CN108593708B - 一种织物凉爽功能的测试装置和评价方法 - Google Patents

一种织物凉爽功能的测试装置和评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纺织面料凉爽功能的测试装置和评价方法。测试装置包括测试环境恒温恒湿箱、实验台、主机和计算机。恒温恒湿箱由制冷***、加湿***和加热控温***组成；实验台包括测试板、加热板和周围保护绝热板，测试板装有温度传感器；主机包括内置可控硅调节加热器和数据采集***。织物凉爽功能的测试方法主要为织物干湿态升温曲线测试。本发明可以综合表征织物的凉爽性能，包括织物的热传递、水分扩散/蒸发散热以及相变吸热等凉爽功能。

Description

一种织物凉爽功能的测试装置和评价方法
技术领域
本发明涉及一种织物凉爽功能的测试装置以及基于该测试装置的织物凉爽评价方法，属于纺织品检测领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高，服装的季节性、功能性和舒适性受到极大的关注。冬季服装要求发热保暖舒适，夏季服装要满足吸湿快干、凉爽散热的功能需求。织物良好的导热、高导湿散湿及相变蓄热等性能都有助于织物实现良好的凉爽功能。织物良好的导热性能使人体产热量快速向外界传导；人体出汗后水分的快速蒸发可以带走大量的热量以达到降温的目的；纤维纺丝过程中直接添加或通过后整理的方式将相变材料嵌入织物中，使其在人体温度达到某一温度范围开始相变吸热降温。合理有效凉爽功能检测方法是评价织物凉爽功能的必要手段，有助于凉爽织物的设计和研发。然而目前对于织物凉爽功能的评价尚未形成统一的检测方法和标准。
目前，我国已建立对于织物冷感的评价标准(GBT 35263-2017，FTTS-FA-019)，主要为织物接触冷暖感的测试，在规定的试验环境条件下，将试样与温度高于试样的热检测板接触，测定热检测板温度随时间的变化，并计算其接触凉感系数(Q-max)，由此表征试样的瞬间接触凉感性能，其数值越大表示面料凉感性能越好，数值越小表示凉感性能越差。该测试方法主要表征织物的瞬间最大热流量，与织物本身的导热性能密切相关，仅适用于人体皮肤与面料存在明显温差时，面料干态时的瞬间凉感，不能反应织物在实际穿着过程中的凉爽功能。
织物的导热性能通常用平板法测试(GB/T11048-2008，ISO11092和ASTM F1868)，可以表征织物的热阻、湿阻、导热系数等指标，该测试方法只能测试织物达到稳态的热性能指标，与服装实际穿着有一定差异，仅适用于对织物干态凉爽性能的粗略描述，不能反应织物的动态热传递性能。
织物的液态水分传递性能和吸湿快干性能的测试方法较多(GB/T 21655.1-2008，GB/T 21655.2-2009，AATCC79等)，该类方法主要表征水分的扩散、传递、芯吸以及织物的透湿能力。此类方法主要适用于织物湿传递性能的评价。而水分在蒸发、扩散或传递的过程中散热降温，具有凉爽功能。织物的水分蒸发速率、扩散速率、传递速率等越快，其凉爽性能越好，此类方法仅适用于对织物的湿态凉爽性能进行定性和一定程度的定量表征，不能完全反应织物的凉爽功能。
相变调温型织物凉爽功能的测试，通常使用差示扫描量热法测试相变功能纺织品的调温性能，以焓值的大小表征织物凉爽调温功能的好坏。焓值越大，织物凉爽调温功能越好；焓值越小，其凉爽调温功能相对越差。该方法可定量预测相变调温织物的调温功能，而不能表征纺织服装在实际穿着过程的降温效果。
专利号为ZL 200910273121.2的中国发明专利公开了一种织物接触冷感测试装置及测试方法、专利号为ZL 201510574661.X的中国发明专利公开了一种热流式织物凉感测试设备及测试方法涉及织物冷感测试方法，上述两个专利均以瞬间最大热流密度表征织物的瞬间凉感。专利号为ZL 201110096313.8的中国发明专利公开了一种织物热湿阻测试仪、专利号为CN201610298557.7的中国发明专利公开了一种防护服热阻的实验测试***及方法发明了热阻和导热系数的测试方法，上述两个专利以热阻和导热系数表征织物的传热性能。以上两类方法仅用于织物干态情况下传热凉感评价。而在炎热的夏季或热环境中，人体会大量的出汗，织物的导湿散热性能，也是凉爽织物评价的重要指标。
