智能調(diào)溫紡織品及其測(cè)試評(píng)價(jià)方法探討

張貴生 陳向標(biāo)

(揭陽市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所 廣東 揭陽 515300)

智能調(diào)溫紡織品及其測(cè)試評(píng)價(jià)方法探討

張貴生 陳向標(biāo)

(揭陽市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所 廣東 揭陽 515300)

智能服裝正成為迅速發(fā)展的時(shí)尚產(chǎn)品，然而相關(guān)的測(cè)試和評(píng)價(jià)手段卻明顯滯后。本文探討了智能調(diào)溫紡織品的測(cè)試評(píng)價(jià)方法(差示掃描分析法DSC、溫度調(diào)節(jié)因素法TRF、暖體假人法、微氣候儀法、步冷曲線法)，為智能調(diào)溫紡織品的測(cè)試研究提供參考。

智能服裝;智能調(diào)溫;相變材料

智能調(diào)溫紡織品是指對(duì)溫度或溫度變化有響應(yīng)的智能紡織品，是一種具有雙向溫度調(diào)節(jié)作用的、以改善舒適性為主要目的的新型織物。它是將相變蓄熱技術(shù)與纖維和紡織品制造技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出的一種高技術(shù)產(chǎn)品，具有自動(dòng)吸收、儲(chǔ)存、分配和放出熱量的功能，有智能調(diào)溫的效果，有助于保持人體體表溫度并創(chuàng)造舒適的溫度環(huán)境。其調(diào)溫原理是利用含有的相變物質(zhì)隨外界環(huán)境溫度的變化發(fā)生液—固可逆變化，即環(huán)境溫度升高時(shí)吸收儲(chǔ)存熱量，自身由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)；當(dāng)溫度降低時(shí)，放出儲(chǔ)存的熱量，相變物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)紡織品的溫度自調(diào)節(jié)，創(chuàng)造舒適的溫度環(huán)境。

近年來，智能調(diào)溫紡織品作為一種新型智能紡織品，以其良好的舒適性和高技術(shù)含量而呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。然而對(duì)于智能調(diào)溫纖維與織物的溫度調(diào)節(jié)能力至今還沒有統(tǒng)一的測(cè)試方法與標(biāo)準(zhǔn)，比較常用的有熱分析法(DSC)、步冷曲線法、微氣候儀法、暖體假人法等等。本文就上述各個(gè)測(cè)試方法進(jìn)行了探討，可為智能調(diào)溫纖維與織物的調(diào)溫性能評(píng)價(jià)提供參考。

一、智能調(diào)溫紡織品的測(cè)試評(píng)價(jià)方法

(一)差示掃描量熱法(DSC)?，F(xiàn)階段相變特征和行為的表征與測(cè)試主要采用DSC。在測(cè)定過程中樣品和參比物始終保持相同的溫度，在程序升/降溫過程中，比較空白樣品和含相變物質(zhì)的試樣后可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試樣發(fā)生相變時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，并促使試樣與參比物在升/降溫過程中溫度變化速率的改變，同時(shí)在DSC譜圖上呈現(xiàn)脈沖(圖1)。分析圖譜可得到相變過程的相關(guān)指標(biāo)，包括相變溫度、相變熱、相變焓、熱轉(zhuǎn)變中的能量損耗等數(shù)值，從而評(píng)價(jià)相變材料的調(diào)溫性能[1]。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)DSC曲線示意圖

(二)溫度調(diào)節(jié)因素(TRF)測(cè)試法。溫度調(diào)節(jié)因素法(TRF)用于測(cè)量影響溫度調(diào)節(jié)的各種因素，適用于在試驗(yàn)室模擬真實(shí)生活狀況的生理測(cè)試。該系統(tǒng)使用連續(xù)的環(huán)境溫度和能量，維持一種模擬皮膚的溫度。測(cè)量皮膚溫度隨外界能量變化的波動(dòng)狀況，這種能量正是織物和纖維調(diào)節(jié)溫度的決定因素。

TRF測(cè)試在專門的測(cè)試儀上進(jìn)行，每一個(gè)織物測(cè)試2次，首先在恒定的熱量輸入測(cè)得織物的熱阻R(溫度調(diào)節(jié)參數(shù))，再輸入隨時(shí)間變化的正弦熱量，進(jìn)而獲得織物的TRF值。在R值測(cè)試中，通過熱片的熱流要保持連續(xù)，常為150 W/m2。冷片溫度也要連續(xù)，常為10℃；在TRF測(cè)試中，熱片溫度的變化范圍集中在被測(cè)織物相變材料使用溫度區(qū)域的中點(diǎn)附近。經(jīng)過15分鐘2次能量循環(huán)后，在第二次循環(huán)中可得到熱板的溫度變化量(Tmax-Tmin，℃)和熱量變化量(qmax-qmin，J)進(jìn)而算出TRF值[2]。

(1)

