圆筒式织物热湿阻测试仪的研究

张 君，刘 贵，潘行星，杜赵群

(1.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620；2.福建省纺织品检测技术重点实验室(福建省纤维检验中心)，福建 福州350026)

0 引言

长久以来，服装一直都与人们的生活息息相关[1]，服装舒适性能是人们购买衣物时的首要考虑因素之一，而影响服装舒适性的最主要因素便是服装的热湿传递性能，即服装的热湿舒适性[2]。

服装热湿舒适性是指人体着装后在不同的环境中，人体与环境间不断进行热湿能量交换，在这种能量交换达到平衡时，人体既不感到冷又不感到热，既不闷热也不干燥的舒适满意的性能[3－4]。人体的热湿舒适性不仅取决于人体—织物—环境三者之间形成的微气候环境，也取决于边界条件以及其他相关的影响因素[5]。服装热湿阻舒适性的评价方式分为主观评价与客观评价。主观评价要进行人体着装实验，实验人员穿着实验服装，在人工气候模拟室内进行规定动作，一定时间之后采集数据，完成测试[6]。客观评价为仪器测试，可以分为通过测试织物的热湿阻参数判断由该种织物剪裁缝制而成的服装的热湿舒适性和直接测试服装的热湿阻两种方式。织物热湿阻使用平板仪进行测试，服装热湿阻使用暖体假人进行测试。因为服装是一个三维的立体结构，具有一定的储存空气的能力，其衣下空气层的热湿阻不可忽视[7]，所以直接测试服装热湿阻更加准确。真人测试具有主观特性，因测试人员的个体差异而使得测试结果有一定的偏差，暖体假人因其类人的外形和测试的可靠性成为了服装热湿阻测试的首选。但其价格昂贵，测试效率低下，希望有一种兼顾暖体假人的热湿测试原理，又可简便实施热湿性能的检测方法。圆筒式织物热湿阻测试仪，基于暖体假人的多区段分割概念，构建了圆柱式的热、湿阻测试机构，可以实现热阻、湿阻的测量，仪器结构精简、制样简便、测试结果精准，正成为标准化织物热湿阻测试的发展方向。

1 仪器研制

1.1 测试原理

圆筒式织物热湿阻测试仪的热阻测试方法为恒温法测试，温度维持在一固定温度后，通过测试一定时间内圆筒仪表面温度和环境温度以及维持温度所耗热量即可得到织物热阻；圆筒式织物热湿阻测试仪的湿阻测试方法，类似于透湿杯法中的蒸发法，通过测试一定时间内环境温湿度以及耗水量即可得到织物湿阻。

圆筒式织物热湿阻测试仪原理图如图1所示，包括有供水部分、圆筒部分、水温控制部分、水循环部分以及数据检测部分。供水部分可以实现自动供水，使圆筒部分水量维持恒定；圆筒部分可以做到防水透湿，其结构原理图如图2所示，防水透湿的实现主要依靠防水透湿织物；水温控制部分可以将水温升到设定温度，并维持这一温度不变；水循环部分可以使圆筒内部的水流动起来，保证各处水温一致；数据检测部分可以得到测试数据，最终计算得到织物热湿阻。

图1 圆筒仪原理图(剖面图)

图2 圆筒仪圆筒部分结构示意图

1.2 仪器提取关键参数

根据热阻、湿阻的测试原理，圆筒式织物热湿阻测试仪测试的关键参数，包括:1)圆筒部分防水透湿织物表面温度Ts，单位为摄氏度(℃)；2)环境温度Ta，单位为摄氏度(℃)；3)环境相对湿度RHa，单位为%；4)测试时间t，单位为小时(h)；5)圆筒部分水分蒸发量V，单位为平方厘米(cm3)，通过密度公式求得消耗水的质量，除以测试时间即可得到圆筒仪的蒸发出汗速率Ge，单位为克每小时(g/h)；6)系统消耗热量E，单位为千瓦时(kWh)，除以时间便可以得到圆筒仪测试过程中的热流量H，单位为瓦(W)。

1.3 热阻与湿阻表达式

(a)织物热阻计算公式为:

式中，Rct测为织物热阻，单位为平方米摄氏度每瓦(m2·℃/W)；Rct0为织物热阻空板值，单位为平方米摄氏度每瓦(m2·℃/W)，进行空白实验时，Rct0＝0，得到的Rct测即为空板值；A为有效试验面积，单位为平方米(m2)，有效面积为0.18 m2；Ts为圆筒部分防水透湿织物表面温度，单位为摄氏度(℃)；Ta为环境温度，单位为摄氏度(℃)；H为测试过程中的干热流量，单位为W。

