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织物接触冷暖感测试评价方法

已被阅读289次 2020-03-26

织物冷暖感(或热舒适)是织物与人体皮肤接触后织物给皮肤的温度刺激在人大脑中形成的关于冷和暖的判断。当织物与皮肤接触瞬间,由于存在温差,织物与皮肤之间会发生热交换,使皮肤的温度升高或降低。织物与皮肤之间的热交换形式主要为热传导,织物内部的热辐射和自然对流影响很小,可忽略不计。

通常情况下(除环境温度高于皮肤温度外),皮肤温度高于环境温度,因此织物与皮肤接触后 往往使皮肤温度下降,如果温度下降(或上升)的量超过一定限度,就会使人产生不舒适感。从物理意义而言,冷暖感的强弱,取决于织物和人体接触过程中织物导走或保有人体热量的多少。

织物与皮肤接触瞬间,二者之间存在温差,有明显的传热传质变化。影响皮肤温度及其变化的物理参数主要有:皮肤温度、温度变化速率、温度变化量、环境温度和时间等。织物的冷暖感可以用不同的物理参数进行描述,常用的有导热系数、吸热系数、人体与织物接触时由人体通过织物流向环境的最大瞬态热流。

测试方法

织物的冷暖感常用最大瞬态热流法、吸热系数法和导热系数法来进行评价,但最大瞬态热流和吸热系数测试中都包含了导热系数这个参数。因此目前冷暖感的各 种测试评价方法主要集中在最大瞬态热流和吸热系数的测试方面。


最大热流法(Q-max Method)

最大热流法是日本学者 Kawabata 根据瞬态热传导理论提出的一种织物接触冷暖感测试评价方法,最大热流法的基本原理是在模拟人体皮肤接触织物的瞬态传热过程中对热流变化曲线进行实时测量。如图所示,在测量之前,首先将样品放在温度保持恒定的样品座上,并将由良导热体制成的热板温度升高到比样品高约 5~10℃。测量时将热板放置在样品的上表面,热量从温度高的热板流向样品,记录和测量热板温度和接触面上热流密度 q(t) 随时间的变化曲线

KES-F7 型热物理性能测试仪

目前国内外普遍用来测量织物热性能的仪器是日本 KATO TEKKO 公司生产的
KES-F7 Thermo LABO 型热性能测试仪器,如图所示。对于织物接触冷暖感的测试,此仪器所采用的方法就是上述最大热流法。由于 KES-F7 型测试仪只考虑热板初始温度比样品表面温度高的情况,因此测出的最大热流密度实际上是相对冷暖感,大的热流密度值对应冷感,小的热流密度值对应暖感。
如图所示,KES-F7 型冷暖感测试仪由以下三个基本部分及其控制系统构成:
(1)T. Box(Temperature Detecting Box, 温度测试以及蓄热板)
(2)B. T. Box(Bottom Temperature Box, 热源台)
(3)Thermo Cool(恒温台)

KES-F7 型热性能测试仪具有以下三种测试能力:

Q-max 测试(冷暖感测试)

如图所示,将样品放置在恒温台上,并将蓄热板放置在热源台上进行蓄热,然后将蓄热板快速放置在样品表面上。蓄积的热量立即移动至低温侧的样品上,此时测试出的热流峰值为 Q-max 值,测试过程可在 1 分以内完成。

稳态导热系数和热扩散系数测试

如图 2-4(b)所示,首先将恒温台设置为室温,将 50 mm×50 mm 的样品放置 在上面,再将热源台的热板紧贴试样放置在上面。在热源台以及护环的温度达到稳定后,通过测量稳态热流既可得到稳态导热系数,测试过程可在 2~3 分以内完成。

通过达到稳定前的动态热流和温度变化曲线,并结合特定边界条件,还可以实 现对热扩散系数的测量。通过上述测量的导热系数和热扩散系数,如果知道样品的密度,则可以计算得 到样品的比热容。

由此可见,KES-F7 型热性能测试仪是一个非常经典的瞬态热物理性能测试仪 器,通过测试模型和相应的边界条件,可以对样品厚度方向的热物理性能参数进行 测量,即 KES-F7 型热性能测试仪的热性能测试带有明确的方向性。
保温性能测试

将上述冷暖感测试仪结合风洞来进行织物的保温性能测试,如图 2-5 所示。 将样品(100 mm×100 mm 以上、最大 200 mm×20 mm)和样品安装框一起固定至 100 mm×100 mm 热源台上进行测试。通常风洞内的空气温度与室温相同,热源台温度为比室温高 10℃。当热源台温度以及热流值稳定时,测量热流值就可计算得到保温性能,测试通常在 2~5 分钟内完成。在具体测试中,还可使用各种测试方法,例如 Wet 法、Space 法和 Wet Space 法等。

测试标准

尽管最大热流法测试技术已经开发了近 30 年,但一直没有形成国际化的标准测试方法,基于最大热流法,目前已经建立了相应标准测试方法的国家和地区只有大陆和台湾,如国家标准 GB/T 35263-2017《纺织品 接触瞬间凉感性能的检测和评价》,以及台湾纺织产业综合研究所制定的《织物瞬 间凉感验证规范》(FTTS-FA-019)产业标准。