主动净化送风式正压防护服是具有最高防护等级的个体生物防护装备之一,主要应用于生物安全实验室科研人员和突发传染病疫情救援人员的个体防护,对促进我国高危传染病实验研究和加强应急处置力量建设具有重要意义。由于我国个体生物防护装备研究起步较晚,有关正压生物防护服使用安全性和热舒适性的理论研究相对薄弱,相关的技术指标、检测方法及质量控制等技术体系尚未建立,严重制约着正压防护服推广应用和科技进步。因此本课题旨在通过建立正压生物防护服防护性能实验与技术检测平台,围绕主动净化送风式正压防护服的使用安全性和热舒适性开展科学实验和应用理论研究,为深化正压防护服科学技术研究奠定理论和实验基础。针对主动净化送风式正压防护服在新发突发重大传染病疫区现场使用中可能出现的破损安全性与热舒适性问题,本文以微环境气密实验舱为基础,搭建了国内首个正压防护服动态安全性实验检测平台;设计制作了等比例运动模拟假人及常规操作动作,用以代替人员在生物气溶胶环境中还原正压防护服的动态使用情况,为开展正压防护服使用安全性与热舒适性研究创造条件。基于此动态检测平台,以白色葡萄球菌(8032)为生物检测介质,通过研究生物粒子的重力沉降、自然衰亡和过滤作用,构建舱室内白色葡萄球菌气溶胶浓度衰减模型并制定了有效的浓度补充策略,可将舱室内的气溶胶浓度稳定在设定范围,解决了生物危害环境下主动净化送风式正压防护服防护因子的动态检测难题。基于搭建的检测平台以及合理的检测方法对主动净化送风式正压防护服的防护因子进行检测,结果表明,主动净化送风式正压防护服的防护因子>5×105,符合其安全设计要求。稳定的内部正压是主动净化送风式正压防护服保持可靠防护能力的关键,但是在实际使用中人员的肢体动作会对内部压力产生扰动。本文使用高频压差变送器对主动净化送风式正压防护服内部压力进行实时监测,并通过呼吸模拟器和运动模拟假人还原压力变化情况,研究呼吸以及肢体动作与正压防护服内部压力波动变化的关系。结果表明,肢体动作对内部压力的影响主要由动作形式、动作幅度和动作速度三方面决定,正压防护服在运动中受挤压变形而产生正向的压力波动,受拉扯和面料自身回弹作用而产生负向的压力波动。正压防护服若发生局部破损将会对内部压力造成不可逆的严重损害,本文从破损大小、破损形式和破损位置三方面研究了局部破损对主动净化送风式正压防护服内部压力变化的影响,结果表明,局部破损造成的压力损失大小与泄漏面积相关,而泄漏面积主要由破损大小和破损形式决定,同时在运动状态下还受破损位置的影响。通过研究不同破损情况下的动态压力波动,对主动净化送风式正压防护服内瞬时负压的形成条件和作用机理有了进一步的认识。当局部破损造成的压力损失与肢体动作引起的压力波动产生协同作用时,主动净化送风式正压防护服内部可能出现瞬时负压并导致局部泄漏的安全风险。对不同破损情况的主动净化送风式正压防护服进行生物气溶胶暴露实验,结果表明,正压防护服内部出现瞬时负压是导致局部泄漏的必要条件,但不是充分条件。鉴于瞬时负压是导致局部泄漏的前提和诱因,内部压力与泄漏风险存在间接关联。为通过压力实时监测数据快速评估安全风险,将瞬时负压与采样时间间隔的乘积定义为风险因子,以风险因子为桥梁构建压力与泄漏量之间的关系,进而与常见的高危传染病致病浓度进行关联,评估安全风险的大小。针对主动净化送风式正压防护服可能出现瞬时负压的情况制定增大送风量和优化操作动作的应对策略,降低甚至规避安全风险。热舒适性是主动净化送风式正压防护服的另一主要性能指标。本文使用PRO/Engineer软件构建主动净化送风式正压防护服内流场的三维网格模型,基于该网格模型使用Fluent对流体域进行计算和仿真,并得到气流矢量图和温度分布图。同时由实验人员穿着主动净化送风式正压防护服进行热舒适性实验,并结合仿真结果对主动净化送风式正压防护服的热舒适性进行评价。结果表明,主动净化送风式正压防护服内部的气流组织分布不均,手臂和脚部的空气对流较差导致局部温度过高,高温环境中使用时人员面临一定的湿热压力。针对目前自主净化送风式正压防护服存在的热舒适性问题,以改进流场分布为切入点,提出了增加排气阀和改进送风方式的优化方案来改善温度分布并消除局部热区,提高了主动净化送风式正压防护服的热舒适性。面料是影响正压防护服热舒适性的另一主要因素。主动净化送风式正压防护服的面料两面均为抗菌聚氨酯涂层,虽然保证了严格的气密性,但是同样导致湿气无法透过面料排出正压防护服,严重影响了湿热环境下的穿着舒适性。针对这一问题,本文使用双针头静电纺丝法制备含纳米银粒子的水性聚氨酯/聚乙烯醇复合纳米纤维膜,用以替代正压防护服面料内层的抗菌聚氨酯涂层。由于纳米纤维膜的微观多孔结构使得其比表面积远大于聚氨酯涂层,从而增大了抗菌剂的接触面积和水蒸气的吸附面积,因此静电纺丝法制备的复合纳米纤维膜的抗菌性和吸湿性均优于原聚氨酯涂层。同时水性聚氨酯和聚乙烯醇均为水溶性材料,静电纺丝过程不含挥发性有机溶剂,安全环保,这些特性为主动净化送风式正压防护服面料的性能优化提供了新的思路。