CN103076355A - 一种表征织物远红外辐射性能的方法 - Google Patents

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张青红
宗源
谌继宗
陈欣
顾莉琴
肖茹
宋明
王宏志
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Abstract

本发明涉及一种表征织物远红外辐射性能的方法，包括以下步骤：裁剪织物样品，并将织物样品平整贴放在玻璃基板上；将玻璃基板放置在与计算机相连的红外热成像仪下方，使红外热成像仪能够获取玻璃基板上的织物样品；将织物样品连同玻璃基板一起经过加热升温、保温以及冷却降温处理；通过红外热成像仪观察各个阶段不同织物样品表面的温度变化，并在计算机上输出红外热成像图。本发明能准确表征织物表面的温度变化，以此为基础可评价远红外织物的保暖保健性能。

Description

一种表征织物远红外辐射性能的方法
技术领域
本发明涉及一种织物的表征方法，特别是涉及一种表征织物远红外辐射性能的方法。
背景技术
红外线或热成像技术是一种通过使用红外成像测量仪“查看”或“测量”物体辐射热能的技术。热能或红外线能量因其波长过长，无法被人眼感知，属于不可见光。任意物体的温度越高，对外辐射的红外线则越多。红外热成像仪可以捕获物质发出的红外线，生成红外或“热”辐射图像，可实现非接触式的精准测温。红外热成像仪诊断工具在众多应用领域中已得到广泛应用。热成像仪适用于过程开发及优化、工业过程监控、产品验证、品质保证、安防等众多应用领域，例如自动化、建筑、电气、机械、气体泄漏检测、医疗、研发等行业，堪称一种方便快捷的全方位热成像及测量方法。在绝大部分工作条件下，甚至在有烟雾或蒸汽的测量环境中，红外热成像仪也可精确探测到十分细微的温度差异。
人体在红外线波段具有强烈的吸收和辐射，其吸收峰值为9.6μm。远红外纤维或织物能辐射波长为4~20μm的远红外线，根据光谱匹配原理，人体能吸收远红外纤维中辐射出的远红外线，从而起到保暖保健的作用；在纤维或织物上加入远红外添加剂能显著提高其远红外辐射性能。所以，如何精确地表征远红外纤维或织物远红外辐射性能是开发远红外纤维及织物的当务之急。
目前，具有远红外辐射功能的保暖保健制品拥有巨大的市场。远红外纤维的性能评价方法有很多，主要有温升法、发射率法以及人体试验法。市场上的远红外保健制品缺少完善统一的评价体系。我国也制定了相关的国家标准和纺织行业标准。例如，中国国家标准GBT 18319-2001—纺织品红外蓄热保暖性的试验方法，其中规定了用红外辐射计测定纺织品红外反射率和红外透射率、计算红外吸收率，以及用点温度计测定辐照升温速率的方法；中华人民共和国纺织行业标准FZ/T 64010-2000中，规定了远红外线纺织品的技术要求、试验方法等，通过测定织物的法向发射率来表征织物的远红外线发射功能。但这些标准都存在测试装置复杂、操作繁琐等缺陷及受环境等因素的限制。此外，傅里叶红外光谱仪（FTIR）也可用于表征不同织物的远红外辐射性能(H.Wu,J.Fan,Polymer Testing,2008,27:122–128)，这种方法便捷，但精确性有待提高。香港理工大学Hu等设计了一种新装置来表征纤维或织物的远红外辐射性能，这种测试装置能有效的反映不同织物的远红外辐射性（J.Y.Hu,Y.Li,K.W.Yeung,et al,Polymer Testing,2006,25:405-412），但是由于装置设计较复杂，限制了其大规模应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种表征织物远红外辐射性能的方法，能准确表征织物表面的温度变化，以此为基础可评价远红外织物的保暖保健性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种表征织物远红外辐射性能的方法，包括以下步骤：
（1）裁剪织物样品，并将织物样品平整贴放在玻璃基板上；
（2）将玻璃基板放置在与计算机相连的红外热成像仪下方，使红外热成像仪能够获取玻璃基板上的织物样品；
（3）将织物样品连同玻璃基板一起经过加热升温、保温以及冷却降温处理；
（4）通过红外热成像仪观察各个阶段不同织物样品表面的温度变化，并在计算机上输出红外热成像图。
所述步骤（3）中通过加热台对织物样品进行加热，模拟升温、保温及冷却降温处理。
所述步骤（3）加热台使用阶段升温的方法，即通过模拟加热升温、保温及冷却降温实现三个不同阶段，其中，以每摄氏度5~20秒的加热速度加热到30~40°C完成加热升温阶段，并保温1~3min完成保温阶段，再次加热升温到50~60°C，最后冷却降温到室温完成冷却降温阶段。
所述步骤（2）中使红外热成像仪与织物样品相互垂直，并且距离为30cm。
