织物透湿性测试新方法.pdf
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1、笫2 8 卷第l o 期 2 ( 1 ( 】7 年1 0 月 纺织掌报 J I “o fn x l l kR e s e a r n h V o 2 8N o 1 0 O c 【2 0 0 7 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) 1 0 一0 0 3 0 0 5 织物透湿性测试新方法 黄建华 ( 武汉科技学院纺织与材料学院,湖北武汉4 3 0 0 7 3 ) 摘要新型缆物透湿性测试装置用防水透湿P r F E 薄膜包覆透湿圆柱筒的底部,形成饱和水蒸气,使用干燥氮气 流作为载体将透过织物的水蒸气带走通过测量山口氯气流的相对湿度来确定织物的透湿量。实验结粜表明,这 种
2、测试方法能在5m i n 内准确地评价织物透湿性试样透湿量的变异系数小于1 一该方法具有测试时问短重复 性好,灵敏度高和成本低的特点,可用于纺织生产厂家对产品透潦性的口常质量控制。 关键词织物;透湿性;测试;热舒适性 中图分类号:码1 0 1 9 2文献标识码:A N e wm e t h o df o re v a l u a t i n gw a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t yo ff a b r i c s H U A N CJ i a n h u 8 ( 岛f 旷,瓠出趔d 缸舯# H # ,耽如执睁矿硎“ s d 西w i 删。粥,耽k H
3、 ,胁妊4 3 0 0 7 3 ,c m ) A b s 曲c t T h en e w3 p p a r a t u sf o rd e L e I W I i n i “gw a t e r ”a p o 。p e 瑚e a b l i t yo ff 副) d cu t i I i z e sw a L e r p l o o fv a p o r p e 砌e a b l eP T F Em e m b m n em 州e l 山e b eo fm o l s t u r ep e n e a t i 。nc y l l n d e r ,p r 。v i d i “gt h es 叫
4、m eo f8 a t u r a t e d w a t e rv 3 P o r n ed r yn i t r o g e ns t r e 蛐i su s e da st h ec a r r i e rt og e tt h ev 8 p o rp e n e t r a t i “gt h ef a b 打ca w a y T h e w a t e rv a p o rt m n s 眦s s i o nm ecanb ed e t e 皿i n e db ym e a s u “gt h er e l a t i v eh u 亦d i t y0 fo u t 9 0 i n
5、gn i t r o g e ns t r e a m T h et e s t 陀s u l t si n d i c a t e0 I a tt h i st e s tm e t h o d 诂a b l et oa c c u m t e l ye v a l u a t et h ew a t e rv a p o op e n r 屺a M l i t vo f f 出一cw i t h i n5 而n u t e s ,a n dd l ec o e f h c i e mo fv a d a n c ei s1 e s s 山a n1 f n rw a t e rv a p o
6、 rp e m e a b l l i t vo ft h e f a 嘣ct e s t e d T h e r e f o m ,出砖I e s tm e t h o d0 f 住r ss h o nt e s tt i m e g o o dr e p e a t a b i I i t y ,h i 曲s e n s i t i v i ya n dI e s s c o s c I Li sv e r yu s e 矗l lh r ( 】u t i n e l y 七e s t i n gt h ew a c e r7 a p o 。p er r T l e a b i l i t
