如今，在健康、绿色、生态等生活方式的倡导下，人们越来越懂得享受生活，潜水等活动成为游玩新热点，对潜水装备的需求也逐渐增长. 而对于水下作业人员，手部被水浸泡的时间越长，手部温度流失越快，不仅不利于身体健康而且影响工作效率，因此水下手部保暖问题亟需解决. 目前市场上常见的潜水手套材质大部分是海绵与尼龙等面料，但其缺点是海绵吸水后手套质量增加且手部温度流失过快，影响作业效率^[1]. Neoprene^[2]材料又称氯丁胶，是一种合成橡胶发泡体，手感细腻、柔软、富有弹性，具有防震、保温、弹性大、不透水、不透气等特点. 近年来，随着众多厂家的大力推界，Neoprene材料已经成为应用领域特别是医疗卫生领域不断拓展的新型材料^[3-5].

我国潜水装备研究是从20世纪80年代水下考古开始的，但大多是对潜水服的研究，潜水手套只是其中的一个小分支，并没有详细的记载. 在21世纪初，部分学者开始对潜水手套进行研究：中国海洋水下工程科研院的荆岩林等^[4]通过研究佩戴不同材质手套入水前后掌心温度的变化，对海绵潜水手套的保暖性能进行评价；王刚^[5]对可自动调温的潜水服装进行研究，该潜水服利用水凝胶形成一层良好的防护，使得潜水员在不同潜水环境中保持适宜的体表温度；邹慧^[6]研究发现潜水时潜水员手部没有防护，潜水衣橡胶袖口紧箍腕部使得血流不畅，局部感觉迟钝，容易发生冻伤；威锋^[7]提到美国麻省理工学院（MIT）的研究人员开发一种类似于动物毛皮的合成材料，未来或将制作出更轻、更保暖的潜水服. 这些研究在很大程度上为我国潜水服装的发展提供了重要思路.

目前关于潜水手套的研究大多集中于开发新型潜水面料，从而提高各项性能，本研究主要通过比较Neoprene潜水手套与海绵手套入水前后掌心温度的流失情况，研究Neoprene潜水手套的保暖性能，并利用回归分析法，研究佩戴不同材质手套进行水下作业时，掌心温度的流失与工作效率之间的回归关系.

1.   研究方法

1.1   保暖性能的评价方法

近年来，很多国内外学者对潜水手套保暖性进行了研究，主要分为主观评价法、客观实验评价法和综合评价法. 其中，主观评价方法常见的有心理评价标尺法和生理心率、血流量等指标监测；客观评价法是通过物理实验，对织物的热导率、克罗值、热阻等指标进行定量研究，确定织物的保暖性；综合评价包括数理统计方法^[8]、模糊数学法^[9]和灰色系统分析法^[10]，是通过对数据进行分析、找出各因素之间的联系的一种方法. 本研究采用客观实验评价法和综合评价法相结合，用客观数据论证，借回归分析佐证，确定客观数据之间隐藏的联系.

极大温差法^[11]和回归分析法的优势在于操作简单，数据清晰易懂，用最简单的方法获取实验结果，且适用于手套整体而非单独的材料研究；缺点在于数据的精确程度有待提高，且这种方法不适用于面料的保温性能研究，增加实验误差. 本文采用极大温差法对入水前后佩戴2种手套的掌心温度变化进行分析，以此来表征保暖性能. 为减少实验误差，测试者选取以及实验全程都在气候仓内进行（温度为17 ℃±2 ℃，相对湿度为65%±2%）. 为研究掌心温度流失对工作效率的影响，进行投珠拓展实验，滚珠投递用常规方法，如图1所示. 记录滚珠全部投人玻璃杯中的时间，通过将入水前后的掌心温度与投珠所用时长进行回归分析，研究掌心温度流失对工作效率的影响.

图  1  滚珠的投递方法示意图

Figure  1.  Schematic diagram of ball delivery method

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实验选择3名成年健康的年轻男性，测试者身体指标信息见表1. 测试者采取坐姿，在气候仓内静坐15 min，双手各穿戴一只3 mm 五指型的90%海绵+10%尼龙的潜水手套和一只3 mm 五指型的90%Neoprene +10%尼龙潜水手套，将双手放入水温为11 ℃±1.3 ℃^[12]的实验水池中浸泡25 min，分别测试浸泡前掌心温度（L_1S和L_1N）和浸泡25 min后掌心温度（L_2S和L_2N）（S和N分别表示海绵手套和Neoprene手套）. 比较L_S=|L_1S−L_2S|和L_N=|L_1N−L_2N|的大小，进行数据分析，研究2种材质的保暖性能.

