水貂皮總傳熱系數(shù)測(cè)定及影響因素的研究

華 彥，張國(guó)峰，王 雪，梁小婷，周慧焱

(東北林業(yè)大學(xué) 野生動(dòng)物資源學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

水貂皮總傳熱系數(shù)測(cè)定及影響因素的研究

華 彥，張國(guó)峰，王 雪，梁小婷，周慧焱

(東北林業(yè)大學(xué) 野生動(dòng)物資源學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

利用動(dòng)物毛皮熱物性測(cè)試平臺(tái)對(duì)水貂短毛黑色型、白色型、藍(lán)寶石色型、銀藍(lán)色型等4個(gè)品種的水貂皮的總傳熱系數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，并測(cè)定了各色型水貂皮毛長(zhǎng)度和毛密度，為制定水貂皮質(zhì)量量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供參考。結(jié)果表明：同一風(fēng)速作用下，不同色型水貂傳熱系數(shù)差異性不顯著(P>0.05)。隨著風(fēng)速的增加，水貂皮的傳熱系數(shù)顯著提高(P<0.01)，被毛的隔熱性能下降，絨毛長(zhǎng)度和毛密度是影響水貂皮總傳熱系數(shù)的主要因素。雄性水貂皮較雌性傳熱系數(shù)低，雄性水貂皮具有更高的隔熱性能，被毛特征的性二型是導(dǎo)致雌雄水貂皮隔熱性能差異的主要原因。通過(guò)總傳熱系數(shù)測(cè)定，能準(zhǔn)確的反映不同水貂皮被毛特征產(chǎn)生的隔熱性能的差異。

水貂皮；形態(tài)特征；傳熱系數(shù)；隔熱性能

水貂在動(dòng)物分類學(xué)上屬食肉目(Canivora)鼬科(Mustelidae)，人工馴養(yǎng)的水貂均為美洲水貂(Mustelavison)的后裔[1]。由于水貂皮是高檔裘皮的原料，為了滿足水貂商業(yè)用途的需求，美國(guó)最早在19世紀(jì)60年代開(kāi)展水貂的人工馴養(yǎng)，到20世紀(jì)30年代，水貂養(yǎng)殖業(yè)引入歐洲，二戰(zhàn)結(jié)束后水貂養(yǎng)殖業(yè)在全球逐漸興起并形成產(chǎn)業(yè)[2]。現(xiàn)在水貂養(yǎng)殖業(yè)主要分布在北美、歐洲和東亞等10余個(gè)國(guó)家，其中丹麥和中國(guó)占全球水貂皮產(chǎn)量一半以上。我國(guó)共有水貂養(yǎng)殖場(chǎng)5000余家，主要分布在江蘇、山東、河北以及東北三省[3]，水貂存欄數(shù)達(dá)到4000萬(wàn)只[4]，中國(guó)已經(jīng)成為全球水貂養(yǎng)殖、貂皮服裝加工與消費(fèi)的中心[5]。

水貂皮服裝受到消費(fèi)者的青睞一方面是追求動(dòng)物毛皮的原始美，另一方面就是水貂皮服裝出眾的防寒保溫功能。哺乳動(dòng)物體表覆蓋的被毛的具有的隔熱性不言而喻，由于缺乏量化指標(biāo)，因此，動(dòng)物被毛保溫性能往往通過(guò)定性來(lái)描述。近年來(lái)，動(dòng)物體被熱物性在動(dòng)物行為[6]、地理分布[7-8]、能量調(diào)節(jié)[9]、適應(yīng)策略[10]等領(lǐng)域的研究廣泛開(kāi)展，為動(dòng)物學(xué)研究提供了新的技術(shù)手段。在毛紡行業(yè)評(píng)估毛皮產(chǎn)品隔熱性依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11048-2008 《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》[11]，本文參考該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)原理和方法，通過(guò)穩(wěn)態(tài)過(guò)程傳熱系數(shù)測(cè)試平臺(tái)[12-13]，對(duì)水貂皮的總傳熱系數(shù)進(jìn)行測(cè)定，為水貂皮的熱物性等相關(guān)研究提供參考，也為評(píng)價(jià)水貂皮的品質(zhì)提供的新方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料采集與處理

