CN205080077U

CN205080077U - 热流式织物凉感测试设备的测试探头

Info

Publication number: CN205080077U
Application number: CN201520701072.9U
Authority: CN
Inventors: 肖红; 王翰林; 夏秀云; 蒋毅; 槐向兵; 代国亮; 施楣梧
Original assignee: Jiangsu Silipu Sleep Industry Technology Co ltd
Current assignee: Institute Of Quartermaster Engineering Technology Academy Of Systems Engineering Academy Of Military Sciences; Wenzhou Fangyuan Instrument Co ltd
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2025-09-10

Abstract

本实用新型涉及一种热流式织物凉感测试设备的测试探头，其特征是：包括铝质机架，在铝质机架内置恒温热源和温度传感器，在恒温热源上设置保温材料，在铝质机架下表面均匀涂抹导热硅脂，通过导热硅脂安装固定1～2个热流传感器，在热流传感器与织物样品接触的表面涂有软质导热硅胶。所述热流传感器的尺寸为50mm×100mm。2个热流传感器之间间隔20mm。所述温度传感器镶嵌于铝质机架下部，并灌注导热硅胶固定，在铝质机架顶部加工凹槽，在凹槽内放置恒温热源，在恒温热源上均匀覆以保温材料，在保温材料上固定铝盖板。所述恒温热源采用硅胶加热片。本实用新型能够方便、可靠、快速地检测出各类织物接触瞬间凉感和持久凉感性能。

Description

热流式织物凉感测试设备的测试探头

技术领域

本实用新型涉及一种热流式织物凉感测试设备的测试探头，尤其是一种适合于凉感服用织物、凉席及凉爽床品、靠垫、坐垫、沙发面、椅套、卧具或宠物卧具类产品的凉感检测设备及测试方法。

背景技术

炎热夏季，具有凉感的凉席及服装一直深受消费者喜欢。对于各类凉席、凉感靠垫、坐垫类较为厚重的凉感织物，主要通过较大的质量和热容量，在接触瞬间吸收人体热量，接触瞬间凉感优良。对于服用轻薄型的凉感织物，常采用以下方式实现：(1)由凉感纤维制备：凉感纤维是指将具有冰凉效果的物质如玉石粉、贝壳粉、云母粉等天然矿物质材料、或者高导热的无机物如云母片、石墨烯、碳化硅之类材料、或者这些材料的复合粉体与热塑性树脂切片混合后，通过熔融方式获得具有凉感效果的长丝，如凉感锦纶、凉感涤纶等，或者又称为玉石纤维、云母冰凉纤维等，进而制备获得面料。(2)由凉感助剂后整理获得：如在面料后整理加工中加入遇水吸热的物质如木糖醇类、或者具有清凉效果的薄荷醇类微胶囊等；该类面料存在耐洗性差、不能持久、且该助剂施加会影响其它助剂的作用等缺点，而且木糖醇类凉感助剂需要遇到汗水才会吸热，并不具有瞬间的接触凉感。(3)通过织物表面形态的调整来获得凉感：如采用紧密纺减少纱线毛羽、增加织物表面光滑度，降低保暖效果而获得凉感。

上述凉感织物基本只能提供较好的初始接触凉感，这也是消费者通过皮肤和织物的接触能够直观感受到的，由此，目前凉感的检测设备和方法也多针对初始接触的瞬间凉感。但是，随着技术进步，具有持续散热能力的织物也已经问世，如专利CN201410657082.7公开了一种超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)复合型凉席及其制备方法；CN201410651884.7公开了一种超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维纺织品及其制造方法及其在凉感织物上的应用；CN201410651895.5公开了一种超高分子量聚乙烯凉席及制造方法。

织物的凉感需要从两个方面进行评价：

一是初始瞬间凉感。从物理意义而言，接触凉感的强弱，取决于接触瞬间织物导走人体热量的多少。人体皮肤表面热量散失越多，织物对人体产生的凉感越强。人体皮肤损失的热量包括两部分：一部分被织物吸收，使得织物温度升高；一部分通过织物传递到外部环境而散失。因此，织物接触凉感的强弱取决于织物对热量的吸收性能和热量通过织物的传递性能。纺织科学上，定义织物的热吸收能力为：b＝λρC；式中：λ-织物的平均导热系数、ρ-织物的平均体积质量、C-织物的比热容。热吸收能力与织物的导热系数、体积质量、比热容有关。热吸收能力同时考虑了织物的热吸收升温性能和织物的热传递性能，是织物的固有特性。织物热吸收能力越小，人体皮肤与织物接触时的瞬间热量损失越小，凉感也就越小。

