涼爽纖維及其制品的導(dǎo)熱性評(píng)價(jià)方法研究

沈佳宏++++戴晴++++諸佩菊++++李璇++++陳鳳梅

摘要：涼爽纖維及制品主要特征是具有瞬時(shí)涼爽和吸汗快干性。評(píng)價(jià)該特性主要從導(dǎo)濕性和導(dǎo)熱性兩方面考慮，國(guó)內(nèi)的相關(guān)檢測(cè)手段主要用于表征面料的導(dǎo)濕性能，導(dǎo)熱性能沒(méi)有具體的表征方法。本文研究了不同的導(dǎo)熱性能測(cè)試方法，并通過(guò)試驗(yàn)比較得出了較優(yōu)的評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：涼爽纖維制品；導(dǎo)熱性；評(píng)價(jià)方法；測(cè)試

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的日益提高，對(duì)服裝面料的健康性、舒適性、安全性和環(huán)保性等各種需求也是與時(shí)俱進(jìn)，把休閑服與運(yùn)動(dòng)服相互滲透，融為一體是服裝功能性演變的趨勢(shì)所在，這類面料的服裝既要求有美觀的著裝性，又要求有良好的舒適性，舒適性能是衣用紡織品最重要的性能指標(biāo)之一[1]。涼爽纖維就是一種新型的降溫散熱纖維，涼爽纖維的散熱性能是通過(guò)對(duì)合成纖維改性或織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、后整理加工等方式產(chǎn)生的，使汗水迅速遷移至織物表面并發(fā)散，從而達(dá)到吸濕、散熱、保持人體皮膚干爽的目的[2]，其中包含采用涼爽紗作為吸濕排汗紗線[3]制成的纖維。

涼爽纖維及其制品主要特征是具有瞬時(shí)涼爽和吸汗快干的舒適性。其功能性主要體現(xiàn)在：（1）導(dǎo)熱性好，能迅速將身體的熱量散出，使穿著者有清涼的感覺(jué)；（2）導(dǎo)濕性好，產(chǎn)生的汗液能快速發(fā)散、汽化，與皮膚相接觸的布料保持干爽，給人舒適的感覺(jué)。然而，國(guó)內(nèi)的相關(guān)檢測(cè)手段主要用于表征面料的導(dǎo)濕性能，對(duì)于導(dǎo)熱性能沒(méi)有具體的測(cè)試方法，檢測(cè)機(jī)構(gòu)由于缺乏統(tǒng)一的檢測(cè)方法，無(wú)法對(duì)涼爽產(chǎn)品進(jìn)行鑒別，嚴(yán)重影響了市場(chǎng)秩序。故對(duì)導(dǎo)熱性能的評(píng)價(jià)方法的研究較為迫切而需要。本文研究了3種不同的導(dǎo)熱性能測(cè)試方法，從中比較分析得出較優(yōu)的評(píng)價(jià)方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

1.1.1 儀器

Memmert UFE550型烘箱；Memmert CTC256氣候測(cè)試箱；SFJJ-606PC織物保溫性測(cè)試儀； FA2004N電子天平；梅特勒差示掃描量熱儀。

1.1.2 樣品

不同涼爽纖維含量制品：45%滌綸/55%改性纖維，55%滌綸/45%改性纖維，65%滌綸/35%改性纖維，65%滌綸/35%改性纖維（六角PK面料），65%滌綸/35%改性纖維（雙面羅紋 ），72%滌綸/28%改性纖維（六角PK面料）等，由美津濃（中國(guó)）體育用品有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 散熱降溫值測(cè)試法

