葉武　韓達(dá)　鄧劍

摘 要：災(zāi)害環(huán)境中的個(gè)體防護(hù)裝備是作業(yè)人員在災(zāi)害環(huán)境中參與施工或救援作業(yè)時(shí)所使用的專用設(shè)備，因此其在款式、性能等多個(gè)方面都要適應(yīng)其實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境。文章以防護(hù)靴設(shè)計(jì)為例，主要分析了它的適用環(huán)境特點(diǎn)，并結(jié)合現(xiàn)狀提出了災(zāi)害環(huán)境中個(gè)體防護(hù)的設(shè)計(jì)要求及人體工程學(xué)研究指導(dǎo)下的個(gè)體防護(hù)裝備的外觀造型設(shè)計(jì)方案，對(duì)防護(hù)靴的款式結(jié)構(gòu)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，以達(dá)到安全、符合人體尺度的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：個(gè)體防護(hù)裝備 防護(hù)靴 特性

一、引言

防護(hù)靴是一種防御使用者在特殊條件下作業(yè)時(shí)，腳及小腿受到物理、化學(xué)和生物等外界因素傷害的護(hù)具。由于使用條件惡劣，使用情況緊急，防護(hù)靴有著除了穿戴舒適外的、與其他鞋類不同的設(shè)計(jì)要求。

目前，雖然國(guó)內(nèi)外有很多有關(guān)防護(hù)靴的研究成果，但市場(chǎng)上的主要產(chǎn)品多是外國(guó)品牌，少有國(guó)內(nèi)企業(yè)躋身世界前列；此外，通過對(duì)眾多產(chǎn)品的研究發(fā)現(xiàn)，在國(guó)際上，防護(hù)靴的生產(chǎn)在工藝上不斷取得突破，材料不斷革新，如今的防護(hù)靴在技術(shù)上已經(jīng)可以滿足惡劣的災(zāi)害環(huán)境的防護(hù)要求，但是在例如外觀造型設(shè)計(jì)等方面尚存在巨大發(fā)展空間，某些產(chǎn)品在外觀與造型設(shè)計(jì)方面不能充分考慮到使用者的需求或人機(jī)工程學(xué)尺度，從而導(dǎo)致使用者在使用過程中穿戴不適，影響其工作狀態(tài)，降低工作效率，甚至增加了任務(wù)執(zhí)行者的工作風(fēng)險(xiǎn)。所以，外觀造型上的優(yōu)化設(shè)計(jì)將成為防護(hù)靴設(shè)計(jì)的重要部分。

設(shè)計(jì)目標(biāo)為一款耐酸堿防化套靴，采用性能良好的改性橡膠材料制作而成，適用于化工、油田、礦山、建筑、消防等條件惡劣的施工環(huán)境以及災(zāi)害條件下的作業(yè)環(huán)境，對(duì)常見的多種腐蝕性化學(xué)物質(zhì)都具有良好的防腐蝕性能。

二、基于防護(hù)靴工況的設(shè)計(jì)要求的提出

1.防護(hù)特性

災(zāi)害環(huán)境的情況復(fù)雜，地面大都積水或者崎嶇不平，可能會(huì)有沙石、 泥濘、 山坡、峭壁等，同時(shí)在類似火災(zāi)、地震等條件下的環(huán)境可能存在大量尖銳的物品，在生化試劑污染的惡劣條件中，地面上腐蝕性液體同樣也可能會(huì)對(duì)作業(yè)人員造成嚴(yán)重傷害，這就需要防護(hù)靴具有較強(qiáng)的防水、防滑、阻燃、抗裂、抗沖擊、抗穿刺、耐酸堿等特性。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN344：1997《專用安全、防護(hù)及工作鞋》已經(jīng)提供了較為具體的技術(shù)指標(biāo)要求以及測(cè)試方法，國(guó)內(nèi)也有相關(guān)的國(guó)標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.穿戴特性

（1）可靠性

災(zāi)害環(huán)境下的工作人員，往往需要連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度作業(yè)，防護(hù)靴作為惡劣工作環(huán)境下的必要的護(hù)具，就必須要確保在穿戴過程中舒適、輕便、穩(wěn)固，在作業(yè)過程中保障使用者工作的高效，降低其受環(huán)境侵害的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）便捷性

以火災(zāi)救援為例，消防隊(duì)員在接到消防任務(wù)時(shí)需要在短短數(shù)分鐘之內(nèi)準(zhǔn)備完畢，這就要求防護(hù)靴的設(shè)計(jì)在保證可靠的前提下，令穿脫方式盡量簡(jiǎn)單，易于使用者穿戴。

三、現(xiàn)有技術(shù)及產(chǎn)品的調(diào)研分析

1.產(chǎn)品材料選取

根據(jù)防護(hù)靴的適用環(huán)境分析，目標(biāo)產(chǎn)品須具有阻燃隔熱、耐高溫、防水、防穿刺等多種性能。通過查閱資料與實(shí)驗(yàn)分析，我們最終選定了一種經(jīng)過改性之后的橡膠材料作為防護(hù)靴的成品用料。該材料以氯丁橡膠為基料，再配以三芳脂磷酸酯、氯化石蠟、三氧化二銻、硼酸鋅等阻燃體系。不同于傳統(tǒng)的橡膠材料，這種材料具有更強(qiáng)的耐酸堿腐蝕性能。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)研究，我們測(cè)得本設(shè)計(jì)產(chǎn)品所能承受的酸堿濃度大致如下：硫酸濃度：3.7mol/L（19.7%），鹽酸濃度：6.0mol/L（18.25%），氫氧化鈉：6.1mol/L（11.45%）。同時(shí)，氯丁橡膠本身的耐燃性優(yōu)良，且具有耐油、耐熱、拉伸強(qiáng)度較高和耐老化的性能。

