紡織品透濕性能不確定度評定

徐英志,張 惠,劉春科

(中紡協東莞檢驗技術服務有限公司,廣東 東莞 523000)

功能性產品在紡織領域的發展時間不長,且功能性產品測試結果的重現性不是很高,其影響因素很多,試驗過程中會造成許多結果的不確定性。依據標準GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性能試驗方法第一部分:吸濕法》對紡織品進行透濕性能檢測,詳細分析測定過程中影響結果的各個變量,并對各變量進行評定,給出了標準的表示方法。透濕性測試是功能性檢測中非常重要的一個項目,試驗過程中有許多影響因素造成結果的不確定度。例如干燥劑顆粒的大小會造成結果的不確定度,干燥劑顆粒越大,織物的透濕率先增大后減小,當采用顆粒粒徑為0.63～1.00 mm時,測試的透濕率是最大結果[1]。評價服裝的透濕性性能,需要注意測試中遇到的各種影響因素,以保證測試結果的重復性[2]。通過試驗分析認為,不確定度來源主要來自于重復取樣產生的標準不確定度、透濕試驗機校準產生的標準不確定度、透濕杯產生的標準不確定度、稱量產生的標準不確定度和修約產生的標準不確定度等。

1 試驗部分

1.1 測量依據

GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性能試驗方法 第一部分:吸濕法》[3]。

1.2 測量原理

透濕率是單位面積內透過織物的一天的水量,將透濕杯裝入符合標準規定的干燥劑無水氯化鈣,并將織物封住杯口,杯沿用防水膠布封好,放入設置好的溫濕度透濕儀內,通過透濕杯組合體在1 h內質量的變化得到面料的透濕率。

1.3 儀器設備

電子天平,YG601H 電腦式織物透濕儀(寧波紡織儀器廠)。

1.4 試樣準備

從每個樣品上取樣,每個試樣要在不同位置分別取樣,最少需要剪取3塊試樣,每塊試樣直徑70 mm,將其放置在(20±2)℃、濕度(65±4)%標準溫濕度下充分調節24 h,試樣應整齊、涂層均勻,不應該有破洞、針眼、折皺等缺陷。

1.5 測試過程

(1)將透濕杯清理干凈,保持干燥、潔凈狀態,向杯內倒入烘過的無水氯化鈣約35 g,充分振蕩,干燥劑應均勻分布,其裝填高度與織物的下表面距離在4 mm左右。

(2)試樣的測試面朝上,將其放置在透濕杯上,上好橡膠圈和壓力環,擰上螺帽固定樣品,此過程應該注意避免干燥劑接觸面料,造成結果偏大;再用防水膠布將透濕杯杯沿封住,組成密閉的組合試驗體[4]。

(3)將組合好的試樣放入規定溫濕度條件下的透濕儀試驗箱內部,在箱內平衡1 h后取出并蓋上杯蓋,放入硅膠干燥劑中平衡30 min,時間到達后取出立即放到天平上稱重,時間不能超過15 s,精確至小數點后4位,此時得到樣品的初始重量。

(4)稱量結束后輕輕振動透濕杯,使得透濕杯中的干燥劑能上下混合,因吸濕1 h后樣品結塊,會降低樣品的透濕率,所以振動的力度應把控均勻,振動過程中應避免無水氯化鈣與樣品接觸,造成結果偏大。

(5)拿掉杯蓋,快速把透濕杯與織物的組合體放入透濕儀箱體內,在試驗1 h 后取出組合體,按照步驟(3)的要求放入硅膠干燥劑中后稱量。

(6)按式(1)計算試樣的透濕率,取3塊試樣的透濕率的平均值為最后的結果,按GB/T 8170修約到3位有效數字。

2 數學模型

式中:WVT為透濕率,g/(m2·24 h);

Δm為同一試驗組合體2次稱量之差,g;

Δm'為空白試樣的同一試驗組合體2 次稱量之差,g;

A為有效試驗面積(本裝置為0.002 83 m3),m2;

t為試驗時間,h。

3 測量結果不確定度的評定

3.1 不確定度的來源

(1)重復測試產生的標準不確定度;

(2)透濕試驗機校準產生的標準不確定度;

