CN104089977B - 纺织品吸光发热性能的测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纺织品吸光发热性能的测试系统及测试方法。该测试系统包括测试装置、与测试装置连接的信号采集装置、与信号采集装置连接的数据处理装置；测试装置包括：支撑架，支撑架为棱柱形框架结构，包括若干竖向撑杆；安装到竖向撑杆并可沿着竖向撑杆滑动的光源装置，光源装置包括射灯；安装到支撑架底部用于放置待测样品的测试台，测试台包括用于感知待测样品温度的温度探头，温度探头连接到信号采集装置。实施本发明可得到一种结构简单、易于操作的纺织品吸光发热测试系统和方法，最终得到初始升温率、理论升温值、最大升温值、升温相对温差等指标。

Description

纺织品吸光发热性能的测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及纺织工程领域，具体涉及一种纺织品吸光发热性能的测试系统及测试方法，主要用于对某些含有吸光发热物质或红外线吸收材料的纺织品光照生热性能的评价。

背景技术

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们对纺织服饰的审美和功能性提出了更高的要求，轻薄型保暖面料的开发和应用正是符合这一趋势的发展需求，吸光发热纺织品就是其中一类产品。如何正确客观评价此类纺织品的发热保暖性能成为一个急需解决的问题。目前国内外有多种表征纺织品保温性能的方法和标准，包括ASTM F1868、EN31092、ISO11092规定的蒸发热板法，ASTM D1518和GB/T11048规定的静态平板法，GB/T18398中的暖体假人法等，主要测试纺织品的热阻、热导率、克罗值等指标，但这些方法仅仅体现的是在稳态下纺织品的热传导性能，无法体现材料自身的发热升温效果。GB/T18319规定了用红外辐射计测定纺织品红外反射率、透射率、吸收率及辐照升温速率的方法，主要测试纺织品的红外蓄热保暖性能，虽然已考核材料的升温效能但仍存在光源波长单一(仅使用红外波)、辐照时间短、未考核光照后材料保温效果等问题。

因此，亟需一种光源波长多样，并能考核光照后材料保温效果的纺织品吸光发热性能测试系统及测试方法。

发明内容

本发明第一方面提供一种纺织品吸光发热性能测试系统，所述测试系统包括测试装置、与所述测试装置连接的信号采集装置、与所述信号采集装置连接的数据处理装置；所述测试装置包括：支撑架，所述支撑架为棱柱形框架结构，包括若干竖向撑杆；安装到所述竖向撑杆并可沿着所述竖向撑杆滑动的光源装置，所述光源装置包括射灯；安装到所述支撑架底部用于放置待测样品的测试台，所述测试台包括用于放置待测样品的载物台以及用于感知待测样品温度的温度探头，所述温度探头连接到所述信号采集装置。

作为一种优选方案，所述光源装置包括平面框架结构，所述射灯位于所述平面框架结构的中心；所述平面框架结构的外拐角处通过滑块与所述竖向撑杆相连接；所述测试系统还具有与滑块配合的固定螺栓，所述固定螺栓用于将滑块固定到所述竖向撑杆的特定位置。

作为一种优选方案，所述支撑架与所述光源装置连接的竖向撑杆上设有与固定螺栓配合的固定孔。

作为一种优选方案，所述支撑架与所述光源装置连接的竖向撑杆上设有用于记录所述光源装置滑动距离的标尺，所述标尺通过刻印直接形成于所述竖向撑杆上或通过粘附、卡合的方式固定于所述竖向撑杆上。

作为一种优选方案，所述测试台包括：安装到所述支撑架底部的测试底板；通过主螺栓安装在所述测试底板上的载物台；安装于所述载物台的用于夹持待测样品的样品夹持器；安装于所述载物台的温度探头，所述温度探头通过电缆与所述信号采集装置连接。

