医用一次性防护服热湿舒适性研究现状

马艳丽,杨 琳,邵亚文,李盼盼,邵 龙,胡尊芳

(1.山东省产品质量检验研究院,山东 济南 250102;2．山东省纺织科学研究院,山东 青岛 266032;3.山东省特种纺织品加工技术重点实验室,山东 青岛 266032)

医用一次性防护服作为医护人员的重要装备,具有拒水、拒血液、拒酒精以及抗静电等功能,可有效降低相关人员在进行医疗、防疫、检验等高感染性工作时被致病菌或病毒感染的可能性,对保障生命健康具有重要意义。现阶段,医用一次性防护服主要使用聚乙烯膜/聚丙烯纺粘非织造布为面料,在保障防护性能的同时,其服用舒适性存在一定缺陷,尤其是高强度或长时间工作或运动下,人体会释放汗液及热量,由于聚乙烯膜/聚丙烯纺粘非织造布拒水、透气性低,会使防护服内部的湿、热积蓄,导致皮肤过敏、中暑甚至晕厥等不良后果。因此,对医用一次性防护服的舒适性研究一直是业内的重要方向。本文基于医用一次性防护服热湿舒适性的影响因素、服装热湿舒适性评价体系、研究现状等方面入手,对热湿舒适性研究现状进行了总结,以期为提升医用防护服舒适性提供参考。

1 医用一次性防护服热湿舒适性的影响因素

热湿舒适性是服装保持人体和环境之间热湿平衡,抑制环境因素对个体舒适性产生不良影响的性能。其主要影响因素有面料热湿传递性能、透气性能、服装结构等。

1.1面料热湿传递性能

热阻和湿阻是反映面料热湿传递性能的重要参数,其中热阻是指人与环境热交换过程中对热流的阻力,单位为克罗(clo),一般分类四类:服装表面空气层热阻、服装总热阻(包含服装表面空气层热阻)、服装基本热阻(不包含服装表面空气层热阻)、衣服相对热阻(不包含服装表面空气层热阻和覆盖头、手、脚段的热阻)[1]。湿阻是指水蒸气通过服装和衣内微气候向外界环境蒸发散热的阻力。GB/T 39605—2020《服装湿阻测试方法 出汗暖体假人法》[2]将湿阻分为服装总湿阻和服装固有湿阻,二者的区别在于服装总湿阻包含水蒸气透过周围边界空气层增发散热的阻力。服装的热阻和湿阻越大,表示人体越难通过其向外界环境传递热、湿。医用一次性防护服可以起到调节人体热湿平衡的作用,但调节能力较为有限,难以维持稳定的衣内微气候热湿循环,热湿舒适性能较差。

1.2 透气性能

服装的透气性也是医用一次性防护服热湿舒适性的重要影响因素。服装在进行气体交换的同时,也会实现热湿的传递。透气性高的服装其热湿的传递效率高,如果织物的透气性过小,热湿不易排出,会使人感到闷热不适。市售医用一次性防护服面料多使用聚乙烯膜/聚丙烯纺粘非织造布,由于聚乙烯膜作为防护外层承担阻隔致病微粒的作用,因此气体透过性较差,也决定了医用防护服整体的透气性较差。

1.3 服装结构

服装的面料层数、开口设计、版型等与热湿舒适性也有直接关系。如服装的开口方式和大小影响服装的通风性能,开口越大、服装越宽松,服装的对流传热性能就越好。国家标准GB 19082—2009《医用一次性防护服技术要求》中规定防护服由连帽上衣、裤子组成,分为连身式结构和分身式结构,并附以相关示意图,因此医用一次性防护服的整体设计较为固定,在服装结构方面创新的空间较为有限。

2 服装热湿舒适性评价体系

2.1 客观评价

客观评价主要是通过物理测试来衡量织物的热湿舒适性,主要指标有热导率、热吸收率、热阻、透气率、芯吸高度、透湿量和湿阻等。克罗值是最早提出的客观评价因子。随着测试技术的进步,客观评价方法逐渐发展为包括物理学评价和生理学评价的综合评价手段,物理学评价主要依靠透气量测试仪、平板保温仪、毛细管效应测定仪、热湿阻测试仪、暖体假人等仪器实现,其中暖体假人法可以模拟人体的发热和出汗状态,具有一定优势,但其并不完全等同于真人,也存在一些局限性。生理学评价法是通过设定恒定的温度和湿度环境,测量人体的生理参数(如皮肤温度、核心区域温度、血压、心率等),通过人体的生理参数变化,反映并评价服装热湿舒适性的一种手段,但不能真实反映穿着者的感受是客观评价的主要缺陷。

