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织物热湿传递性能测试方法评述_林鸿扬

各自的特点及其差异,认为单项指标评价法简单易行,但适用范围窄;综合指标评价法快速全面,但仪器复杂, 测试时间长,在稳态条件下测得的舒适性能难以全面反映人体穿着时的实际感觉。建议进一步完善热湿传递理 论、建立新标准,并结合主观评价方法综合评判。
关键词:防水;透湿;保暖;吸湿速干;测试方法
1 引言
近几年国内外涌现出各种功能性面料,其中热湿舒适 性纤维面料备受瞩目。这类面料有良好的气候调节功能, 保护身体,防寒保暖,发展前景非常好。要把握这种面料 的性能,就必须对热湿传递效能进行测试。由于现行的测 试方法种类较多,性能各异,如何选择合适的测试方法来 评价这种新型纺织品的热湿舒适性能,对于统一检验依据 和手段、指导实际生产是非常有必要的。为此,本文对比 了现行的织物热湿传递性能的测试方法,以期找到更加合 理的测试方法。
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检验·论坛
Inspection. Forum
分类 测试项目 测试方法
相关标准
防水性
表1 织物热湿传递性能测试方法
单项指标评价法
透湿性
保暖性
综合性指标评价法
吸湿速干性
热湿传递性
静水压测试法 表面抗润湿性测试法
模拟淋雨测试法 吸水性测试法
透湿杯法 皮肤模型法
蒸发热板法 静态平板法
纺织品吸湿速干性的评定标准第一部分原理简单、测 试方便。第二部分内容通过测试面料中水分的动态转移特 性,分析面料的液态水分管理功能来实现综合评价,相比 较而言,该部分测试仪器更加精密,综合程度更高,特别 适用于织物吸湿排汗性能的评估。 3.2.2 热湿传递性
由于服装热舒适性受到皮肤和服装间空气层厚度、 空气流动变化的影响,用蒸发热板法或静态平板法可以测 定织物的传热系数、克罗值或热阻,但难以全面反映服装 的热舒适性。国际上通常采用暖体假人测量方法来科学 地、定量地测定和评价服装的隔热性能,我国也在军服及 劳保服装配置上广泛使用。该方法模拟人体现实穿着,综 合考虑了服装和人体的合体程度、皮肤与服装间空气层的 厚度、空气流动的变化等因素的影响,通过测定服装内温 湿度和耗电量,计算服装的热阻。目前,出现的第三代能 模拟人体出汗的假人通过测量服装内温湿度和耗电量,能 计算出服装的热阻和湿阻。但由于暖体假人实现条件比较 高,并且难以模拟人体真实活动的状态,仿真程度还有待 提高,因而在实际应用中还存在较大的局限性。微气候法 不能反映出由于服装形态方面的区别所造成的热湿传递 性能的不同,难以全面反映人体穿着时的实际感觉,所 以,必须进行人体着装测试,并结合主客观评价方法综 合分析。
两法在保温性能热阻测试方面的原理是一样的,都 是试样覆盖于电热试验板上,试验板及其周围和底部的 热护环(保护板)都能保持相同的恒温,使电热试验板 的热量只能通过试样散失,当环境达到一定条件以后测 定通过试样的热流量来计算试样的热阻。不同之处在于 静态平板法要求空气流速为≤0.1 m/s即静止状态,通风 蒸发热板法要求调湿的空气平行于试样上表面以1 m/s的 速度流动,当在试验条件达到稳态后,再测定热流量计 算试样的热阻。另外,通风蒸发热板法除了考虑了空气 流速对于热阻的影响,还加入了湿阻因素,将人类排汗 会带走热量从而影响热阻值的因素也考虑进来,对于湿 阻也进行了测定。 3.2 综合指标评价法