式(1)中:R為溫度調(diào)節(jié)參數(shù)，℃/J。

TRF是一個(gè)無量綱的變量，其值介于0-1之間。數(shù)值越小，表示調(diào)溫能力越強(qiáng)。“0”表示織物有無限的溫度調(diào)節(jié)能力，“1”織物無調(diào)溫功能。

(三)暖體假人法。暖體假人法能對(duì)服裝整體的熱濕性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。暖體假人模擬真人群體的幾何造型，符合真人群體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的平均值；全身分為頭、軀干、四肢等至少6個(gè)解剖段；皮膚溫度被加熱到一恒定溫度，其溫度接近人體平均皮膚溫度且皮膚表面裝有溫度傳感器；能維持靜止站立和動(dòng)態(tài)步行2種姿勢(shì)，步速為30-60步/min。

在暖體假人法中，氣候調(diào)節(jié)倉內(nèi)安裝一定數(shù)量的環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境濕度傳感器和環(huán)境風(fēng)速傳感器，并對(duì)傳感器的精度有一定要求：溫度傳感器精度優(yōu)于0.2℃；濕度傳感器精度優(yōu)于5%，風(fēng)速傳感器的精度優(yōu)于0.05 m/s。

暖體假人試驗(yàn)可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)時(shí)設(shè)定步速和步長。暖體假人達(dá)到動(dòng)態(tài)熱平衡后，至少每分鐘檢測(cè)一次皮膚溫度、環(huán)境溫度和調(diào)控加熱功率，這種狀態(tài)必須保持3 0 min以上。暖體假人符合人體解剖生理特點(diǎn)，能模擬人體表面溫度分布，不受生理、心理因素的影響，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定，誤差較小，測(cè)量精確[1]。

(四)微氣候儀法?？椢镂夂騼x用于檢測(cè)模擬外界環(huán)境中模擬皮膚與試樣間的微氣候變化及熱濕傳遞狀況，即檢測(cè)人體熱量和汗氣通過織物內(nèi)空氣層、織物及織物外空氣層與環(huán)境進(jìn)行能量、質(zhì)量交換的全過程，并用溫度和濕度梯度法測(cè)試出織物能量交換和質(zhì)量交換的狀態(tài)變化，反應(yīng)織物對(duì)能量流和質(zhì)量流的阻力。常用的微氣候儀有原田織物微氣候儀、姚穆- Yasuda多功能織物微氣候儀、Wehner-Gibson織物微氣候儀、崔慧杰動(dòng)態(tài)織物微氣候儀等[2]。

(五)步冷曲線法。分別將含和不含相變材料的試樣放入圓筒保溫儀中，同時(shí)升溫到一定溫度(如46℃)，并穩(wěn)定一定時(shí)間后(如15 min)同時(shí)移出，在一定時(shí)間間隔下(如10 s)記錄試樣在不同時(shí)間所對(duì)應(yīng)的溫度。以時(shí)間為橫坐標(biāo)、溫度為縱坐標(biāo)，繪制步冷曲線。從圖2中可看到，在溫度下降到相變點(diǎn)之前，2個(gè)試樣均為顯熱放熱，溫度下降趨勢(shì)大體相同。但溫度下降到相變點(diǎn)之后，相變材料變?yōu)闈摕岱艧幔瑴囟茸兓呌诰徍?，溫度下降的速度明顯低于空白試樣。比較二者的步冷曲線可以看出，含相變材料試樣有調(diào)節(jié)溫度和延緩溫度變化的作用。

圖2 步冷曲線示意圖

二、結(jié)語

近年來，隨著智能材料的不斷創(chuàng)新，智能纖維、智能紡織品及智能服裝正成為迅速發(fā)展的時(shí)尚產(chǎn)品。然而，相關(guān)的測(cè)試和評(píng)價(jià)手段卻明顯跟不上產(chǎn)品發(fā)展的要求，影響了研究過程對(duì)智能特性的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)與判斷以及產(chǎn)品的市場(chǎng)化運(yùn)行。雖然，現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法可以在某些方面表達(dá)智能紡織品的特性，但目前尚無專用測(cè)試儀器，其特性的測(cè)試和評(píng)價(jià)的手段滯后，因此，需要規(guī)范測(cè)試方法和制定測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，加大力度研發(fā)專用測(cè)試儀器，完善智能紡織品的評(píng)價(jià)體系[3]。

[1]展義臻,朱 平,張建波等.相變調(diào)溫紡織品的熱性能測(cè)試方法與指標(biāo)[J].印染助劑. 2006,23(10):43-46.

[2]蘭紅艷,方磊.智能調(diào)溫纖維及其制品調(diào)溫能力評(píng)價(jià)方法的探討[J].上海毛紡科技. 2013,2(10):39-43.

[3]肖俐,劉曉霞,翟云祁.智能紡織品評(píng)價(jià)體系待完善[J]. 紡織科學(xué)研究, 2015 (11)：30-32.

張貴生(1970-)，男，廣東揭陽人，工程師，從事紡織品質(zhì)量檢驗(yàn)。