在控制相同溫濕度的情況下，研究試樣的溫度降低值的變化。設(shè)置人體模擬溫度，選擇3個(gè)溫度測(cè)試，分別為（36±0.5）℃、（38±0.5）℃、（40±0.5）℃，相對(duì)濕度均選擇（90±3）%。根據(jù)課題組前期試驗(yàn)分析，由陳鳳梅測(cè)試研究的《散熱功能性織物測(cè)試方法的研究》[4]中得出了溫度（38±0.5）℃、相對(duì)濕度選擇（90±3）%為最適宜的試驗(yàn)環(huán)境條件。再把試樣放進(jìn)恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，恒溫恒濕試驗(yàn)箱內(nèi)配備的傳感溫度器，箱內(nèi)溫度為（38±0.5）℃，相對(duì)濕度選擇（90±3）%，風(fēng)速為0.2m/s～0.6m/s，試樣溫度測(cè)試傳感器的精度為±（0.2%×|示值|+0.15）℃。恒溫恒濕試驗(yàn)箱放置在溫度為（20±2）℃、相對(duì)濕度為（65±4）%的恒溫恒濕室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。確定了這些試驗(yàn)條件后進(jìn)行測(cè)試，來(lái)研究最佳試驗(yàn)時(shí)間，分別選擇了3個(gè)測(cè)試時(shí)間，為10min、20min、30min。

1.2.2 散熱熱導(dǎo)率測(cè)試法

研究試樣散熱關(guān)系比。根據(jù)織物的厚度與試樣的熱阻之間的關(guān)系，測(cè)試試樣的熱阻值，求得散熱關(guān)系。將試樣放在試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)大氣規(guī)定的溫度和相對(duì)濕度條件下調(diào)濕24h，溫度為（20±2）℃、濕度為（65±2）%。試驗(yàn)臺(tái)要配置一套加熱器，由3塊不同形狀的加熱板組成，包括試驗(yàn)板、底板和保護(hù)板。加熱板的溫度調(diào)節(jié)范圍為20℃～50℃，溫度控制精度為±0.1℃，試驗(yàn)板的尺寸為250mm×250mm。加熱板的溫度通過(guò)試樣的熱阻值得出，熱阻值由3塊試樣測(cè)試再取平均值，根據(jù)熱導(dǎo)率的計(jì)算公式k=10-3×d/Rct，來(lái)分析比較涼爽纖維制品與普通纖維制品散熱性能的區(qū)別。

1.2.3 差示掃描量熱法

探索在常態(tài)條件下，通過(guò)試樣的比熱容來(lái)體現(xiàn)織物的散熱能力。選擇相應(yīng)的測(cè)試儀器：梅特勒差示掃描量熱儀；測(cè)試方法：多頻溫度調(diào)制技術(shù)（TOPEM法）；測(cè)量范圍：0～50℃，升溫速率：1℃/min；測(cè)試過(guò)程：原料烘干流程：烘干溫度和時(shí)間為100℃，4h。然后進(jìn)行差示掃描量熱法試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 散熱降溫值測(cè)試法

從表1結(jié)果發(fā)現(xiàn)，含涼爽纖維的面料平均降溫值為負(fù)值，普通面料的結(jié)果為正值，經(jīng)過(guò)測(cè)試涼爽纖維制品在模擬人體運(yùn)動(dòng)出汗的條件中，溫度為（38±0.5）℃、濕度為（90±3）%的環(huán)境下，涼爽纖維能使面料溫度降低，具有降溫功能。當(dāng)測(cè)試進(jìn)行10min時(shí)，1～6號(hào)含涼爽纖維的試樣降溫值在-0.54℃～-1.30℃范圍內(nèi)，降溫幅度隨涼爽纖維含量的增加而增加，當(dāng)試驗(yàn)分別進(jìn)行至20min、30min時(shí)，試樣平均降溫變化已與10min時(shí)相近，趨于穩(wěn)定。因此前10min是試樣吸濕散熱的集中體現(xiàn)階段，體現(xiàn)了10min內(nèi)平均降溫值的變化，可以反映面料的散熱性能。而相同成分的3～5號(hào)試樣，克重越低，降溫越明顯，說(shuō)明克重對(duì)降溫值有影響。其中克重相近的4～5號(hào)試樣，織物織造結(jié)構(gòu)的不同對(duì)降溫的程度也有影響。

2.2 散熱熱導(dǎo)率測(cè)試法

試驗(yàn)采用普通纖維制品與涼爽纖維制品同時(shí)進(jìn)行熱導(dǎo)率的測(cè)試，分析比較其散熱性能的區(qū)別。熱導(dǎo)率又稱導(dǎo)熱系數(shù)，反映的是物質(zhì)的熱傳導(dǎo)能力，k值越大，對(duì)導(dǎo)熱有利，散熱越快。根據(jù)熱導(dǎo)率的計(jì)算公式 k=10-3×d/Rct，驗(yàn)證其散熱關(guān)系。