(b)织物湿阻的标准计算公式为:

式中，Ret测为织物湿阻，单位为平方米帕斯卡每瓦(m2·Pa/W)；Ret0为织物湿阻空板值，单位为平方米帕斯卡每瓦(m2·Pa/W)，进行空白实验时，Ret0＝0，得到的Ret测即为空板值；A为有效试验面积，单位m2，有效面积为0.18m2；paf为温度Ta下环境的饱和蒸汽压，单位为帕斯卡(Pa)，湿阻测试时圆筒内水的温度跟周围温度相同，因此，圆筒内外的饱和蒸汽蒸汽压相同；RHs为人体皮肤表面的相对湿度，%；R Ha为环境的相对湿度，%。ØTm为测试板表面温度为Tm时的饱和水蒸气潜热，标准大气压下，ØTm＝0.627W·h/g；Ge为蒸发出汗速率，单位为克每小时(g/h)。

2 实验试样与规格

2.1 对比仪器

织物热阻对比实验中使用的仪器为YG606E纺织品热阻测试仪(下称平板仪)，由温州方圆仪器有限公司生产，测试遵循标准GB/T 11048－2018《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定(蒸发热板法)》[8]。

织物湿阻对比实验中使用的仪器为YG601H电脑型织物透湿仪(下称湿阻仪)，由宁波纺织仪器厂生产，测试遵循标准为GB/T 12704.2－2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分:蒸发法》[9]。

2.2 实验样品规格

本次实验中使用了10块面料进行对比测试，对比面料基本性能如表1所示。

表1 十块面料基本性能参数表

3 实验结果与分析

3.1 仪器稳定性分析

稳定性测试，即相同试验条件下，在同一实验室由同一个人对同一试样进行多次测试，如果前后试验结果差异维持在误差范围内，则证明该仪器的测试结果具有稳定性，试验结果可重复。使用本文中设计的圆筒式织物热湿阻测试仪对织物试样进行测试，得到的实验结果CV值如图3和图4所示。

从图3和图4可以看出，10个样品三次测试的CV值均小于5%，测试结果稳定性好，同一样品测试结果可复现，证明本文中设计的圆筒式织物热湿阻测试仪的原理可靠，测试结果稳定。

图3 圆筒仪热阻测试CV值

图4 圆筒仪湿阻测试CV值

3.2 热阻结果对比分析

圆筒式织物热湿阻测试仪与YG606E纺织品热阻测试仪热阻对比测试结果如图5和下页图6所示。

图5 两种仪器测试热阻值对比

图6 两种仪器测试热阻值差异

从图5和图6可以看到，圆筒式织物热湿阻测试仪测试得到的织物热阻数据与平板仪测试得到得织物热阻差异不大，二者的差异率小于6%，两种仪器测试结果具有较好的一致性。这表示圆筒式织物热湿阻测试仪的测试结果是可靠的，可用于织物热阻的测试。

3.3 湿阻结果对比分析

圆筒式织物热湿阻测试仪与YG601H电脑型织物透湿仪湿阻对比测试结果如图7和图8所示，其中透湿仪测试使用蒸发法，测得的透湿率去除空气层误差后使用公式进行计算织物湿阻[10]。

图7 两种仪器测试湿阻值对比

图8 两种仪器测试湿阻值差异

从图7和图8可以看到，圆筒式织物热湿阻测试仪测试得到的织物湿阻数据与蒸发法测试得到的织物湿阻的差异不大，二者的差异率大部分小于9%，这表示圆筒式织物热湿阻测试仪的测试结果是可靠的并且准确的，可用于织物湿阻。

4 结论

基于暖体假人的多区段分割概念理念，提出了标准化测试织物热阻和湿阻的圆筒式织物热湿阻测试仪，分析了仪器的基本机构以及织物热阻、湿阻的检测方法。所研制的圆筒式织物热湿阻测试仪，既兼顾了暖体假人的热湿测试原理，织物热湿阻测试仪测试结果稳定；与平板仪的织物热阻对比测试差异小，与透湿仪的织物湿阻对比测试差异小，证明了圆筒仪湿阻测试的准确性与有效性。研制了圆筒式织物热湿阻测试仪，测试圆柱式的热、湿阻测试机构，可以实现热阻、湿阻的测量，仪器结构精简、制样简便、测试结果精准，正成为标准化织物热湿阻测试的发展方向。