作为一种优选方案，所述温度探头的测试精度为±0.15℃。

作为一种优选方案，所述测试台包括两个样品夹持器，所述两个样品夹持器关于所述主螺栓呈中心对称分布；所述载物台可绕着所述主螺栓相对于所述测试底板转动。

作为一种优选方案，所述测试底板由上层的白色泡沫隔热层和下层的不锈钢板层组成，所述载物台和所述主螺栓外表面均涂覆有白色绝热材料。

本发明的第二方面提供一种纺织品吸光发热性能测试的方法，包括以下步骤：将测试装置连接到信号采集装置，将信号采集装置连接到数据处理装置，完成通信连接；所述测试装置包括支撑架，所述支撑架为棱柱形框架结构，包括若干竖向撑杆；沿着竖向撑杆调节光源装置的高度，使光源装置的光源到支撑架底部的测试台的距离为300毫米-1200毫米；将待测样品由样品夹持器夹持于测试台的载物台上，装入温度探头以测试测试样品的温度；打开光源，通过光源装置照射所述待测样品，温度探头在测量周期内以预设频率检测样品的温度，并将待测样品的温度传送至信号采集装置；信号采集装置将测得的信号传送至数据分析端；数据分析端对采集到的信号进行分析，得到需要的结果。

作为一种优选方案，调节光源装置相对支撑架的位置使光源装置到测试台的距离为300毫米-1200毫米；所述测量周期为20至100分钟，所述预设频率为每1-30秒检测一次。

作为一种优选方案，所述测试方法还包括校准步骤：将两个样品分别安装到载物台的两个夹持器上；转动载物台，使所述两个夹持器离所述光源的距离基本相同，直到所述两个样品在所述光源照射下的初始升温速率基本相同。

作为一种优选方案，所述方法包括步骤：将测试装置连接到信号采集装置，将信号采集装置连接到数据处理装置，完成通信连接；调节光源装置相对支撑架的位置使光源装置到测试台的距离为300毫米-1200毫米；设置信号采集装置采集数据的时间间隔为1-30秒；将实际样品和对照样品由对应的夹持器分别夹持在载物台，装入温度探头；打开光源，通过光源装置照射所述待测样品，温度探头每隔8秒将待测样品的温度传送至信号采集装置；信号采集装置将测得的信号传送至数据分析端；数据分析端对10-30分钟内采集到的信号进行分析得到实际样品与对照样品的初始升温值、理论升温值、最大升温值，以及实际样品和对照样品间的升温相对温差和降温相对温差并描绘出实际样品和对照样品吸光发热的温度曲线图。

实施本发明，可得到一种光源波长多样，并能考核光照后材料保温效果的纺织品吸光发热性能测试系统及测试方法。

附图说明

图1为本发明提供的纺织品吸光发热性能测试系统结构示意图；

图2为图1所示支撑架的竖向撑杆和光源装置的滑块的安装示意图；

图3为图1所示光源装置结构示意图；

图4为图1所示测试台结构示意图；

图5为图1所示测试台的测试底板的结构示意图；

图6为待测样品剪裁示意图；

图7为一实施例中对照样品吸光发热温度曲线图；

图8为一实施例中实际样品和对照样品吸光发热温度曲线图。

图中各标记如下：

100 测试装置

200 信号采集装置

300 数据处理装置

110 支撑架

120 光源装置

130 测试台

112 竖向撑杆

114 标尺

127 固定螺栓

117 固定孔

122 平面框架结构

123 连接件

124 射灯

126 滑块

131 温度探头

132 测试底板

134 载物台

136 样品夹持器

138 主螺栓

139 电缆

132a 白色泡沫隔热层

132b 不锈钢板层

400 待测样品

501 对照样品吸光发热温度曲线

502 实际样品吸光发热温度曲线

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下结合附图与具体实施方式对本发明的详述得到更进一步的了解。

参考图1，本发明一个实施例提供的纺织品吸光发热性能测试系统主要包括：测试装置100、信号采集装置200和数据处理装置300。其中，测试装置100用于放置与检测待测样品。信号采集装置200与测试装置100相连接，用于采集检测到的数据。数据处理装置300与信号采集装置200相连接，用于对采集到的数据进行分析计算。