7、yo ff a h d c sf 0 。q u a l i t yc o n t r o Io ft h e t e x t i l ep l a n t s K c yw o r d sh b “c ;w a L e rv a p o 。p e n n e a b i l i t y ;t e s t ;l h e m l a lc o f o n 织物透湿十牛是评价服装热湿舒适性的一个黄要 指标。在人体、服装、环境这复杂系统中,人体的 热灞舒适性取决于自身产生的热量和向环境散失的 热量之间的平衡。人体除了通过传导、对流、辐射等 方式向周围环境散热外,还通过人体皮肤表面汗液 的蒸发散失热量。
8、如果水蒸气能通过服装系统及时 扩散到周围环境,人体才能感到舒适,如果服装阻碍 水蒸气的通过,使人体皮肤与服装之间微气候巾的 湿度增大,水蒸气将积累到一定程度而冷凝咸水,使 人感到黏湿、发闷等。当人体进行剧烈活动或处于 炎热环境中,汗液的蒸发成为人体散失热量的苇要 途径,此时更要求衣服具有足够的水蒸气传递能 力l 7 I ,、 织物的透湿性通常采用透湿杯测量,传统的透 湿杯测试方法( C B T1 2 7 0 4 1 9 9 1 ,A S T M E 1 9 9 6 ) 采 用装有吸湿剂或水的透湿杯,并封以织物试样,将试 样放在规定的温 ! i 邑度密封环境中,根据一定时间内 透湿杯组合体重量的
9、变化计算出透湿量”。,该方 法虽简便易行,并能在静态条件下定量比较织物透 湿性,但测试时间长( 2h ) ,精度低,重复性差“”“。 用透湿杯法测试织物透湿性时,影响测试结果 的因素较多。首先,水蒸气必须通过杯内的静I = 空 气层和试样外表面的宅气层,试样两侧存在压力差, 杯内外也存在着压力梯度,水蒸气的逸散不仅受到 织物阻抗的影响同时还受到杯内静止空气阻抗和 试样外侧空气阻抗的影响,因此,计算透湿量时,虽 收稿日期:2 0 0 6 1 2 1 7修回B 期:2 7 0 6 一1 4 作者简介:黄建华( J 9 7 0 一) ,男,剐教授,博士。主要研究领域为服装的热舒适性。E m a i
10、l :k s u h u a n g y a h o oc o m c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 0 期 黄建华:织物透湿性洲试新方法 然设有用到织物正反面的温度和相对湿度,但透湿 量的值隐含着这些因素的影响”“,由于试样两侧 的水蒸气压力蒡是未知的,只有当织物阻抗远大于 杯内静止空气层阻抗和试样外侧宅气阻抗时,试样 正反面的水蒸气才接近_ 丁杯内液体的水蒸气压力和 空气中的水蒸气压力,这样才有可能使透湿量比较 准确地反映织物的
11、透湿性。而实际上,织物是多孔 性材料,阻抗较低,获得的结果总是存在着较大的误 差。其次,在蒸发法测试过程中,杯内液面下降,杯 内静止空气层的厚度增加,其阻抗也增加,必然造成 实验误差。 根据I S O1 1 0 9 2 1 9 9 3 和F Z T0 1 0 2 9 一1 9 9 3 ,织 物的透湿性也可用出汗防护热板仪测量”。”1 ,多孔 金属热板的周同和底部备有隔热防护层,以阻止热 板四周及底部的热流,各部分都有加热单元,热量只 能沿试样厚度方向流动,蒸馏水从热板底部喂人,热 板上面覆盖一层防水透湿薄膜,热板表面的温度稳 定在3 5 ,以模拟人体发汗的状态,热板上方装有 一玻璃罩,用来生成
12、一定的气流。整个出汗防护热 板仪置于小型人工气候室内,室内的温度设定为 3 5 湿度控制在4 0 。当系统处于稳态时,由加 热功率、热板和气候室内的水蒸气压力差以及实验 面积来计算织物的蒸发阻抗,再根据水的汽化潜热 将蒸发阻抗转换成织物的透湿率,以此来评定织物 的透湿性。虽然该方法测试精度高,重复性和再现 性好。”,但是出汗热板、人工气候室、数据采集系统 成本高,使用和维护费用昂贵,且测试时间长 ( 1 5h ) ,不易推广。 本文提出一种新的织物透湿性测试方法,该方 法能在5m i n 内精确评价织物的透湿性能,且重复性 好、成本低。 l 测试原理 测试装置丰要由铝合金圆柱筒和底座组成,其
13、示意图如图1 所示。圆柱简中部有一外凸缘,底部 包覆- 层防水透湿I y r F E 薄膜,薄膜通过压环固定 在圆柱筒的外凸缘上,压环与圆柱筒的外凸缘通过 螺钉连接。往圆柱筒内倒入一定量的蒸馏水,液面 高度低于凸缘高度,由于w F E 薄膜微7 L 直径为 O 3f 一,而水滴的直径一般在1 0 0p m ,水蒸气直径为 O 0 0 04I 一,因此液态水不能透过阳F E 薄膜,水 蒸气可以通过该薄膜,以此生成饱和水蒸气。圆柱 筒内水温由一热电偶测量,在底座上面刻有一浅槽, 浅槽的火小为:宽O 0 2m ,长( ) 1m ,高0 0 0 4 ,n ,浅槽 的两端分别与开在底座两侧上的进气7 L
