CN107957433A - 一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置及测试方法。该装置包括测试模块、数据传输调节模块和数据处理及输出模块；所述测试模块包括搅拌器、测试杯、搅拌棒、温度传感器和加热器；所述测试杯整体密封；所述测试杯内部放置搅拌棒、温度传感器和加热器；搅拌棒与搅拌器连接；所述数据传输调节模块由PID调节仪和加热功率调节器组成；所述PID调节仪与温度传感器连接；所述加热功率调节器与加热器连接；所述PID调节仪分别与加热功率调节器和加热功率调节器连接。该方法与传统保暖性测试相比能够简单模拟低温下人体环境更加直观准确地表示低温环境下纺织品保暖性能，简单易行。

Description

一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于纺织品保暖性能测试领域，具体是一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置及测试方法。

背景技术

随着现代科技的发展和人类接触的环境条件的拓展，低温环境操作(-30℃～-80℃)分布广泛，如在低温环境下生物实验、南北极科研考察、高寒边防地区战士日常训练等，目前主要是利用纺织品保暖性能对个体进行防护。在低温环境中，对于纺织品保暖性能要求越来越高，能够准确评价纺织品的保暖性能对开发具有低温防护性能的纺织品具有重要意义。

目前，国内外对纺织品的保暖性能的评价研究较多，标准也逐渐完善。如《纺织品生理影响稳态条件下热阻和湿阻的测定》、《纺织品导热性能测试标准方法》、《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》、《纺织品红外蓄热保暖性的试验方法》等。表征保暖性能的指标主要有保暖率、传热系数、克罗值、热阻等。但这些标准或指标是针对常温下纺织品保暖性能的评价，对于低温环境下纺织品保暖性能的评价方法目前没有明确的标准或方法。文献《Chen X,Wang R,Li T,et al.Synthesis of n-alkane mixture microcapsuleand its application in low-temperature protective fabric[J].Journal of wuhanuniversity of Technology-Mater.sci.ed.,2017,32(3):525-531》采用低温抵抗时间来评价纺织品的保暖性能，即将纺织品缝制成一定大小的口袋，口袋内装入温度探头，将其置于一定温度的烘箱内平衡一段时间，再将其置于超低温冰箱内，记录温度随时间的变化。虽然在一定程度上能评价纺织品在低温下的保暖性能，但该方法误差较大，且与实际使用的情况偏差较大，不能准确评价低温下纺织品的保暖性能。因此，需要一种能够在低温环境下对纺织品保暖性能进行测试的装置及测试方法，可直观准确评价纺织品保暖性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置及测试方法。

本发明解决所述装置技术问题的技术方案是，提供一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于该装置包括测试模块、数据传输调节模块和数据处理及输出模块；

所述测试模块包括搅拌器、测试杯、搅拌棒、温度传感器和加热器；所述测试杯整体密封；所述测试杯内部放置搅拌棒、温度传感器和加热器；搅拌棒与搅拌器连接；

所述数据传输调节模块由PID调节仪和加热功率调节器组成；所述PID调节仪与温度传感器连接；所述加热功率调节器与加热器连接；所述PID调节仪分别与加热功率调节器和加热功率调节器连接。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种低温环境下纺织品保暖性能的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步、进行空白试验：

(1)向测试模块的测试杯中加入液体，盖上杯盖，密封测试杯；将测试杯置于设置温度与人体体温相同的恒温水浴锅中；

(2)启动搅拌器；启动数据传输调节模块和数据处理及输出模块；将整个装置预热使得测试杯中的液体温度稳定在人体体温；

(3)预热结束后，将测试模块置于低温环境中；数据传输调节模块和数据处理及输出模板放置在室温环境中；

(4)与低温环境充分接触后，将测试模块从低温环境中取出，关闭搅拌器和数据传输调节模块；数据处理及输出模块分析置于低温环境这段时间测试杯中的液体维持人体体温所消耗的功耗Q_空；

第二步、进行试样试验：

(1)将试样剪成与杯壁相同的大小，将其置于设置温度与人体体温相同的恒温水浴锅中；

(2)向测试模块的测试杯中加入液体，盖上杯盖，密封测试杯；将测试杯置于设置温度与人体体温相同的恒温水浴锅中；

(3)启动搅拌器；启动数据传输调节模块和数据处理及输出模块；将整个装置预热使得测试杯中的液体温度稳定在人体体温；

(4)预热结束后，将试样完全包裹在测试杯的杯壁外侧并固定，再将测试模块置于与空白试验温度相同的低温环境中；数据传输调节模块和数据处理及输出模板放置在室温环境中；

(5)与低温环境的接触时间与空白试验相同，然后将测试模块从低温环境中取出，将试样在测试杯上取下，关闭搅拌器和数据传输调节模块；数据处理及输出模块分析置于低温环境这段时间测试杯中的液体维持人体体温所消耗的功耗Q_测；

