CN112945831B - 织物材料单向导汗性能的判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种织物材料单向导汗性能的判定方法，在透光板上平放一块液量传感器并在液量传感器之上方放置样品，向样品表面输送包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液，同时触发信号发送器向照射装置和作为图像采集装置的工业相机发送脉冲信号，使照射装置和工业相机以同一频率发出紫外强脉冲光从透光板下方对透光板实施照射并从透光板下侧采集图像；按时间间隔采集到光斑形成一个图像序列，经处理后得到一个光斑面积的数组，该数组对时间的一阶导数即光斑大小的变化速度，所述光斑大小的变化速度用于判定样品所具备的排出汗液的能力。本发明以液态水透过能力衡量织物单向导汗性能，更科学地合理地反映织物相关性能与人体舒适性的关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料的导汗性能测定方法，特别涉及一种织物材料单向导汗性能测定方法。
背景技术
在大运动量条件下保证皮肤表面干燥是贴身服装织物材料的重要性能指标。在这种大运动量前提下同时又在极高相对湿度条件下，皮肤表面的汗液很难通过贴身服装输出到外表面蒸发，因此一旦服装被汗液浸透，服装所用织物所有空隙被汗液填满后就封堵住了通过织物空隙以蒸发形式或其他所有形式的交换，在生理上进一步造成极度不舒适的感觉。
如何测定在这类场景下所使用服装材料的有关向外扩散水汽的性能指标，目前并没有一种令人满意的方法。国标上通用的《动态水分传递法》通过平面分布的N个电极测得水分在织物上的扩散面积并由此判断织物两个方向的水分传递能力。但很显然的，该法测定的是水分在织物平面上的扩散能力并不能反映织物在遇到汗液后的排除能力。人体舒适所需要的就是这种一有汗液立刻就能被排除从而使皮肤始终保持相对干燥的能力。该法至少在以下几种情况下是无法判断该性能的：
第一种情况：水分或者液体能快速穿透织物到另一面并且顺电极滴下，此时水分大部分到达电极根部而不是沿平面扩散，外围电极无法测知电阻的变化，也就是说这部分水分没有被包括在被采集的物理量内，测试结果反映扩散能力不好；
第二种情况：水分或者汗液全部被扩散到织物，所有水分都被织物所吸收，在这种情况下，汗液被织物充分吸收但并未排除出织物，汗液逐步填满织物空隙，最终完全封堵体表与外界的交换通道，织物无法吸收的那部分汗液就会沿体表流淌，引起生理不适。但此时电极是能够测出汗液浸润范围内电阻变化的，于是根据该标准反映出织物有良好的导湿性能。
第三种情况：织物内部含有导电纤维，此时无论有无汗液都测出电阻的变化，而且是全范围的。
因此，这种以电阻值变化并间接以吸水扩散能力来判断织物性能与大运动量和高相对湿度条件下人体舒适度之间的关系并不正确。确保人体在此环境和条件下的舒适度，不是平面扩散能力越大越好，平面扩散能力越大保水能力就越好，水分或者汗液并没有排出织物，而是潴留在织物，反而封闭了所有织物与外界的交换通道，这不利于确保服装穿着者感觉皮肤舒适。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种织物材料单向导汗性能的判定方
法，通过该方法测得数据真实反映与确保高湿环境下大运动量人体舒适性有关的织物性能。
本发明的技术方案如下：
织物材料单向导汗性能的判定方法，其特征在于：
首先，进行如下测定：
（1）对样品做洗涤处理以去除含有的可能影响测试结果的污染物并熨平，然后剪成样品块；
（2）在作为样品台的透光板上方平放一块液量传感器，然后在液量传感器之上方放置样品；
（3）触发精确定量和定速输送模拟汗液的精密输液泵，向样品表面输送包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液；
（4）在启动触发精密输液泵的同时触发信号发送器向照射装置和作为图像采集装置的工业相机发送脉冲信号，使照射装置和工业相机以同一频率发出紫外强脉冲光从透光板下方对透光板实施照射并从透光板下侧采集图像；
当包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品到达液量传感器时，透过透光板的紫外光照射到液量传感器中的紫外荧光指示剂，紫外荧光指示剂受紫外光激发发出可见光，工业相机采集到光斑，
图像采集系统按采集图像的时间间隔采集工业相机采集到的光斑并形成一个图像序列；
获得的图像序列经处理后得到一个光斑面积的数组，该数组是随时间变化的，该数组对时间的一阶导数即光斑大小的变化速度，所述光斑大小的变化速度用于判定样品所具备的排出汗液的能力。
进一步地，通过计时装置获取有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间，所获之含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间用于判定样品排出汗液的灵敏程度。