14、 和出气孔连 通,进气孔连接流量控制器,在浅槽卜面放一块不锈 钢板其尺寸和底座样,钢板中央有一长方形的 孔,其大小为:长O 0 6m ,宽00 2m ,待测试样位于 钢板上并覆盖长方形的孔,凼此钢板中央长方形孔 决定试样透湿面积大小,即O ( ) 0 12m 2 ,圆柱筒组合 体位丁钢板r ,用螺栓将圆柱筒旧定在底座干燥 氮气流通过流量控制器由底座的进气孔流进,经过 浅槽,即试样的下方由出气孔流出,水蒸气在浓度差 的驱动F 由”F F 薄膜经过试样扩散到氮气流中, 通过检测出口氮气流的相对湿度来确定试样的透 湿量。 图1 织物透湿性测试装置月i 意图 n g 1 S c h e m 丑t i
15、cd i a 吕r m no fa p p 3 r 雠u 吕f o r m a 轧l “g 蛆沁r p 村p e m i e a M H 尊d 南0 8 干燥氮气纯度为9 9 9 9 ,用G F c1 7 流量控制 器控制氮气的流量,其满量程为2I I I l i n ,精度为满 量程的l5 ,流量大小设定为2o o oc 矗m i n ,根据 底座浅槽的大小,氨气流的流速为 r :百等去等 ( 1 ) 式中:r 为氮气流的流速( 1 1 1 s ) ;p ,为流量控制器所 示的流量( c m 3 ,m n ) ;日为浅槽高度( o 0 0 4m ) ;W 为 浅槽宽度( 0 0 2m ) ;
16、r 。为环境温度( K ) ;r 。为流量 控制器的标定温度( 2 9 42 5K ) 。 实验环境温度控制在( 3 0 O5 ) 屯。由式( 1 ) 可 知,氮气流的流速大约为0 4 3m ,s ,氮气流的雷诺系 数“9 为 m :生! ( 2 ) 式中:d 为浅槽的当量直径( m ) ;u 为氮气的运动黏 度( I n 2 ,s ) 。 浅槽的当量直径取决于浅槽的大小,大约为 O 0 0 67m ,氮气的运动黏度为0 0 0 00 1 52m 2 s ,因 此,氮气流的雷诺系数是1 9 0 ,该值远小于层流的临 界雷诺系数20 0 0 ,因此底座浅槽内的氮气流为层 流,流体质点为有秩序的直
17、线运动,互不掺混,流速 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 2 纺织学报 从入口处的均匀分布到层流的抛物面分布,最终形 成充分发展流动。 底座出口氮气流的相对湿度用H M T3 3 3 温湿 度变送器检测,其传感器的精度为】( 相对湿度 范围O 9 0 ) 。数据采集与开关单元3 4 9 7 0 A 用于 采集来自于流量控制器、温湿度变送器、热电偶的信 号,并将其转换成数字信号,传送到计算机,由计算 机进行处理并显示氮气流的流量大小、出口氮气流 的
18、相对湿度以及蒸馏水的温度。 由于流量控制器G F c1 7 所示的i f c 量大小为标 准状态下的流量,所以流量控制器的凑数必须进行 压力和温度修正,才能得到在实际测试条件下的流 量大小,在此压力修正可以忽略,只进行温度修正。 实际流量计算式为 Q = Q 。等 ( 3 ) 式巾:Q 为氨气流的实际流量( c m 3 ,n i n ) ;Q ,为流量 控制器所指示的流量( c m 3 m m ) ;r 。为环境温度 ( K ) ;r 。为流量控制器的标定温度( 2 9 4 2 5K ) 。 根据理想气体状态方程,出口氮气流中水蒸气 的浓度可由式( 4 ) 来计算 c :拳 式中:c 为氮气流
19、中水蒸气的质量浓度( k m 3 ) ;中 为出口处氮气流的相对湿度( ) ;P 。为水在实验温 度下的饱和蒸气压( P a ) ;朋。为水蒸气的摩尔质量 ( 0 0 1 80 1 5k 1 0 1 ) ;R为通J J 气体常数 ( 8 3 1 4J ( r n o l K ) ) j 在水蒸气浓度差的驱动下,从织物的上表砥扩 散到下表面的水蒸气质量为 m = 竿篆 ( 5 ) 式中:,几为水蒸气通量( k g ( o s ) ) ;4 为试样面 积( m 2 ) 。 将其换算成每天的流量即透湿量( g ,( m 2 - d ) ) 为 透湿量= m 1O ( ) ( 】36 0 0 2 4(
20、 6 ) 织物和服装生产厂家倾向于用透湿量来评价织 物的透湿性,而研究人员和生理学家更喜欢用水蒸 气扩散阻抗来评价水蒸气通过织物向环境转移的能 力。试样的总扩散阻抗为 圮:坐( 7 ) 式中:R ,为总扩散阻抗( s ,m ) ;c 为水蒸气浓度 第2 8 卷 差( k g m 1 ) 。水蒸气浓度差可由对数平均差公式”“ 计算。 c = l 含若潞 战2l 。商。殛弗婚) 式中:c 。为底座进气孔处试样组合俸两面的水蒸 气浓度差( k g ,m 。) ;c 。为底座出气孔处试样组合体 两面的水蒸气浓度差( k g ,d ) 。 因为干燥氮气流被送入试样的下表面,前者就 是水的饱和水蒸气浓度,
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