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1、第2 9 卷第2 期 2 0 0 8 年2 月 纺织学报 J o u m a lo f7 r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 2 F e b 2 0 0 8 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 2 0 0 3 7 0 5 新型再生纤维织物的热湿耦合作用 王云仪,余庆文,冯家好,李俊,陈益松 ( 东华大学服装学院,上海2 0 0 0 5 1 ) 摘 要 为了避免传统温度传感器对织物表面温度传递的影响,利用红外热像仪开发一种无干扰的精确计测织物 表面温度的新方法。并利用该方法分析比较大豆蛋白复合纤维、莫代尔等新型再生
2、纤维织物的热湿耦合作用。结 果表明:大豆蛋白复合纤维、莫代尔纤维及其混纺织物的热湿耦合作用规律是相似的。织物温度变化参数聚类分 析表明,可用织物湿热温度上升速率和织物湿热温度与干热温度之差的最大值作为织物热湿耦合作用的主要表征 指标。 关键词 干热温度;湿热温度;热湿耦合;聚类分析;再生纤维织物 中图分类号:玛1 0 1 9 2 3文献标识码:A I k s e a r c ho nt h eh e a ta n dm o i s t u r ec 伽p U n gt r a 璐f e r i nn e wr e g e n e r a t e d6 b e rf a b r i c s w
3、A N GY u n y i ,Y UQ i n g w e n ,F E N GJ i a h a o ,L IJ u n ,C H E NY i s o n g ( 凡s 幻n m H 把,D o ,鸦 妣讹瑙渺,虢n ,I 咖i 2 0 0 0 5 l ,吼i 船) A b s t r a c tT oa v o i dt h ei n n u e n c eb r i n ga b o u tb yt h et m d i t i o n a lt e m p e r a t u r es e n s o rw h e nd e t e c t i n gt h eh e a t t
4、r a n s f e ro nt h es u I f a c eo ff a b r i c ,an e wm e t h o du s i n gi I l f h r e dc a l e r aw a sd e v e l o p e dt on o n c o n t a c tm e a s u r i n g f 曲r i cs u d a c et e m p e r a t u r ew i t h o u td i s t u r b i n gf a b r i cs u 五a c es t a t u s hw a su s e di nt h i sp 印e rt
5、oi n V e s t i g a t et h e h e a ta n dm o i s t u r ec o u p l i n gt m s f e rc h a r a c t e r i s t i c si nf a b r i c so fn e wr e g e n e r 砒e df i b e rm a t e r i a l s o y b e a np r o t e i n 6 b e r ,M o d a la n ds oo n T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a ts o y b e a np r o t e i
6、 nf i b e r ,M o d a la n dt h e i rm i x e df 曲r i c sh a d s i m i l a ri n t e r a c t i o no fc o u p l e dh e a ta n dm o i s t u r et r a n s f e ri nt e x t i l e s 弧1 m u g hc l u s t e r i n ga n a l y s i so fV a r i e d t e m p e r a t u r ep a m m e t e r so ff a b r i c s ,i ti n d i c
