CN104931393B - 一种评价纺织材料液体吸收性能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可以快速，无接触地评价纺织材料液体吸收性能的装置及方法。本发明可以通过所提出的四个指标，系统地评价纺织材料对液体的吸收性能。同时该方法对液体并无要求，几乎所有类型的液体都适用。与MMT有限的备选液体不同，采用该方法评价纺织材料时，可以突破液体的选择限制，使用几乎所有的液体。只有易挥发和对纺织材料损伤的液体除外。此外，该方法可以快速测量出纺织材料在吸收液体时的初始吸收速率和最大吸收量，为快速吸液纺织材料找到了评价标准。该方法还可以用于评价液体在纺织材料表面的铺展性能。

Description

一种评价纺织材料液体吸收性能的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种纺织材料评价方法，具体涉及采用射线测量液体在纺织材料中铺展和渗透作用，尤其涉及一种纺织材料的液体吸收性能评价方法。

背景技术

纺织材料的液体吸收性能特别是水的吸收性能的研究在全球范围内一直受到大量关注。Reifler采用了中子放射技术研究纺织材料内部水的传递性能；Conrath利用高速摄影机记录了水在纺织材料表面由外向内和由内向外的扩展过程；设计了一套智能系统用以观测水在纺织材料的上下表面的扩展。

上述这些方法有的非常耗时费力，如采用高速摄影机拍摄，有的则会损害操作人员健康，如采用中子放射技术。目前应用最为广泛的动态水分管理仪(MMT)是由香港理工大学李毅教授研究小组在2005年研发并被AATCC标准接收，成为研究纺织材料吸水性能的标准仪器。然而，该仪器并不能用于测试那些不能引起纺织材料电阻变化的液体，如大部分的食用或工业用油以及某些有机溶液等。狭窄的备选液体导致MMT的应用被限制。

专利号为201020281006.8的中国专利中提到一种采用红外线测量液体动态浸润性能的装置，并称该装置可以采用几乎所有的液体进行测量。然而，该装置仅能定性地描述纺织材料具有“较快浸润”或“较慢浸润”性能，无法定量并客观地评价纺织材料的液体吸收性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够用于测试纺织材料对除易挥发和对纺织材料有损伤的液体外的其他所有液体的吸收性能的装置及方法。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种评价纺织材料液体吸收性能的装置，其特征在于，包括4×N个射线发生器，N≥2，每个射线发生器发出的射线均能发出可穿透被测试纺织材料及被测试纺织材料上液体的射线，所有射线发生器均固定在基板上，在基板上开有液体滴孔，被测试纺织材料位于基板的下方，液体出液体导出机构后仅经液体滴孔滴在被测试纺织材料上，4×N个射线发生器以N个射线发生器为一组，共有4组射线发生器组，所有射线发生器组中相邻两个射线发生器间的间距相等，4组射线发生器组均布在液体滴孔四周；

在被测试纺织材料的下方设有4×N个射线接收器，以N个射线接收器为一组，共有4组射线接收器组，所有射线接收器的位置与所述射线发生器的位置一一对应，射线接收器与信号采集器相连，信号采集器连接信号处理设备。

本发明还提供了一种基于上述装置的评价纺织材料液体吸收性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、通过液体导出机构在被测试纺织材料上滴入不同体积的液体，每次滴入后，由射线接收器接收射线发生器发出的射线，从而由信号采集器采集电压U，再多次滴入不同体积的液体后，取得被测试纺织材料电压U与液体体积M的函数关系g(·)，即U＝g(M)；

步骤2、采用质量恒定的与步骤1中相同的液体利用液体导出机构通过基板上的液体滴孔将液体滴在与步骤1中相同的被测试纺织材料上，在液体在被测试纺织材料表面铺展的过程中，射线接收器始终接收射线发生器发出的射线，并由信号处理设备每隔一定时间记录一次由信号采集器采集到的电压值；