二是持续散热能力。从物理意义而言，织物在和人体皮肤接触达到热平衡后，由于环境和人体温差存在，织物会将人体的热量源源不断的传导到环境中。这与织物在平面方向的导热系数有关。一直以来，织物在其平面方向的导热性能未能受到重视，原因在于：一方面，传统纺织品的传热性能研究多以提高保暖性能为目的、只关心热量沿织物法向传递的难易程度，在测试方法上只能测试片状纤维集合体沿法向的传热性能；例如常规使用的测试方法就是采用平板保温仪进行织物沿法向的保暖性能测试，比如专利CN103076358A公开了一种高蓬松易变形寝具产品的保温性能的检测设备及检测方法，对保暖性能的测试有着详细描述；另一方面，常用的纺织材料的导热系数都很小，在0.03～0.5W/m·K的范围，没有哪一种常规的纺织材料具有特别高的导热系数、或特别差的导热性能。

目前，国际上认可且通用的织物冷暖感检测设备和方法是采用日本的KES-F7ThermoLaboⅡ仪器，对织物的最大瞬态热流量q_max进行测试，日本专家MorihiroYoneda等[MorihiroYoneda,徐谷衡.皮肤冷暖感及瞬态导热间关系的理论分析[J].国外纺织技术(针织、服装分册),1988,13:32-33.]已经证实该q_max只与织物热吸收能力和仪器热性能决定；对于同一台仪器而言，其热性能恒定，因此，织物的最大瞬态热流量q_max完全是织物热吸收能力的反映。

该仪器测试步骤如下：测试前，织物试样在恒温恒湿或规定温度下平衡。测试在规定的温湿度条件下进行，一般为恒温恒湿，环境温度即织物表面温度比探头T-Box温度低10～15℃左右。测试时，采用一个恒温热源BT-Box(一般设定到35℃，以模拟躯干部皮肤的平均温度)，将带有热流传感器和具有一定热容量的铜板的探头T-Box置于恒温热源上加热，直到T-Box的底面探头温度升高至35℃；然后，按下测试键，将T-Box迅速移动至置于绝热泡沫板上的织物试样上，在0.2sec内，仪器给出q_max值。此数据即为温度为35℃的探头和室温下织物接触瞬间，被织物导走的最大热流量q_max，单位为W/cm²或W/m²。该测试设备和方法能够较好的反映出织物和人体接触瞬间的冷暖感，也能够给出热量随时间变化的数据，但是存在以下不足：

(1)不能全面反映织物的凉感特性，不能直观的测试出织物持续的导热或散热性能。一方面热流探头上没有恒温热源，在测试过程中，探头的温度持续降低直到和待测试样保持平衡，导致测试过程中探头和环境的温差不断减小，使得测试的温差条件不断变化，虽然可以通过热流随时间变化曲线的斜率来判断织物导热性能的好坏，但是需要计算，增加了复杂性和不确定性因素；另一方面，T-Box探头在加热状态需要移动到试样表面，这个过程T-Box探头的表面温度会发生变化，导致测试误差。

(2)热流探头对织物的压强只有10g/cm²，太轻，适合于测试夏季服装的凉感，但是不适用于相对较为厚重的凉感类卧具材料；且当织物有小褶皱时，会导致较大误差。

(3)热流探头为平面硬质材料，不反映皮肤的柔软表面，不能保证和柔性的待测纺织品试样进行良好接触，从而产生测试误差。

(4)该仪器只给出一个独立的q_max值，误差较大。

此外，还有一些相关的类似专利。如CN101736570B公开了一种织物接触冷感测试装置及测试方法，将织物至于恒温水箱上方，测试织物温度随着接触时间的变化，用织物表面温度的升温速率的最大值(或恒定热容量的皮肤模拟单元在接触织物后的触落温差的最大值)来评价织物的冷感。该方法和q_max测试方法一样，也只是对初始接触凉感进行了评价；此外，还存在未对试样施加任何压力、待测试样面积有限、温度探头难以和织物良好接触、测试装置设计并没有模拟人体和织物的实际接触状态等等问题。

