CN106706472A - 一种织物动态吸湿性能测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种织物动态吸湿性能测试装置，包括两个激光发射端、两个接收端和液体供给点，所述两个激光发射端下方的对应位置设置有两个接收端；所述两个激光发射端和两个接收端之间设有待测织物；所述两个接收端与数据采集卡相连；所述数据采集卡与电脑相连；所述激光发射端发出的激光与待测织物所在的平面相互垂直；所述液体供给点与两个接收端在同一条直线上排布，并通过管道向所述待测织物供给液体。本发明还涉及一种织物动态吸湿性能测试方法。本发明可提供对液体动态传递过程全面的量化评价。

Description

一种织物动态吸湿性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及吸湿材料检测技术领域，特别是涉及一种织物动态吸湿性能测试装置及方法。

背景技术

液体的动态传递过程一直是各国研究人员关注的领域，因为这对于液体吸附材料的提升和改进有着重要作用。Reifler利用中子放射技术对材料内部水的传递性能进行研究；Conrath利用高速摄影机记录了水在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材料的上下表面的扩展。然而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标准接受，成为研究纺织材料吸水性能的标准仪器。然而，该仪器只能检测一定含量的氯化钠水溶液，而不能检测其他液体，如常见的水污染液体和油污。单一的被测液体限制了MMT的应用。中国专利201020281006.8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材料的液体吸收性能。中国专利201510107424.2中提供了运用近红外射线测试非织造材料吸收液体性能的方法和仪器。刘龙辉等运用近红外光的透射作用来检测油在非织造材料上的传递性，取得一定的突破。然而，由于光电传感器受到自然光等影响，必须在黑暗条件下进行检测，而且信号波动较大，测试结果精确程度较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种织物动态吸湿性能测试装置及方法，可提供对液体动态传递过程全面的量化评价。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种织物动态吸湿性能测试装置，包括两个激光发射端、两个接收端和液体供给点，所述两个激光发射端下方的对应位置设置有两个接收端；所述两个激光发射端和两个接收端之间设有待测织物；所述两个接收端与数据采集卡相连；所述数据采集卡与电脑相连；所述激光发射端发出的激光与待测织物所在的平面相互垂直；所述液体供给点与两个接收端在同一条直线上排布，并通过管道向所述待测织物供给液体。

所述待测织物通过辅助立柱平整、水平地支撑在两个激光发射端和两个接收端之间。

所述液体供给点与两个接收端中离其更近的一个接收端的距离为15mm，两个接收端之间的距离为10mm。

所述管道将液体以从上至下或从下至上的方式供给所述待测织物。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种织物动态吸湿性能测试方法，使用上述的织物动态吸湿性能测试装置，具体包括以下步骤：

(1)在测试之前，将所有待测织物在干燥箱中以60摄氏度干燥5分钟，测试环境的温度保持在25℃±1℃，相对湿度湿度保持在60％±5％；

(2)将待测织物平整地放置在由多根辅助立柱组成的支撑面上，并固定，移动管道的出口，使其恰好与待测织物接触；

(3)启动液体供给点，以小于4ml/min的速度供液5秒，随后关闭，让液体在待测织物上自由扩散，收集接收端的电压信号，并根据信号对液体到达时间、液体扩散速度、最大吸收率和饱和吸收倍率进行分析。

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：

第一，采用非接触式光学透射原理，利用激光传感器可以检测多种液体的动态传递过程；第二，采用“向下供液”和“向上供液”两种供液方式，更全面地测量液体从不同角度被吸收的动态过程。第三，采用小波降噪以及数据分析等工具，可以得到液体扩散速度，最大吸收速率和饱和吸收倍率等测试指标，可提供对液体动态传递过程全面的量化评价。

附图说明

图1是本发明中织物动态吸湿性能测试装置的结构示意图；

图2是本发明中检测过程电压变化曲线图；

图3是各个参数对应的实际意义说明示意图；

图4是实施例1中电压曲线图。

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。

本发明的实施方式涉及一种织物动态吸湿性能测试装置，如图1所示，包括两个激光发射端A和B、两个接收端C和D和液体供给点1，所述两个激光发射端A和B下方的对应位置设置有两个接收端C和D；所述两个激光发射端A和B和两个接收端C和D之间设有待测织物2；所述两个接收端C和D与数据采集卡3相连；所述数据采集卡3与电脑4相连；所述激光发射端A和B发出的激光与待测织物2所在的平面相互垂直；所述液体供给点1与两个接收端C和D在同一条直线上排布，并通过管道5向所述待测织物2供给液体。