從表2發(fā)現(xiàn)涼爽纖維制品的熱導(dǎo)率均略高于普通纖維制品，涼爽纖維制品試樣1～2號(hào)、5～6號(hào)分別與相近厚度的普通纖維制品試樣12～13號(hào)、14號(hào)相比，涼爽纖維制品的熱阻值均小于普通纖維制品， 熱導(dǎo)率均大于普通纖維制品，從而證明涼爽纖維制品散熱性快于普通纖維制品。同時(shí)隨著涼爽纖維制品厚度的降低，即織物越輕薄，熱阻越低，熱導(dǎo)率越大，說(shuō)明織物散熱性能越好。但是本測(cè)試方法的不足之處是織物的熱導(dǎo)率本身就很小，變化幅度不明顯，當(dāng)涼爽纖維含量較低時(shí)無(wú)法進(jìn)行明顯的區(qū)分。

2.3 差示掃描量熱法

比熱容是反映溫度變化1℃所吸收或放出的熱量，比熱容越小散熱越快。

從表3發(fā)現(xiàn)1～6號(hào)涼爽纖維制品試樣比熱容在1.07℃時(shí)為0.92J/g·℃～1.44J/g·℃，在48.90℃時(shí)為1.18J/g·℃～1.62 J/g·℃，涼爽纖維含量越高，比熱容越低。7～10號(hào)普通纖維試樣比熱容在1.07℃時(shí)為1.80J/g·℃～2.31 J/g·℃，在48.90℃時(shí)為2.01J/g·℃～2.53 J/g·℃。試驗(yàn)證明涼爽纖維制品的比熱容均小于普通纖維制品，其散熱的速度快于普通纖維。

2.4 評(píng)價(jià)方法比較

涼爽纖維及其制品導(dǎo)熱性能評(píng)價(jià)方法比較：

散熱降溫值測(cè)試法：該試驗(yàn)?zāi)苊鞔_體現(xiàn)出涼爽纖維面料與普通面料的差異性，加入散熱功能的改性纖維可使織物具有降溫性能，纖維成分及克重對(duì)面料的散熱效果有影響，該評(píng)價(jià)方法能直觀地體現(xiàn)其散熱性能的強(qiáng)弱。

散熱熱導(dǎo)率測(cè)試法：該試驗(yàn)只能證明涼爽纖維制品散熱性快于普通纖維制品。但是數(shù)據(jù)變化小，差異性不大，無(wú)法明顯地進(jìn)行區(qū)分。

差示掃描量熱法：該試驗(yàn)體現(xiàn)了涼爽纖維制品散熱速度較普通纖維制品快，但是紡織材料吸濕后，其比熱容也相應(yīng)增大[5]，故環(huán)境的濕度對(duì)涼爽制品影響較大。

3種方法比較下來(lái)是散熱降溫值測(cè)試法為相對(duì)最優(yōu)。

3 結(jié)語(yǔ)

研究涼爽纖維及其制品的導(dǎo)熱性評(píng)價(jià)方法，對(duì)于評(píng)價(jià)紡織品散熱性能的效果，統(tǒng)一檢驗(yàn)依據(jù)和手段，促進(jìn)和指導(dǎo)生產(chǎn)，為滿足市場(chǎng)需求是非常必要的[6]。本文對(duì)涼爽纖維及其制品的導(dǎo)熱性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，根據(jù)3種不同的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分析比較，試驗(yàn)得出導(dǎo)熱性的散熱降溫值測(cè)試法比另兩種評(píng)價(jià)方法更客觀、科學(xué)。該評(píng)價(jià)方法也可以填補(bǔ)現(xiàn)有涼爽纖維及其制品導(dǎo)熱性能測(cè)試的空白，規(guī)范功能性服裝的市場(chǎng)，為維護(hù)消費(fèi)者權(quán)益提供有效申訴依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）