进一步地，通过对样品以及液量传感器测试前后称重得知两者被包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液浸润的增重，液量传感器增重与液量传感器增重以及样品增重之和的比值得知包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液对样品的穿透率，模拟汗液对样品的穿透率用于判定样品的自主速干性能。
进一步地，通过计时装置获取含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间；通过对样品以及液量传感器测试前后称重得知两者被包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液浸润的增重，液量传感器增重与液量传感器增重以及样品增重之和的比值可得知包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液对样品的穿透率；通过对同一试样分别正反向测试光斑大小的变化速度、模拟汗液透过样品所需的时间以及包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液对样品的穿透率获知样品的该三项指标正反面差值，用于综合判定织物材料单向导汗性能。
所述的液量传感器优选为一种均匀吸储模拟汗液的薄片。
所述的液量传感器进一步优选为一种薄片状吸水性纤维制成的无纺布或者织物，或者是均匀喷涂一层玻璃细珠的石英板，或者是以一定粗糙度磨出的石英板。
本发明的积极效果在于：
本发明依据测得的汗液透过能力衡量织物单向导汗性能，判定织物相关性能与人体舒适性的关系；具体地，本发明首先测得样品所具备的排出汗液的能力、样品排出汗液的灵敏程度、样品的自主速干性能。通过对同一试样正反向测试获得样品上述各项指标正反面差值，各项项指标正反面差值越大，样品的单向导汗性能越好。因此本发明的方法更科学、更合理。
另外，本发明采用图像处理法处理实验结果，精度是像素级别的，图像大小以微米级进行统计，测量及判定结果更加准确、客观。
附图说明
图1是本发明实施例的测定原理图。
图2是本发明实施例三种织物测试过程完成后显示的曲线。
图3是本发明实施例某一单向导汗织物人工汗液透过量的曲线。
图4是本发明实施例某一单向导汗织物人工汗液透过速度的曲线。
图5是本发明实施例某一单向导汗织物人工汗液透过速度变化率的曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式进一步说明本发明。
实现本发明实施例的测定基于以下系统：
一个包括一个精确定量和定速输送模拟汗液的子系统，一个液量传感器，一个样品台，一个照射装置，一个反射镜，一个图像采集子系统，一个信号发送器和一个图像和数据处理子系统，其中液量传感器、样品台、照射装置、图像采集子系统均被隔绝外界光照的装置，所述之精确定量和定速输送模拟汗液的子系统包括一个精密输液泵，一个输送管，一个输液头，精密输液泵可将其内部储存的液体精确地定量、定速通过输送管向输液头输送含有紫外荧光指示剂的模拟汗液，该含有荧光指示剂的模拟汗液通过输液头送至待测样品表面，所述之液量传感器是一个均匀的可以吸储模拟汗液的薄片，优选为吸水性纤维制成的无纺布或者织物，所述之样品台包含一块透光板，至少一个压板或压块，所述之照射装置由一组平面紫外光源，光源驱动器构成，所述之信号发送器是一组同步信号发生器，可以同步向照射装置和图像采集子系统发送脉冲信号，以让照射装置和图像采集子系统以同一频率发出紫外强脉冲光和触发图像采集，所述之图像和数据处理子系统是包含一个图像处理软件以及一个精密称重台。
本发明测定方法实施例如下：
一、对样品做洗涤处理以去除含有的可能影响测试结果的污染物并熨平，然后剪成样品块；
二、在如图1所示的作为样品台的透光板6上方中央平放一块液量传感器5，然后在液量传感器5之上方放置样品4，将压板或压块压在样品4上，使样品4和液量传感器5保持平整并相互贴合；
所述的液量传感器5可以是一层亲水材料，比如玻璃纤维滤膜，也可以是均匀喷涂一层玻璃细珠的石英板，或者是以一定粗糙度磨出的石英板。
三、触发精确定量和定速输送模拟汗液的精密输液泵1，通过输送管2末端的输液头3向样品4表面输送包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液；
所述包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液配方举例：按照GB/T 14576-2009规定的汗液组分制成汗液，并加入制成的汗液质量万分之五的紫外荧光指示剂。
四、在透光板6下方设置一个反射镜8，该反射镜8位于样品4正下方用于将样品4向下发出的光信号水平反射到作为图像采集装置的工业相机9。
