纺织业假人的运用研究

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本文作者：倪冰选 单位：国家纺织品服装产品质量监督检验中心

假人技术研究现状

为更好地测试评价纺织服装的热湿舒适性，国内外研究人员对假人在纺织领域的应用进行了大量研究。

国内研究假人应用于纺织领域的主要有总后勤部军需装备研究所、航天医学工程研究所、东华大学、天津工业大学和香港理工大学等。1978年起，我国总后军需装备研究所开始对假人技术进行研究，对我军军服、民用劳动保护服和南极考察防寒服等进行试验，得出许多重要的试验数据，为我军军需装备研究开发提供了重要的技术支持。该所成功研制的“变温暖体假人”有动静两种状态，静态取站姿，动态取步行动作，如同真人。科研人员在模拟实验室为假人穿上服装，模拟真人与外界冷环境进行热交换。姜志华、谌玉红等［5］成功研制出一种出汗假人测试系统，能够模拟人体在过热条件下的产热、干散热和汗液蒸发散热过程，通过对不同服装的测试，表明研制的出汗假人测试系统能在热湿稳态条件下准确可重复地测定各种服装的透湿指数和蒸发阻力。

从20世纪80年代至今，东华大学张渭源教授及其团队成功研制了多种类型暖体假人，其研制的国内第一个用于舱内舱外航天服测试评价的暖体假人，为神七航天服测试提供了重要手段，居于国际先进水平。所研究的出汗假人可模拟人体出汗，出汗均匀，重复性好，被用于测试各类服装的透湿性能，对服装舒适性可以做出客观定量评价。东华大学研制的暖体假人及气候室可用于南极低温防寒服的开发研究，其与航天医学工程研究所共同研制和开发的姿势可调暖体出汗假人，其姿势及形态以中国航天员的体型为标准。朱利军等［6］通过对暖体假人多组裸体试验结果的分析，讨论了假人试验设备的测试精确度、重复精度及其影响因素，得出环境温度与空气隔热值之间的关系。为改善目前现有硬质材料暖体假人与真实人体表面弹性的差异性，提高特殊功能服装测试的精度，杨凯等［7］对暖体假人上使用的软质模拟皮肤进行研究，选择热硫化硅胶、天然乳胶、医用硅胶、聚苯乙烯系弹性体TPR、聚烯烃系弹性体EVA和热塑性聚氨酯TPU6种高分子弹性体，在拉伸、压缩、热性能等多项实验的基础上，研究高分子弹性体的综合性能，并通过模糊数学的模糊决策理论选出综合性能最优的暖体假人模拟皮肤材料。

航天医学工程研究所庞诚、陈景山等［8］研究了出汗暖体假人在设计与评价防护服中的应用，包括通风服、液冷服及防寒服中关于身体各段的流量分布、服装隔热值与表面热流以及进口液体温度和流率对服装致冷能力的影响等问题，为使用出汗暖体假人技术设计和评价航天服调温功能研究提供启示和借鉴。

香港理工大学范金土教授研制的发汗织物假人“Walter”，是世界上首个用水循环和高强度“可呼吸面料”制成的暖体假人。早期的出汗试验是在假人身上喷水来模拟人体出汗，在假人外面覆盖一层“出汗皮肤”，“出汗皮肤”采用纯棉织物或吸湿透湿性好的渗透膜材料。而“Walter”可以模拟人体实现主动出汗和人体的整个温度分布，可以通过变换具有不同透气性的模拟皮肤调节出汗速率，同时测量干性及蒸发散热量、热阻和湿阻值等，同时四肢可以模拟人体步行运动［9］。为了评价不同类型冷却服的冷却性能，天津工业大学李利娜等［10］采用可行走出汗暖体假人“Walter”对3件不同类型的冷却背心进行冷却性能测试，其中液态相变材料冷却背心使假人的皮肤温度下降最多，致冷时间最长，而微胶囊相变材料冷却背心使假人的皮肤温度下降最少，致冷时间最短，液体冷却背心的致冷作用则介于两者之间。

美国北卡罗来纳州立大学纺织护理舒适中心与芬兰VTT技术研究中心合作开发出的暖体出汗铜人通过187条汗腺在中心产生可控的湿气来模拟出汗，最大出汗量为200g/m2•h，在生理上相当于人体每小时出汗量350g，其膝盖、臀、肘和肩关节均可以自由活动，可以连续地检测服装在变化的气候条件和模拟运动水平下的热湿损耗量［11］。