步骤3、信号采集器采集到的电压U可以表示为时间t的函数，即U＝f(t)，则液体吸收速率随时间变化的函数曲线表达为：

至少计算初始吸收速率LAR、最大液体吸收体积AV、铺展时间ST及单向传递系数OWSC，其中：

函数曲线对应的吸收速率即为初始吸收速率LAR；

函数曲线与x轴和y轴围成的面积即为最大液体吸收体积AV；

式中，t_ij为第j射线接收器组中第i个射线接收器(7)电压由0发生变化的时刻；

设4组射线接收器组中，第1射线接收器组及第4射线接收器组分别位于上下两方，第2射线接收器组及第3射线接收器组分别位于左右两方，则

本发明可以通过所提出的四个指标，系统地评价纺织材料对液体的吸收性能。同时该方法对液体并无要求，几乎所有类型的液体都适用。

本发明提供了一种可以快速，无接触地评价纺织材料液体吸收性能的装置及方法。与MMT有限的备选液体不同，采用该方法评价纺织材料时，可以突破液体的选择限制，使用几乎所有的液体。只有易挥发和对纺织材料损伤的液体除外。此外，该方法可以快速测量出纺织材料在吸收液体时的初始吸收速率和最大吸收量，为快速吸液纺织材料找到了评价标准。该方法还可以用于评价液体在纺织材料表面的铺展性能。

附图说明

图1为本发明提供的一种评价纺织材料液体吸收性能的装置的结构示意图；

图2为所述方法中射线源和接收器的排列方式；

图3实施例一中的前置实验，接收器的电压变化与滴在纺粘布表面油体积的函数关系，曲线横坐标为油体积(ml)，纵坐标为电压(V)；

图4实施例一的纺粘布对油的吸收速率变化曲线，曲线横坐标为时间(×0.02s)，纵坐标为吸收速率(ml/0.02s)；

图5实施例一的液体动态吸收测试实验，其中两个接收器E和F的电压变化曲线，曲线I是接收器F的电压变化，曲线II是接收器E的电压变化，横坐标为时间(×0.02s)，纵坐标为电压(V)；

图6实施例三中测量的5种非织布样品的食用油吸收速率曲线，曲线I是样本1，曲线II是样本2，曲线III是样本3，曲线IV是样本4，曲线V是样本5，横坐标是时间(×0.02s)，纵坐标为液体吸收速率(ml/0.02s)；

图7实施例四中测量的4种纺织材料的吸水速率曲线，曲线I是样本1，曲线II是样本2，曲线III是样本3，曲线IV是样本4，横坐标是时间(×0.02s)，纵坐标为液体吸收速率(ml/0.02s)。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例作详细说明如下。

以下实施例均基于如图1所示的一种评价纺织材料液体吸收性能的装置，包括8个射线发生器5，射线发生器5采用红外发射器，可以发射980nm波长的红外线，所有射线发生器5均固定在基板4上，在基板4上开有液体滴孔，被测试纺织材料6位于基板4的下方，液体出液体导出机构3后仅经液体滴孔滴在被测试纺织材料6上。结合图2，8个射线发生器5A～H以2个射线发生器5为一组，共有4组射线发生器组，所有射线发生器组中相邻两个射线发生器5间的间距相等，4组射线发生器组均布在液体滴孔四周。

在被测试纺织材料6的下方设有8个射线接收器7，以2个射线接收器7为一组，共有4组射线接收器组，所有射线接收器7的位置与所述射线发生器5的位置一一对应。射线接收器7选用HPI-210红外接收器。射线接收器7与信号采集器2相连，信号采集器2选用MPS00610信号采集器，信号采集器2连接信号处理设备1。

采用上述装置的评价纺织材料液体吸收性能的方法，其步骤为：

步骤1、通过液体导出机构3在被测试纺织材料6上滴入不同体积的液体，每次滴入后，由射线接收器7接收射线发生器5发出的射线，从而由信号采集器2采集电压U，再多次滴入不同体积的液体后，取得被测试纺织材料6电压U与液体体积M的函数关系g(·)，即U＝g(M)；

步骤2、采用质量恒定的与步骤1中相同的液体利用液体导出机构3通过基板4上的液体滴孔将液体滴在与步骤1中相同的被测试纺织材料6上，在液体在被测试纺织材料6表面铺展的过程中，射线接收器7始终接收射线发生器5发出的射线，并由信号处理设备1每隔一定时间记录一次由信号采集器2采集到的电压值；