专利CN201310210129.0公开了一种面料凉感评估方法，将水滴滴在织物上后，记录该处织物温度的变化。该方法只适合于木糖醇类凉感整理织物，即吸湿吸热类型的织物。

在测试设备方面，日本的KES-F7ThermoLaboⅡ仪器体积庞大，造价昂贵，不便于携带商用；在凉感测试评价方面，上述方法均只能反映出织物接触瞬间的凉感值。

因此，现有的织物凉感测试设备及方法均不能够满足市场需求。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种热流式织物凉感测试设备的测试探头，能够方便、可靠、快速地检测出各类织物接触瞬间凉感和持久凉感性能。

按照本实用新型提供的技术方案，所述热流式织物凉感测试设备的测试探头，其特征是：包括铝质机架，在铝质机架内置恒温热源和温度传感器，在恒温热源上设置保温材料，在铝质机架下表面均匀涂抹导热硅脂，通过导热硅脂安装固定1～2个热流传感器，在热流传感器与织物样品接触的表面涂有软质导热硅胶。

进一步的，所述热流传感器的尺寸为50mm×100mm。

进一步的，2个热流传感器之间间隔20mm。

进一步的，所述温度传感器镶嵌于铝质机架下部，并灌注导热硅胶固定，在铝质机架顶部加工凹槽，在凹槽内放置恒温热源，在恒温热源上均匀覆以保温材料，在保温材料上固定铝盖板。

进一步的，所述恒温热源采用硅胶加热片。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

(1)本实用新型采用了恒温热源和热流传感器一体化设计，模拟人体是恒温体的特征，使得测试数据可以直接给出稳态热流值，以反映织物沿平面方向的持久导热性能；

(2)本实用新型采用了3个指标，可以全面反映织物的凉感，包括初始接触凉感、织物的热吸收能力及织物的持久热传导能力。

(3)本实用新型采用了不同压强的探头，以满足服用织物的较小压强和凉爽床品类的较大压强需求；

(4)本实用新型采用织物凉感测试设备测试过程方便快捷，便于分析计算和保存全过程数据；

(5)本实用新型采用极低导热系数的聚氨酯泡沫板作为隔热板，使垂直样品表面传导的热流减低到可以忽略的程度，从而测出沿样品表面各方向的热流值总和，准确地表征了样品沿着其表面各方向总的导热能力。

附图说明

图1为本实用新型所述织物凉感测试设备的示意图。

图2为所述双热流传感器恒温探头的横截面示意图。

图3为所述单热流传感器恒温探头的横截面示意图。

图4为所述主机的前面板示意图。

图5为所述主机的后面板示意图。

图6为测试得到的热流变化的曲线图。

图7为一体式织物凉感测试设备的示意图。

图8为热流传感器的测试原理示意图。

图9为本实用新型所述织物凉感测试设备的测试原理图。

图中序号：主机1、热流表1-1、智能PID温控表1-2、电源开关1-3、探头接口1-4、USB接口1-5、市电输入口1-6、交直流电源转换开关1-7、锂电池充电口1-8、计算机2、探头3、铝质机架3-1、恒温热源3-2、温度传感器3-3、热流传感器3-4、保温材料3-5、铝盖板3-6、织物样品4、保温绝热板5、实验台6、隔热玻璃罩7、蓝牙数据采集卡8。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型作进一步说明。

实施例一：双热流式织物凉感测试设备

如图1所示，所述双热流式织物凉感测试设备包括主机1、计算机2、通过电缆和主机1连接的探头3以及实验台6，实验台6上设置有保温绝热板5，在保温绝热板5上放置织物样品4，保温绝热板5上罩设隔热玻璃罩7；所述保温绝热板5用于防止热量从垂直织物方向传递，隔热玻璃罩7用于将织物样品4及保温绝热板5和外界隔离，避免测试过程中气流等不稳定因素的影响。