第三步、试样保温性能评价：

试样保温性能按式1计算：

式中：I为试样低温环境下保暖率；Q_空为空白试验消耗的功耗；Q_测为试样试验消耗的功耗。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)该装置结构简单，操作方便，实用性强，测试结果较精确，而且可根据一般实际纺织品使用环境温度选择测试温度，根据计算该温度下纺织品保暖率，适用性广。

(2)该方法与传统保暖性测试相比能够简单模拟低温下人体环境更加直观准确地表示低温环境下纺织品保暖性能，简单易行。

附图说明

图1为本发明低温环境下纺织品保暖性能测试装置及测试方法一种实施例的测试装置整体结构示意图；

图2为本发明低温环境下纺织品保暖性能测试装置及测试方法一种实施例的测试杯尺寸示意图；(图中：1为测试模块，2为数据传输调节模块，3为数据处理及输出模块，1-1为搅拌器，1-2为测试杯，1-3为通孔，1-4为搅拌棒，1-5为温度传感器，1-6为加热器，1-7为隔热涂料，2-1为导线，2-2为PID调节仪，2-3为加热功率调节器，1-2-1为杯盖，1-2-2为杯壁，1-2-3为杯底)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置(简称装置，参见图1-2)，其特征在于该装置包括测试模块1、数据传输调节模块2和数据处理及输出模块3；

所述测试模块1包括搅拌器1-1、测试杯1-2、搅拌棒1-4、温度传感器1-5和加热器1-6；所述测试杯1-2由杯盖1-2-1、杯壁1-2-2和杯底1-2-3组成，杯壁1-2-2和杯底1-2-3连接，杯盖1-2-1可拆卸且中部开有通孔1-3，测试杯整体密封；所述测试杯1-2内部放置搅拌棒1-4、温度传感器1-5和加热器1-6，搅拌棒1-4通过通孔1-3与搅拌器1-1连接；所述搅拌器1-1能够调节转速；所述测试杯1-2为空心直筒形状；所述加热器1-6能够调节加热功率，具体为电加热管、加热棒或者电热丝；

所述测试杯1-2由纯铜材料制成，杯体有效深度是148mm，内直径72mm，杯壁1-2-2和杯底1-2-3厚度为2mm，杯盖1-2-1与杯口平齐，保持密封；杯盖中心开有直径为7mm的通孔用于搅拌棒1-4通过，距中心通孔两侧10mm处分别各开有直径为5mm的通孔用于导线2-1通过。

杯底和杯盖涂覆隔热涂料层1-7，防止测试时低温环境对测试结果的造成错误；所述隔热涂料层1-7为气凝胶涂料，涂层厚度5mm。

所述数据传输调节模块2由PID调节仪2-2和加热功率调节器2-3组成；所述PID调节仪2-2通过导线2-1与温度传感器1-5连接；所述加热功率调节器2-3通过导线2-1与加热器1-6连接；所述PID调节仪2-2分别与加热功率调节器2-3和加热功率调节器2-3连接；所述导线2-1采用耐低温电线；

所述数据处理及输出模块3是安装有数据处理软件(labview)的计算机。

所述PID调节仪2-2能够显示温度给用户；所述加热功率调节器2-3用于调节加热器1-6的加热功率；

温度传感器1-5采集测试杯1-2中液体的温度，并将温度数据传入PID调节；PID调节仪2-2根据采集到的温度与目标温度(36℃)做对比来控制加热功率调节器2-3，进而调节加热器1-6的加热功率；所述数据处理及输出模块3按规定时间读取温度数据，可实时监控并记录测试杯1-2内液体的温度，显示测试时间内测试杯内液体的温度及输出功率变化，再对输出结果进行处理，得到测试时间内维持液体温度在目标温度消耗的功耗；最后利用公式计算纺织品在低温环境下的保暖率。

本发明同时提供了一种低温环境下纺织品保暖性能的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步、进行空白试验：

(1)向测试模块1的测试杯1-2中加入液体，盖上杯盖1-2-1，密封测试杯1-2；将测试杯1-2装入塑封袋中置于设置温度与人体体温相同(36℃)的恒温水浴锅中；

(2)启动搅拌器1-1，调整转速；启动数据传输调节模块2和数据处理及输出模块3的测试软件，设置采集数据的时间间隔和数据保存的路径；将整个装置预热10-120min，使得测试杯1-2中的液体温度稳定在人体体温；

