环境下,传递至皮肤的热流量取决于面料的性能、液体的性能和测试条件,面料的表面能对热防护面料的热湿传递性能具有重要的作用,不同的液体对皮肤造成不同的伤害,与测试条件也有关;衣下空气层可以显著地降低吸收的总能量,延长二级烧伤的时间,提高织物的热防护性能。空气层对不同织物的热湿传递作用不同,空气层可以减少液体的渗透和蒸汽的传递,显著地提高可透性织物的防护性能；但对于疏水性的可透性面料,蒸汽可以透过润湿的面料并传递至传感器后冷凝释放大量的能量,极大地削弱了空气层对热防护性能的有益作用。4)热防护服装衣下空气层的表征选取了10种当前典型的工业用热防护服装,利用三维人体扫描仪获得着装前后的三维人体点云数据,通过Rapdiform系列软件开发了一套系统的处理三维人体扫描数据和测量服装衣下空气层的方案,并从服装的面料性能和尺码等方面探索了服装平均衣下空气层、各部位空气层厚度和空气层的整体分布规律。服装与人体之间的空气层尺寸取决于人体的几何特征、面料的物理性能和服装的尺码。人体凸面的空气层比凹面的空气层尺寸小；人体部位的围度越大,其空气层相对越小。面料的克重越大,其衣下空气层厚度越大；面料的抗弯刚度越大,衣下空气层尺寸越大。服装的尺码越大,人体各部位的空气层和平均衣下空气层也越大。衣下空气层在人体表面呈不均匀分布。腿部和腰腹部的空气层尺寸较大,而胸部、臀部和手臂处的空气层尺寸较小。5)喷淋假人着装防护性能研究基于燃烧假人测试系统,构建了喷淋假人测试系统,全面地分析了织物基本性能、服装设计特征和服装尺码等因素对服装热湿传递和皮肤烧伤分布的影响。所测试的服装根据其提供防护性能可以分为七类,半透的和不可透的服装系统的防护性能明显优于可透的服装；面料的厚度对不可透和半透性服装的热防护性能具有一定的影响；面料的克重对服装的热传递性能影响甚微；服装的防水整理对其防护性能产生非常重要的影响。服装的尺码对热防护服装的防护性能具有一定的影响,但并不明显。紧身服装与宽松服装之间的防护性能具有显著性差异,但它们与合体服装提供的防护性能之间并没有明显的差异。减少透过服装的湿传递是提高其防护性能的关键因素；保持服装和人体之间的空气层厚度也是提高服装热水喷溅防护性能的重要因素。服装的设计特征影响服装的热防护性能,增加服装的层数可以显著地提高其热防护性能,反光带可以对人体皮肤提供额外的防护。皮肤烧伤分布并不均匀,主要发生在高压热水喷溅直接冲击的部位(胸部和腹部)、水流较大的部位(腰臀部和大腿)和空气层较小的部位。服装的平均衣下空气层厚度与整体烧伤、吸收的总能量呈明显的负线性关系。在所测试的服装中,衣下空气层分布与皮肤烧伤之间具有一定的负线性关系。人体各部位平均衣下空气层厚度与皮肤烧伤百分比呈负相关关系。除了盆骨处以外,其它部位空气层厚度与皮肤烧伤的相关性显著(P<0.05)。对于特定的服装来说,人体各部位空气层厚度与皮肤烧伤之间没有明显关系。进一步分析发现除G5以外,人体上肢各部位空气层厚度与皮肤烧伤呈负相关性。6)热防护服装高温液体防护性能预测针对面料实验和假人着装实验中获得的指标进行相关性分析,结果表明：无空气层时面料实验得到的二级烧伤时间与吸收的总能量显著地线性相关；假人实验获得的皮肤烧伤百分比与吸收的总能量也显著地线性相关；无空气层时面料实验与假人实验中获得的指标之间具有明显的非线性关系；有6mm空气层时面料实验与假人实验中的指标呈显著的线性关系。建立了热防护服装皮肤烧伤百分比与平均衣下空气层和面料的二级烧伤时间之间的回归方程,即PBI=97.671-2.597*T2-1.84*AAG。该模型表明在测量了面料的二级烧伤时间和服装的衣下空气层厚度的前提下,可以准确地预测服装的防护性能。