7、a t e dt h a tt h eK sa n d r m a 苴w e r er i g h ti n d e x e st oe V a l u a t ei n t e r a c t i o n o fc o u p l e dh e a ta I l dm o i s t u r et r a l l s f e r A n dK sd e s c r i b ea s c e n d e dv e l o c i t yo f 啪i s t u r eh e a tt e m p e r a t u r e ;r m a x i st h eb i g g e s tg 印b
8、e t w e e nd r yh e a tt e m p e m t u r e 肌dm o i s t u r eh e a tt e m p e r a t u r eo ff a b r i c s K e yw o r d sd r yh e a tt e m p e r a t u r e ;m o i s t u r eh e a tt e m p e r a t u r e ;h e a ta n d 1 0 i s t u r ec o u p l i n gt r a n s f e r ;c l u s t e r i n g a n a l y s i s ;r e
9、g e n e r a t e df i b e rf 如r i c 根据传热传质学原理,任一系统内的温度梯度与 湿度梯度都不是相互独立的,它们之间相互影响、相 互作用。当服装面料两侧有温度梯度和湿度梯度 时,热传递和湿传递同时存在拉J 。由于纤维吸湿放热 或放湿吸热而影响温度梯度的变化,同时温度梯度的 改变也会影响湿传递的量及湿传递速度,这种热湿传 递过程中的相互作用即为热湿耦合作用b o 。 大豆蛋白复合纤维、莫代尔纤维属于新型再生 纤维,其性能既不同于合成纤维也不同于天然纤维。 虽然许多研究者对大豆蛋白复合纤维、莫代尔纤维 的理化性能及其织物的透湿性、保暖性等热湿舒适 性能进行了研究H
10、,但是对于大豆蛋白复合纤维、莫 代尔纤维及其混纺织物热传递与湿传递的相互作用 即热湿耦合作用的研究鲜见报道b 。以往织物热湿 耦合作用的研究受到局限,主要是不能准确获取自 然状态下织物表面的温度数据。传统的粘贴温度传 感器等方法会对织物表面状况产生影响,妨碍对织 物热湿耦合作用机制的客观研究。 收稿日期:2 0 c r 7 0 4 0 3修回日期:2 0 0 7 一1 0 0 9 作者简介:王云仪( 1 9 7 2 一) ,女,博士。研究方向为服装舒适性及产品开发。李俊,通讯作者,E m a i l :h j u n d h u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark R
11、emover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 8 纺织学报第2 9 卷 本文利用红外热像仪等手段,自行构建了对织 物表面温度进行非接触式连续精确测量的实验装 置,针对大豆蛋白复合纤维、莫代尔纤维及其混纺织 物,主要研究了其热湿耦合作用,并利用聚类分析方 法探求该作用过程的主要表征指标。 1实验部分 1 1实验材料 大豆蛋白复合纤维、莫代尔纤维、丽赛及其混纺 针织物,其组成成分及规格如表1 所示。 表1 不同试样的成分及规格 T a b 1C h a r a c t e r i s t i c s0
12、 fd i f f e r e n tf a b r i c s 1 2实验装置 以恒温水浴63 为基础构建实验装置研究织物的 热湿耦合作用,该装置的简化示意图见图1 。 l 一红外热像仪支架;2 一温度计;3 一恒温水浴箱;4 一多孔 金属板;5 一水杯;6 一塑料薄板;7 一试样;8 一红外热像仪。 图1织物热湿耦合性能测试装置示意图 F i g 1C o n c e p t u a jf i g u r eo fh e a ta n dm o i s t u r ec o u p l i n g t r a n s f e rp m p e r t ym e a s u r i n ga