(3)预热结束后，将测试模块1置于低温环境(超低温冰箱，-30～-80℃)中；数据传输调节模块2和数据处理及输出模板3放置在室温环境中；

(4)与低温环境充分接触(30-120min)后，将测试模块1从低温环境中取出，关闭搅拌器1-1和数据传输调节模块2；数据处理及输出模块3分析置于低温环境这段时间测试杯1-2中的液体维持人体体温所消耗的功耗；分别进行三次空白试验，记录消耗的功耗Q_空1、Q_空2、Q_空3；求出Q_空1、Q_空2、Q_空3的平均值Q_空，以Q_空的大小反映空白试验时消耗的功耗；

第二步、进行试样试验：

(1)将试样剪成与杯壁1-2-2相同的大小，将其装入塑封袋中置于设置温度与人体体温相同(36℃)的恒温水浴锅中；

(2)向测试模块1的测试杯1-2中加入液体，盖上杯盖1-2-1，密封测试杯1-2；将测试杯1-2装入塑封袋中置于设置温度与人体体温相同(36℃)的恒温水浴锅中；

(3)启动搅拌器1-1，调整转速；启动数据传输调节模块2和数据处理及输出模块3的测试软件，设置采集数据的时间间隔和数据保存的路径；将整个装置预热10-120min，使得测试杯1-2中的液体温度稳定在人体体温；

(4)预热结束后，将试样完全包裹在测试杯的杯壁1-2-2外侧并用橡皮筋固定，再将测试模块1置于低温环境(超低温冰箱，-30～-80℃与空白试验一样)中；数据传输调节模块2和数据处理及输出模板3放置在室温环境中；

(5)与低温环境充分接触(30-120min，与空白试验相同)后，将测试模块1从低温环境中取出，将试样在测试杯1-2上取下，关闭搅拌器1-1和数据传输调节模块2；数据处理及输出模块3分析置于低温环境这段时间测试杯1-2中的液体维持人体体温所消耗的功耗；分别进行三次试样试验，记录消耗的功耗Q_测1、Q_测2、Q_测3；求出Q_测1、Q_测2、Q_测3的平均值Q_测，以Q_测的大小反映试样试验时消耗的功耗。

第三步、试样保温性能评价：

试样保温性能按式1计算：

式中：I为试样低温环境下保暖率；Q_空为空白试验消耗的功耗；Q_测为试样试验消耗的功耗；I的大小反映低温环境下纺织品保暖性能的优劣，I值越大说明纺织品保暖性能越好。

实施例

一种低温环境下纺织品保暖性能的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步、进行空白试验：

(1)向测试模块1的测试杯1-2中加入500mL 36℃的水，盖上杯盖1-2-1，密封测试杯1-2；将测试杯1-2装入塑封袋中置于36℃恒温水浴锅中；

(2)启动搅拌器1-1，调整转速；启动数据传输调节模块2和数据处理及输出模块3的测试软件，设置采集数据的时间间隔和数据保存的路径；将整个装置预热10，使得测试杯1-2中的水温为36℃；

(3)预热结束后，将测试模块1置于超低温冰箱(温度-40℃)中；数据传输调节模块2和数据处理及输出模板3放置在室温环境下；

(4)30min后，将测试模块1从超低温冰箱中取出，关闭搅拌器1-1和数据传输调节模块2；数据处理及输出模块3分析30min内测试杯1-2内水维持36℃所消耗的功耗；分别进行三次空白试验，记录消耗的功耗Q_空1、Q_空2、Q_空3；求出Q_空1、Q_空2、Q_空3的平均值Q_空，以Q_空的大小反映空白试验时消耗的功耗；

第二步、进行试样试验：

(1)分别准备试样A(涤纶水刺非织造布，克重50g/m²)、B(涤纶水刺非织造布，克重80g/m²)、C(涤纶水刺非织造布，克重100g/m²)

将试样A剪成24㎝×15cm的长方形，将其装入塑封袋中置于36℃恒温水浴锅中；

(2)向测试模块1的测试杯1-2中加入500mL 36℃的水，盖上杯盖1-2-1，密封测试杯1-2；将测试杯1-2装入塑封袋中置于36℃恒温水浴锅中；

(3)启动搅拌器1-1，调整转速；启动数据传输调节模块2和数据处理及输出模块3的测试软件，设置采集数据的时间间隔和数据保存的路径；将整个装置预热10，使得测试杯1-2中的水温为36℃；

(4)预热结束后，将试样完全包裹在测试杯的杯壁1-2-2外侧，并用橡皮筋固定，再将测试模块1置于超低温冰箱(温度-40℃)中；数据传输调节模块2和数据处理及输出模板3放置在室温环境下；

