影響吸濕法透濕性測試的因素分析

文/劉志英 于紅

1 引言

舒適性可以分為濕熱舒適性、接觸舒適性和壓力舒適性，透濕性是評(píng)價(jià)服裝濕熱舒適性的一個(gè)重要指標(biāo)。目前，國內(nèi)外對透濕性的測試方式有很多種[1-2]，常見的有稱重法、電解傳感器檢測法、紅外檢定法、氣相色譜檢測法、動(dòng)態(tài)相對濕度測定法等[3]。國內(nèi)主要采用稱重法進(jìn)行透濕性能測試，又可以分為吸濕法[4]和蒸發(fā)法[5]。

GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法第1部分：吸濕法》和GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第2部分：蒸發(fā)法》分別規(guī)定了兩種測試方法的具體操作要求。但在采用吸濕法測試織物的透濕性能時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確確定所用干燥劑的質(zhì)量、儀器風(fēng)速以及試驗(yàn)時(shí)間，這必將對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性。為了探討干燥劑質(zhì)量、儀器風(fēng)速以及試驗(yàn)時(shí)間對試驗(yàn)結(jié)果的影響，特設(shè)計(jì)了三因子三水平的正交試驗(yàn)進(jìn)行研究分析[6]。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)儀器與材料

本試驗(yàn)采用的儀器有YG(B)216-Ⅱ型織物透濕量儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），ES200D型電子天平（天津市德安特傳感技術(shù)有限公司）。本試驗(yàn)采用的材料有無水氯化鈣（北京化工廠），顆粒直徑在0.63 mm～2.5mm；純滌綸白色針織布，克重為161g/m2。

2.2 試驗(yàn)原理

透濕性是因?yàn)榭椢飪蛇叴嬖谝欢ǖ乃魵鉂舛炔?，根?jù)紡織品的基本性質(zhì)，當(dāng)織物兩邊的水汽壓力不同時(shí)，水汽會(huì)從高壓一邊透過織物流向另一邊，此時(shí)氣態(tài)的水分透過織物的性能稱為透濕性[3]。把盛有干燥劑并封以織物試樣的透濕杯放置于規(guī)定溫度和濕度的密封環(huán)境中，根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)透濕杯質(zhì)量的變化計(jì)算試樣透濕率[4]。

2.3 試驗(yàn)方法

將一定質(zhì)量的干燥劑（在160℃烘箱中烘燥3h）裝入透濕杯中，并振蕩均勻，空白試驗(yàn)的杯中不加干燥劑；將直徑為70mm的圓形試樣的測試面朝上放置在透濕杯上，裝上墊圈和壓環(huán)，旋上螺帽，再用乙烯膠粘帶從側(cè)面封住壓環(huán)、墊圈和透濕杯，組成組合體，如圖1所示；將組合體放置在溫度為38℃、相對濕度為90%的試驗(yàn)箱內(nèi)平衡一定的時(shí)間后取出；迅速蓋上對應(yīng)杯蓋，放在20℃左右的硅膠干燥器中平衡30min，按號(hào)逐一稱重；稱重后輕微振動(dòng)杯中干燥劑，使其上下混合，除去杯蓋，迅速將試驗(yàn)組合體放入試驗(yàn)箱內(nèi)，經(jīng)過與前次相同的時(shí)間后取出；再次平衡30min稱重[4]。每個(gè)試樣取3個(gè)平行試樣同時(shí)測試，試驗(yàn)結(jié)果以3塊試樣的平均值表示，透濕率的計(jì)算公式如下：

式中：WVT——透濕率， g/(m2·24h)；

Δm——同一試驗(yàn)組合體兩次稱量之差，單位為g；

Δm'——空白試樣的同一試驗(yàn)組合體兩次稱量之差，g；

A——有效試驗(yàn)面積（本試驗(yàn)中為0.00283m2），m2；

t——試驗(yàn)時(shí)間，h。

圖1 組合體構(gòu)成

2.4 試驗(yàn)方案

在GB/T 12704.1—2009中對裝入透濕杯的干燥劑的質(zhì)量要求為“35g左右”，對透濕儀的風(fēng)速要求為“0.3m/s～0.5m/s”，對試驗(yàn)時(shí)間的要求是“試驗(yàn)時(shí)間1h，若試樣透濕率過小，可延長試驗(yàn)時(shí)間”。但是當(dāng)試樣的透濕率較大時(shí)，干燥劑顆粒吸濕后粘連板結(jié)[7]，同樣影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，故本文同時(shí)探討縮短和延長試驗(yàn)時(shí)間對試驗(yàn)結(jié)果的影響。本文選擇干燥劑質(zhì)量、儀器風(fēng)速、試驗(yàn)時(shí)間三個(gè)因素做三因子三水平正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平表見表1。采用L9（34）正交表，不考慮交互作用，正交試驗(yàn)方案見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

表2 正交試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 三個(gè)因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響