采集短毛黑色型水貂、藍(lán)寶石色型水貂、白色型水貂、銀藍(lán)色型成年水貂冬季皮張雌雄各5張，共計(jì)40張。皮張剝?nèi)『笞匀桓稍铩⒚颖咀鲆韵绿幚恚?1)將毛皮浸入0.9%的生理鹽水“回鮮”24 h，清理皮下脂肪、血漬等，平整皮板。(2)將“回鮮”后的毛皮自然展開(kāi)，鋪平，以鐵夾固定毛皮邊緣，置于通風(fēng)避光處自然干燥72 h。(3)在背臀部取10 cm×5 cm的毛皮樣本，將被毛恢復(fù)自然蓬松，待測(cè)。

1.2 分析測(cè)定指標(biāo)與方法

1.2.1 總傳熱系數(shù)測(cè)定 將待測(cè)樣本置于測(cè)試小室，溫度為-10 ℃?？諝庀鄬?duì)濕度為45%，恒溫水浴溫度45 ℃，測(cè)試風(fēng)速設(shè)定為1～5 m/s，以1 m/s為風(fēng)速梯度單元，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)功率實(shí)現(xiàn)。利用Veloport 20手持風(fēng)速儀(±0.01 m/s)測(cè)定風(fēng)速。待系統(tǒng)穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程，讀取被測(cè)被毛樣本冷、熱表面溫度和熱流密度，讀取10組測(cè)定數(shù)據(jù)，取平均值，通過(guò)公式(1)計(jì)算傳熱系數(shù)，每個(gè)樣本重復(fù)測(cè)定3次。

(1)

式中：K為總傳熱系數(shù)，W/℃；Q為熱流密度，W·m2；△T為被毛兩側(cè)空氣溫度差，℃。

1.2.2 毛長(zhǎng)度和密度測(cè)定 選取水貂背臀部毛皮樣本，以精度為0.5 mm的鋼直尺測(cè)量針絨毛長(zhǎng)度。通過(guò)皮膚掃描電鏡成像，觀察各種毛束中各種類型毛的數(shù)量，應(yīng)用隨機(jī)抽樣計(jì)算出毛束平均數(shù)，再?gòu)膯挝幻娣e中測(cè)定各種毛束的數(shù)量，兩者乘積即得出單位面積的毛數(shù)量，即毛密度[14]。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 利用SPSS17.0軟件包對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過(guò)Kolmogorov-Smirnov分別對(duì)針絨毛長(zhǎng)度、毛密度、總傳熱系數(shù)的正態(tài)性分布和方差齊性進(jìn)行檢驗(yàn)，以上述指標(biāo)為因變量，風(fēng)速、性別、色型為自變量，進(jìn)行多因素方差分析，比較不同色型和性別水貂的被毛特征的差異以及風(fēng)速對(duì)水貂皮總傳熱系數(shù)的影響。

將針毛長(zhǎng)度、絨毛長(zhǎng)度和毛密度三個(gè)被毛形態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立性檢驗(yàn)，以被毛形態(tài)學(xué)指標(biāo)為自變量，總傳熱系數(shù)為因變量，進(jìn)行線性回歸分析。將回歸方程中自變量的回歸系數(shù)取絕對(duì)值并求和，按照公式(2)計(jì)算各自變量的權(quán)重系數(shù)，通過(guò)權(quán)重系數(shù)分析各形態(tài)學(xué)指標(biāo)對(duì)水貂被毛總傳熱系數(shù)的影響權(quán)重。

(2)

式中：ri為自變量的權(quán)重系數(shù)；Pi為自變量的回歸系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同風(fēng)速梯度水貂皮總傳熱系數(shù)的變化

同一風(fēng)速作用下，不同色型水貂總傳熱系數(shù)(見(jiàn)表1)差異性均不顯著(P>0.05)。隨著風(fēng)速的增加，水貂皮熱流密度均顯著增高，風(fēng)速?gòu)? m/s增加到5 m/s，單位面積內(nèi)被毛向環(huán)境傳遞的熱通量增加到1.44倍，風(fēng)速對(duì)水貂皮熱流密度的影響極顯著(P<0.01)。風(fēng)速?gòu)? m/s增加到5 m/s，水貂皮的傳熱系數(shù)顯著增高，風(fēng)速對(duì)水貂皮傳熱系數(shù)的影響極顯著(P<0.01)。