织物凉爽功能测试是评价织物凉爽功能的必备手段，目前对织物凉爽功能评价的方法主要为织物冷感(瞬间最大热流量/密度)和热阻两种评价方式，且该两种方法仅适用于织物干态传热性能的评价，可以表征织物的瞬间接触冷感和导热性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于织物干态、湿态凉爽功能的测试装置和评价方法，可用于对织物的传热、散湿、相变等凉爽功能进行综合评价。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种织物凉爽功能的测试装置，其特征在于：包括恒温恒湿箱、实验台、主机和计算机，其中：
实验台设于恒温恒湿箱内，恒温恒湿箱内还设有探头，探头内置用于检测恒温恒湿箱内温度的温度传感器一和用于检测恒温恒湿箱内湿度的湿度传感器，由制冷***及加热控温***调节恒温恒湿箱内的温度，由加湿***调节恒温恒湿箱内的湿度
实验台包括测试板、位于测试板下方且紧贴测试板的加热板以及围绕在测试板及加热板周围的保护绝热板，被测织物覆盖在测试板上，测试板与被测织物之间设有温度传感器二；
主机内设有可控硅调节加热器以及数据采集***，可控硅调节加热器用于以设定的恒定功率加热加热板，数据采集***用于实时采集温度传感器二的温度；
温度传感器一、湿度传感器、制冷***、加热控温***、加湿***、可控硅调节加热器、温度传感器二均与计算机连接。
本发明的另一个技术方案是提供了一种织物凉爽功能的表征方法，主要为织物升温曲线的测试，包括织物干态(标准环境平衡或绝干状态)升温曲线的测试和织物湿态(含一定量水分)升温曲线的测试。干态升温曲线的测试可以表征织物热传导性能的好坏，在同种测试条件下，织物达到同一温度的时间td越长，或相同加热时间内织物表面温度越低，其导热性能或相变蓄热性能越好。湿态升温曲线可以综合表征人体出汗后织物的凉爽性能，包括织物的热传导、散湿散热、相变(水分蒸发相变以及相变功能纺织品相变材料相变)吸热，在同种测试条件下，织物达到同一温度的时间tw越长，或相同加热时间织物表面温度越低，人体出汗后织物的凉爽性能越好。织物的实时干态温度与实时湿态温度的差值曲线T(t)＝Td(t)-Tw(t)可以表征织物的快干和散湿凉爽功能，T(t)曲线的峰值Tmax值越大，织物的散湿凉爽性能越好。
其特征在于，所述表征方法包括以下步骤：
第一步：待测织物预处理
(a)干态测试：将被测织物放置在标准温湿度的恒温恒湿环境内平衡24小时，使织物达到热湿平衡；(b)湿态测试：测试被测织物烘干后的质量m，然后将被测织物完全浸入三级水中至织物吸水饱和，用罗拉将吸水后的被测织物通过一定的压力将水分挤出至不滴水状态，然后将被测织物放置在标准环境下让水分蒸发扩散至被测织物的质量为m+m1，即使被测织物均匀的含有m1质量的水，m1可根据测试织物类别设定；
第二步：测试设备调试预热
将恒温恒湿箱设置为标准环境温湿度，或根据实验需求设置恒温恒湿箱的温湿度；将测试板的温度设置至初始温度；
第三步：样品测试
打开恒温恒湿箱，将被测织物水平放置在测试板上，迅速把织物夹夹持好，关上恒温恒湿箱，通过可控硅调节加热器以恒定功率对测试板加热，并采集被测织物与测试板接触面温度随时间变化的数据，温度升至设定测试温度时，测试结束；
第四步：数据处理
(a)干、湿态升温数据处理：分别存储由数据采集***记录的干态、湿态织物表面温度-时间数据；将每秒采集到的数据进行平均处理：
Figure BDA0001734574530000031
其中，
Figure BDA0001734574530000032