按照L9(34)正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，并進(jìn)行透濕性試驗(yàn)，所得結(jié)果如表2所示。分別計(jì)算各因素不同水平下的透濕率的平均值記錄在表3，如干燥劑質(zhì)量為33g時(shí)的透濕率=(8328+8727+8718)/3=8591。

表3 各因素不同水平透濕率值及極差值

從計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)透濕率隨著干燥劑質(zhì)量的增加先增大后減小，在第2水平34g時(shí)，透濕率較高。這是因?yàn)?4g干燥劑的吸濕效率既滿足測試樣的吸濕要求，又使得干燥劑的上表面距測試樣不會(huì)太近，在振動(dòng)透濕杯時(shí)，干燥劑不會(huì)與測試樣接觸，不會(huì)影響濕氣的透過。干燥劑質(zhì)量為35g時(shí)，雖然吸濕效率提高，但是干燥劑距離測試樣表面的距離更近了，容易與織物發(fā)生接觸，在織物表面產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，使測試結(jié)果偏小。

測試樣的透濕率隨著儀器風(fēng)速的增加也是先增大后減小，儀器風(fēng)速在第2水平0.4m/s時(shí)，透濕率較高。這是因?yàn)閮x器風(fēng)速的增加加快濕氣循環(huán)的同時(shí)也加快了水分的蒸發(fā)，儀器風(fēng)速為0.3m/s時(shí)，測試樣的吸濕和放濕都較慢，從而透濕率較?。粌x器風(fēng)速為0.4m/s時(shí)，測試樣的吸濕和放濕都有所增加，且吸濕略大于放濕，所以透濕率較大；儀器風(fēng)速為0.5m/s時(shí)，雖然此時(shí)測試樣的吸濕和放濕都較大，但吸濕小于放濕，所以透濕率減小。

試驗(yàn)結(jié)果表明隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，透濕率逐漸減小，試驗(yàn)時(shí)間在第1水平0.5h時(shí)，透濕率較高。這是因?yàn)闇y試樣的透濕率較大，隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加，表層的干燥劑充分吸濕粘連發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象，阻礙內(nèi)層干燥劑的吸濕效率，使得測試的透濕率值降低。

綜上所述，干燥劑質(zhì)量34g、儀器風(fēng)速0.4m/s、試驗(yàn)時(shí)間0.5h時(shí)所得的透濕率最高。

3.2 極差分析

計(jì)算各因素不同水平下透濕率的最大值與最小值之差，記為極差，如表3所示。由表3可知：儀器風(fēng)速的極差＞試驗(yàn)時(shí)間的極差＞干燥劑質(zhì)量的極差。這說明儀器風(fēng)速對透濕率的影響最主要，試驗(yàn)時(shí)間對透濕率的影響次之，干燥劑的質(zhì)量對透濕率的影響最小。儀器風(fēng)速的改變直接影響試驗(yàn)箱內(nèi)的溫濕度波動(dòng)，所以對試驗(yàn)結(jié)果的影響較大。試驗(yàn)時(shí)間的長短關(guān)系到干燥劑的吸濕效率，所以對透濕率的影響也較大。干燥劑質(zhì)量的多少關(guān)系到測試樣傳遞濕度的效率，對透濕率也有一定的影響。

3.3 方差分析

極差分析法簡單明了，通俗易懂，計(jì)算工作量少。但這種方法不能將試驗(yàn)中由于試驗(yàn)條件改變引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)同試驗(yàn)誤差引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)區(qū)分開來。此外，各因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響大小無法給以精確的數(shù)量估計(jì)，不能提出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來判斷所考察因素作用是否顯著。

表4 方差分析

為了彌補(bǔ)極差分析的缺陷，本文繼續(xù)進(jìn)行方差分析，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)的總偏差分解為因素引起的偏差和試驗(yàn)誤差引起的偏差，構(gòu)造F統(tǒng)計(jì)量，做F檢驗(yàn)，從而判斷各因素作用是否顯著。分別計(jì)算各因素的偏差平方和、自由度、方差和F值，見表4。從表4中發(fā)現(xiàn)干燥劑質(zhì)量、儀器風(fēng)速、試驗(yàn)時(shí)間的F值分別為0.40、1.56、1.15，都小于F0.05(2,2)，所以三者對透濕率的影響都不顯著。也就是說三個(gè)因素在一定范圍內(nèi)波動(dòng)并不會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響，這與GB/T 12704.1—2009的原意相符。

4 結(jié)論

本文探討了干燥劑質(zhì)量、儀器風(fēng)速以及試驗(yàn)時(shí)間對織物透濕性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明：三個(gè)因素對織物透濕率的測定都有一定的影響，儀器風(fēng)速的影響最大，試驗(yàn)時(shí)間的影響次之，干燥劑質(zhì)量的影響最?。坏撬鼈兊挠绊懚疾伙@著，這與GB/T 12704.1—2009的原意相符；通過極差分析得出干燥劑質(zhì)量34g、儀器風(fēng)速0.4m/s、試驗(yàn)時(shí)間0.5h時(shí)所得的透濕率值最高。