水貂皮总传热系数测定及影响因素的研究

华 彦，张国峰，王 雪，梁小婷，周慧焱

(东北林业大学 野生动物资源学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

水貂皮总传热系数测定及影响因素的研究

华 彦，张国峰，王 雪，梁小婷，周慧焱

(东北林业大学 野生动物资源学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

利用动物毛皮热物性测试平台对水貂短毛黑色型、白色型、蓝宝石色型、银蓝色型等4个品种的水貂皮的总传热系数进行了测定，并测定了各色型水貂皮毛长度和毛密度，为制定水貂皮质量量化评价标准提供参考。结果表明：同一风速作用下，不同色型水貂传热系数差异性不显著(P>0.05)。随着风速的增加，水貂皮的传热系数显著提高(P<0.01)，被毛的隔热性能下降，绒毛长度和毛密度是影响水貂皮总传热系数的主要因素。雄性水貂皮较雌性传热系数低，雄性水貂皮具有更高的隔热性能，被毛特征的性二型是导致雌雄水貂皮隔热性能差异的主要原因。通过总传热系数测定，能准确的反映不同水貂皮被毛特征产生的隔热性能的差异。

水貂皮；形态特征；传热系数；隔热性能

水貂在动物分类学上属食肉目(Canivora)鼬科(Mustelidae)，人工驯养的水貂均为美洲水貂(Mustelavison)的后裔[1]。由于水貂皮是高档裘皮的原料，为了满足水貂商业用途的需求，美国最早在19世纪60年代开展水貂的人工驯养，到20世纪30年代，水貂养殖业引入欧洲，二战结束后水貂养殖业在全球逐渐兴起并形成产业[2]。现在水貂养殖业主要分布在北美、欧洲和东亚等10余个国家，其中丹麦和中国占全球水貂皮产量一半以上。我国共有水貂养殖场5000余家，主要分布在江苏、山东、河北以及东北三省[3]，水貂存栏数达到4000万只[4]，中国已经成为全球水貂养殖、貂皮服装加工与消费的中心[5]。

水貂皮服装受到消费者的青睐一方面是追求动物毛皮的原始美，另一方面就是水貂皮服装出众的防寒保温功能。哺乳动物体表覆盖的被毛的具有的隔热性不言而喻，由于缺乏量化指标，因此，动物被毛保温性能往往通过定性来描述。近年来，动物体被热物性在动物行为[6]、地理分布[7-8]、能量调节[9]、适应策略[10]等领域的研究广泛开展，为动物学研究提供了新的技术手段。在毛纺行业评估毛皮产品隔热性依据国家标准GB/T11048-2008 《纺织品 生理舒适性 稳态条件条件下热阻和湿阻的测定》[11]，本文参考该标准的实验原理和方法，通过稳态过程传热系数测试平台[12-13]，对水貂皮的总传热系数进行测定，为水貂皮的热物性等相关研究提供参考，也为评价水貂皮的品质提供的新方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料采集与处理

采集短毛黑色型水貂、蓝宝石色型水貂、白色型水貂、银蓝色型成年水貂冬季皮张雌雄各5张，共计40张。皮张剥取后自然干燥。将毛皮样本做以下处理：(1)将毛皮浸入0.9%的生理盐水“回鲜”24 h，清理皮下脂肪、血渍等，平整皮板。(2)将“回鲜”后的毛皮自然展开，铺平，以铁夹固定毛皮边缘，置于通风避光处自然干燥72 h。(3)在背臀部取10 cm×5 cm的毛皮样本，将被毛恢复自然蓬松，待测。

1.2 分析测定指标与方法

1.2.1 总传热系数测定 将待测样本置于测试小室，温度为-10 ℃。空气相对湿度为45%，恒温水浴温度45 ℃，测试风速设定为1～5 m/s，以1 m/s为风速梯度单元，通过变频器调节风机功率实现。利用Veloport 20手持风速仪(±0.01 m/s)测定风速。待系统稳定，进入稳态传热过程，读取被测被毛样本冷、热表面温度和热流密度，读取10组测定数据，取平均值，通过公式(1)计算传热系数，每个样本重复测定3次。

(1)