(3)樣品稱量產生的標準不確定度;

(4)修約產生的標準不確定度。

3.2 不確定度分量分析的評定

3.2.1 重復性測量產生的標準不確定度u1

透濕性能測試重復測量過程中,主要與試樣的均勻性、穩定性、透濕儀溫濕度的穩定性和檢驗人員操作的熟練程度有關,也與試樣的調濕時間和環境溫濕度有關。研究采用A 類方法進行評判[5],在相同的試驗條件下,對性能穩定的紡織品進行重復測試10次,試驗的結果見表1,并在相應的組合體面積的參照下,得出樣品的透濕率結果,組合體試驗面積測量結果見表2。重復性測量產生的標準不確定度為:

表1 試樣透濕率試驗結果

表2 組合體有效試驗面積試驗結果

相對標準不確定度[6]為:

3.2.2 織物透濕性試驗機校準標準不確定度u2

織物透濕性試驗機校準產生的不確定度主要有溫度校準產生的標準不確定度、濕度校準產生的標準不確定度和透濕儀風速校準產生的標準不確定度。

(1)織物透濕儀溫度校準產生的標準不確定度

根據檢定證書[7],織物透濕儀的示值為38.0 ℃,實測值為38.53 ℃,K=2。因此,織物透濕儀校準產生的標準不確定為:

相對標準不確定度為

(2)織物透濕儀濕度校準[8]產生的標準不確定度

根據檢定證書,織物透濕儀的示值為90%,實測值為90.23%,K=2。因此,織物透濕儀濕度校準產生的標準不確定為:

相對標準不確定度為:

(3)織物透濕儀風速校準產生的標準不確定度

根據檢定證書,織物透濕儀風速的示值為4 m/s,實測值為4.11 m/s,K=2。因此,織物透濕儀風速校準產生的標準不確定為:

相對標準不確定度為:

織物透濕性試驗機校準產生的相對標準不確定度為:

3.2.3 樣品稱量產生的標準不確定度u3

電子天平校準過程中會產生標準不確定度,天平本身的分辨率也會產生標準不確定度,所以應該從這兩方面分析樣品稱量時產生的不確定度。

(1)天平校準產生的標準不確定

稱量時使用分辨率為0.001 g、量程為220 g的電子天平,根據檢定證書,該天平全量程法定允差為±0.01 g。假定正態分布,自由度為∞,置信水平為95%,則天平校準產生的標準不確定度為:

(2)天平分辨率產生的標準不確定度

天平分辨率為0.001 g,對于數字顯示式測量儀器,分辨率帶來的標準不確定度為:

每次試驗需稱量試樣2次,因此樣品稱量產生的標準不確定度為:

相對標準不確定度為:

3.2.4 修約產生的標準不確定度u4

因GB/T 12704.1—2009標準中試樣透濕性能結果報告為3位有效數字形式,按十進制進行修約,半寬區間為5 g/(m2·24 h),假定正態分布[9],自由度[10]為∞,置信水平[11]為95%,采用B類方法進行評定,則修約產生的標準不確定度為:

相對標準不確定度為:

3.3 合成標準不確定度

紡織品透濕性能(吸濕法)的相對標準不確定度分量匯總見表3。相對合成標準不確定度為2.42%,見式(2)。

表3 相對標準不確定質分量匯總

3.4 紡織品透濕性能相對擴展不確定度

選取置信概率95%,包含因子K=2,相對擴展不確定度:

3.5 結果表示

紡織品透濕性能透濕率值為8 639 g/(m2·24 h)。其相對擴展不確定度為4.84%,它是由相對合成標準不確定度0.024 2和包含因子K=2的乘積得到的,其置信概率近似95%。

4 結論

(1)紡織品透濕性能(吸濕法)的不確定度影響因素,主要來自于重復性測量產生的標準不確定度,其次是織物透濕試驗機校準產生的不確定度。

(2)在檢測時需嚴格按規范操作,提高多次檢測的穩定性,同時使用精確度較高的儀器。

(3)在測試過程中,結果判定值與實測值結果接近時,透濕性不確定度可以作為依據酌情考慮,輔助進行判斷。