2.產(chǎn)品制作工藝

產(chǎn)品可采用先進(jìn)的橡膠注射成型工藝制作，橡膠注射成型工藝是一種把膠料直接從機(jī)筒注入模型硫化的生產(chǎn)方法，包括喂料、塑化、注射、保壓、硫化、出模等幾個(gè)過程。注射硫化的最大特點(diǎn)是內(nèi)層和外層得膠料溫度比較均勻一致，硫化速度快，可加工大多數(shù)模壓制品。該技術(shù)具有注塑一次成型、操作便捷、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模批量化生產(chǎn)。橡膠注射成型的設(shè)備是橡膠注射成型硫化機(jī)。

3.其它相關(guān)性調(diào)研

（1）防滑紋

針對(duì)防滑特性的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鞋底前掌與后跟花紋朝向相對(duì)時(shí)，紋路能最大限度地增大靴底的水平反作用力，使鞋底齒紋在與地面的接觸運(yùn)動(dòng)中，剪切力加大，從而達(dá)到防滑的目的；同時(shí)，鞋底中間花紋與周邊花紋交錯(cuò)，可以增加防側(cè)滑性能；此外，增大鞋底花紋槽的深度，使得其表面摩擦力增大，可以進(jìn)一步提高鞋底的防滑性能。

（2）防穿刺層

如今市面上大多數(shù)可防穿刺的防護(hù)靴多采用的是在鞋底內(nèi)部加置鋼板的方式，但是實(shí)際穿著中發(fā)現(xiàn)這種方法并不是很好，因?yàn)殇摪宀牧贤嬖谟?、重、不透氣等缺點(diǎn)，這樣既不利于作業(yè)人員的現(xiàn)場(chǎng)施工，更有可能會(huì)對(duì)作業(yè)人員的足部產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響。

四、防護(hù)靴的設(shè)計(jì)說明

1.基本款式

防護(hù)靴采用高腰前系扣式設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)既能方便使用者穿脫，又能靈活調(diào)節(jié)小腿部位松緊度，提高穿著的舒適性。

2.細(xì)部說明

（1）靴筒

靴筒部位依據(jù)人體腿部運(yùn)動(dòng)的基本原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，靴筒上口擴(kuò)大，方便穿戴者穿脫，同時(shí)在靴筒中部增加寬度較大的橡膠帶，末端系扣，可直接拉緊系到靴筒上；設(shè)計(jì)有兩種位置的扣子，可根據(jù)穿戴者腿部粗細(xì)進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，力爭(zhēng)使穿戴者感受更加舒適。同時(shí)，在靴筒高度適中，且不磨腿的前提下，我們對(duì)靴筒內(nèi)側(cè)表皮肌理進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，將原本光滑的橡膠表皮做凹凸處理，增大其摩擦系數(shù)，確保褲腿在活動(dòng)過程中不易滑出靴外。

（2）靴幫

考慮到穿戴本防護(hù)靴的作業(yè)人員所處環(huán)境的復(fù)雜性，地形地勢(shì)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境可能對(duì)作業(yè)人員的腳踝部位產(chǎn)生安全隱患，極易造成作業(yè)人員腳踝部位扭傷或拉傷。因此，我們對(duì)靴幫部位進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，在靴幫內(nèi)側(cè)靠近腳踝處，我們依據(jù)人體腳踝的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了類似于緩沖墊的軟性凸起物，可對(duì)作業(yè)人員的腳踝部位起到一定程度的固定與保護(hù)作用，同時(shí)我們對(duì)靴幫的腳踝部位進(jìn)行了加厚與加硬處理，在基本保證作業(yè)人員腳部活動(dòng)靈活的前提下，保護(hù)其腳踝部位，減少腳部受傷幾率。

（3）靴頭

根據(jù)大量的調(diào)查研究我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在多數(shù)的防護(hù)靴生產(chǎn)商對(duì)防護(hù)靴的靴頭部位的重視不足，一些防護(hù)靴的靴頭強(qiáng)度弱，不具備抗沖擊和防穿刺性能，對(duì)穿戴人員的腳部不能起到很好的保護(hù)作用。因此，基于此點(diǎn)考慮，我們對(duì)本款防護(hù)靴的靴頭部位采用了加厚與加硬設(shè)計(jì)。

（4）靴底

靴底防護(hù)層選用了一種新材料、新工藝研制出的復(fù)合纖維作為本款防護(hù)靴的防刺層，該防刺層具有纖維材料的質(zhì)輕、柔軟的特點(diǎn)，能發(fā)揮材料的組織結(jié)構(gòu)，具有高強(qiáng)的抗穿刺性能。

靴底紋路采用前、后反齒式花紋，前掌周邊花紋齒方向設(shè)計(jì)為向后，后跟周邊花紋齒方向設(shè)計(jì)為向前的設(shè)計(jì)；鞋底花紋塊分布比較分散，且有深度，表面摩擦力大，進(jìn)一步提高了鞋底的防滑性能。

五、總結(jié)

在對(duì)適用環(huán)境、行業(yè)產(chǎn)業(yè)、人體尺度等進(jìn)行充分調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，我們提出了對(duì)災(zāi)害環(huán)境下的防護(hù)靴進(jìn)行了外觀造型的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)使用需求，應(yīng)用新材料、新工藝研制出更加安全、更加符合人體尺度的個(gè)體防護(hù)裝備是個(gè)體防護(hù)裝備領(lǐng)域未來設(shè)計(jì)開發(fā)的趨勢(shì)，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展與生產(chǎn)材料的不斷革新，個(gè)體防護(hù)裝備的功能性與防護(hù)性研究還需不斷深入。

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作者單位：天津大學(xué)