纺织品透湿性能不确定度评定

徐英志,张 惠,刘春科

(中纺协东莞检验技术服务有限公司,广东 东莞 523000)

功能性产品在纺织领域的发展时间不长,且功能性产品测试结果的重现性不是很高,其影响因素很多,试验过程中会造成许多结果的不确定性。依据标准GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性能试验方法第一部分:吸湿法》对纺织品进行透湿性能检测,详细分析测定过程中影响结果的各个变量,并对各变量进行评定,给出了标准的表示方法。透湿性测试是功能性检测中非常重要的一个项目,试验过程中有许多影响因素造成结果的不确定度。例如干燥剂颗粒的大小会造成结果的不确定度,干燥剂颗粒越大,织物的透湿率先增大后减小,当采用颗粒粒径为0.63～1.00 mm时,测试的透湿率是最大结果[1]。评价服装的透湿性性能,需要注意测试中遇到的各种影响因素,以保证测试结果的重复性[2]。通过试验分析认为,不确定度来源主要来自于重复取样产生的标准不确定度、透湿试验机校准产生的标准不确定度、透湿杯产生的标准不确定度、称量产生的标准不确定度和修约产生的标准不确定度等。

1 试验部分

1.1 测量依据

GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性能试验方法 第一部分:吸湿法》[3]。

1.2 测量原理

透湿率是单位面积内透过织物的一天的水量,将透湿杯装入符合标准规定的干燥剂无水氯化钙,并将织物封住杯口,杯沿用防水胶布封好,放入设置好的温湿度透湿仪内,通过透湿杯组合体在1 h内质量的变化得到面料的透湿率。

1.3 仪器设备

电子天平,YG601H 电脑式织物透湿仪(宁波纺织仪器厂)。

1.4 试样准备

从每个样品上取样,每个试样要在不同位置分别取样,最少需要剪取3块试样,每块试样直径70 mm,将其放置在(20±2)℃、湿度(65±4)%标准温湿度下充分调节24 h,试样应整齐、涂层均匀,不应该有破洞、针眼、折皱等缺陷。

1.5 测试过程

(1)将透湿杯清理干净,保持干燥、洁净状态,向杯内倒入烘过的无水氯化钙约35 g,充分振荡,干燥剂应均匀分布,其装填高度与织物的下表面距离在4 mm左右。

(2)试样的测试面朝上,将其放置在透湿杯上,上好橡胶圈和压力环,拧上螺帽固定样品,此过程应该注意避免干燥剂接触面料,造成结果偏大;再用防水胶布将透湿杯杯沿封住,组成密闭的组合试验体[4]。

(3)将组合好的试样放入规定温湿度条件下的透湿仪试验箱内部,在箱内平衡1 h后取出并盖上杯盖,放入硅胶干燥剂中平衡30 min,时间到达后取出立即放到天平上称重,时间不能超过15 s,精确至小数点后4位,此时得到样品的初始重量。

(4)称量结束后轻轻振动透湿杯,使得透湿杯中的干燥剂能上下混合,因吸湿1 h后样品结块,会降低样品的透湿率,所以振动的力度应把控均匀,振动过程中应避免无水氯化钙与样品接触,造成结果偏大。

(5)拿掉杯盖,快速把透湿杯与织物的组合体放入透湿仪箱体内,在试验1 h 后取出组合体,按照步骤(3)的要求放入硅胶干燥剂中后称量。

(6)按式(1)计算试样的透湿率,取3块试样的透湿率的平均值为最后的结果,按GB/T 8170修约到3位有效数字。

2 数学模型

式中:WVT为透湿率,g/(m2·24 h);

Δm为同一试验组合体2次称量之差,g;

Δm'为空白试样的同一试验组合体2 次称量之差,g;

A为有效试验面积(本装置为0.002 83 m3),m2;

t为试验时间,h。

3 测量结果不确定度的评定

3.1 不确定度的来源

(1)重复测试产生的标准不确定度;

(2)透湿试验机校准产生的标准不确定度;