不同性別水貂皮比較，雄性水貂傳熱系數(shù)低于雌性，兩者差異性顯著(P<0.05)，雄性水貂被毛的保溫性能較雌性高。

圖1 不同風(fēng)速作用下水貂皮熱流密度的變化Fig.1 Effects of wind speed on fur thermal flux of minks

圖2 不同風(fēng)速作用下水貂皮傳熱系數(shù)的變化Fig.2 Effects of wind speed on fur overall heat transfer coefficient of minks

表1 不同風(fēng)速梯度水貂皮傳熱系數(shù)Table1 Effects of wind speed on fur overall heat transfer coefficient of minks W/(m2·℃)

2.2 不同色型水貂毛長(zhǎng)度比較

不同色型水貂毛密度和絨毛長(zhǎng)度差異均不顯著(P>0.05)，但水貂針毛長(zhǎng)度具有極顯著差異(P<0.01)，針毛長(zhǎng)度由高到低依次為藍(lán)寶石色型>白色型>銀藍(lán)色型>短毛黑色型(見(jiàn)表2)。

雄性水貂在針毛長(zhǎng)度、絨毛長(zhǎng)度、毛密度均高于雌性水貂(見(jiàn)表2、表3)，兩者差異性顯著(P<0.05)。

表2 四種色型水貂毛長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表Table 2 The length of hairs of minks mm

表3 四種色型水貂毛密度統(tǒng)計(jì)表Table 3 The hair density of minks amount/mm2

2.3 水貂皮被毛特征與總傳熱系數(shù)的關(guān)系

以水貂針毛長(zhǎng)度、絨毛長(zhǎng)度、毛密度為自變量，總傳熱系數(shù)為因變量，進(jìn)行線性回歸分析，F(xiàn)值概率為P<0.05。得到以下回歸方程：Y=-0.009X1-0.065X2-0.020X3+5.908(R2=0.687)。式中：y為總傳熱系數(shù)；X1為針毛長(zhǎng)度；X2為絨毛長(zhǎng)度；X3為毛密度。

根據(jù)上述方程中的自變量的回歸系數(shù)，按照公式(2)計(jì)算出各被毛形態(tài)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)(見(jiàn)表4)。根據(jù)權(quán)重系數(shù)分析，影響水貂皮總傳熱系數(shù)的被毛形態(tài)指標(biāo)主要是絨毛長(zhǎng)度和毛密度，針毛長(zhǎng)度對(duì)總傳熱系數(shù)影響不顯著(P=0.078)。

表4 影響被毛總傳熱系數(shù)的權(quán)重系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 4 Weight coefficients of fur morphological indexes

3 討 論

3.1 總傳熱系數(shù)在評(píng)價(jià)水貂皮質(zhì)量中的作用

按照我國(guó)現(xiàn)行的水貂皮的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T14789)，描述毛皮質(zhì)量的形態(tài)學(xué)特征主要有被毛顏色、毛長(zhǎng)度、毛密度、針絨毛密度比例等特征，在實(shí)際質(zhì)檢工作中，測(cè)定上述指標(biāo)過(guò)程復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)設(shè)備和人員的要求較高，且對(duì)送檢樣本具有破壞性?？倐鳠嵯禂?shù)是在穩(wěn)定傳熱條件下，物體兩側(cè)空氣溫差為1 ℃，通過(guò)1 m2傳遞的熱流量，是從總體上反映被毛傳熱性能的綜合性指標(biāo)，即考慮了導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射三種基本傳熱方式的作用，反映了被毛形態(tài)結(jié)構(gòu)特性以及與周圍環(huán)境的相互作用[15-16]，因此，總傳熱系數(shù)是反映被毛傳熱性能的綜合指標(biāo)。本研究通過(guò)建立水貂皮針毛長(zhǎng)度、絨毛長(zhǎng)度、毛密度與總傳熱系數(shù)的關(guān)系證明，毛厚度(絨毛層的高度)和毛的數(shù)量(毛密度)是提高被毛隔熱性的決定性的作用。因此，通過(guò)總傳熱系數(shù)的測(cè)定能綜合反映不同質(zhì)量水貂皮導(dǎo)致的保溫性能的差異。