步骤3、信号采集器2采集到的电压U可以表示为时间t的函数，即U＝f(t)，则液体吸收速率随时间变化的函数曲线表达为：

至少计算初始吸收速率LAR、最大液体吸收体积AV、铺展时间ST及单向传递系数OWSC，其中：

函数曲线上与t＝0对应的吸收速率即为初始吸收速率LAR；

函数曲线与x轴和y轴围成的面积即为最大液体吸收体积AV；

液体自中心位置向四周扩散。随着液体的扩散，各接收器电压会发生相应变化。t_E和t_F是接收器F和E的电压发生变化时的时间，则t_E-t_F表示液体从区域F传递到区域E的时间。t_A-t_B、t_D-t_C、t_G-t_H与之相类似，则有：

单向传递系数OWSC可以定义为

单向传递系数OWSC可以用于描述液体的单向传递能力，即液体在纺织材料表面某方向上的传递性能。若该值≈1，则意味着液体在纺织材料表面的两个方向上的传递性能类似。纺织材料并不具备良好的单向传递能力。反之，则意味着液体在某个方向上的传递性能极为突出，纺织材料具有良好的单向传递性能。良好的单向传递性能可以用于制备液体智能传递纺织材料。

实施例1

采用该方法评价PP纺粘非织布的吸油性能。非织布净重40g/m2。液体选用市售金龙鱼大豆食用油。将同批次纺粘布剪成10*10(mm)大小多块备用。实验时，将待测样品放置于托盘上。首先进行前置实验，即分别将0.2ml，0.4ml，0.6ml，0.8ml，1ml，1.2ml，1.4ml油滴在纺粘布表面，并记录实验前后电压值。然后进行液体动态吸收测试实验。将固定体积的油在规定时间内滴在纺粘布表面，记录下接收器实验前后的电压随时间的变化值。图3为前置实验的曲线。图4为液体动态吸收测试实验中，接收器E和F的电压变化曲线。图5是获得的食用油吸收速率曲线。表1为实验测量的该PP纺粘布的吸油性能。可以看出其单向传递系数接近1，这意味着该纺织材料并不具备良好的单向传递性能，液体在其表面的铺展面应接近一个规则的圆形。这四个指标皆可以用于比较不同纺织材料对同种液体吸收性能。

表1

IAR(ml/0.02s)	AV(ml)	ST(s)	OWSC
				0.0025	0.3249	93.43	1.03

实施例2

仍采用该批次PP纺粘非织布。液体选用市售0号柴油。实施过程与实施例1相同。获得有关纺织材料吸油性能的四个指标为：

表2

IAR(ml/0.02s)	AV(ml)	ST(s)	OWSC
				0.0039	0.346	84.36	2.41

可见，0号柴油在纺粘非织布表面的铺展反映了突出的单向传递性能。对比实施例1与2可以看出，纺粘布对柴油的初始吸收速率和最大吸收体积皆大于食用油。柴油所用的表面铺展时间小于食用油，说明柴油在纺粘布表面具有更快的传递速度。

实施例3

采用市售金龙鱼大豆油评价五种非织布对该油的吸收性能。五种非织布规格列于表3。测试过程与上相同。测试结果列于表4。五种样品的液体吸收速率变化曲线示于图7。由表4的测试结果我们可以对这五种非织布的吸油性能进行评价。样本3的最大吸油体积是5种纺织材料中最大的，其他依次为样本1，样本4，样本2，样本5。样本5具有较大的单向传递系数，这表明食用油在该样品的表面一个方向上的传递要比沿另一个方向的传递明显地多。此外，由图6可知，样本3具有更快的初始吸油速率，这意味着样本3可以在短时间内快速吸收食用油。但是样本1和样本3的吸油速率是五种纺织材料中衰减最快的，这表面这两种纺织材料并不能用于长时间处理油。相反，其他三种纺织材料虽不能够短时间吸收食用油，且最大吸油量并不多，但是可以较长时间使用。

表3

	样本1	样本2	样本3	样本4	样本5
						原料	粘胶/PET	PET	PET	PP	PP
规格(mm)	10×10	10×10	10×10	10×10	10×10

净重(g/m2)