13、 p p a r a t u s 图1 中5 为内壁有凸槽的水杯,水杯用传热性 能好的金属材料做成,凸槽平面距杯口平面的距离 为1 2m m 。6 为塑料薄板,薄板厚度小于0 5m m ,直 径略大于凸槽内径,可放于水杯凸槽上。8 为红外 热像仪,它采用非制冷焦平面红外探测器,将物体的 红外图像以高清晰度、高灵敏度的伪彩图像显示在 液晶屏上,并可将图像存储供计算机分析。红外热 像仪属于非接触式测温仪,避免了像温度传感器那 样由于需要与测量物体接触而对实验结果造成影 响,并且其测温精度高。红外热像仪的测温范围为 一2 0 2 2 0 ,测试精度为O 0 1 ,可以对镜头探测 到的区域进行点测温、
14、线测温和面测温。 1 3实验方法 实验在温度( 1 8 0 2 ) ,相对湿度( 3 0 3 ) 的环境中进行。水浴温度为3 3 ,模拟人体出汗的 温度。实验前将试样置于实验环境中进行预调湿处 理,预调湿度时间不少于1 2h 。调节水杯中的水量, 使水杯中的水面接近但不超过凸槽,打开恒温水浴 箱电源开关,保持温度为3 3 。将试样平放于杯口 上并固定,利用红外热像仪每隔3 0s 拍摄1 次,实验 时间为1 5m i n 。采用面测温方法测定试样温度时,在 试样中心位置选取1 个固定的区域,以所选区域平 均温度作为该试样的平均温度。 2 结果与分析 2 1 织物的热湿耦合实验结果 在织物热湿耦合
15、实验中,当水杯中有塑料薄板 时,织物的两侧只有温度梯度,热量通过织物的传递 为干热传递。当水杯中无塑料薄板时,织物两侧同 时存在温度梯度和湿度梯度,热量通过织物的传递 伴随着水蒸气的传递,即为湿热传递“ o 。将干热传 递时测得的织物表面平均温度简称为于热温度,湿 热传递时测得的织物表面平均温度简称为湿热温 度。9 种不同织物干热温度与湿热温度的变化如 图2 所示。 从图中可发现,织物干热温度在干热传递2m i n 后趋于稳定,而织物湿热温度的变化则分3 个阶段。 第l 阶段为织物吸湿阶段,吸湿时织物会放出热量, 所以织物表面温度增加较快。通常织物吸湿达到最 大值所需时间都较短,在实验进行0
16、5 1 5m i n 后湿 热温度就会达到最大值。第2 阶段为织物放湿阶 段,放湿时织物要吸收热量,因此织物表面温度会逐 渐降低,织物放湿过程较吸湿过程进行的缓慢。第 3 阶段为平衡阶段,即织物吸湿与放湿达到动态平 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期 王云仪等:新型再生纤维织物的热湿耦合作用 3 9 p 趟 赠 p 蜊 赠 时间n 1 1 n ( d 14 # ( g ) 7 “ p 趟 娟 p 蜊 赠 p 恻 赠 时间m j n f b l
17、 + 时间m i n f e 、5 # p 型 赠 p 避 赠 胁一一 013579l l1 315 时间m l n f c ) 3 # 时间m i n f f 、6 # 注:一一干热温度;一_ 一湿热温度。 图2l8 9 ”织物的干热温度和湿热温度变化 F i g 2T e m p e r a t u r ec h a n g e so fs a m p l e14 9 。d u r i n gd r yh e a ta n dm o i s t u r eh e a tt r a n s f 色r r i n g 衡,织物的湿热温度也会在某个定值附近稳定 下来。 从图2 ( a ) ( e
18、 ) 可发现,织物最大湿热温度值 的排序为:试样1 。 试样2 ” 试样3 。,从表l 可知 这3 种织物都是含有5 0 左右的大豆蛋白复合纤 维纬平针织物,最大的区别是各自的第2 主成分分 别是莫代尔纤维、丽赛纤维和棉纤维。通过前面的 测试可知这3 种纤维回潮率大小的排序为莫代尔纤 维 丽赛纤维 棉纤维,从而可以推断织物回潮率 与织物的最大湿热温度值呈一定的正比关系。并且 通过对6 、74 和84 试样的比较分析也证明了上述 推断的正确性。另外,还可以发现织物湿热温度从 最大值到平衡状态时1 ”和24 试样所经历的时间明 显地大于34 试样,这与再生纤维织物14 和24 试样 导湿能力差有较
19、大的关系。 从图2 ( c ) ( e ) 可发现,4 。试样和5 ”试样的最 大湿热温度值都在2 5 附近,基本相同,而3 ”试样 的最大湿热温度只有2 4 2 ,明显地小于44 和5 4 试样。这可能是由于3 。试样的面密度较大,织物组 织比较紧密,导致了湿热温度上升速率的降低,从而 影响了其最大湿热温度。另外,不同组织结构的 3 种试样的湿热温度下降曲线变化也是不同的。 图2 ( f ) ( h ) 示出3 种不同纤维织物的干热温 度和湿热温度的变化曲线。7 。试样湿热温度的上 升速率明显地大于84 、64 试样,这主要与织物的回 潮率不同有较大的关系。织物湿热温度从最大值到 丝拍M丝如
