圓筒式織物熱濕阻測試儀的研究

張 君，劉 貴，潘行星，杜趙群

(1.東華大學紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海201620；2.福建省紡織品檢測技術(shù)重點實驗室(福建省纖維檢驗中心)，福建 福州350026)

0 引言

長久以來，服裝一直都與人們的生活息息相關(guān)[1]，服裝舒適性能是人們購買衣物時的首要考慮因素之一，而影響服裝舒適性的最主要因素便是服裝的熱濕傳遞性能，即服裝的熱濕舒適性[2]。

服裝熱濕舒適性是指人體著裝后在不同的環(huán)境中，人體與環(huán)境間不斷進行熱濕能量交換，在這種能量交換達到平衡時，人體既不感到冷又不感到熱，既不悶熱也不干燥的舒適滿意的性能[3－4]。人體的熱濕舒適性不僅取決于人體—織物—環(huán)境三者之間形成的微氣候環(huán)境，也取決于邊界條件以及其他相關(guān)的影響因素[5]。服裝熱濕阻舒適性的評價方式分為主觀評價與客觀評價。主觀評價要進行人體著裝實驗，實驗人員穿著實驗服裝，在人工氣候模擬室內(nèi)進行規(guī)定動作，一定時間之后采集數(shù)據(jù)，完成測試[6]?？陀^評價為儀器測試，可以分為通過測試織物的熱濕阻參數(shù)判斷由該種織物剪裁縫制而成的服裝的熱濕舒適性和直接測試服裝的熱濕阻兩種方式?？椢餆釢褡枋褂闷桨鍍x進行測試，服裝熱濕阻使用暖體假人進行測試。因為服裝是一個三維的立體結(jié)構(gòu)，具有一定的儲存空氣的能力，其衣下空氣層的熱濕阻不可忽視[7]，所以直接測試服裝熱濕阻更加準確。真人測試具有主觀特性，因測試人員的個體差異而使得測試結(jié)果有一定的偏差，暖體假人因其類人的外形和測試的可靠性成為了服裝熱濕阻測試的首選。但其價格昂貴，測試效率低下，希望有一種兼顧暖體假人的熱濕測試原理，又可簡便實施熱濕性能的檢測方法。圓筒式織物熱濕阻測試儀，基于暖體假人的多區(qū)段分割概念，構(gòu)建了圓柱式的熱、濕阻測試機構(gòu)，可以實現(xiàn)熱阻、濕阻的測量，儀器結(jié)構(gòu)精簡、制樣簡便、測試結(jié)果精準，正成為標準化織物熱濕阻測試的發(fā)展方向。

1 儀器研制

1.1 測試原理

圓筒式織物熱濕阻測試儀的熱阻測試方法為恒溫法測試，溫度維持在一固定溫度后，通過測試一定時間內(nèi)圓筒儀表面溫度和環(huán)境溫度以及維持溫度所耗熱量即可得到織物熱阻；圓筒式織物熱濕阻測試儀的濕阻測試方法，類似于透濕杯法中的蒸發(fā)法，通過測試一定時間內(nèi)環(huán)境溫濕度以及耗水量即可得到織物濕阻。

圓筒式織物熱濕阻測試儀原理圖如圖1所示，包括有供水部分、圓筒部分、水溫控制部分、水循環(huán)部分以及數(shù)據(jù)檢測部分。供水部分可以實現(xiàn)自動供水，使圓筒部分水量維持恒定；圓筒部分可以做到防水透濕，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示，防水透濕的實現(xiàn)主要依靠防水透濕織物；水溫控制部分可以將水溫升到設(shè)定溫度，并維持這一溫度不變；水循環(huán)部分可以使圓筒內(nèi)部的水流動起來，保證各處水溫一致；數(shù)據(jù)檢測部分可以得到測試數(shù)據(jù)，最終計算得到織物熱濕阻。

圖1 圓筒儀原理圖(剖面圖)

圖2 圓筒儀圓筒部分結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 儀器提取關(guān)鍵參數(shù)

根據(jù)熱阻、濕阻的測試原理，圓筒式織物熱濕阻測試儀測試的關(guān)鍵參數(shù)，包括:1)圓筒部分防水透濕織物表面溫度Ts，單位為攝氏度(℃)；2)環(huán)境溫度Ta，單位為攝氏度(℃)；3)環(huán)境相對濕度RHa，單位為%；4)測試時間t，單位為小時(h)；5)圓筒部分水分蒸發(fā)量V，單位為平方厘米(cm3)，通過密度公式求得消耗水的質(zhì)量，除以測試時間即可得到圓筒儀的蒸發(fā)出汗速率Ge，單位為克每小時(g/h)；6)系統(tǒng)消耗熱量E，單位為千瓦時(kWh)，除以時間便可以得到圓筒儀測試過程中的熱流量H，單位為瓦(W)。

1.3 熱阻與濕阻表達式

(a)織物熱阻計算公式為:

式中，Rct測為織物熱阻，單位為平方米攝氏度每瓦(m2·℃/W)；Rct0為織物熱阻空板值，單位為平方米攝氏度每瓦(m2·℃/W)，進行空白實驗時，Rct0＝0，得到的Rct測即為空板值；A為有效試驗面積，單位為平方米(m2)，有效面積為0.18 m2；Ts為圓筒部分防水透濕織物表面溫度，單位為攝氏度(℃)；Ta為環(huán)境溫度，單位為攝氏度(℃)；H為測試過程中的干熱流量，單位為W。