在启动触发精密输液泵1的同时触发信号发送器向照射装置7和作为图像采集装置的工业相机9发送脉冲信号，使照射装置7和工业相机9以同一频率发出紫外强脉冲光从透光板6下方对透光板6实施照射并从透光板6下侧采集图像；
当包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品4到达液量传感器5时，透过透光板6的紫外光照射到液量传感器5中的紫外荧光指示剂，紫外荧光指示剂受紫外光激发发出可见光，工业相机9采集到光斑；工业相机9按时间间隔采集到光斑；
图像采集系统按采集图像的时间间隔采集工业相机9采集到的光斑并形成一个图像序列；
五、获得的图像序列由图像处理系统处理后得到一个光斑面积的数组，该数组是随时间变化的，该数组对时间的一阶导数即光斑大小的变化速度，光斑大小的变化速度表征了样品所具备的排出汗液的能力；
光斑初始出现的时间则表征了含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间，所获之含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间表征了样品排出汗液的灵敏程度；
通过对样品以及液量传感器5测试前后称重得知两者被包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液浸润的增重，液量传感器5增重与液量传感器5增重以及样品增重之和的比值可得知包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液对样品的穿透率，模拟汗液对样品的穿透率则表征了样品的自主速干性能。通过对同一试样正反向测试可获知样品的单向导汗性能。
样品增重与液量传感器5增重以及样品增重之和的比值则得知包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液在样品上的保有率。
“与确保高湿环境下大运动量人体舒适性有关的织物性能”通过以下性能来综合表征：
（a）样品所具备的排出汗液的能力：所述光斑大小的变化速度越快，样品所具备的排出汗液的能力越强，与确保高湿环境下大运动量人体舒适性有关的织物性能越好；
（b）样品排出汗液的灵敏程度：光斑初始出现的时间越早，样品排出汗液的灵敏程度越高，与确保高湿环境下大运动量人体舒适性有关的织物性能越好；
（c）样品的自主速干性能：包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液在样品上的保有率越低，与确保高湿环境下大运动量人体舒适性有关的织物性能越好。
样品的单向导汗性能综合判定：通过对同一试样正反向测试可获知样品的（a）、（b）以及（c）项指标正反面差值，各项项指标正反面差值越大，样品的单向导汗性能越好，与确保高湿环境下大运动量人体舒适性有关的织物性能越好。
图2所示为三种织物测试过程完成后显示的曲线，横坐标是时间轴，纵坐标是所显示的光斑面积，该光斑面积与液量传感器5接收到的水量有线性关系。
图3所示曲线反映了某一单向导汗织物人工汗液滴在样品上以后的垂直渗透过程：（A）穿透；（B）导出；（C）平衡。
穿透过程中含有荧光指示剂的液体到达液量传感器5之前，由于被其遮挡，光源发出的紫外光无法照射到荧光指示剂，即使透过液量传感器5一部分照射到也是经过衰减，发出的可见光也再次被衰减，此时图像光度非常微弱，在图像处理软件中很好将其处理掉，一旦穿透完成，含有荧光指示剂的液体到达液量传感器5后即完全暴露于光源发出的紫外光，所激发的可见光也完全不被衰减地被采集到。由于测试开始的指令来源是相同的，因此触发采集和紫外光频闪指令是与输液系统同步的，在理论上完全没有迟滞，图2时间轴的零点就是测试开始指令发出的那一时刻，但实际上还有一个继电器的信号传递迟滞，该迟滞根据所选继电器会有1-20毫秒，在实施例中差异约一到二张图像。但该迟滞是固定的，是一个常数项而且量级也远小于整个过程，所以不会对测试结果有显著性影响。对这个过程获得的光斑大小做一个限定作为阈值来区分水滴到达样品表面后对样品的垂直穿透和导出阶段的界限，本发明将之称作穿透时间T。该值反映了试样表面对汗水的吸收敏感度，该值越小就说明试样对汗水的滞留能力，穿透时间越短就说明汗液接触到织物后渗透到织物组织这一过程越短，汗液来不及流淌就被织物吸收并滞留，皮肤表面汗水也更容易地被试样固定在出汗点与织物之间、越不容易受重力影响流淌。当穿透完成后，试样中织物纤维在该位置被浸润，单向导水特性更好的织物结构就会在差动毛细效应作用下推动液态水向外表面以更高的速度流动进入导出过程，在图2中以很大斜率上升的这个部分就表征了这个过程的特性：斜率越大水的导出过程就越短，也代表了汗水在皮肤和织物之间滞留时间越短，也是代表了获得生理舒适性的指征：在无法抑制排汗又无法使排出的汗液蒸发的环境和前提下使皮肤表面尽可能少潴留汗液。