20、培=旦 。D 越蛹 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 4 0 纺织学报第2 9 卷 平衡状态时,74 试样所经历的时间也明显地大于 6 ”试样和8 ”试样。并且发现,热湿平衡后7 ”试样 的湿热温度明显地大于干热温度,而这种差别在6 ” 和84 试样中表现得不是太突出。通过将74 与1 。 试样对比也发现,这种差别与织物中莫代尔纤维的 含量有较大的关系。 从图2 ( h ) 、( i ) 可发现,随着纤维素纤维含量的 减少,织物的湿度对织物热量传递的
21、影响也变得微 弱。由图2 可发现,所有试样在湿热温度传递过程 中均存在着传递变化的3 个阶段( 吸湿、放湿和热湿 平衡阶段) 。这说明大豆蛋白复合纤维、莫代尔纤 维、棉纤维及其混纺织物具有相似的热湿耦合作用 规律。 2 2 织物热湿耦合作用的表征 通过对不同纤维织物干热温度和湿热温度变化 曲线的分析,可以将其变化情况总结成图3 所示的 规律。图3 ( a ) 中折线A 曰c D 近似表示织物湿热温 度变化曲线,折线A E F 近似表示织物干热温度变化 曲线;图3 ( b ) 示出湿热温度与干热温度之差的变化 曲线。 p 型 赠 五 时间m j n ( a ) 干热和湿热温度变化曲线 0 时间m
22、 i n ( b ) 干热与湿热温度之差 图3 织物表面湿热温度和干热温度变化不意图 F i g 3 P a m m e t e r sf o rd e s c r i b i n gf a b r i cs u 由c et e m p e r a t u r e c h a n g i n g ( a ) C h a n g ec u r v e so fd r yh e a ta n dm o i s t u r eh e a t t e m p e r a t u r e ;( b ) G a pb e t w e e nd r yh e a ta n dm o i s t u r e
23、h e a tt e 南p e r a t u r e 由于织物热传递与湿传递相互作用是一个分阶 段的动态过程。任何单一指标都很难准确描述整个 过程,所以根据图3 所示,利用湿热温度上升阶段的 上升速率疋;湿热温度从最大值到平衡状态时所经 历的时间r ;相对应湿热温度与干热温度之差的最 大值歹。以及湿热温度平衡值与干热温度平衡值 之差r 。这4 个参数指标来表征织物的热湿耦合 作用过程。14 98 试样的温度变化参数如表2 所示。 2 3 系统聚类分析 为了在织物温度变化参数指标中筛选出更具有 表2 不同织物的表面温度变化参数 T a b 2 T e m p e 随t u r ec h a n
24、 西n gp a r a 眦t e r so fd i 圩e r e n t n b e rf a b r i c ss u r f a c e 试样编号 代表性的指标,对K 。、r 、I 和r 。4 个参数指 标进行R 型系统聚类分析。在S P s S 中将指标K 。、 丁、E 和r 。分别设为变量x 。、x :、墨和x 。,然 后将l ”94 试样所对应的x 。、x :、x ,和x 。的值输 入,进行H i e m r c h i c a lc l u s t e r 分析,分析结果见图4 。 参数指标 变量数量 x ll x 13 ,2 X t4 聚类后重新调整的距离 O51 01 52
25、 02 5 。 图4 参数指标聚类分析树状图 F i g 4 R e s u l to fc l u s t e ra n a l y s i so np a r a m e t e r s 参数指标聚类分析树状关系图中指标x 与 x ,置与x 。先分别聚为一类,因此可以利用x 、 x ,二者之一和噩、x 。二者之一来表征织物热湿耦 合作用。另外从图2 可以发现,各试样干热温度与 湿热温度差值的差异在织物吸放湿未达平衡前比平 衡后要大得多,而织物放湿达到平衡状态的时间很 难确定准确的值,因此选用K 。和丁。作为织物热 湿耦合作用的表征指标。K 。值表示织物由于吸湿 而引起温度升高的速度大小,K