测试装置包括支撑架110、光源装置120、和测试台130。支撑架110为棱柱形框架结构，具体可为四棱柱(长方体)、五棱柱、六棱柱等，可根据需要设置。支撑架110可由钢管焊接而成或由其他硬质材料焊接、组装而成。支撑架包括若干竖向撑杆112。光源装置120包括平面框架结构122，该平面框架结构122的形状与支撑架110的形状相配合。光源装置120可滑动地安装到支撑架110内部。应当注意的是，支撑架110的棱柱形框架结构不是必须的，只要具备至少两根竖向撑杆120即可。棱柱形的对称结构有利于保证对照样品和实际样品距光源的距离相等，但本发明不依赖该棱柱形结构，即只需若干竖向撑杆定义出一个测试空间，光源装置120位于该测试空间内即可。参考图2-图3，本实施例中，平面框架结构122为矩形，包括四个边框以及两根沿对角方向的连接件123，射灯124安装到两根连接件123的交叉处，因此，射灯124位于平面框架结构122的中心。平面框架结构122的外拐角处设有滑块126，平面框架结构122通过滑块126实现与支撑架110的连接。滑块126沿支撑架110的竖向撑杆112上下滑动。本实施例中，滑块126具有相配合的固定螺栓127，可通过旋动固定螺栓127将滑块126固定到竖向撑杆112的期望位置，即，在固定螺栓127的夹紧下，滑块126通过静摩擦力固定到竖向撑杆112。作为一种替换方案，竖向撑杆112上设有若干固定孔117，当滑块126滑动到适当位置时，通过使固定螺栓127插入固定孔117阻挡滑块126下滑从而固定光源装置120相对支撑架110的位置关系。竖向撑杆112上还设有用于记录光源装置120滑动距离的标尺114，标尺114可通过刻印直接形成于竖向撑杆或通过粘附、卡合的方式固定于竖向撑杆112上。

参考图1、图4，测试台130包括温度探头131、测试底板132、载物台134和样品夹持器136。支撑架110的下端安装或者固定有测试底板132，载物台134通过主螺栓138安装在测试底板132上，具体的，主螺栓138安装到载物台134和测试底板132的中心，且载物台134可绕主螺栓138作小角度圆周转动以保证两温度探头131升温速率相同。优选地，经过射灯124的位置(即，平面框架结构122的中心)的重力线与底板132的中心重合。样品夹持器136安装于载物台134用于夹持待测样品400。本实施例中，夹持器136包括夹持件以及弹簧，所述夹持件可转动地安装到载物台134，所述弹簧对所述夹持件施加弹力，使夹持件具有压向载物台134的预紧力，从而能够将样品夹持在夹持件与载物台之间。所述夹持件可以是片状(例如压片)或者矩形的边框状。并温度探头131安装于载物台134，温度探头131与待测样品400接触感知待测样品400的温度变化。温度探头131的测试精度为±0.15℃，且温度探头131通过电缆139与信号采集装置200连接，将检测到的温度数据传送至信号采集装置200。在这一实施例中，待测样品包括实际样品和已知参数用于对照的对照样品，对照样品为标准贴衬。

参考图5，测试底板132由白色泡沫隔热层132a和不锈钢板层132b组成，其中白色泡沫隔热层132a在上层，不锈钢板层132b在下层。本实施例中，不锈钢板层132b与支撑架110固定连接。白色泡沫隔热层132a用于隔绝热量，为温度检测创造一个良好的环境，不锈钢板层132b用于结构加固。

