CN101551379A - 一种织物动态热湿传递性能的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种织物动态热湿传递性能的测试方法，该测试方法包括下列步骤：设定环境条件，整个测试在人工气候模拟舱中进行，设定好测试所需的环境温度、相对湿度以及风速；试样预先在二级标准条件下调湿平衡24小时，然后放入设定好的人工气候模拟舱内；模拟皮肤的温度始终保持在35℃，出汗量设定为饱和出汗，即模拟皮肤完全润湿；测试织物与模拟皮肤之间的距离为10mm，一组温、湿度传感器放置于微气候的中心，距试样和模拟皮肤的距离均为5mm；测试；测试结果数据采集及分析。与现有技术相比，本发明的温湿度采集系统能准确实时的采集到模拟微气候内温、湿度随时间变化的连续曲线，便于对织物的动态热湿传递性能进行测试、分析和比较。

Description

一种织物动态热湿传递性能的测试方法

技术领域

本发明涉及一种服装材料热湿传递性能的测试方法，尤其涉及一种织物动态热湿传递性能的测试方法。

背景技术

织物热湿传递的测试方法与测试装置是服装材料舒适性研究的重要内容之一。通过学者们几十年的研究，已经建立起了多种织物热湿舒适性测试方法和评价指标，其中，一类是单纯测热或测湿的，测热方法主要有圆筒法、平板法、热脉冲法等，评价指标主要有保暖率、导热系数、热阻值等；测湿方法主要有透湿杯法、湿度梯度法、敏感器件法等，评价指标主要有透湿率、芯吸率、吸湿率、脱湿率等；另一类是测定热湿综合传递性能的，测试方法主要有微气候仪法、出汗暖体假人法，评价指标主要有透湿指数、蒸发散热效能指数等。另外也常用到生理学评价法和心理学评价法。

自从1979年，Hollies提出服装材料的舒适性是热、湿耦合作用的结果，并设计了一种能发汗的湿平板以来，织物微气候仪的研究以及织物的动态热、湿传递性能的研究，一直受到广泛关注。

原田于1982年研制了具有同时测量热、湿传递的织物微气候平板仪，可以模拟人体无感出汗和显性出汗。环境温度、湿度和风速风向是可调节的。该仪器可以模拟人体在各种活动状态引起的热、湿状态，利用温、湿度传感器，测出这些状态下微气候的状态，并测出织物的回潮率。

Farnworth研制的出汗平板仪可以测量出汗平板的加热功率，并利用计算机处理测量结果，实现传热传湿的动态测试。Hollies、Kim在发汗热平板上使用加湿麂皮，模拟人体皮肤出汗，测量了织物微气候内外的温度和湿度的动态变化。

上述织物动态热湿传递测试装置主要集中于出汗热平板仪，平板仪只考虑织物的一维传热传湿，并不能真实模拟人体实际着装时的传热传湿情况。因此亟待一种能比较真实模拟出人体二维传热传湿的微气候测试装置以及相关的测试方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效可靠的织物动态热湿传递性能的测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种织物动态热湿传递性能的测试方法，其特征在于，该测试方法包括下列步骤：

(1)设定环境条件，整个测试在人工气候模拟舱中进行，设定好测试所需的环境温度、相对湿度以及风速；

(2)试样预先在二级标准条件下调湿平衡24小时，然后放入设定好的人工气候模拟舱内；

(3)模拟皮肤的温度始终保持在35℃，出汗量设定为饱和出汗，即模拟皮肤完全润湿；

(4)测试织物与模拟皮肤之间的距离为10mm，一组温、湿度传感器放置于微气候的中心，距试样和模拟皮肤的距离均为5mm；

(5)测试开始时，可开合式圆筒形薄铜片是关闭的，待其热平衡后，打开可开合式圆筒形薄铜片，使模拟皮肤上的汗水开始蒸发，温湿度采集器每10s采集一次数据，测得微气候区的温度和相对湿度随时间变化的曲线，规定时间后，再关闭可开合式圆筒形薄铜片，模拟出汗的停止，温湿度采集器继续采集数据至织物完全干燥，记录织物逐渐干燥过程中微气候的温度和相对湿度随时间变化的曲线；