2.2 主观评价

主观评价可评估服装对人体生理的影响,是一种心理学评价方法,相对于客观评价,可以较为真实地反映服装的热湿舒适性。由于不同个体皮肤敏感程度、舒适感程度不同结果,主观评价难以采用统一的指标,因此可能存在较大差异。现在主要采用的主观评价方法为评价标尺和语义差异法,存在个体对评价标准理解存在差异的问题,因此样品数量较少的主观评价的准确性较低,可以通过增加样本数量或结合客观评价数据的方式提高主观评价的准确度。

2.3 综合评价

单一的客观评价或者主观评价并不能全面反映服装的热湿舒适性,根据热阻和湿阻的定义,对于热湿舒适性的评价需要将人体-服装-环境系统联系起来,因此将二者结合使用,探究不同影响因子的权重,有助于真实反映服装的热湿舒适性。目前数理统计方法、模糊数学方法和灰色系统分析法等数学模拟法已用人体体温调节模型、服装的热湿传递模型、人体-服装-环境系统模型的构建。

3 改善热湿舒适性研究现状

3.1 面料

面料是医用一次性防护服热湿舒适性的决定性因素,其研发成果层出不穷。吴钦鑫等人[3]采用静电纺丝法制备了具有辐射降温功能的二氧化硅/聚偏氟乙烯(SiO2/PVDF)纳米纤维,并将其与非织造布热压制成新型防护服面料,测试发现15 wt%的PVDF纺丝液中,当SiO2粒径为2 μm,其与PVDF的质量比为0.15时,SiO2/PVDF纳米纤维的红外光透过率最好,将部分面料替换为SiO2/PVDF纳米纤维后,衣内温度比传统防护服低2℃,相对湿度下降5%。Korte Y D等人[4]设计了一款相变材料降温背心用于医护人员降温,如图1所示,该背心前后分别有16个和20个装有相变材料包的口袋,其使用方式为在使用前放在冰箱里降温,然后穿在医用防护服内侧,使用完并消毒后再放入冰箱降温即可。通过测试17位医护人员穿着该背心工作时的生理指标和主观感受,发现该背心可降低人体核心温度,改善热舒适性。

图1 相变材料降温背心

3.2 评价方法

评价方法的发展有助于更准确的评价医用一次性防护服热湿舒适性。谢丹等人[5]针对目前防护服热舒适性评价过程中,物理试验法存在的问题,基于Stolwijk多节点模型,总结分析了防护服与热生理模型的耦合机制,典型模型中的被动系统和主动系统。牛梦雨等人[6]从医用防护服的热湿性能角度,分析长时间穿着对人体疲劳度的影响,通过真人穿着试验,得到并分析了人体的热生理和主观参数,发现在低、中、高强度运动和恢复状态下,防护服热湿舒适性越差,人体疲劳感越强。崔馨文[7]综合材料性能实验、假人实验、人体热生理实验、Fiala模型模拟及模糊综合评价等研究手段对医用一次性防护服的着装热湿舒适性预测研究,利用Fiala模型对不同环境温度、活动水平及时长下的人体生理指标和主观感受进行了预测,建立了适用于医用一次性防护服热湿舒适性的综合评价方法。

3.3 结构设计

服装结构与版型会对穿着便捷性和适体性产生影响,但由于医用一次性防护服要符合标准要求,因此其创新设计空间较小。傅晓琴,徐海燕[8]针对医用防护服穿脱繁琐、舒适性差等问题,在实现防护效果可靠的前提下,对医用防护服的结构进行头部防护一体化设计、后中位置开合设计、连脚一体式设计等改造设计,结果表明改造后医用防护服穿戴时长为普通医用防护服的56.32%,脱卸时长为的49.21%。胡珏[9]基于人体工效学对医用防护服结构和尺寸进行优化,以提高医用防护服的舒适性和适体性,通过结构、号型优化设计,并采用服装压力测试了优化后医用防护服的运动舒适性。

4 结语

医用一次性防护服热湿舒适性的高低会对医护人员的工作状态、身心健康产生显著影响,而热湿舒适性的影响因素较多,评价方法多样,难以形成较为统一且实用性强的评价体系。作为重要医疗防护装备,在保证安全性、稳定性的前提下,面料、评价方法、结构设计的研究创新对改善其热湿舒适性具有积极意义。