(5)30min后，将测试模块1从超低温冰箱中取出，将试样在测试杯1-2上取下，关闭搅拌器1-1和数据传输调节模块2；数据处理及输出模块3分析30min内测试杯1-2内水维持36℃所消耗的功耗；分别进行三次试样A试验，记录消耗的功耗Q_测A1、Q_测A2、Q_测A3；

求出Q_测A1、Q_测A2、Q_测A3的平均值Q_测A，以Q_测A的大小反映试样A试验时消耗的功耗。

试样B、C按试样A步骤分别进行试验，分别求出Q_测B、Q_测C。

第三部、试样保温性能评价：

试样保温性能按式1计算：

式中：I为试样低温环境下保暖率；Q_空为空白试验消耗的功耗；Q_测为试样试验消耗的功耗。通过测试三种不同克重织物的低温条件下的保暖性能，并计算其I得到的结果是：A的保暖率是18.86％；B的保暖率是30.75％；C的保暖率是39.39％。在低温环境下，相同纤维、相同工艺的条件下，制备的非织造布絮片随着克重的增加，保暖率增加，保暖性能提高。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (8)

1.一种低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于该装置包括测试模块、数据传输调节模块和数据处理及输出模块；

所述测试模块包括搅拌器、测试杯、搅拌棒、温度传感器和加热器；所述测试杯整体密封；所述测试杯内部放置搅拌棒、温度传感器和加热器；搅拌棒与搅拌器连接；

所述数据传输调节模块由PID调节仪和加热功率调节器组成；所述PID调节仪与温度传感器连接；所述加热功率调节器与加热器连接；所述PID调节仪分别与加热功率调节器和加热功率调节器连接。

2.根据权利要求1所述的低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于所述测试杯为空心直筒形状；测试杯由杯盖、杯壁和杯底组成，杯壁和杯底连接，杯盖可拆卸且中部开有通孔。

3.根据权利要求1所述的低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于所述测试杯由纯铜材料制成，杯体有效深度是148mm，内直径72mm，杯壁和杯底厚度为2mm，杯盖与杯口平齐，保持密封；杯盖中心开有直径为7mm的通孔用于搅拌棒通过，距中心通孔两侧10mm处分别各开有直径为5mm的通孔用于导线通过。

4.根据权利要求1所述的低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于所述加热器为电加热管、加热棒或者电热丝。

5.根据权利要求1所述的低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于杯底和杯盖涂覆隔热涂料层。

6.根据权利要求5所述的低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于所述隔热涂料层为气凝胶涂料，涂层厚度5mm。

7.根据权利要求1所述的低温环境下纺织品保暖性能测试装置，其特征在于所述数据处理及输出模块是安装有数据处理软件labview的计算机。

8.一种低温环境下纺织品保暖性能的测试方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步、进行空白试验：

（1）向测试模块的测试杯中加入液体，盖上杯盖，密封测试杯；将测试杯置于设置温度与人体体温相同的恒温水浴锅中；

（2）启动搅拌器；启动数据传输调节模块和数据处理及输出模块；将整个装置预热使得测试杯中的液体温度稳定在人体体温；

（3）预热结束后，将测试模块置于低温环境中；数据传输调节模块和数据处理及输出模板放置在室温环境中；

（4）与低温环境充分接触后，将测试模块从低温环境中取出，关闭搅拌器和数据传输调节模块；数据处理及输出模块分析置于低温环境这段时间测试杯中的液体维持人体体温所消耗的功耗Q_空；

第二步、进行试样试验：

（1）将试样剪成与杯壁相同的大小，将其置于设置温度与人体体温相同的恒温水浴锅中；

（2）向测试模块的测试杯中加入液体，盖上杯盖，密封测试杯；将测试杯置于设置温度与人体体温相同的恒温水浴锅中；

（3）启动搅拌器；启动数据传输调节模块和数据处理及输出模块；将整个装置预热使得测试杯中的液体温度稳定在人体体温；

（4）预热结束后，将试样完全包裹在测试杯的杯壁外侧并固定，再将测试模块置于与空白试验温度相同的低温环境中；数据传输调节模块和数据处理及输出模板放置在室温环境中；

（5）与低温环境的接触时间与空白试验相同，然后将测试模块从低温环境中取出，将试样在测试杯上取下，关闭搅拌器和数据传输调节模块；数据处理及输出模块分析置于低温环境这段时间测试杯中的液体维持人体体温所消耗的功耗Q_测；

第三步、试样保温性能评价：

试样保温性能按式1计算：

（1）

式中：I为试样低温环境下保暖率；Q_空为空白试验消耗的功耗；Q_测为试样试验消耗的功耗。