(6)测试结果数据采集及分析。

所述的测试结果数据采集及分析为提取K_Ts、T_equ、ΔT、K_Te、RH_equ 5个指标来作为面料的动态热湿舒适性评价指标进行分析。

所述的K_Ts为由于汗液蒸发而使微气候区内温度下降的初始速率(℃/10S)，通过t₁到t₁+3min的时间段内，也即温度开始下降3min内温度曲线的拟和直线的斜率来表示；

所述的T_equ为微气候区的温度平衡值(℃)，通过t₂-5min到t₂的时间段内，也即出汗停止前5min内的温度平均值来表示；

所述的ΔT＝T_equ-T_min，T_min为t＝t₃时刻，由于残余汗液蒸发和织物的放湿吸热，而使微气候区温度下降达到的最低值(℃)；

所述的K_Te为由于蒸发和放湿减少而使微气候区内温度回升的初始速率(℃/10S)，通过t₃到t₃+3min的时间段内，也即温度开始回升3min内温度曲线的拟和直线的斜率来表示；

所述的RH_equ微气候区的湿度平衡值(％)，通过t₂-5min到t₂的时间段内，也即出汗停止前5min内的湿度平均值来表示。

与现有技术相比，本发明的温湿度采集系统能准确实时的采集到模拟微气候内温、湿度随时间变化的连续曲线，便于对织物的动态热湿传递性能进行测试、分析和比较。

附图说明

图1是本发明出汗圆筒的结构示意图；

图2是本发明微气候区典型的温度曲线图；

图3是本发明微气候区典型的湿度曲线图。

具体实施方式

如图1中所述的出汗圆筒的筒体内核是恒温水浴6和筒体壁7，筒体壁7外面包覆有圆筒形的出汗毛细管道9，出汗毛细管道9的外层包覆筒形的模拟皮肤10，恒温水浴6、筒体壁7、出汗毛细管道9和模拟皮肤10的上下由保温材料11包覆，试样1至于最外层，通过胶布包覆于支架5上，与模拟皮肤10之间形成微气候4，在微气候4内设有一组温、湿度传感器2，  在模拟皮肤10处设有温度传感器8；所述的支架5为上、下两个圆环，与保温材料11紧配合相套，所述的支架5上圆环设有圆环形的孔，可供圆筒形可开合式薄铜片3通过。

整个测试过程在人工气候模拟舱中进行，测试装置包括出汗圆筒仪、温度控制系统、供水系统、温湿度采集箱和计算机系统。温度控制系统始终保证模拟皮肤10恒定的温度；供水系统保证给模拟皮肤10提供恒温均匀的汗水；出汗圆筒仪模拟人体从开始出汗到停止出汗的整个过程；温湿度采集系统准确实时地记录模拟微气候内的温、湿度动态变化数据；再通过与计算机系统的连接，进行记录、存储、处理及打印测得的数据。

本发明的织物动态热湿传递性能测试方法如下：

1.先设定环境条件

整个实验在人工气候模拟舱中进行，设定好实验所需的环境温度、相对湿度以及风速。

2.具体测试步骤

测试前，试样1预先在二级标准条件(温度20℃，湿度65％)下调湿平衡24小时，然后放入设定好的人工气候模拟舱内。

模拟皮肤10的温度始终保持在35℃，出汗量设定为饱和出汗，即模拟皮肤完全润湿。测试织物与模拟皮肤之间的距离为10mm，一组温、湿度传感器2放置于微气候的中心，距试样1和模拟皮肤10的距离均为5mm。传感器的位置与织物较接近时，传感器对试样的温湿度变化较敏感，但由于温、湿度传感器测量的只是某一点的温、湿度，若靠试样太近，反而缺乏代表性，并且由于微气候区空气层同样具有热阻及湿阻，为了使测量的温、湿度尽可能代表微气候区的平均水平，将温、湿度传感器设置在微气候的中部，即距离试样1和模拟皮肤10均为5mm的位置。