图3中的大斜率直线段有两个数值与此有关：1.直线段的斜率K；2.直线段接近终了时与最大值的差S。前者表征了导出在某个阶段的是否迅捷，与试样差动毛细效应的推动力有关，后者表征了导出是否彻底，是否干脆利落，结合最终织物的保水量可获知。导出过程终了后进入平衡阶段，试样内部出现空隙差动毛细效应逐步减弱直至最后无法将试样中的液体推出而滞留在内部，而液量传感器5上保留的液体则继续扩散直至最终平衡。这一过程已不存在因织物的差动毛细效应产生的推动力影响，或者影响在逐步减弱。
图4是某一单向导汗织物人工汗液透过速度的曲线，该值说明穿透的敏捷程度，和差动毛细效应的推动能力，这一指标在大排汗量前提下有极为重要的意义：能否及时排出汗液。
图5是某一单向导汗织物人工汗液透过速度变化率的曲线，达到最大值的时间相当于速度变化最大的时间，表明汗液自接触到织物起始到达另一表面的过程结束，作为开始穿透时间T，反映了织物吸收、滞留汗液的能力。
Claims (4)
1.织物材料单向导汗性能的判定方法，其特征在于：
首先，进行如下测定：
（1）对样品做洗涤处理以去除含有的可能影响测试结果的污染物并熨平，然后剪成样品块；
（2）在作为样品台的透光板上方平放一块液量传感器，然后在液量传感器之上方放置样品；所述的液量传感器是一种均匀吸储模拟汗液的薄片；
（3）触发精确定量和定速输送模拟汗液的精密输液泵，向样品表面输送包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液；
（4）在启动触发精密输液泵的同时触发信号发送器向照射装置和作为图像采集装置的工业相机发送脉冲信号，使照射装置和工业相机以同一频率发出紫外强脉冲光从透光板下方对透光板实施照射并从透光板下侧采集图像；
当包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品到达液量传感器时，透过透光板的紫外光照射到液量传感器中的紫外荧光指示剂，紫外荧光指示剂受紫外光激发发出可见光，工业相机采集到光斑，图像采集系统按采集图像的时间间隔采集工业相机采集到的光斑并形成一个图像序列；
获得的图像序列经处理后得到一个光斑面积的数组，该数组是随时间变化的，该数组对时间的一阶导数即光斑大小的变化速度，所述光斑大小的变化速度用于判定样品所具备的排出汗液的能力；
并通过计时装置获取有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间，所获之含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间用于判定样品排出汗液的灵敏程度；光斑初始出现的时间则表征了含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间，所获之含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间表征了样品排出汗液的灵敏程度；
所述包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液的制备方法：按照 GB/T 14576-2009 规定的汗液组分制成汗液，并加入制成的汗液质量万分之五的紫外荧光指示剂。
2. 如权利要求 1 所述的织物材料单向导汗性能的判定方法，其特征在于：通过对样品以及液量传感器测试前后称重得知两者被包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液浸润的增重，液量传感器增重与液量传感器增重以及样品增重之和的比值得知包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液对样品的穿透率，模拟汗液对样品的穿透率用于判定样品的自主速干性能。
3. 如权利要求 1 所述的织物材料单向导汗性能的判定方法，其特征在于：通过计时装置获取含有紫外荧光指示剂的模拟汗液透过样品所需的时间；通过对样品以及液量传感器测试前后称重得知两者被包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液浸润的增重，液量传感器增重与液量传感器增重以及样品增重之和的比值可得知包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液对样品的穿透率；通过对同一试样分别正反向测试光斑大小的变化速度、模拟汗液透过样品所需的时间以及包含有紫外荧光指示剂的模拟汗液对样品的穿透率获知样品的该三项指标正反面差值，用于综合判定织物材料单向导汗性能。
4.如权利要求1所述的织物材料单向导汗性能的判定方法，其特征在于所述的液量传感器是一种薄片状吸水性纤维制成的织物，或者是均匀喷涂一层玻璃细珠的石英板，或者是以一定粗糙度磨出的石英板。
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