表  1  测试者身体指标信息

Table  1.  Body index information of test subjects

人数	性别	身高 / cm	体重 / kg	年龄	体重指数
3	男	173~178	58~70	22~27岁	19~25
注: 体重指数等于体重千克数除以身高米数平方，是目前国际上常用的衡量 人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准，正常范围为：18.50~24.99

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实验结果预测分析可分为3类：1）L_N=|L_1N−L_2N| < L_S=|L_1S−L_2S|时，Neoprene面料手套保暖性能比海绵材质的好，可以将这款Neoprene面料推广应用到其他潜水服饰上，如潜水裤、袜等；2）L_N=|L_1N−L_2N|= L_S=|L_1S−L_2S|时，Neoprene潜水手套与海绵潜水手套保暖性能相差不大，但Neoprene材质比海绵材质的速干性好，可替代海绵类产品；3）L_N=|L_1N−L_2N| > L_S=|L_1S−L_2S|时，海绵潜水手套保暖性能好，Neoprene手套保暖性能不太理想，不太适合做保暖的潜水材料，可以预想创新开发一款“Neoprene+海绵”材质的新型材料，既完善了保暖性能，也保留了防割防刺性能.

1.2   实验器材

3 mm 五指型的90%+海绵10%尼龙潜水手套、3 mm 五指型的90%+Neoprene 10%尼龙潜水手套、滚珠10颗、装水容器（用长40 cm、宽30 cm、高45 cm的鱼缸代替）、灵敏温度计、恒温恒湿气候仓、电子秤等. 实验手套如图2所示.

图  2  2款实验手套

Figure  2.  Two kinds of experimental gloves

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1.3   实验过程

对3名实验测试者分别编号A、B、C，测试者采取坐姿，在气候仓内静坐15 min. 实验步骤为：1）首先用灵敏体温计依次对A、B、C进行掌心温度的测量，每人测量3次并取平均值，记为L₀；2）测试者左手佩戴Neoprene手套右手佩戴海绵手套，静坐5 min后测量掌心温度，进行3次取平均值，分别记为L_1N、L_1S值，每个测试者测试时间相隔30 min；3）进行入水前滚珠投递实验，在装水容器中放置玻璃杯，A、B、C佩戴Neoprene手套与海绵手套在水平距离杯子20 cm、高15 cm处进行滚珠投递，将滚珠全部投入杯中的时间纪录，进行3次重复实验，记录数据，浸泡实验与滚珠实验如图3所示；4）静坐休息30 min后，将分别佩戴Neoprene手套与海绵手套的双手同时放入11 ℃±1.3 ℃的水中，浸泡25 min，测试掌心温度并记录，实验重复3次取平均值，分别为L_2N、L_2S值，如图4所示. 每个测试者实验相隔30 min，然后在水中再次进行滚珠投递实验，重复步骤3）.

图  3  浸泡实验与滚珠实验过程图

Figure  3.  Process maps of immersion test and ball test

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图  4  掌心温度测试方法

Figure  4.  Palm temperature test method

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2.   结果分析

2.1   数据分析

实验过程中所测得的实验数据见表2. 表2中测试者未佩戴手套状态下的掌心温度为L₀=26.27 ℃，而未入水前佩戴Neoprene潜水手套时的掌心温度L_1N=27.27 ℃>L₀，佩戴海绵潜水手套时的掌心温度L_1S=27.77 ℃>L₀，说明佩戴手套对手部是有保暖效果的. 投珠实验测试结果见表3. 由表中数据可知，未入水前佩戴2种材质手套投递滚珠的总时长为T_1N+T_1S=24.15 s，但是在11 ℃±1.3 ℃的水温中浸泡25 min后投递滚珠的总时长为T_2N+T_2S=39.12 s，时间增加了70.0%，由此可见，手部温度的散失严重影响作业效率.

表  2  掌心温度实验数据

Table  2.  Experimental data of palm temperature

测试者	掌心温度 / ℃
	L0	L1N	L1S	L2N	L2S
A	26.5	27.2	28.5	15.1	15.8
B	28.1	29.7	30.8	19.0	16.7
C	24.2	24.9	24.0	15.0	14.5
平均值	26.27	27.27	27.77	16.37	15.67

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表  3  滚珠投递实验数据

Table  3.  Experimental data of ball delivery

测试者	滚珠投递时间 / s
	T1N	T1S	T2N	T2S
A	14.58	14.98	17.96	24.75
	8.67	8.63	12.36	20.30
	13.61	10.85	10.79	19.32
平均值	12.29	11.49	13.70	21.46
B	11.24	11.53	17.87	20.19
	10.12	10.17	20.58	22.50
	10.55	11.75	20.97	17.17
平均值	10.64	11.15	19.81	19.95
C	12.74	12.28	19.65	22.60
	16.64	12.59	22.36	20.22
	14.60	11.83	19.96	22.45
平均值	14.66	12.23	20.66	21.76

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通过实验数据发现，掌心温度与滚珠投递时间之间存在线性关系，掌心温度越高，投递滚珠所用时间越短，工作效率越高，回归计算过程如下.

1）将掌心温度数据设为自变量x_i，滚珠投递时间为因变量y_i，数据见表4.