测试开始时，可开合式圆筒形薄铜片3是关闭的，待其热平衡后，打开可开合式圆筒形薄铜片3，使模拟皮肤10上的汗水开始蒸发，温湿度采集器每10s采集一次数据，测得微气候区的温度和相对湿度随时间变化的曲线。规定时间后，再关闭可开合式圆筒形薄铜片，模拟出汗的停止，温湿度采集器继续采集数据至织物完全干燥，记录织物逐渐干燥过程中微气候的温度和相对湿度随时间变化的曲线。

3.测试结果与分析

1)温度曲线

测得微气候区温度曲线的基本形状如图2所示。

微气候区温度曲线的特征值有以下几个：

T₀——模拟皮肤开始出汗前，t＝t₀时刻，微气候区温度达到热平衡后的初始温度值(℃)；

T_max——t＝t₁时刻，由于织物吸湿放热，而使微气候区内温度达到的最高值(℃)；

K_Ts——由于汗液蒸发而使微气候区内温度下降的初始速率(℃/10S)，通过t₁到t₁+3min的时间段内，也即温度开始下降3min内温度曲线的拟和直线的斜率来表示；

T_equ——微气候区的温度平衡值(℃)，通过t₂-5min到t₂的时间段内，也即出汗停止前5min内的温度平均值来表示；

T_min——t＝t₃时刻，由于残余汗液蒸发和织物的放湿吸热，而使微气候区温度下降达到的最低值(℃)；

K_Te——由于蒸发和放湿减少而使微气候区内温度回升的初始速率(℃/10S)，通过t₃到t₃+3min的时间段内，也即温度开始回升3min内温度曲线的拟和直线的斜率来表示。

2)湿度曲线

测得微气候区湿度曲线的基本形状如图3所示。

微气候区湿度曲线的特征值有以下几个：

RH₀——模拟皮肤开始出汗前，t＝t₀时刻，微气候区的初始湿度值(％)；

K_RHs——从t₀时刻开始，即模拟皮肤开始出汗后，微气候区湿度上升的初始速率(％/10s)；

RH_equ——微气候区的湿度平衡值(％)，通过t₂-5min到t₂的时间段内，也即出汗停止前5min内的湿度平均值来表示；

K_RHe——从t₂时刻开始，即模拟皮肤停止出汗后，微气候区湿度下降的初始速率(％/10s)。

人体在显汗条件下，皮肤开始出汗以后，人体皮肤与服装间微气候区的温度下降越快，越有利于皮肤尽快散热；平衡温度越低，越不易觉得闷热；但在出汗结束以后，又希望温度下降不至于过低，并能尽快回升，这样可以减少出汗后产生的冷感。因此在模拟皮肤“出汗——蒸发——干燥”的过程中，希望微气候区的温度下降快，上升也快。

下面对温、湿度曲线的特征值进行分析和提取。

T₀与RH₀是在微气候达到热平衡后，开始出汗前的温度值和湿度值，经试验，这2个值对不同的织物差别不大，故在此不予考虑。

T_max是由于织物吸湿放热，而导致温度升高达到的最高值，但是这一过程持续的时间很短，对全过程的影响不大，并且有些试样的吸湿放热不明显，故在此不予考虑。

K_Ts是由于汗液蒸发，而使微气候区内温度下降的初始速率，该值越大，越有利于皮肤尽快散热，这是影响织物热湿舒适性的一个重要因素，因而是值得提取的一个特征值。

T_equ是微气候区温度达到的平衡值，该值直接与织物的闷热感相关，数值越大，微气候区的温度越高，越觉得闷热，因而也是值得提取的一个特征值。

T_min是由于残余汗液蒸发和织物放湿吸热，而使微气候区温度下降达到的最低值，与运动后的冷感相关。这里考虑一个更有意义的指标，人体从停止出汗前的平衡温度到温度下降到最低的差值，ΔT＝T_equ-T_min，该差值越大，人体感觉到的运动后的冷感越强烈，因而温度差ΔT是一个更值得提取的特征指标值。