式中：K为总传热系数，W/℃；Q为热流密度，W·m2；△T为被毛两侧空气温度差，℃。

1.2.2 毛长度和密度测定 选取水貂背臀部毛皮样本，以精度为0.5 mm的钢直尺测量针绒毛长度。通过皮肤扫描电镜成像，观察各种毛束中各种类型毛的数量，应用随机抽样计算出毛束平均数，再从单位面积中测定各种毛束的数量，两者乘积即得出单位面积的毛数量，即毛密度[14]。

1.2.3 数据统计 利用SPSS17.0软件包对数据进行统计分析。通过Kolmogorov-Smirnov分别对针绒毛长度、毛密度、总传热系数的正态性分布和方差齐性进行检验，以上述指标为因变量，风速、性别、色型为自变量，进行多因素方差分析，比较不同色型和性别水貂的被毛特征的差异以及风速对水貂皮总传热系数的影响。

将针毛长度、绒毛长度和毛密度三个被毛形态学指标进行独立性检验，以被毛形态学指标为自变量，总传热系数为因变量，进行线性回归分析。将回归方程中自变量的回归系数取绝对值并求和，按照公式(2)计算各自变量的权重系数，通过权重系数分析各形态学指标对水貂被毛总传热系数的影响权重。

(2)

式中：ri为自变量的权重系数；Pi为自变量的回归系数。

2 结果与分析

2.1 不同风速梯度水貂皮总传热系数的变化

同一风速作用下，不同色型水貂总传热系数(见表1)差异性均不显著(P>0.05)。随着风速的增加，水貂皮热流密度均显著增高，风速从1 m/s增加到5 m/s，单位面积内被毛向环境传递的热通量增加到1.44倍，风速对水貂皮热流密度的影响极显著(P<0.01)。风速从1 m/s增加到5 m/s，水貂皮的传热系数显著增高，风速对水貂皮传热系数的影响极显著(P<0.01)。

不同性别水貂皮比较，雄性水貂传热系数低于雌性，两者差异性显著(P<0.05)，雄性水貂被毛的保温性能较雌性高。

图1 不同风速作用下水貂皮热流密度的变化Fig.1 Effects of wind speed on fur thermal flux of minks

图2 不同风速作用下水貂皮传热系数的变化Fig.2 Effects of wind speed on fur overall heat transfer coefficient of minks

表1 不同风速梯度水貂皮传热系数Table1 Effects of wind speed on fur overall heat transfer coefficient of minks W/(m2·℃)

2.2 不同色型水貂毛长度比较

不同色型水貂毛密度和绒毛长度差异均不显著(P>0.05)，但水貂针毛长度具有极显著差异(P<0.01)，针毛长度由高到低依次为蓝宝石色型>白色型>银蓝色型>短毛黑色型(见表2)。

雄性水貂在针毛长度、绒毛长度、毛密度均高于雌性水貂(见表2、表3)，两者差异性显著(P<0.05)。

表2 四种色型水貂毛长度统计表Table 2 The length of hairs of minks mm

表3 四种色型水貂毛密度统计表Table 3 The hair density of minks amount/mm2

2.3 水貂皮被毛特征与总传热系数的关系

以水貂针毛长度、绒毛长度、毛密度为自变量，总传热系数为因变量，进行线性回归分析，F值概率为P<0.05。得到以下回归方程：Y=-0.009X1-0.065X2-0.020X3+5.908(R2=0.687)。式中：y为总传热系数；X1为针毛长度；X2为绒毛长度；X3为毛密度。

根据上述方程中的自变量的回归系数，按照公式(2)计算出各被毛形态指标的权重系数(见表4)。根据权重系数分析，影响水貂皮总传热系数的被毛形态指标主要是绒毛长度和毛密度，针毛长度对总传热系数影响不显著(P=0.078)。

表4 影响被毛总传热系数的权重系数统计表Table 4 Weight coefficients of fur morphological indexes

3 讨 论

3.1 总传热系数在评价水貂皮质量中的作用

按照我国现行的水貂皮的质量标准(GB/T14789)，描述毛皮质量的形态学特征主要有被毛颜色、毛长度、毛密度、针绒毛密度比例等特征，在实际质检工作中，测定上述指标过程复杂，对检测设备和人员的要求较高，且对送检样本具有破坏性。总传热系数是在稳定传热条件下，物体两侧空气温差为1 ℃，通过1 m2传递的热流量，是从总体上反映被毛传热性能的综合性指标，即考虑了导热、对流和辐射三种基本传热方式的作用，反映了被毛形态结构特性以及与周围环境的相互作用[15-16]，因此，总传热系数是反映被毛传热性能的综合指标。本研究通过建立水貂皮针毛长度、绒毛长度、毛密度与总传热系数的关系证明，毛厚度(绒毛层的高度)和毛的数量(毛密度)是提高被毛隔热性的决定性的作用。因此，通过总传热系数的测定能综合反映不同质量水貂皮导致的保温性能的差异。