3.2 水貂皮總傳熱系數(shù)的品種和性別差異

水貂皮是裘皮服裝中最大宗的毛皮原料之一，全球飼養(yǎng)的品種多達(dá)60多種，即使同一品種，不同的遺傳管理，地理分布以及飼養(yǎng)管理水平都對(duì)毛皮質(zhì)量產(chǎn)生影響[1]。本研究?jī)H對(duì)不同品種水貂的毛長(zhǎng)度和毛密度進(jìn)行了比較，結(jié)果表明同一性別不同品種之間除針毛長(zhǎng)度外，絨毛長(zhǎng)度和密度差異均不顯著，從而導(dǎo)致傳熱系數(shù)差異不明顯。主要的原因有：(1)雖然人工培育的品種較多，被毛顏色(色型)在水貂品種選育中占主導(dǎo)。被毛顏色對(duì)動(dòng)物與環(huán)境熱量交換的影響主要決定于被毛的物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性[17]，但本文實(shí)驗(yàn)在不透光的測(cè)試小室中進(jìn)行，因此毛色對(duì)被毛的熱物性無(wú)影響。(2)毛長(zhǎng)度和針絨毛比例也是不同水貂品種選育的重要方面，因此有“短毛”、“長(zhǎng)毛”“天鵝絨”等不同品種。通過(guò)本文被毛形態(tài)比較表明，不同品種的毛長(zhǎng)度差異主要為針毛的長(zhǎng)度，絨毛長(zhǎng)度無(wú)明顯區(qū)別。由于針毛的數(shù)量所占比例較少，因此，針毛數(shù)量和長(zhǎng)度對(duì)水貂皮的傳熱特性影響不顯著。(3)地理環(huán)境和飼養(yǎng)管理水平等因素對(duì)水貂被毛質(zhì)量具有較大影響，由于本文所采集的水貂皮樣本來(lái)自同一飼養(yǎng)場(chǎng)，因此也是導(dǎo)致品種之間傳熱性能差異不明顯的原因之一。同一水貂品種飼養(yǎng)于不同地理環(huán)境，通常高緯度“路份” 較低緯度“路份”具有更高的厚度[18]，從而影響被毛的傳熱特性。

水貂是典型的性二型動(dòng)物，通常雌性水貂體長(zhǎng)和體重僅為雄性水貂1/2～2/3[19]。本研究中，通過(guò)對(duì)不同性別水貂被毛的針毛長(zhǎng)度、絨毛長(zhǎng)度、毛密度的比較，雄性水貂均顯著高于雌性(P<0.05)，這一結(jié)果印證了孫偉麗等[20]對(duì)水貂被毛研究的結(jié)果。在相同風(fēng)速作用下，雄性水貂較雌性具有較低的傳熱系數(shù)，表現(xiàn)為更好保溫性。

4 結(jié) 論

通過(guò)總傳熱系數(shù)這一熱力學(xué)參數(shù)能準(zhǔn)確的反映不同水貂皮被毛特征產(chǎn)生的隔熱性能的差異，在評(píng)估不同養(yǎng)殖地理區(qū)域和飼養(yǎng)條件下的水貂皮品質(zhì)可以運(yùn)用毛皮總傳熱系數(shù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)。

[1]華 盛,華樹(shù)芳.水貂品種簡(jiǎn)介及選種標(biāo)準(zhǔn)[J].特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物,2005,(4):3-4.

[2]Hansen S W,Malmkvist J,Palme R.Do double cages and access to occupational materials improve the welfare of farmed mink [J].Animal Welfare.2007,16: 63-76.

[3]張志明.從中國(guó)與丹麥、美國(guó)水貂養(yǎng)殖現(xiàn)狀比較看中國(guó)水貂產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向[J].特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物，2005(9):2-5.