26、 。值越大,织物由于 吸湿而升温越快;丁一值表示织物由于吸湿而引起 温度升高的幅度的多少,。值越大,织物升温的 幅度越大。 3 结论 1 ) 莫代尔纤维、大豆蛋白复合纤维、棉纤维及其 混纺织物的热湿耦合作用规律是相似的。 2 ) 可以用织物湿热温度上升速率K 。和织物湿 ( 下转第4 5 页) 勰”巧弱凹加砸笛 0 O 0 O O 0 0 O O O 5 O 0 5 5 0 5 O 8 6 4 4 4 5 O 7 2 9 l 0 9 9 1 3 5 1 3 3 3 2 2 2 4 3 6 O 2 8 9 6 0 2 2 7 7 6 6 6 5 8 7 5 # # # # # # # # # ,
27、2 3 4 5 6 7 8 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期宗亚宁等:前处理对涤纶长丝织物透气性的影响 4 5 气率越小;而碱减量率与透气率呈正相关,碱减量率 越大,透气率越大。对缩率和碱减量率进行多元非 线性回归,结果表明碱减量率的影响程度更为显著。 采用多元回归方程和B P 神经网络对织物的透气率 进行预测,预测值与实测值较为接近,B P 神经网络 的相对误差更小,预测精度更高。黼 参考文献: 2 姚穆,周锦芳,黄淑珍,等纺织材料学
28、 M 第2 版 北京:中国纺织出版社,1 9 9 7 :6 3 6 邱茂伟,王府梅机织物透气性能的预测研究 J 纺 织学报,2 0 0 5 ,2 6 ( 4 ) :7 3 7 5 I I _ ,“- l _ | 1 E _ “1 1 。- 1 _ 1 叫- H l _ ”t 3 4 5 6 7 8 徐广标,邱茂伟,王府梅精纺毛织物的孔隙与结构及 透气性的关系 J 毛纺科技,2 0 0 5 ( 4 ) :1 4 1 7 刘剑宇,吴坚机织物紧密度与纱线线密度对织物透 气性的影响 J 大连轻工业学院学报,2 0 0 l ,2 0 ( 3 ) : 2 1 8 2 2 0 刘超颖,魏赛男,孙玉钗,等提高
29、细旦涤纶仿真丝织 物的透气性研究 J 染整技术,2 0 0 6 ,2 8 ( 4 ) :6 8 余序芬纺织材料实验技术 M 北京:中国纺织出 版社,2 0 0 4 :2 8 4 朱洪文应用统计 M 北京:高等教育出版社,2 0 0 4 : 2 2 6 董长虹M a t L a b 神经网络与应用 M 北京:国防工业 出版社,2 0 0 5 :6 4 I ,。l “l | - 1 I - I tr | I ”r 1 一J | 1 ”一十_ - “ ( 上接第4 0 页) 热温度与干热温度之差最大值丁一作为织物热湿 耦合作用的主要表征指标。K 。值越大,织物由于吸 。 湿而升温越快;r 值越大,织
30、物升温的幅度越大。 4 3 ) 用红外热像仪、恒温水浴等构建的实验装置 , 可以实现对织物表面温度的无干扰精确测试,它是 研究织物热湿耦合作用的一种可行的新方法。 6 黼 参考文献: 7 1 w 0 0 d c o c kAH M o i s t u r et r a n s f e r i n t e x t i l es y s t e m J r r e x t i l eR e s e a r c hJ o u m a l ,1 9 6 2 ,3 2 :6 2 8 6 3 1 8 2 刘岩防水透湿织物舒适性评价 D 上海:东华大 学,2 0 0 2 何超英,李栋高服装工效系统热湿耦合的
31、非线性特 性 J 纺织学报,2 0 0 5 ,2 6 ( 3 ) :4 8 5 0 张渭源服装舒适性与功能 M 北京:中国纺织出版 社,2 0 0 5 李创服装动态热湿舒适性理论及测试技术概 述 J 北京纺织,2 0 0 2 ,2 3 ( 1 ) :4 7 4 9 L iY i S i m u l t a n e o u sh e a ta n dm o i s t u r et t a n s f e rw i t Im o i s m I e s o r p t i o n , c o n d e n s a t i o n , a I l dc 印i a r y l i q I l i d d i 胍s i o ni n p o r o u st e x t i l e 8 J T 毛x t i I eR e s e a r c hJ o u m a l ,2 0 0 3 ,7 3 , 5 1 5 5 2 4 赵虹环保型针织服装的面料实验研究与产品开发方 案 D 上海:东华大学,2 0 0 2 何晓群现代统计分析方法与应用 M 北京:中国人 民大学出版社,1 9 9 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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