3.2 水貂皮总传热系数的品种和性别差异

水貂皮是裘皮服装中最大宗的毛皮原料之一，全球饲养的品种多达60多种，即使同一品种，不同的遗传管理，地理分布以及饲养管理水平都对毛皮质量产生影响[1]。本研究仅对不同品种水貂的毛长度和毛密度进行了比较，结果表明同一性别不同品种之间除针毛长度外，绒毛长度和密度差异均不显著，从而导致传热系数差异不明显。主要的原因有：(1)虽然人工培育的品种较多，被毛颜色(色型)在水貂品种选育中占主导。被毛颜色对动物与环境热量交换的影响主要决定于被毛的物理结构和光学特性[17]，但本文实验在不透光的测试小室中进行，因此毛色对被毛的热物性无影响。(2)毛长度和针绒毛比例也是不同水貂品种选育的重要方面，因此有“短毛”、“长毛”“天鹅绒”等不同品种。通过本文被毛形态比较表明，不同品种的毛长度差异主要为针毛的长度，绒毛长度无明显区别。由于针毛的数量所占比例较少，因此，针毛数量和长度对水貂皮的传热特性影响不显著。(3)地理环境和饲养管理水平等因素对水貂被毛质量具有较大影响，由于本文所采集的水貂皮样本来自同一饲养场，因此也是导致品种之间传热性能差异不明显的原因之一。同一水貂品种饲养于不同地理环境，通常高纬度“路份” 较低纬度“路份”具有更高的厚度[18]，从而影响被毛的传热特性。

水貂是典型的性二型动物，通常雌性水貂体长和体重仅为雄性水貂1/2～2/3[19]。本研究中，通过对不同性别水貂被毛的针毛长度、绒毛长度、毛密度的比较，雄性水貂均显著高于雌性(P<0.05)，这一结果印证了孙伟丽等[20]对水貂被毛研究的结果。在相同风速作用下，雄性水貂较雌性具有较低的传热系数，表现为更好保温性。

4 结 论

通过总传热系数这一热力学参数能准确的反映不同水貂皮被毛特征产生的隔热性能的差异，在评估不同养殖地理区域和饲养条件下的水貂皮品质可以运用毛皮总传热系数作为评价依据。

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StudyontheMink(Mustelavision)FurHeatTransferCoefficientsandAttributiveFactors

HUA Yan,ZHANG Guo-feng，WANG Xue，LIANG Xiao-ting，ZHOU Hui-yan

(CollegeofWildlifeResources,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

The fur of farmed mink (mustela vision) is the main raw material for fur garment,so the heat retention property of fur are usually key parameters for evaluating fur heat insulation.To deminish the inadequacies of qualitative description of thermal insultation properties of the fur due to lack of quantative index,the paper measured the morphological indexes included the hair density and length of guard hairs and under hairs and the overall thermal transfer coefficients of furs from 4 breeds,namely black shorthair type,white,sapphire and silver blue minkswith fur thermal physical test platform.The results showed that thermal transfer coefficients did not reveal significant differences among various types of minks; the increase of wind speed brought forward higher thermal transfer coefficients of mink fur and lower heat insulting properties,under hairs length and hair density were the main factors that influenced the heat transfer property.Concerning the gender differences,the overall heat transfer coefficient of male mink fur was lower than that of the female and thermal heat insulting properties of the former higher than the latter,mainly caused by the dimorphism of fur morphological characteristic.The test of the overall thermal transfer coefficients exactly displayed the thermal insultation differences of mink furs to prepare references for quantative assessment index of mink fur quality.

mink；fur；overall heat transfer coefficient; heat insulation

2014-03-17，

2014-04-21

东北林业大学大学生创新性实验计划项目(201210225104)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(09042；DL10BA14)

华 彦(1979-)，男，江西赣州人，博士，讲师，主要从事毛皮学研究。E-mail：wildlife530@163.com

S811.6

A

1005-5228(2014)07-0078-04