所述红外热成像仪所探测的远红外波段范围为7.5~13μm。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明采用红外热成像仪作为测试仪器，建立了一种准确便捷的表征不同织物远红外辐射性能的方法。不同织物的辐射性能可通过织物表面的温度变化来表征，实现了对织物远红外辐射性能的定量分析，而且可同时测定多块织物样品。本发明的方法还具有操作简单，测试精度高（精确到±0.1°C），不受环境影响的优点。
附图说明
图1是本发明测试时的示意图；
图2是远红外织物表面的扫描电镜图；
图3是不同织物的远红外辐射温度变化曲线图；
图4是不同织物的红外热成像图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明主要采用红外热成像仪测量不同织物的加热升温和冷却降温过程中表面温度的变化来表征织物的远红外辐射性能。远红外织物吸收人体释放的红外线及环境中的可见光或红外线后，通过下转换的方式释放波长更长，能为人体吸收的远红外线。一种有效的远红外织物在热场中受热后必然有更强的远红外辐射，其表现形式则为表面温度更高；反之，降温时表面温度也更高。
本发明涉及一种表征织物远红外辐射性能的方法，包括以下步骤：
（1）织物红外成像测试的设计：
将织物样品连同玻璃基板放在加热台上，可同时贴放多块织物样品，样品面积为1cm2~4cm2，红外热成像仪垂直90°照射到织物表面上，与织物之间保持30cm的距离，红外热成像仪与电脑连接输出织物的红外热成像图。
（2）远红外织物的远红外辐射性能的测试方法：
用加热台对织物加热，加热台为外加热源(如烘箱等加热设备)或集成的加热源(如电加热片与热台集成为一体)，加热台可精确控制加热速率和加热温度；使用阶段升温的方法，即通过模拟加热升温、保温及冷却降温实现三个不同阶段，其中，以5~20s/°C的加热速度加热到30~40°C完成加热升温阶段，并保温1~3min完成保温阶段。再次加热升温到50~60°C，最后冷却降温到室温完成冷却降温阶段。用红外热成像仪记录整个过程中织物表面温度随时间的变化，得到织物的动态温度变化曲线，并计算出不同阶段织物表面的温度变化数值。
（3）多个样品同时测定：
热板上粘贴同一织物的多个样品，以及不同织物的多个样品，均可同时测定，消除了环境因素对测试结果的可能影响，可快速、准确地同时测定不同织物的远红外发射性能。
图1为本实验测试的装置图。包括红外热成像仪1，其型号为FLIR ThermaCAM A40M；红外热成像仪1下方为裁剪一定面积的织物样品2；红外热成像仪1垂直90°固定在织物样品2上方，与织物样品2保持30cm的距离；加热台3可精确地控制升温速率，并对样品提供热源。红外热成像仪1与计算机4连接可直接输出织物的红外热成像图，并通过软件处理得到所需结果。
实施例1
裁剪1cm2的织物样品，测量其厚度和重量。将其贴放在加热台上以待测试，控制室温在20°C。按图1搭好实验装置。以10s/°C的加热速度加热到35°C，并保温1min。再次加热升温到50°C，最后关闭热源，自然降温到室温。最终记录下整个过程中的红外热成像图。
表1中为所测试的远红外织物样品的物性参数；图2为远红外织物表面的扫描电镜照片，可以看见远红外织物表面的平纹组织结构。纤维表面小于1微米颗粒为具有远红外辐射功能的添加剂。
实施例2
裁剪2cm2的织物样品，测量其厚度和重量。将其贴放在加热台上以待测试，控制室温在20°C。按图1搭好实验装置。以5s/°C的加热速度加热到35°C，并保温2min。再次加热升温到50°C，最后关闭热源，自然降温到室温。最终记录下整个过程中的红外热成像图。
图3为本实施例中不同织物表面温度变化曲线。从图中可知，远红外织物2具有较高的温度和较快的升温速率，表明其红外辐射性能较好。通过计算，织物表面温度值列于附表2中。远红外织物表面的温度及升温速率都要超过普通空白织物，说明远红外织物具有优异的远红外辐射性能。
实施例3
裁剪1cm2的织物样品，测量其厚度和重量。将其贴放在加热台上以待测试，控制室温在20°C。按图1搭好实验装置。以10s/°C的加热速度加热到35°C，并保温3min。再次加热升温到50°C，保温3min。最后关闭热源，自然降温到室温。最终记录下整个过程中的红外热成像图。
图4为本实施例中织物的红外热成像图。红外成像图可直观地显示出不同时间织物表面的温度分布情况。
实施例4
裁剪3cm2的织物样品，测量其厚度和重量。将其贴放在加热台上以待测试，控制室温在20°C。按图1搭好实验装置。以20s/°C的加热速度加热到30°C，并保温2min。再次加热升温到60°C，保温3min。最后关闭热源，自然降温到室温。最终记录下整个过程中的红外热成像图。
实施例5
裁剪3cm2的织物样品，测量其厚度和重量。将其贴放在加热台上以待测试，控制室温在20°C。按图1搭好实验装置。以20s/°C的加热速度加热到30°C，并保温2min。再次加热升温到60°C，保温3min。最后关闭热源，自然降温到室温。最终记录下整个过程中的红外热成像图。
表1
Figure BDA00002694308000051
表2
Figure BDA00002694308000052
Figure BDA00002694308000061