本发明还提供一种纺织品吸光发热性能测试的方法，包括步骤：

S1 将测试装置连接到信号采集装置，将信号采集装置连接到数据处理装置，完成通信连接；

S2 调节光源装置相对支撑架的位置使光源装置到测试台的距离为300毫米-1200毫米；

S4 将待测样品由样品夹持器夹持于载物台上，装入温度探头；

S5 打开光源，通过光源装置照射所述待测样品，温度探头将待测样品的温度传送至信号采集装置；

S6 信号采集装置将测得的信号传送至数据分析端；

S7 数据分析端对采集到的信号进行分析，得到需要的参数。

更具体地，本发明提供的纺织品吸光发热性能测试的方法包括步骤：

S1 将测试装置连接到信号采集装置，将信号采集装置连接到数据处理装置，完成通信连接；

S2 调节光源装置相对支撑架的位置使光源装置到测试台的距离为300毫米-1200毫米；

S3 设置信号采集装置采集数据的时间间隔为1-30秒；

S4 将实际样品和对照样品由对应的夹持器分别夹持在载物台，装入温度探头；

S5 打开光源，通过光源装置照射所述待测样品，温度探头每隔8秒将待测样品的温度传送至信号采集装置；

S6 信号采集装置将测得的信号传送至数据分析端；

S7 数据分析端对10-30分钟内采集到的信号进行分析得到实际样品与对照样品的初始升温值、理论升温值、最大升温值，以及实际样品和对照样品间的升温相对温差和降温相对温差并描绘出实际样品和对照样品吸光发热的温度曲线图。

下面通过测试一种碳化锆改性腈纶/棉混纺织物的吸光发热性能更具体地阐述本发明提供的一种纺织品吸光发热性能测试的方法。一种碳化锆改性腈纶/棉混纺织物吸光发热性能测试方法，具体步骤如下：

第一步：如图6，先分别将实际样品(碳化锆改性腈纶/棉混纺织物)和对照样品(标准贴衬)裁剪成尺寸为60毫米×100毫米的长方形，再将样品两层正面朝外叠放并沿中心线位置缝制成一端开口尺寸为15毫米×85毫米的长条。该长条用于收容温度探头，使探头固定在样品内的相对位置。

第二步：将测试装置连接到信号采集装置，将信号采集装置连接到数据处理装置，完成通信连接。

第三步：安装500W射灯，调节光源装置120与测试台130的距离为500毫米，旋松主螺栓138，小角度拨动载物台使得两温度探头131在光照下升温速率相同。

第四步：设置信息采集系统采集数据的时间间隔为8秒。

第五步：将实际样品和对照样品分别由两个样品夹持器夹持在载物台，装入温度探头。

第六步：打开光源，通过光源装置照射所述待测样品，温度探头每隔8秒将待测样品的温度传送至信号采集装置。

第七部：信号采集装置将测得的信号传送至数据分析端。

第八步：数据处理系统记录30分钟内温度变化，关闭光源继续记录20分钟内温度变化情况。

第九步：等待测样品、温度探头和载物台温度均恢复到室温，交换实际样品和对照样品在样品夹持器内的位置，并重复第五步实验。

第十步：依据测试时间计算两次实验数据的平均值，以时间为横轴、温度为纵轴绘制样品吸光发热温度曲线501、502，501为对照样品吸光发热温度曲线，502为实际样品吸光发热温度曲线。分别计算初始升温率t、理论升温值T、最大升温值T'、升温相对温差T_up''和降温相对温差T_down''。

特别地，在图7所示样品吸光发热温度曲线中，初始升温率t为：

t＝tanα,α为第1分钟内数据线性拟合与横轴的夹角

最大升温值T'为样品光照第30分钟时的温度与初始温度的差值，图8中升温相对温差T''为光照30分钟后实际样品与对照样品的温度差值，降温相对温差为光源关闭20分钟后实际样品与对照样品的温度差值。理论升温值T是指样品温度曲线上第1分钟内的数据线性拟合与关灯前2分钟内数据线性拟合交点的纵坐标，定义理论升温值T是为了结合光照升温情况和样品本身的发热情况对样品进行评估。第1分钟内的数据线性拟合表明在光照初始阶段，样品在光照下的升温情况，考核的光照能量和材料本身发热效果两者对样品的共同作用，不考虑样品散热。“关灯前2分钟内数据线性拟合”表明的是在光照能量、材料发热和散热三者作用下，样品能达到的平衡温度。由于初始温度会对理论升温值造成一定影响，样品在检测前需要在恒温恒湿室静置一段时间，确保每次检测开始前样品的初始温度基本一致。