为i时间段内织物表明面平均温度值，Tij为i时间段第j秒的织物表面温度，j＝1，2......10；干态、湿态升温曲线到达某一特定温度所需的时间td、tw越长，升温速率越慢，其凉爽功能越好；
(b)干、湿态温差数据处理：计算干态、湿态各升温时间段的温差，Ti＝Tdi-Twi，其中，Ti为i时刻干态、湿态织物表面温度差，Tdi为i时刻干态织物表面温度，Twi为i时刻湿态织物表面温度；织物干湿态最大温差Tmax越大，其快干性能、湿态凉爽功能越好。
优选地，在所述第二步中，为减少测试设备的误差，在测试前将所述测试板的温度升至测试最终温度后降温至初始温度。
与现有测试设备和测试方法相比，本发明的优点在于：
1)相比现有织物凉感测试设备，该设备增加可控硅调节加热器的来控制加热板加热功率，以设定的恒定功率或恒速增减功率对被测织物加热，模拟人体在运动过程中不断发射热量的过程，可以测试织物热湿传导、扩散的动态过程。
2)相比现有织物凉感功能评价方法，该测试方法同时测试织物干态和湿态导热散热性能，可以综合表征织物的凉爽性能，包括织物的热传递、水分扩散/蒸发散热以及相变吸热等凉爽功能。
3)织物的实时干态温度与实时湿态温度的差值曲线T(t)＝Td(t)-Tw(t)可以表征织物的快干和散湿凉爽效果，T(t)曲线的峰值Tmax值越大，织物的散湿凉爽性能越好。
4)该测试操作简单方便，可节省大量织物综合凉爽性能评价的测试(热阻、瞬间接触凉感、水分蒸发速率等)时间。
附图说明
图1为本发明测试方法的织物表面温度测试装置的结构示意图；
图2为本发明的实施例测试织物样品干态升温曲线图；
图3为本发明的实施例测试织物样品湿态升温曲线图；
图4为本发明的实施例干湿态温差曲线图；
标记说明：1-恒温恒湿箱；2-实验台；3-主机；4-计算机；5-制冷***；6-加湿***；7-加热控温***；8-探头；9-测试板；10-加热板；11-保护绝热板；12-温度传感器；13-织物夹；14-被测织物；15-可控硅调节加热器；16-数据采集***。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种织物凉爽功能的测试装置包括恒温恒湿箱1、实验台2、主机3和计算机4，其中：
实验台2设于恒温恒湿箱1内，恒温恒湿箱1内还设有探头8，探头8内置用于检测恒温恒湿箱1内温度的温度传感器一和用于检测恒温恒湿箱1内湿度的湿度传感器，由制冷***5及加热控温***7调节恒温恒湿箱1内的温度，由加湿***6调节恒温恒湿箱1内的湿度
实验台2包括测试板9、位于测试板9下方且紧贴测试板9的加热板10以及围绕在测试板9及加热板10周围的保护绝热板11，被测织物14覆盖在测试板9上，测试板9与被测织物14之间设有温度传感器二12；
主机3内设有可控硅调节加热器15以及数据采集***16，可控硅调节加热器15用于以设定的恒定功率加热加热板10，数据采集***16用于实时采集温度传感器二12的温度；
温度传感器一、湿度传感器、制冷***5、加热控温***7、加湿***6、可控硅调节加热器15、温度传感器二12均与计算机4连接。
织物凉爽功能的测试方法包括以下步骤：
1.测试准备
被测织物14预处理。(a)干态测试：将被测织物14放置在标准温湿度(相对湿度(65±1)％，温度(20±1)℃)恒温恒湿室平衡24小时，使被测织物14达到热湿平衡；(b)湿态测试：被测织物14烘干后的质量m，然后将待测织物完全浸入三级水中至织物吸水饱和，用罗拉将吸水后的织物通过一定的压力将水分挤出至不滴水状态，然后将织物放置在标准环境下让水分蒸发扩散至织物质量为m+10g，即使被测织物14均匀的含有10g水。
测试设备调试预热。设置恒温恒湿箱1温湿度为标准环境温湿度((65±1)％RH，(20±1)℃)，测试板9温度为25℃；为减少测试设备的误差，在测试前将测试板9温度升至测试最终温度后降温预热至25℃。
2.测试
测试设备预热完成后，打开恒温恒湿箱1，将被测织物14水平放置在测试板9上，迅速把被测织物14夹持好，关上恒温恒湿箱1。
