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主题：【分享】织物透湿性测试新方法

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发表于：2011/08/14 16:44:21 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
新型织物透湿性测试装置用防水透湿FE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，通过测量出口氮气流的相对湿度来确定织物的透湿量。实验结果表明，这种测试方法能在5min内准确地评价织物透湿性，试样透湿量的变异系数小于1％。该方法具有测试时间短，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湿性的日常质量控制。

    

织物透湿性是评价服装热湿舒适性的一个重要指标。在人体、服装、环境这一复杂系统中，人体的热湿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。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中的湿度增大，水蒸气将积累到一定程度而冷凝成水，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重要途径，此时更要求衣服具有足够的水蒸气传递能。
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2011/8/14 16:45:24 沙发 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
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(GB／T12704—1991，ASTM--E1996)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湿度密封环境中，根据一定时间内透湿杯组合体重量的变化计算出透湿量，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止空气层和试样外表面的空气层，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，虽然没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差是未知的，只有当织物阻抗远大于杯内静止空气层阻抗和试样外侧空气阻抗时，试样正反面的水蒸气才接近于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。
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2011/8/14 16:46:10 板凳 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
根据ISO11092—1993和FZ／T01029—1993，织物的透湿性也可用出汗防护热板仪测量，多孔金属热板的周围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入，热板上面覆盖一层防水透湿薄膜，热板表面的温度稳定在35cI=，以模拟人体发汗的状态，热板上方装有一玻璃罩，用来生成一定的气流。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35cI=，湿度控制在40％。


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5min内精确评价织物的透湿性能，且重复性好、成本低。
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2011/8/14 16:46:51 马扎 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
    1测试原理

测试装置主要由铝合金圆柱筒和底座组成，其示意图如图1所示。


圆柱筒中部有一外凸缘，底部包覆一层防水透湿PTFE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PTFE薄膜微孔直径为0．3tLm，而水滴的直径一般在100um，水蒸气直径为0．0004m，因此液态水不能透过FE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，浅槽的大小为：宽0．02m，长0．1m，高0．OO4m，浅槽的两端分别与开在底座两侧上的进气孔和出气孔连通，进气孔连接流量控制器，在浅槽上面放一块不锈钢板，其尺寸和底座一样，钢板中央有一长方形的孔，其大小为：长0．06m，宽0．02m，待测试样位于钢板上并覆盖长方形的孔，因此钢板中央长方形孔决定试样透湿面积大小，即0．0012m，圆柱筒组合体位于钢板上，用螺栓将圆柱筒固定在底座。




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下由PTFE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。
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2011/8/14 16:47:20 地毯 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
    干燥氮气纯度为99．99％，用GFC17流量控制器控制氮气的流量，其满量程为2L／min，精度为满量程的1．5％，流量大小设定为2000cm／min，根据底座浅槽的大小，氮气流的流速为：

    式中：V为氮气流的流速(m／s)；Qs为流量控制器所示的流量(crn3／min)；H为浅槽高度(0．004m)；W为浅槽宽度(0．02m)；Ta为环境温度(K)；Ts为流量控制器的标定温度(294．25K)。

    实验环境温度控制在(30±0．5)℃。由式(1)可知，氮气流的流速大约为0．43m／s，氮气流的雷诺系数¨为：

    式中：d为浅槽的当量直径(m)；v为氮气的运动黏度(rn2／s)。

    浅槽的当量直径取决于浅槽的大小，大约为0．0067m，氮气的运动黏度为0．0000152m2/s，因此，氮气流的雷诺系数是190，该值远小于层流的临界雷诺系数2000，因此底座浅槽内的氮气流为层流，流体质点为有秩序的直线运动，互不掺混，流速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。
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2011/8/14 16:48:00 地板 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
底座出口氮气流的相对湿度用HMT333温湿度变送器检测，其传感器的精度为±1％(相对湿度范围0～90％)。数据采集与开关单元34970A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、出口氮气流的相对湿度以及蒸馏水的温度。



    由于流量控制器GFC17所示的流量大小为标准状态下的流量，所以流量控制器的读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：