结合本方法测试所得结果如下表：

由上述图表易知，碳化锆改性腈纶织物在光照前期的初始升温率与对照样品相差不大，温度上升主要取决于光源的热传递；从图8可以看出随着光照时间延长，实际样品与对照样品的温度差异逐渐变大，前者的理论升温值和最大升温值均大于后者，光照30分钟后升温相对温差达8.5℃，说明在光照下实际样品产生了更多的热量；光源关闭20分钟后两样品的温度差异表明实际样品有更好的保温保暖效果。因此，综合各考核指标，本发明提供的装置和方法可以有效地表征纺织品的吸光发热性能。

上述的实施例中，测试周期为50分钟(照射的30分钟及不照射的20分钟)，测温频率是每8秒钟一次。应当意识到，测试周期可以更长或者更短，例如，根据具体的情况，20分钟至100分钟都是可行的。此外，测温的频率可以在每1秒钟—30秒钟测量一次。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种纺织品吸光发热性能的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括测试装置、与所述测试装置连接的信号采集装置、与所述信号采集装置连接的数据处理装置；所述测试装置包括：

支撑架，所述支撑架为棱柱形框架结构，包括若干竖向撑杆；

安装到所述竖向撑杆并可沿着所述竖向撑杆滑动的光源装置，所述光源装置包括射灯；

安装到所述支撑架底部用于放置待测样品的测试台，所述测试台包括安装到所述支撑架底部的测试底板、通过主螺栓安装在所述测试底板上的用于放置待测样品的载物台、安装于所述载物台的用于夹持待测样品的样品夹持器以及用于感知待测样品温度的温度探头，所述温度探头连接到所述信号采集装置；

所述测试台包括两个样品夹持器，所述两个样品夹持器关于所述主螺栓呈中心对称分布；所述载物台可绕着所述主螺栓相对于所述测试底板转动。

2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于：

所述光源装置包括平面框架结构，所述射灯位于所述平面框架结构的中心；

所述平面框架结构的外拐角处通过滑块与所述竖向撑杆相连接；

所述测试系统还具有与滑块配合的固定螺栓，所述固定螺栓用于将滑块固定到所述竖向撑杆的特定位置。

3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述支撑架与所述光源装置连接的竖向撑杆上设有与固定螺栓配合的固定孔。

4.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述支撑架与所述光源装置连接的竖向撑杆上设有用于记录所述光源装置滑动距离的标尺，所述标尺通过刻印直接形成于所述竖向撑杆上或通过粘附、卡合的方式固定于所述竖向撑杆上。

5.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述支撑架为四棱柱形；所述平面框架结构为矩形，包括四个边框以及两根沿对角方向的连接件，所述射灯安装到所述两根连接件的交叉处。

6.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，安装于所述载物台的温度探头，所述温度探头通过电缆与所述信号采集装置连接；所述测试底板由上层的白色泡沫隔热层和下层的不锈钢板层组成，所述载物台和所述主螺栓外表面均涂覆有白色绝热材料。

7.一种纺织品吸光发热性能的测试方法，其特征在于，包括步骤：

将测试装置连接到信号采集装置，将信号采集装置连接到数据处理装置，完成通信连接；所述测试装置包括支撑架，所述支撑架为棱柱形框架结构，包括若干竖向撑杆；

沿着竖向撑杆调节光源装置的高度，使光源装置的光源到支撑架底部的测试台的距离为300毫米-1200毫米；

将待测样品由样品夹持器夹持于测试台的载物台上，装入温度探头以测试测试样品的温度；

打开光源，通过光源装置照射所述待测样品，温度探头在测量周期内以预设频率检测样品的温度，并将待测样品的温度传送至信号采集装置；

信号采集装置将测得的信号传送至数据分析端；

数据分析端对采集到的信号进行分析，得到需要的结果；

还包括校准步骤：

将两个样品分别安装到载物台的两个夹持器上；

转动载物台，使所述两个夹持器离所述光源的距离基本相同，直到所述两个样品在所述光源照射下的初始升温速率基本相同。

8.如权利要求7所述的测试方法，其特征在于：

调节光源装置相对支撑架的位置使光源装置到测试台的距离为300毫米-1200毫米；

所述测量周期为20至100分钟，所述预设频率为每1-30秒检测一次。