表  4  回归分析参数

Table  4.  Regression analysis parameters

项目		A	B	C
L1N	x1Ni / ℃	27.2	29.7	24.9
	y1Ni / s	12.29	10.64	14.46
L2N	x2Ni / ℃	15.1	19.0	15.0
	y1Ni / s	19.81	13.70	20.66
L1S	x1Si / ℃	28.5	30.8	24.0
	y1Si / s	11.49	11.15	12.23
L2S	x2Si / ℃	15.8	16.7	14.5
	y2Si / s	21.48	19.95	21.76

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2）分别将4组数据代入计算回归系数b和常数项a，计算式为

得到回归方程为

其中

3）通过计算得到相应的回归方程为

2.2   实验结果

测试者佩戴2种潜水手套入水前后掌心温度变化的计算结果见表5. Neoprene手套的前后温差L_N=10.9 ℃，海绵手套的前后温差L_S=12.1 K，L_S>L_N，佩戴Neoprene手套在11 ℃±1.3 ℃的水中浸泡后掌心温度下降39.9%，佩戴海绵手套在水中浸泡后掌心温度下降43.6%，表明佩戴海绵手套时，入水后掌心温度变化较大且流失速度较快，而佩戴Neoprene手套时掌心温度损失较少，保暖性能也更加优异.

表  5  掌心温度实验结果

Table  5.  Experimental results of palm temperature

项目	L1S	L2S	L1N	L2N
掌心温度 / ℃	27.77	15.67	27.27	16.37
变化值 / K	—	LS=12.1	—	LN=10.9
变化率 / %	—	−43.6	—	−39.9

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为进一步研究Neoprene手套的保暖性能，将本实验的掌心温度变化数据与国内外学者对其他手套的掌心温度变化数据进行比较分析. 通过文献查阅，西安工程大学陈梦萍^[13]对冬季针织手套的保暖性进行研究，通过对比12款手套在室温为（11±1）℃的环境中佩戴30 min后掌心温度的变化，研究不同材料手套的的保温性能. 实验结果显示，12款手套佩戴30 min后的掌心温度平均变化率为11.69%，且12款手套中，在30 min内掌心温度最大升高了3.15 K，速率为0.105 K / min. 本实验入水前佩戴Neoprene手套静坐5 min时长内掌心温度增长了1 K，速率为0.200 K / min，由此可见，本实验的Neoprene手套的保暖性能均优于12款针织手套；由于是2个独立的实验，引起实验误差的因素必然存在.

入水前后滚珠投递所用时间的计算结果见表6. 未入水前佩戴海绵手套的滚珠投递时间略小于佩戴Neoprene手套投珠时间，但差异不显著；入水后，佩戴海绵手套投珠时间明显高于佩戴Neoprene手套投珠时间，且同种手套入水前后投珠时间变化较大，海绵手套入水后投珠时间比入水前增加了81.24%，而Neoprene手套只增加了44.90%，由此可见，佩戴Neoprene手套对工作效率的影响比佩戴海绵手套小.

表  6  滚珠投递实验结果

Table  6.  Experimental results of ball delivery

项目	T1S	T2S	T1N	T2N
投滚珠时间 / s	11.62	21.06	12.46	18.06
变化值 / s	—	TS=9.44	—	TN=5.60
变化率 / %	—	81.24	—	44.90

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回归分析表明，掌心温度与滚珠投递所用时间呈负相关，掌心温度越高，投递滚珠所用时间越短，工作效率越好. 由回归方程可知，${\hat b_{1N}} = - 0.79,$${\hat b_{2N}} = - {\rm{1}}{\rm{.75}},\;{\hat b_{1S}} = - 0.16,\;{{{\hat b}}_{{\rm{2}}S}} = - {\rm{0}}{\rm{.92}}$，且${{{\hat b}}_{{{2N}}}} < {\hat b_{{{2S}}}} <$${\hat b_{{{{\rm{1}}N}}}} < {\hat b_{{1S}}}$. 分析结果表明，入水前佩戴手套对工作效率均有影响且为负影响，但入水后，佩戴Neoprene手套的影响比佩戴海绵手套影响小，说明佩戴Neoprene手套的工作效率较好.

3.   结 语

本文研究了Neoprene 潜水手套和海绵潜水手套的保暖性能，通过实验数据分析可知，Neoprene 潜水手套的保暖性能比海绵潜水手套好，且入水后佩戴Neoprene手套的工作效率较高；通过与其他手套的保暖性能比较，结果显示Neoprene 潜水手套的保暖性能较好；而且Neoprene面料还有较好的防割耐磨性能，且价格低廉，更加适合大众选择.

此外，Neoprene材料有良好的物理性能，耐屈挠性能优异，所以产品具有良好的记忆能力，可以随意揉折，不会变形并不会留下揉折的印记；防震性能、粘附性良好，所以使产品具有良好的柔软性和防滑性. 由于Neoprene材料良好的物理性能，可以将Neoprene材料应用到潜水服装的膝部和肘部或者潜水袜上，既有一定的压力，更贴合人体，更加具有防割、保温的性能，成本也相对较低. 在未来潜水材料创新应用的研发中，也是首选材料.