本发明通过改变激光发射端A(B)和接收端C(D)的位置，可以测试不同织物方向的动态吸湿性能；或者通过额外添加两对激光发射端和接收端，可以同时测试2个织物方向的动态吸湿性能，以此类推，可以测试多个织物方向的动态吸湿性能。

上述测试装置采用2套激光发射器，其光源为四元素发光二极管体。通过光纤探头引导出的激光波长为630nm。该产品的光源聚集性、稳定性和抗干扰能力非常突出，电压信号波动小于1％，并且不受外界光源的影响。

上述测试装置中间为试样放置区，通过30根辅助立柱支撑试样，使试样能够平整、水平放置，且不影响检测过程。发射端A(B)发出的激光直接投射到接收端C(D)。数据采集卡连接电压输出线并且记录数据。将接收端C(D)的输出信号采集至电脑中，采集速度可为5550次/秒。

液体供给点和两个接收端在同一条直线上排布，液体供给点与第一个接收端(即更靠近液体供给点的一个接收端)的距离为15mm，两个接收端之间的距离为10mm。其中，液体供给点可采用蠕动泵，引导液体的管道可以采用蠕动泵输液管。当液体扩散至信号数据采集点时，激光的透过量增大，传感器电压升高，如图2所示。通过分析电压变化，可以达到关于液体扩散的相关信息。

具体测试的方如下：

步骤1、在测试之前，所有待测织物均在干燥箱中以60摄氏度干燥5分钟，测试环境的温度保持在25℃±1℃，相对湿度湿度保持在60％±5％。

步骤2、将待测织物平整地放置在由30根直径为1mm细柱组成的支撑面上，并进行固定，移动蠕动泵输液管的出口，使其恰好与待测织物进行接触。此时，所述管道可将液体以从上至下或从下至上的方式供给所述待测织物。

步骤3、打开蠕动泵，以小于4ml/min的速度供液5秒，随后关闭蠕动泵，让液体自由扩散。收集信号接收端的电压信号，并且对液体到达时间、液体扩散速度、最大吸收率和饱和吸收倍率进行分析。

a)液体到达时间(Liquid Arriving Time)

液体到达时间是液体到达信号采集点从而引起光通过量变化的时间起点。它是后面很多参数的测量基础。液体到达接收端时，试样的孔隙得到湿润，液体对光的折射大于空气对光的折射，光纤透过量增加，接收端的电压上升。通过测量的上升，可以得到液体的具体到达时间。定义电压信号在100个信号点内的上升大于信号最大变化的1％处为液体到达时间。图3中t1和t2分别表示液体到达两个接收端的时间，分别记为LAT₁和LAT₂。

b)液体扩散速度(Spreading Speed)

液体扩散速度定义为：

l为信号点之间距离，LAT₁和LAT₂分别为液体先后达到的时间点。

液体扩散速度是描述液体动态传导的重要指标，它体现了试样对液体在一定时间内的吸收能力。此外，液体扩散速度也是作为和其他测试方法横向对比的重要参数，可以帮助验证本测试方法和LAT算法的可靠性。

如图3所示，两个采集点之间的距离除以t1和t2的时间差就得到这一段的液体扩散速度。

c)最大吸收速率(Maximum Absorption Rate)

最大吸收速率MAR定义为：

MAR＝max(diff(y₁))

对采集到的电压数据信号进行小波降噪以去除其中的异常波动，得到降噪后的电压信号曲线方程，并对该曲线方程求导后，得到导数的最大值即为最大吸收速率。

最大吸收速率表征的是待测织物在吸收液体过程中的最快瞬时吸收速度，是描述液体动态传递过程的重要参数，它对于检测快速吸收液体材料的性能有着重要意义。

如图3所示，MAR1与MAR2分别代表液体在两个采集点吸收最快的速度。

d)饱和吸收倍率(Saturated Absorption Ratio)

饱和吸收倍率SAR定义为：试样吸收液体前后，透光量变化引起的光电传感器电压变化百分比，即图3中所示的最大电压差除以初始电压值。

待测织物本身的克重、厚度以及密度等指标对吸收水分的重量有着很大关系。V代表电压，下标max和min分别代表最大值和最小值。

由于采用了以上方法，可以通过所提出的四个参数(液体到达时间LAT，液体扩散速度SS，最大吸收速率MAR和饱和吸收倍率SAR)为基础，系统地评价材料对液体的吸收性能。

同时，除了图1中所示的从上向下供液，还可以把输液管放在试样下方，管口朝上顶住试样，进行从下向上供液，从而可以得到与从上向下供液对应的四个参数，为表示区分，将这四个参数记做Upward，对应的四个参数分别简写成ULAT，USS，UMAR和USAR。

