织物导湿性能理论研究.pdf
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1、服 装 与 面 料 织物导湿性能理论研究 张才前 绍兴文理学院 (中国) 来 侃 西安工程科技学院 (中国) 摘 要: 通过将织物抽象成均匀的多孔介质, 利用流体力学原理推导出织物各方向扩 散的理论方程。同时测试军港绸平纹织物经向、 纬向及斜向的导湿性能, 并得 出实验结果与理论方程规律一致的结论。 关键词: 织物, 导湿性, 理论方程 0 前言 服装材料通过毛细和扩散作 用传递液态水的能力已引起了许 多研究者的极大关注, 特别是在炎 热的夏天或是在剧烈运动、 重体力 劳动时所穿的服装, 芯吸和扩散作 用可促使服装快干。 液滴在织物上扩散现象在物 理上是一种传质现象, 即质量扩散 现象。织物是
2、一种多孔介质, 而液 体在多孔介质中的瞬态传递过程 十分复杂, 其中包括分子扩散、 热 扩散、 分子力场和体积力等的影 响。 实际过程中, 这些形式的传质 现象往往同时存在。如果各种类 型的传质都不能忽略, 则必须对所 有这些因素进行统筹考虑, 这对理 论分析工作带来很多困难。影响 液体沿织物各向的芯吸扩散速率 的因素很多, 如液体类别、 液体量、 纤维性能、 纱线结构、 织物组织以 及大气环境等 1。 1 理论方程的建立 1. 1 方程建立的前提条件 将影响织物导湿性能的所有 相关因素都考虑到理论方程中会 增加理论推导的难度, 为简化起 见, 这里只考虑影响液体在织物上 扩散的几个主要因素,
3、 即液体注入 织物的速率、 织物填充率和织物厚 度, 同时将织物参数及大气环境作 如下几个限定: - 假定织物是均匀分布的多 孔介质; - 织物有润湿和吸湿性, 即织 物为非防水织物; - 大气相对湿度为 100%, 去 除液体蒸发的干扰。 1. 2 理论方程推导 当液体以速度 q (单位 kg/ s) 匀速滴入织物 (不考虑蒸发) , 则滴 入织物的液体将从织物中心向周 围扩散。假设液滴滴入织物的速 度足够小, 滴入织物的液体完全沿 织物截面迁移, 而不会从织物另一 侧渗透出去, 在这个前提下可以应 用流体力学方程求解。 由于织物的孔洞 (或称为毛细 管) 的取向大部分都是沿织物经向 和纬向
4、扩散的, 因此液体在织物上 的流 向 基 本 也 是 有 取 向 度 的 (图 1) , 对于沿织物其他方向 (如 图 1 示的 角方向) 扩散的液体, 则是由液体在织物组织点位置发 生经纬向转移而发生的 (图 2) , 对 于扩散到 B2点的液体的扩散路线 有三条: OA1A2B2, OA1 B1B2和 OB0B1B2, 显然液 体转移现象比较复杂, 但毛细管整 体取向是由 OB2, 因此液体扩散 到 B2点的路线可近似取为由 O B2, 其路径长度为: OA22+A2B2 2。 如图 3 所示, 液体由 O 点连续 注入织物, 液体将在织物的毛细管 内迁移, 考察织物 ) AOB (夹角为
5、) 图 1 液体沿织物 方向扩散 85 国际纺织导报 2006 年第 1 期 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 服 装 与 面 料 图 4 液体沿织物经向、 纬向及 45斜向扩散平均速率 位移倒数关系图 图 2 液体扩散路径 图 3 液体沿织物孔洞扩散示意图 内液体流动情况。液体扩散位移 OA 长度为 L, 织物厚度为 n, 液体 以速率 q (kg/ s) 注入织物, 假设液 体沿织物各向扩散位移相等, 则弧 面 ) AOB内扩散的液体流量 q为: q= 2
6、 q(1) 由流体力学原理, 在管道截面 上液体流入量等于液体流出量 2, 如果 AB 弧截面是液体扩散前沿位 置, 织物厚度为 h, 织物截面填充 系数为 , 则在该截面上液体流入 量等于液体流出量, 即 q= pA (dL/ dt) = phL (1 - )v (2) 将式 (1) 代入 (2) , 解得液体 扩散速率为: v = q 2ph (1 - ) 1 L (3) 1. 3 理论方 程引伸 方程 (3) 是在 假 定 液 体在 织 物 上 均匀 扩 散 基 础上得到的。 但由 于 大 部 分织物经、 纬 向参 数 并 不 相同, 液体沿 这些 织 物 各 向扩 散 情 况 差异较大
7、。为 此在这里引入一个芯吸系数概念, 令 芯系数 W = q 2ph (1 - ) 。 则液体沿织物不同方向扩散 速率与位移间的一般关系方程: vi= Wi 1 Li (4) 式中: i 方向下标; Wi 相应方向的芯吸系 数。 Wi值大小与液体密度、 织物 厚度、 体积填充率和液体注入织物 的速率有关。 显然液体沿织物各向扩散速 率与扩散位移的倒数成正比关系。 上述方程适合大多数织物的导湿 性能评价。 2 理论方程的验证 试验样品选用浅绿军港绸平 纹织物, 经纱为 345 dtex DTY, 纬 纱为 67 dtex DTY + 涤棉短纤, 经、 纬纱密度分别为 245 根/10 cm 和
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