K_Te是由于蒸发和放湿减少，而使微气候区内温度回升的初始速率，该值越大，越有利于温度尽快回升，这样运动后的冷感持续的时间越短，因而也是值得提取的一个特征值。

K_RHs是开始出汗后，微气候区湿度上升的初始速率，该值越大，湿度上升越快，但是这一过程持续的时间很短，对全过程的影响不大，故在此不予考虑。

RH_equ是微气候区的湿度平衡值，该值越大，微气候内湿度越高，织物的潮湿感和粘体感感觉越强烈，因而是值得提取的一个特征值。

K_RHe是停止出汗后，微气候区湿度下降的初始速率，该值越大，湿度下降越快，运动后的冷感持续时间越短，但是该数值与ΔT、K_Te表征的意义相同，故在此不予考虑。

从对温、湿度曲线的特征值进行分析可知，最能全面反映织物的热湿舒适性的几个动态特征值是：K_Ts、T_equ、ΔT、K_Te、RH_equ。用这5个指标来作为面料的动态热湿舒适性评价指标。

之所以较多选取微气候区温度曲线的特征值，主要考虑到人体对温度变化的敏感性较湿度变化的敏感性强，而且就目前传感器的精度而言，温度传感器的精度和稳定性远高于湿度传感器，因而较多选取微气候区温度曲线的特征值来研究织物的热湿舒适性更可靠。

实施例1

1.实验面料

取实验面料4种，每种面料的具体参数指标见表1。每种面料取3块试样，每块试样面积是18×48cm²，实验结果取3块试样测试结果的平均值。

表1面料参数

2.环境条件

整个实验在人工气候模拟舱中进行，设定环境温度：20℃，相对湿度：20％，风速：0.10m/s。选用该温湿度条件，主要是为了让微气候的温湿度有较大的变化范围，温度从20℃到35℃，湿度从20％到100％，这样可以比较明显地区分不同织物的透湿热性能；风速选用自然风速0.10m/s，目的是为了减少透气性对织物透湿热的影响。

3.测试步骤

测试前，4种面料预先在二级标准条件(温度20℃，湿度65％)下调湿平衡24小时，然后放入设定好的人工气候模拟舱内。模拟皮肤的温度始终保持在35℃，出汗量设定为饱和出汗，即模拟皮肤完全润湿。测试开始时，可开合式圆筒形薄铜片是关闭的，待其热平衡后，打开可开合式圆筒形薄铜片，使模拟皮肤上的汗水开始蒸发，温湿度采集器每10s采集一次数据，测得微气候区的温度和相对湿度随时间变化的曲线。20min后，再关闭可开合式圆筒形薄铜片，模拟出汗的停止，温湿度采集器继续采集数据至织物完全干燥，记录织物逐渐干燥过程中微气候的温度和相对湿度随时间变化的曲线。

4.测试结果与分析

测得4种面料的5个动态热湿舒适性评价指标值见表2。

表2 4种面料的动态热湿舒适性评价值

比较温度开始下降的斜率(K_Ts)，U形涤纶织物温度下降的斜率最大，也即温度下降最快，其次是纯麻织物和圆形涤纶织物，温度下降最慢的是羊毛织物。这说明U形涤纶织物的散热最快，羊毛织物的散热最慢，一方面由于U形涤纶织物热湿传递的能力本身比羊毛织物要强，另一方面由于U形涤纶织物比较薄，透气性最好，因而散热也最快。

比较微气候区温度达到的平衡值(T_equ)，羊毛织物＞圆形涤纶织物＞纯麻织物＞U形涤纶织物。这同样说明U形涤纶织物的散热能力最强，其次是纯麻织物，而羊毛织物的散热能力最差，运动时最容易觉得闷热。