(b)織物濕阻的標準計算公式為:

式中，Ret測為織物濕阻，單位為平方米帕斯卡每瓦(m2·Pa/W)；Ret0為織物濕阻空板值，單位為平方米帕斯卡每瓦(m2·Pa/W)，進行空白實驗時，Ret0＝0，得到的Ret測即為空板值；A為有效試驗面積，單位m2，有效面積為0.18m2；paf為溫度Ta下環(huán)境的飽和蒸汽壓，單位為帕斯卡(Pa)，濕阻測試時圓筒內(nèi)水的溫度跟周圍溫度相同，因此，圓筒內(nèi)外的飽和蒸汽蒸汽壓相同；RHs為人體皮膚表面的相對濕度，%；R Ha為環(huán)境的相對濕度，%。?Tm為測試板表面溫度為Tm時的飽和水蒸氣潛熱，標準大氣壓下，?Tm＝0.627W·h/g；Ge為蒸發(fā)出汗速率，單位為克每小時(g/h)。

2 實驗試樣與規(guī)格

2.1 對比儀器

織物熱阻對比實驗中使用的儀器為YG606E紡織品熱阻測試儀(下稱平板儀)，由溫州方圓儀器有限公司生產(chǎn)，測試遵循標準GB/T 11048－2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定(蒸發(fā)熱板法)》[8]。

織物濕阻對比實驗中使用的儀器為YG601H電腦型織物透濕儀(下稱濕阻儀)，由寧波紡織儀器廠生產(chǎn)，測試遵循標準為GB/T 12704.2－2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分:蒸發(fā)法》[9]。

2.2 實驗樣品規(guī)格

本次實驗中使用了10塊面料進行對比測試，對比面料基本性能如表1所示。

表1 十塊面料基本性能參數(shù)表

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 儀器穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性測試，即相同試驗條件下，在同一實驗室由同一個人對同一試樣進行多次測試，如果前后試驗結(jié)果差異維持在誤差范圍內(nèi)，則證明該儀器的測試結(jié)果具有穩(wěn)定性，試驗結(jié)果可重復(fù)。使用本文中設(shè)計的圓筒式織物熱濕阻測試儀對織物試樣進行測試，得到的實驗結(jié)果CV值如圖3和圖4所示。

從圖3和圖4可以看出，10個樣品三次測試的CV值均小于5%，測試結(jié)果穩(wěn)定性好，同一樣品測試結(jié)果可復(fù)現(xiàn)，證明本文中設(shè)計的圓筒式織物熱濕阻測試儀的原理可靠，測試結(jié)果穩(wěn)定。

圖3 圓筒儀熱阻測試CV值

圖4 圓筒儀濕阻測試CV值

3.2 熱阻結(jié)果對比分析

圓筒式織物熱濕阻測試儀與YG606E紡織品熱阻測試儀熱阻對比測試結(jié)果如圖5和下頁圖6所示。

圖5 兩種儀器測試熱阻值對比

圖6 兩種儀器測試熱阻值差異

從圖5和圖6可以看到，圓筒式織物熱濕阻測試儀測試得到的織物熱阻數(shù)據(jù)與平板儀測試得到得織物熱阻差異不大，二者的差異率小于6%，兩種儀器測試結(jié)果具有較好的一致性。這表示圓筒式織物熱濕阻測試儀的測試結(jié)果是可靠的，可用于織物熱阻的測試。

3.3 濕阻結(jié)果對比分析

圓筒式織物熱濕阻測試儀與YG601H電腦型織物透濕儀濕阻對比測試結(jié)果如圖7和圖8所示，其中透濕儀測試使用蒸發(fā)法，測得的透濕率去除空氣層誤差后使用公式進行計算織物濕阻[10]。

圖7 兩種儀器測試濕阻值對比

圖8 兩種儀器測試濕阻值差異

從圖7和圖8可以看到，圓筒式織物熱濕阻測試儀測試得到的織物濕阻數(shù)據(jù)與蒸發(fā)法測試得到的織物濕阻的差異不大，二者的差異率大部分小于9%，這表示圓筒式織物熱濕阻測試儀的測試結(jié)果是可靠的并且準確的，可用于織物濕阻。

4 結(jié)論

基于暖體假人的多區(qū)段分割概念理念，提出了標準化測試織物熱阻和濕阻的圓筒式織物熱濕阻測試儀，分析了儀器的基本機構(gòu)以及織物熱阻、濕阻的檢測方法。所研制的圓筒式織物熱濕阻測試儀，既兼顧了暖體假人的熱濕測試原理，織物熱濕阻測試儀測試結(jié)果穩(wěn)定；與平板儀的織物熱阻對比測試差異小，與透濕儀的織物濕阻對比測試差異小，證明了圓筒儀濕阻測試的準確性與有效性。研制了圓筒式織物熱濕阻測試儀，測試圓柱式的熱、濕阻測試機構(gòu)，可以實現(xiàn)熱阻、濕阻的測量，儀器結(jié)構(gòu)精簡、制樣簡便、測試結(jié)果精準，正成為標準化織物熱濕阻測試的發(fā)展方向。