(3)样品称量产生的标准不确定度;

(4)修约产生的标准不确定度。

3.2 不确定度分量分析的评定

3.2.1 重复性测量产生的标准不确定度u1

透湿性能测试重复测量过程中,主要与试样的均匀性、稳定性、透湿仪温湿度的稳定性和检验人员操作的熟练程度有关,也与试样的调湿时间和环境温湿度有关。研究采用A 类方法进行评判[5],在相同的试验条件下,对性能稳定的纺织品进行重复测试10次,试验的结果见表1,并在相应的组合体面积的参照下,得出样品的透湿率结果,组合体试验面积测量结果见表2。重复性测量产生的标准不确定度为:

表1 试样透湿率试验结果

表2 组合体有效试验面积试验结果

相对标准不确定度[6]为:

3.2.2 织物透湿性试验机校准标准不确定度u2

织物透湿性试验机校准产生的不确定度主要有温度校准产生的标准不确定度、湿度校准产生的标准不确定度和透湿仪风速校准产生的标准不确定度。

(1)织物透湿仪温度校准产生的标准不确定度

根据检定证书[7],织物透湿仪的示值为38.0 ℃,实测值为38.53 ℃,K=2。因此,织物透湿仪校准产生的标准不确定为:

相对标准不确定度为

(2)织物透湿仪湿度校准[8]产生的标准不确定度

根据检定证书,织物透湿仪的示值为90%,实测值为90.23%,K=2。因此,织物透湿仪湿度校准产生的标准不确定为:

相对标准不确定度为:

(3)织物透湿仪风速校准产生的标准不确定度

根据检定证书,织物透湿仪风速的示值为4 m/s,实测值为4.11 m/s,K=2。因此,织物透湿仪风速校准产生的标准不确定为:

相对标准不确定度为:

织物透湿性试验机校准产生的相对标准不确定度为:

3.2.3 样品称量产生的标准不确定度u3

电子天平校准过程中会产生标准不确定度,天平本身的分辨率也会产生标准不确定度,所以应该从这两方面分析样品称量时产生的不确定度。

(1)天平校准产生的标准不确定

称量时使用分辨率为0.001 g、量程为220 g的电子天平,根据检定证书,该天平全量程法定允差为±0.01 g。假定正态分布,自由度为∞,置信水平为95%,则天平校准产生的标准不确定度为:

(2)天平分辨率产生的标准不确定度

天平分辨率为0.001 g,对于数字显示式测量仪器,分辨率带来的标准不确定度为:

每次试验需称量试样2次,因此样品称量产生的标准不确定度为:

相对标准不确定度为:

3.2.4 修约产生的标准不确定度u4

因GB/T 12704.1—2009标准中试样透湿性能结果报告为3位有效数字形式,按十进制进行修约,半宽区间为5 g/(m2·24 h),假定正态分布[9],自由度[10]为∞,置信水平[11]为95%,采用B类方法进行评定,则修约产生的标准不确定度为:

相对标准不确定度为:

3.3 合成标准不确定度

纺织品透湿性能(吸湿法)的相对标准不确定度分量汇总见表3。相对合成标准不确定度为2.42%,见式(2)。

表3 相对标准不确定质分量汇总

3.4 纺织品透湿性能相对扩展不确定度

选取置信概率95%,包含因子K=2,相对扩展不确定度:

3.5 结果表示

纺织品透湿性能透湿率值为8 639 g/(m2·24 h)。其相对扩展不确定度为4.84%,它是由相对合成标准不确定度0.024 2和包含因子K=2的乘积得到的,其置信概率近似95%。

4 结论

(1)纺织品透湿性能(吸湿法)的不确定度影响因素,主要来自于重复性测量产生的标准不确定度,其次是织物透湿试验机校准产生的不确定度。

(2)在检测时需严格按规范操作,提高多次检测的稳定性,同时使用精确度较高的仪器。

(3)在测试过程中,结果判定值与实测值结果接近时,透湿性不确定度可以作为依据酌情考虑,辅助进行判断。