80

110

90

30

40

表4

	样本1	样本2	样本3	样本4	样本5
						AV(ml)	0.4361	0.2511	0.4773	0.358	0.0943
IAR(ml/0.02s)	0.0068	0.0033	0.0081	0.0043	0.0013
						ST(s)	48.95	44.45	36.02	93.43	24.9
OWSC	1.02	0.42	1.03	0.85	4.3

实施例4

为了评价纺织材料对水的吸收性能。本实施例选用了四种机织材料，其规格如表5所示。测试过程同上，测试结果列于表6。图7则展示了四种纺织材料的吸水速率变化曲线。根据表6的测试结果，样本1可以吸收最多的水，并且其初始吸水速率最大，水在其表面铺展速度最快。相较于其他三种纺织材料，样本1可用于制造快速吸水纺织材料。水在样本3表面铺展速度最慢，但是样本3相较于样本2和样本4仍具有较大的吸水总量和初始吸水速率。该四种纺织材料都具备一定的单向传导能力。由图7可知，样本1和样本3的吸水速率衰减较快，一定时间后甚至速率不及样本2和样本4，这表明前两者并不适用于长时间吸水。

表5

	样本1	样本2	样本3	样本4
					原料	棉	棉	麻	麻
经密(根/10cm)	460	460	52	52
					纬密(根/10cm)	280	280	53	53
克重(g/m2)	210	114	275	131

表6

	样本1	样本2	样本3	样本4
					AV(ml)	0.6251	0.3933	0.5527	0.3503
IAR(ml/0.02s)	0.0336	0.0087	0.0262	0.0091
					ST(s)	0.5	1.06	2.26	2
OWSC	0.667	1.833	1.368	0.375

Claims (1)

1.一种评价纺织材料液体吸收性能的方法，采用评价纺织材料液体吸收性能的装置，该装置包括4×N个射线发生器(5)，N≥2，每个射线发生器(5)发出的射线均能发出可穿透被测试纺织材料(6)及被测试纺织材料(6)上液体的射线，所有射线发生器(5)均固定在基板(4)上，在基板(4)上开有液体滴孔，被测试纺织材料(6)位于基板(4)的下方，液体出液体导出机构(3)后仅经液体滴孔滴在被测试纺织材料(6)上，4×N个射线发生器(5)以N个射线发生器(5)为一组，共有4组射线发生器组，所有射线发生器组中相邻两个射线发生器(5)间的间距相等，4组射线发生器组均布在液体滴孔四周；在被测试纺织材料(6)的下方设有4×N个射线接收器(7)，以N个射线接收器(7)为一组，共有4组射线接收器组，所有射线接收器(7)的位置与所述射线发生器(5)的位置一一对应，射线接收器(7)与信号采集器(2)相连，信号采集器(2)连接信号处理设备(1)，

其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1、通过液体导出机构(3)在被测试纺织材料(6)上滴入不同体积的液体，每次滴入后，由射线接收器(7)接收射线发生器(5)发出的射线，从而由信号采集器(2)采集电压U，再多次滴入不同体积的液体后，取得被测试纺织材料(6)电压U与液体体积M的函数关系g(·)，即U＝g(M)；

步骤2、采用质量恒定的与步骤1中相同的液体利用液体导出机构(3)通过基板(4)上的液体滴孔将液体滴在与步骤1中相同的被测试纺织材料(6)上，在液体在被测试纺织材料(6)表面铺展的过程中，射线接收器(7)始终接收射线发生器(5)发出的射线，并由信号处理设备(1)每隔一定时间记录一次由信号采集器(2)采集到的电压值；

步骤3、信号采集器(2)采集到的电压U可以表示为时间t的函数，即U＝f(t)，则液体吸收速率随时间变化的函数曲线表达为：

至少计算初始吸收速率IAR、最大液体吸收体积AV、铺展时间ST及单向传递系数OWSC，其中：

函数曲线上与t＝0对应的吸收速率即为初始吸收速率IAR；

函数曲线与x轴和y轴围成的面积即为最大液体吸收体积AV；

式中，t_ij为第j射线接收器组中第i个射线接收器(7)电压由0发生变化的时刻；

设4组射线接收器组中，第1射线接收器组及第4射线接收器组分别位于上下两方，第2射线接收器组及第3射线接收器组分别位于左右两方，则