瑞士在2001年研制出名叫SAM(sweatingagilemanikin)的出汗假人。SAM由30个加热区组成，除了头、脚和手外，在其它部位有125个出汗孔，蒸馏水通过面部喂入体内调节阀，特定的缓冲单元覆盖出汗孔以模拟潜汗和显汗，通过一个精密天平测量人体外的储水罐内水的减少量来确定出汗速率，衣服内的水蒸气含量通过监测假人的质量来确定。SAM出汗速率由缓冲单元调节，可以在20～4000mL/h之间变换，假人的肩、肘和膝关节可以活动，能模拟人体行走和攀爬，行走速度可达8km/h。

韩国首尔国立大学人类生态学院和英国拉夫堡大学人体环境工程学研究中心开发了暖体假人“NEWTON”，“NEWTON”的身高为175cm，身体表面积为1．8m2，质量为30kg，其外壳是由可以热传导的铝与环氧碳复合制成的，系统的构造严格遵守ASTMF1291和ISO/DIS15831标准，“NEWTON”的脚踝、肘部、膝部和臀部都可以转动，用于模拟人体各种姿势［12］。

假人技术相关标准

国家标准GB/T18398—2001《服装热阻测试方法－暖体假人法》［13］适用于各类服装热阻的测量。该标准规定了测试服装热阻用的暖体假人系统的基本技术要求和暖体假人测定服装热阻的方法。暖体假人全身应分为头、躯干、四肢等解剖段，至少6段，应能维持静止站立和动态步行两种姿势，步速为每分钟30步至60步。应用暖体假人测试服装热阻的基本原理是在模拟人体－服装－环境之间热交换的过程中，从暖体假人皮肤表面温度与环境温度之间的温差、体表单位面积非蒸发散热率等物理参数之间的关系，导出服装热阻的量值。国家标准GB/T13459—2008《劳动防护服防寒保暖要求》［14］适用于冬季室外作业人员的防寒服装。常年低温环境下作业人员的防寒服装可参照执行，其中保暖性测定方法参考采用暖体假人法，即标准GB/T18398—2001。国外采用假人方法测试服装热湿舒适性的相关标准为:ISO15831－2004《服装生理效应用暖体假人测量隔热性》，ISO9920－2007《热环境的人类工效学服饰整体隔热和抗水蒸汽性的估计》，ISO11079－2007《热环境人类工效学使用所需隔热服装和局部冷却效应时冷应力的测定和解释》，ASTMF1291－2005《利用暖体假人测量服装隔热性能的标准试验方法》，EN14058－2004《防护服防寒服》，EN511－2006《防寒手套》，EN13537－2002《羽绒制品睡袋的要求》，ENV342－1998《防护服防寒服装》。

假人技术在纺织领域的应用

假人在纺织领域的应用包括纺织服装的热阻与湿阻的测试评价，如日常服装，军服，特种服装(航天服、消防服和防寒服)等;其他纺织品的隔热与透湿性能的测试，如床上用品、睡袋、鞋、帽子和手套等;各种服装与人体的热交换性能的研究等。近年来，国内外学者研制暖体假头、假手和假脚等，主要用于头盔、手套和鞋等的测试评价，用于指导产品开发。例如一种暖体假头由头颅、面部和颈部组成，三部分单独加热，独立控制，假头包括25个出汗孔用于模拟出汗，分布于面部和头颅，位于假头上方水罐内的蒸馏水经管道喂入假头，出汗量由单独的阀门控制，可达70g/h［15］。

假人测试系统既可以模拟人体的某些生理特性(如出汗和散热等)，又具有测试仪器的物理特性，因此可以测量纺织服装的一些特殊物理性能。例如，膝关节是人体最复杂、最重要的关节，护膝的应用越来越广泛，随着各种功能性护膝的开发应用，可以利用假人系统(膝关节模型)测试护膝的穿着舒适性及其他物理性能等。黄丽等［16］在分析人体正常步态的基础上，研制了裤子耗能测试系统，该测试系统采用直流电动机驱动，偏心轮摆杆机构作为假人装置，模拟人体正常步态，用PCI2300数据采集卡采集实验数据，利用空载和负载状态下电流累计总功差值表征裤子的耗能。

假人技术发展展望

假人作为模拟人体与环境之间热湿交换的仪器，可用于测试纺织服装舒适性。世界上假人数量越来越多，不同地区的假人在设计和测试方法上都存在差别，同一套服装在不同假人上测试出的热阻及湿阻往往不具有可比性。因此，为了进一步推进假人技术的发展应用，应对假人的设计及测试方法作统一规定，以保证在不同假人上得到的测试数据具有可比性。随着假人技术的不断发展完善，其在纺织服装领域的应用将越来越广泛，具有非常大的发展前景。