比较停止出汗后温度下降的差值(ΔT)，纯羊毛织物的最大，其次是纯麻和圆形涤纶织物，U形涤纶织物的最小。这是由于羊毛织物和纯麻织物的吸湿较多，由于放湿吸收的热量也很多，运动后的冷感最强，而涤纶织物吸湿很少，由于放湿吸收的热量也少，运动后的冷感也最弱。

比较温度开始回升的斜率(K_Te)，U形涤纶织物的斜率最大，其次是圆形涤纶织物和纯麻织物，斜率最小的是纯羊毛织物。这说明U形涤纶织物的温度回升最快，这样运动后的冷感持续的时间也最短，而羊毛织物的温度回升最慢，运动后的冷感最强，持续的时间也最长。

比较湿度平衡值(RH_equ)，圆形涤纶＞羊毛＞纯麻＞U形涤纶，这说明湿度达到动态平衡后，U形涤纶织物微气候区的湿度最低，织物湿传递能力最强，而圆形涤纶织物微气候区的湿度最高，湿传递能力最差，运动时潮湿感和粘体感最强。

总体来说，动态热湿舒适性能最好的织物是U形涤纶织物。

Claims (5)

1.一种织物动态热湿传递性能的测试方法，其特征在于，该测试方法包括下列步骤：

(1)设定环境条件，整个测试在人工气候模拟舱中进行，设定好测试所需的环境温度、相对湿度以及风速；

(2)试样预先在二级标准条件下调湿平衡24小时，然后放入设定好的人工气候模拟舱内；

(3)模拟皮肤的温度始终保持在35℃，出汗量设定为饱和出汗，即模拟皮肤完全润湿；

(4)测试织物与模拟皮肤之间的距离为10mm，一组温、湿度传感器放置于微气候的中心，距试样和模拟皮肤的距离均为5mm；

(5)测试开始时，可开合式圆筒形薄铜片是关闭的，待其热平衡后，打开可开合式圆筒形薄铜片，使模拟皮肤上的汗水开始蒸发，温湿度采集器每10s采集一次数据，测得微气候区的温度和相对湿度随时间变化的曲线，规定时间后，再关闭可开合式圆筒形薄铜片，模拟出汗的停止，温湿度采集器继续采集数据至织物完全干燥，记录织物逐渐干燥过程中微气候的温度和相对湿度随时间变化的曲线；

(6)测试结果数据采集及分析。

2.根据权利要求1所述的一种织物动态热湿传递性能的测试方法，其特征在于，所述的测试结果数据采集及分析为提取K_Ts、T_equ、ΔT、K_Te、RH_equ 5个指标来作为面料的动态热湿舒适性评价指标进行分析。

3.根据权利要求2所述的一种织物动态热湿传递性能的测试方法，其特征在于，所述的K_Ts为由于汗液蒸发而使微气候区内温度下降的初始速率(℃/10S)，通过t₁到t₁+3min的时间段内，也即温度开始下降3min内温度曲线的拟和直线的斜率来表示；

所述的T_equ为微气候区的温度平衡值(℃)，通过t₂-5min到t₂的时间段内，也即出汗停止前5min内的温度平均值来表示；

所述的ΔT＝T_equ-T_min，T_min为t＝t₃时刻，由于残余汗液蒸发和织物的放湿吸热，而使微气候区温度下降达到的最低值(℃)；

所述的K_Te为由于蒸发和放湿减少而使微气候区内温度回升的初始速率(℃/10S)，通过t₃到t₃+3min的时间段内，也即温度开始回升3min内温度曲线的拟和直线的斜率来表示；

所述的RH_equ微气候区的湿度平衡值(％)，通过t₂-5min到t₂的时间段内，也即出汗停止前5min内的湿度平均值来表示。

4.根据权利要求1所述的一种织物动态热湿传递性能的测试方法，其特征在于，所述的步骤(2)中的二级标准条件为温度20℃，湿度65％。

5.根据权利要求1所述的一种织物动态热湿传递性能的测试方法，其特征在于，所述的步骤(5)中的规定时间为20min。

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