打开测试设备加热按钮，以恒定功率对测试板9加热，并采集被测织物14与测试板9接触面温度随时间变化的数据，温度升至设定测试温度时，测试结束。
3.数据处理
干、湿态升温数据处理：
分别存储由数据采集***16记录的干态、湿态织物表面温度-时间数据。
将每秒采集到的数据进行平均处理：
Figure BDA0001734574530000061
其中，
Figure BDA0001734574530000062
为i时间段内织物表面平均温度值，Tij为i时间段第j秒的织物表面温度，j＝1，2......10；干态、湿态升温曲线到达某一特定温度所需的时间td、tw越长，升温速率越慢，其凉爽功能越好。
干、湿态温差数据处理：
计算干态、湿态各升温时间段的温差，Ti＝Tdi-Twi，其中，Ti为i时刻干态、湿态织物表面温度差，Tdi为i时刻干态织物表面温度，Twi为i时刻湿态织物表面温度；织物干湿态最大温差Tmax越大，其快干性能、湿态凉爽功能越好。
用以上测试方法分别对三块织物进行干、湿态升温速率测试，其中，湿态测试织物含水10g。观察织物从25℃干湿态升温至40℃所需时间td和tw，求出干湿态温差最大值Tmax，综合评价织物的凉爽功能。
下表为三种织物干态、湿态升温过程中每隔30s的实时温度以及干湿温差数据：
Figure BDA0001734574530000063
Figure BDA0001734574530000071
Figure BDA0001734574530000081
以上详细描述了本发明的实施例。应当理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种织物凉爽功能的表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：待测织物预处理
(a)干态测试：将被测织物(14)放置在标准温湿度的恒温恒湿环境内平衡24小时，使织物达到热湿平衡；(b)湿态测试：测试被测织物(14)烘干后的质量m，然后将被测织物(14)完全浸入三级水中至织物吸水饱和，用罗拉将吸水后的被测织物(14)通过一定的压力将水分挤出至不滴水状态，然后将被测织物(14)放置在标准环境下让水分蒸发扩散至被测织物(14)的质量为m+m1，即使被测织物(14)均匀的含有m1质量的水，m1可根据测试织物类别设定；
第二步：测试设备调试预热
将恒温恒湿箱(1)设置为标准环境温湿度，或根据实验需求设置恒温恒湿箱(1)的温湿度；将测试板(9)的温度设置至初始温度；
第三步：样品测试
打开恒温恒湿箱(1)，将被测织物(14)水平放置在测试板(9)上，迅速把织物夹(13)夹持好，关上恒温恒湿箱(1)，通过可控硅调节加热器(15)以恒定功率对测试板(9)加热，并采集被测织物(14)与测试板(9)接触面温度随时间变化的数据，温度升至设定测试温度时，测试结束；
第四步：数据处理
(a)干、湿态升温数据处理：分别存储由数据采集***(16)记录的干态、湿态织物表面温度-时间数据；将每秒采集到的数据进行平均处理：
Figure FDA0002506491620000011
其中，
Figure FDA0002506491620000012
为i时间段内织物表面平均温度值，Tij为i时间段第j秒的织物表面温度，j＝1，2……10；干态、湿态升温曲线到达某一特定温度所需的时间td、tw越长，升温速率越慢，其凉爽功能越好；
(b)干、湿态温差数据处理：计算干态、湿态各升温时间段的温差，Ti＝Tdi-Twi，其中，Ti为i时刻干态、湿态织物表面温度差，Tdi为i时刻干态织物表面温度，Twi为i时刻湿态织物表面温度；织物干湿态最大温差Tmax越大，其快干性能、湿态凉爽功能越好。
2.如权利要求1所述的一种织物凉爽功能的表征方法，其特征在于，在所述第二步中，为减少测试设备的误差，在测试前将所述测试板(9)的温度升至测试最终温度后降温至初始温度。
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