不易鉴别,需要辅助其他的测试方法。吸水性测试法测定 经防水透湿整理后织物在水中浸湿一定时间后的增重率, 它主要用于经过拒水整理,用喷淋或喷射试验难以判断织 物的拒水性,测量水渗入、但没有透过织物的情况,这种 方法比较简单、方便,也可以测定织物表面抗湿性。 3.1.2 透湿性 3.1.2.1 透湿杯法
单项组合试验法 动态水分传递法
织物微气候仪法 出汗暖体假人法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
GB/T 4744 [2] GB/T 4745 [3] GB/T 14577 [4] AATCC 21 [5]
GB/T 12704.1 [6] GB/T 12704.2 [7] GB/T 11048 [8]
GB/T 11048
GB/T 21655.1[9] GB/T 21655.2[10]
目前国内评价织物吸湿速干的指标比较多,测试仪 器也很多,但一种仪器不能适用于测试所有织物的湿传递 性能。许多测试仪器可以用于评价不同织物的水气传递阻 抗,都存在着各自的优缺点。我国在2008年发布了标准
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GB/T 21655.1—2008《纺织品吸湿速干性的评定第1部分: 单项组合试验方法》。该方法通过评价两类指标来评价吸 湿速干产品。评价吸湿性需要考核的指标有:吸水率、滴 水扩散时间、芯吸高度;评价速干性需要考核的指标有蒸 发速率、透湿量。该标准可以看作是上述某些单项指标评 价方法的综合。方法具有简单、易操作、测试迅速的特 点。指标的确定为考核织物的吸湿排汗性能提供了参考, 有利于进一步规范功能纺织品市场。
皮肤模型法采用受保护的散发湿气的热板(通常称为 “皮肤模型”)模拟贴近人体皮肤发生的热和湿的传递过 程。仪器通过测量维持皮肤模型35℃不变的温度条件下, 不同织物在散热或透湿过程中所消耗的功率来得到该织物 的热阻和湿阻,进而评价织物的热湿性能。仪器采用高精
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对单项指标评价法而言,织物的防水性、透湿性、 保暖性等性能的测试有着不同理论依据,各国标准并不一 致,各种测试方法种类繁多,结果往往难以比较,但是测 试手段和相应的指标能够定性或定量地评价和描述织物性 能,有利于生产部门对服装或织物的质量控制和产品设 计。综合性指标评价法测得的织物动态热湿传递性能较符
以防水性测试为例,随着织物实际用途的不同采用 不同的方法,并以各种相应的指标表示。按照测试原理分 为静水压、表面抗润湿性、吸水性三类。静水压方法主要 应用于高防水性的涂层或层压复合织物防水性能的测试, 如帆布、油布、防雨服装布等,不适用于松组织密度较低 的织物。表面抗润湿性测试也称为沾水试验,是雨衣面 料、帐篷布防水性能指标中不可缺少的,但这类方法只测 定织物表面亲水或憎水性能,而不能用于测定织物的渗水 情况,故不能用于评价如防水布的渗透性等。模拟淋雨测 试法模拟暴露于雨中织物的淋雨渗透性,通过测定试样在 试验规程中吸收的水分,记录透过试样收集在样杯中的水 量,评价一些经过或未经防水整理或拒水整理的纺织品淋 雨渗透性。这类方法装置简单,但对于拒水性较好的织物
与单项指标评价法相比较,综合指标评价法的特点 是组合、快速,适用面较宽,但对单项性能的表述能力较 弱。吸湿速干性的测定适用于各类纺织品和制品,也是测 试吸湿排汗面料性能的主要方法。通过同时测试织物两侧 的温度差或湿度差来反映热湿传递性。暖体假人法克服了 单项法中只能测试织物的保暖性或热阻、不能全面反映服 装保暖性的缺点,试验结果误差小,是一种较好的服装热 阻的测定方法。微气候仪法通过对微气候的综合测量分 析,更接近于人体的生理感觉,能更有效地表达实际穿着 情况。 3.2.1 吸湿速干性