Claims (5)

1.一种表征织物远红外辐射性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）裁剪织物样品，并将织物样品平整贴放在玻璃基板上；
（2）将玻璃基板放置在与计算机相连的红外热成像仪下方，使红外热成像仪能够获取玻璃基板上的织物样品；
（3）将织物样品连同玻璃基板一起经过加热升温、保温以及冷却降温处理；
（4）通过红外热成像仪观察各个阶段不同织物样品表面的温度变化，并在计算机上输出红外热成像图。
2.根据权利要求1所述的表征织物远红外辐射性能的方法，其特征在于，所述步骤（3）中通过加热台对织物样品进行加热，模拟升温、保温及冷却降温处理。
3.根据权利要求2所述的表征织物远红外辐射性能的方法，其特征在于，所述步骤（3）加热台使用阶段升温的方法，即通过模拟加热升温、保温及冷却降温实现三个不同阶段，其中，以每摄氏度5~20秒的加热速度加热到30~40°C完成加热升温阶段，并保温1~3min完成保温阶段，再次加热升温到50~60°C，最后冷却降温到室温完成冷却降温阶段。
4.根据权利要求1所述的表征织物远红外辐射性能的方法，其特征在于，所述步骤（2）中使红外热成像仪与织物样品相互垂直，并且距离为30cm。
5.根据权利要求1所述的表征织物远红外辐射性能的方法，其特征在于，所述红外热成像仪所探测的远红外波段范围为7.5~13μm。
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