由于从上向下的供液方式受到重力和试样表面的支撑作用，可能会加速液体在试样表面的扩散。然而，从下向上的供液方式排除了重力对于液体扩散的促进作用，更真实地反应了试样对液体的吸收能力。此外，从下向上的供液方式类似于水上污染液体吸收的过程。在治理海上石油泄漏以及其他种类的水域污染时，一般会将吸附污染物的材料(非织造或者吸附海绵)等从船上抛入水面，吸附材料浮在水面上，自下而上地吸收污染液体。本测试方法可以为此类应用提供帮助，具有实际意义。

下面通过四组试验进一步说明本发明。

选取3个试样，规格如表一所示：

表1

实施例1：

采用该方法测试蒸馏水在针织物上的扩展性能。试样1针织物试样克重为140g/m²，厚度为0.117mm，经纬密为158×100。将试样制作成2.5cm*3.5cm大小的将试样在烘箱中用60℃处理5min后取出，然后放置在装置中，辅助立柱上下对齐，固定试样，保证试样在吸收液体过程中不出现变形和移动。将蠕动泵的输液胶管从支架上方插入预留的孔内固定，输液胶管的尾部与试样恰好紧贴。开始接收数据后，开启蠕动泵，蒸馏水沿着硅胶管从上往下流动，以3.84ml/min的速度持续滴定蒸馏水5秒，同时持续收集60秒数据，得到的电压曲线图如图4所示，表2是得到的测试结果。

试样	SS(mm/s)	MAR(mV/s)	SAR(％)
				1	5.267	2.941	2.197

表2

实施例2：

本实施例检测蒸馏水在机织物上扩展的过程，试样2为大网眼蜂巢组织机织物。按照实施例1的方法放置好试样2并且进行测试，表3是得到的测试结果。

试样	SS(mm/s)	MAR(mV/s)	SAR(％)
				2	4.623	2.733	3.402

表3

可以看出，蒸馏水在试样1上的传递速度大于在试样2上的传递速度，但是试样2能吸收的蒸馏水比试样1多。

实施例3：

本实施例检测油在非织造布上的传递。试验用油采用金龙鱼大豆调和油，密度为

0.8440g/ml，测试方法与实施例1相同，表4是得到的测试结果。

试样	SS(mm/s)	MAR(mV/s)	SAR(％)
				3	7.868	3.80	2.557

表4

实施例4：

本实施例测试从下往上供液时，蒸馏水被针织物吸收的情况。与实施例1不同的是，实施例4将蠕动泵的硅胶管从下往上插入装置支架预留的固定口，与织物下表面紧密接触。供液时，蒸馏水从下往上缓慢流动，接触到上方的织物并且被吸收。表5是得到的测试结果。

试样	USS(mm/s)	UMAR(mV/s)	USAR(％)
				1	2.73	1.123	1.745

表5

可以看出，采用从下向上的供液方式后，试样的综合吸收能力有较为明显的下降。

Claims (5)

1.一种织物动态吸湿性能测试装置，包括两个激光发射端、两个接收端和液体供给点，其特征在于，所述两个激光发射端下方的对应位置设置有两个接收端；所述两个激光发射端和两个接收端之间设有待测织物；所述两个接收端与数据采集卡相连；所述数据采集卡与电脑相连；所述激光发射端发出的激光与待测织物所在的平面相互垂直；所述液体供给点与两个接收端在同一条直线上排布，并通过管道向所述待测织物供给液体。

2.根据权利要求1所述的织物动态吸湿性能测试装置，其特征在于，所述待测织物通过辅助立柱平整、水平地支撑在两个激光发射端和两个接收端之间。

3.根据权利要求1所述的织物动态吸湿性能测试装置，其特征在于，所述液体供给点与两个接收端中离其更近的一个接收端的距离为15mm，两个接收端之间的距离为10mm。

4.根据权利要求1所述的织物动态吸湿性能测试装置，其特征在于，所述管道将液体以从上至下或从下至上的方式供给所述待测织物。

5.一种织物动态吸湿性能测试方法，其特征在于，使用如权利要求1-4中任一所述的织物动态吸湿性能测试装置，具体包括以下步骤：

(1)在测试之前，将所有待测织物在干燥箱中以60摄氏度干燥5分钟，测试环境的温度保持在25℃±1℃，相对湿度湿度保持在60％±5％；

(2)将待测织物平整地放置在由多根辅助立柱组成的支撑面上，并固定，移动管道的出口，使其恰好与待测织物接触；

(3)启动液体供给点，以小于4ml/min的速度供液5秒，随后关闭，让液体在待测织物上自由扩散，收集接收端的电压信号，并根据信号对液体到达时间、液体扩散速度、最大吸收率和饱和吸收倍率进行分析。