但由于人体出汗是一个动态的过程,单项组合试验法 只反映热量或液态水传递的单个或两个环节,而且是静态 时间点的测试结果[14],不能综合反映液态水的整个传递过 程,为了反映水分在织物中传递的整个动态过程,国家质 检总局在2009年发布了GB/T 21655.2—2009《纺织品吸湿 速干性的评定第2部分:动态水分传递法》。标准规定了纺 织品吸湿速干性能的液态水动态传递性能的试验方法以及 对该性能进行分级评价的方法,通过测试织物浸湿时间、 变化吸水速率、最大浸湿半径、液态水扩散速度、单项传 递指数、液态水动态传递综合指数等指标反映液态水在织 物中动态传递过程并以此评估纺织品的吸湿速干、排汗等 性能。
标准GB/T 11048—2008《纺织品生理舒适性稳态条 件下热阻和湿阻的测定》是在原来纺织品保温性能静态平 板法的基础上,增加了国际主流的测试方法通风蒸发热板 法来测定热阻湿阻,从而将原本单纯的保温性即热阻的单 一性能测定,又加入了防水透湿性能中的湿阻性能测定, 成为一个综合的性能考量。两法分别参考了ISO11092[12]和 ASTM D 1518[13]。
GB/T 18398[11]
适用测试何种 材料
涂层织物、防水服、 雨衣、鞋面用布、篷
布、帆布等
厚度小于10mm的各 类织物、防水透湿织
物等
各类织物、薄 膜、涂层、泡
沫、皮革等
各类纺织品及制品
合服装穿着中的实际情况,但对舒适性的评价还需要结合 主观评价法综合分析。
3 分析与讨论
3.1 单项指标评价法 单项指标测试法具有简单易操作的特点,仪器成本不
透湿杯法分为蒸发法和吸湿法两大类。蒸发法又有正 杯法和倒杯法之分,用正杯法测定织物透湿性时,随着时 间的推移,水蒸气蒸发后使杯中液面下降,织物两面的水 蒸气压差会发生变化,影响了透湿量的测定结果。为了消 除水蒸气压差变化引起的试验误差,可以采用倒杯法测定 织物透湿量。
蒸发法模拟汗液蒸汽穿透织物的速度,适合对织物透 湿量的测定,而吸湿法是模拟干燥物体被塑料膜、包装纸 包装后的受潮程度,所以比较适合防潮包装材料的透湿性 测试,对于透湿量高的织物,杯中的干燥剂很快吸湿达到 饱和,造成湿阻的增加。另外由于表层干燥剂容易吸收水 蒸气,而底层干燥剂未能及时更换到表面,也造成了吸湿 能力的下降,影响试验结果,所以吸湿法不适合测试 透湿率很大的织物。由于透湿杯法原理简单,国内用 其测试透湿量的比较多,尤其是在仲裁时,一般都使 用吸湿法。 3.1.2.2 皮肤模型法
由于服装系统是纤维、空气和水的集合体,内部的结 构模式错综复杂,热传递过程中传导、对流、辐射的比例 会随着纺织品结构和环境变化而变,传湿过程会伴随 着热的传递,交叉效益导致热湿传递非常复杂,这也 导致目前国内外很难有完备的综合评判热湿舒适性的 理论体系。
从测试方法来看,织物热湿传递性能测试方法种类很 多,大致可分两类:一是单项指标评价法。常见的有防水 性、透湿性、保暖性等性能的测试。从测试内容来看,大 多采用平板式的热、湿传递的测量装置,对织物透湿及传 热性能进行单独测试,以便理论估计。二是综合指标评价 法,这类方法能模拟人体——服装——环境系统,从人体 生理与环境物理方面进行研究,反映出服装材料热湿传递 的瞬态与稳态性能。这方面的仪器有纺织品微气候仪和出 汗暖体假人,以及反映织物吸湿速干性的液态水分管理测 试仪等。表1是上述两类指标测试方法的对比。
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