    式中：Q为氮气流的实际流量(cm3／min)；Q为流量控制器所指示的流量(cm3／min)；Ta为环境温度(K)；Ts为流量控制器的标定温度(294．25K)。

    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。

    式中：C为氮气流中水蒸气的质量浓度(kg／m3)；Ф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(Pa)；M为水蒸气的摩尔质量(0．018015kg／mo1)；R为通用气体常数(8．314J／mol·K))。
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2011/8/14 16:48:49 6楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
    在水蒸气浓度差的驱动下，从织物的上表面扩散到下表面的水蒸气质量为：

    式中：m为水蒸气通量(kg／(m2·s))；A为试样面积(m)。

    将其换算成每天的流量，即透湿量(g／(m2·d))为

    透湿量：m×1000×3600×24        (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：

    式中：Rt.为总扩散阻抗(s／m)；△C为水蒸气浓度差(kg／m)。水蒸气浓度差可由对数平均差公式计算。

    式中：△Ca为底座进气孔处试样组合体两面的水蒸气浓度差(kg／m3)；△Cb为底座出气孔处试样组合体两面的水蒸气浓度差(kg／m3)。

    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，可由式(4)计算(相对湿度为100％)，后者是水的饱和水蒸气浓度与出口氮气流中水蒸气的浓度之差。
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2011/8/14 16:49:36 7楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
    2试样


选择4种织物为试样进行透湿量测试，即：纯棉织物、棉／大豆纤维混纺织物、毛／大豆纤维混纺织物，棉／锦纶纤维混纺织物，其中大豆复合纤维中大豆蛋白含量为40％。分别剪取3块长0．1m，宽0．04m的试样，试样应在距布边1／10幅宽、距匹端2m处裁取，尽量避免取相同的经纱和纬纱。




试样的规格见表1

参照GB／T3820—1997用YG(B)141D织物厚度仪测织物厚度。
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2011/8/14 16:50:16 8楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
    3测试步骤

1)往圆柱筒内倒入蒸馏水，蒸馏水的高度低于圆柱筒外凸缘的底平面，将长方形钢板放在底座上，将待测织物放在钢板的长方形孔上，织物的测试面朝下，将装有蒸馏水的圆柱筒放在钢板中央，用螺栓将圆柱简固定在底座上。将底座的进气孔连接流量控制器，出气孔和湿度传感器相连，流量控制器、温湿度变送器和热电偶连接数据采集单元，数据采集单元和计算机相连。

    2)打开氮气瓶，控制流量为2000cm3／min，每隔10s采集1次流量、出口相对湿度、水温，大约5min后，这些变量达到稳定状态，记录计算机显示的透湿量和扩散阻抗。

    3)每种试样重复测试3次，取其算术平均值。
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2011/8/14 16:51:07 9楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
    4结果与分析

用新型织物透湿性测试方法测试织物的透温性，出口氮气流的相对湿度一般在4～6min内稳定下来，这时候1次试验结束，计算机根据最后10次采集的数据，由式(5)～(7)分别计算试样的透湿量和总扩散阻抗。4种被测织物的透湿量和总扩散阻抗列于表2、3。从表2可看出，4种试样总扩散阻抗的标准差均小于ls／m，变异系数小于1％，表3也很清楚地表明，4种试样的透湿量的变异系数CV值小于1％。由此可见，这种织物透湿性测试方法的重复性较好。

    除了重复性，仪器的灵敏度也是评价仪器好坏的重要指标。由于该测试装置采用高流量的氮气流，致使试样下表面空气的流速较大，加上试样上表面直接接触模拟皮肤，而减少空气层有助于改善测量的灵敏度，所以该测试方法的灵敏度大大提高。

与其它测试方法(ASTME96，ISO11092)相比，这种测试方法具有重复性好，灵敏度高，测试时间短(5min)，成本低，所需试样小的特点。另外，由于试样两面的水蒸气浓度差较其他方法要大，用这种测试方法得到的透湿量较高。由于这种新型织物透湿性测试方法可以在较短的时间内对织物透湿性作出准确地评价，所以可广泛用于纺织厂在产品透湿性的质量控制。
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山石
ivanxie
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2011/8/14 17:11:21 10楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
新方法是国际标准吗？
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手机版： 织物透湿性测试新方法
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