[4]向仲懷，楊福合，白玉良，等.中國(guó)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究(特種養(yǎng)殖卷)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2013.

[5]華 彥，張 偉，劉 欣.我國(guó)裘皮行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策[J].中國(guó)皮革,2012,41(5):46-48.

[6]Boyles J G,Bakken G S.Seasonal changes and wind dependence of thermal conductance in dorsal fur from two small mammal species (Peromyscus leucopus and Microtus pennsylvanicus) [J].Journal of Thermal Biology,2007,32(7):383-387.

[8]Gerken M.Relationships between integumental characteristics and thermoregulation in South American camelids[J].Animal,2010,4 (9):1 451-1 459.

[9]Hetem R S,Witt B,Fick L G,et al.Body temperature,thermoregulatory behaviour and pelt characteristics of three colour morphs of springbok (Antidorcas marsupialis) [J].Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology,2009,152 (3):379-388.

[10]Alexander S K,Alessandra C,Irning Z.Energy intake and fur in summer- and winter-acclimated Siberian hamsters (Phodopus sungorus) [J].Regulatory,Integrative and Comparative Physiology,2001,281(2): 519-527.

[11]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T11048-2008 紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[12]鄭 雷,張 偉,張 斌,等.動(dòng)物體被穩(wěn)態(tài)過(guò)程熱物性參數(shù)測(cè)試平臺(tái)構(gòu)建[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011,39(2):117-119.

[13]華 彥,馬建章,張 偉,等.傳熱系數(shù)測(cè)試平臺(tái)在毛皮學(xué)研究中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理，2011,28(12):69-71.

[14]Keiji Kondo，Jing Songyan．Determination of hair density in mink(Mustela vison)[J]．Scientifur，1989，13(1)：15-18.

[15]陶文銓.傳熱學(xué)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[16]劉 靜,王存誠(chéng).生物傳熱學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,1993.

[17]鄭 雷,張 偉,華 彥.哺乳動(dòng)物毛被傳熱性能及其影響因素[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(13):3 856-3 862．

[18]張 偉,徐艷春，華 彥.毛皮學(xué)[M].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)出版社,2011.

[19]馬逸清.黑龍江獸類志[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

[20]孫偉麗,李光玉,劉晗璐,等.三個(gè)水貂品系內(nèi)臟器官重量和毛皮品質(zhì)的比較[J].特產(chǎn)研究，2011(3):10-12.

StudyontheMink(Mustelavision)FurHeatTransferCoefficientsandAttributiveFactors

HUA Yan,ZHANG Guo-feng，WANG Xue，LIANG Xiao-ting，ZHOU Hui-yan

(CollegeofWildlifeResources,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The fur of farmed mink (mustela vision) is the main raw material for fur garment,so the heat retention property of fur are usually key parameters for evaluating fur heat insulation.To deminish the inadequacies of qualitative description of thermal insultation properties of the fur due to lack of quantative index,the paper measured the morphological indexes included the hair density and length of guard hairs and under hairs and the overall thermal transfer coefficients of furs from 4 breeds,namely black shorthair type,white,sapphire and silver blue minkswith fur thermal physical test platform.The results showed that thermal transfer coefficients did not reveal significant differences among various types of minks; the increase of wind speed brought forward higher thermal transfer coefficients of mink fur and lower heat insulting properties,under hairs length and hair density were the main factors that influenced the heat transfer property.Concerning the gender differences,the overall heat transfer coefficient of male mink fur was lower than that of the female and thermal heat insulting properties of the former higher than the latter,mainly caused by the dimorphism of fur morphological characteristic.The test of the overall thermal transfer coefficients exactly displayed the thermal insultation differences of mink furs to prepare references for quantative assessment index of mink fur quality.

mink；fur；overall heat transfer coefficient; heat insulation

2014-03-17，

2014-04-21

東北林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目(201210225104)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(09042；DL10BA14)

華 彥(1979-)，男，江西贛州人，博士，講師，主要從事毛皮學(xué)研究。E-mail：wildlife530@163.com

S811.6

A

1005-5228(2014)07-0078-04