所述探头3是最核心的测试部件，如图2所示，包括铝质机架3-1，在铝质机架3-1内置一个恒温热源3-2和一个温度传感器3-3，在铝质机架3-1下表面均匀涂抹导热硅脂，通过导热硅脂安装固定2个热流传感器3-4，在热流传感器3-4与织物样品4接触的表面涂有软质导热硅胶，使得探头能够和不完全平整的织物样品4表面良好接触；所述热流传感器3-4内侧由恒温热源3-2提供模拟人体散发热量的热流，由受控加热装置控制恒温热源3-2的温度，并通过导热硅胶使恒温热源3-2与热流传感器3-4完好连接；所述热流传感器3-4可以检测到织物样品4单位面积内流过的热量功率，由此得到人体接触纺织品时的热量散失状态。如图8所示，所述热流传感器3-4的测试原理为：发自恒温热源3-2的热流透过热流传感器3-4到达织物样品4后分3个方向流动，即平行式样表面的X与Y两个方向以及垂直式样表面的Z方向，由于式样放置于导热系数很小的保温绝热板5上，故而Z方向热流极小可以忽略。从而本实用新型所述的织物凉感测试设备可以将经纬方向的导热能力测试出来。如果保温绝热板5采用高导热或大热容材料，则可以测试材料3个方向的综合导热能力。

如图4、图5所示，所述主机1的前面板上设有1～2个热流表1-1、智能PID温控表1-2、电源开关1-3和探头接口1-4；所述热流表1-1的输入端与热流传感器3-4的信号输出端连接，热流表1-1的输出端与主机1内的多路485-USB数据转换器相连，并通过USB口1-5与计算机2连接；工作时，热流表1-1接收热流传感器3-4的信号，对信号进行相应处理，在表头显示数据并将数据传输到计算机2进行数据的存储与处理分析，计算机2显示实时采集的热流曲线；所述智能PID温控表1-2用于预设恒温热源3-2的温度并对之加以恒温控制，智能PID温控表1-2的输入端与温度传感器3-3的信号输出端连接，智能PID温控表1-2的输出端与主机内的多路485-USB数据转换器相连，并通过主机输出端USB口1-5与计算机2连接。所述主机1的后面板上设有USB接口1-5、市电输入口1-6、交直流电源转换开关1-7以及锂电池充电口等功能接口与按钮。

所述热流传感器3-4的尺寸为50mm×100mm，2个热流传感器之间间隔20mm。具体地，如图2所示，双热流传感器探头采用铝块加工而成的实心铝质机架3-1，温度传感器3-3镶嵌于铝质机架3-1下部，并灌注导热硅胶固定，使温度传感器3-3与铝质机架3-1保持良好的热接触；在铝质机架3-1的底面均匀涂抹导热硅脂，再相隔20mm平行安装2个热流传感器3-4，组成双热流传感器探头，在热流传感器3-4的下表面涂软质导热硅胶，每个热流传感器3-4的信号分别送入对应的热流表1-1，这样就可以同时对比检测两个不同试样的导热能力；再在铝质机架3-1顶部加工出凹槽，在凹槽内放置24V40W硅胶加热片作为恒温热源3-2，并在恒温热源3-2上均匀覆以保温材料3-5，之后在保温材料3-5上放置铝盖板3-6，并用螺丝紧固。

所述恒温热源3-2采用智能PID温控表控制的硅胶加热片，电参数为24V40W。

所述温度传感器3-3采用高精度铂电阻Pt100。

所述保温绝热板5为表面平整地多孔闭孔泡沫塑料，如聚氨酯、聚乙烯、聚苯乙烯等，厚度不小于30mm、长宽不低于500×500mm。

所述隔热玻璃罩7的长宽尺寸大于保温绝热板5，高度高于保温绝热板5和探头3高度之和100mm。在所述隔热玻璃罩7的上方设有带盖的开口，方便放置织物样品4和探头3。

本实用新型的工作过程为：如图9所示，温度传感器3-3反馈温度信号给主机的智能PID温控表1-2，智能PID温控表1-2则向固态继电器SSR发出控制信号控制硅胶加热片加热电流，从而使探头3温度恒定于设定的目标温度，为恒温测试创造条件当恒温探头温度达到并恒定在设定温度的时候，将探头3放置于保温绝热板5上的织物样品4上，热流则经过如图8所示的路径流动，热流传感器3-4则按照与热流密度大小成正比的关系产生毫伏电压信号，并将其送入对应的热流表1-1经运算放大、A/D转换、转化成热流数据在表头显示出来，同时经过USB接口1-5与计算机2进行通讯，通过软件完成数据的采集、存储及实时曲线显示等。

实施例二：单热流式织物凉感测试设备

单热流式织物凉感测试设备除了探头以外的结构与实施例一相同。

单热流式织物凉感测试设备设置1个热流传感器3-4，如图3所示，热流传感器3-4的尺寸为50mm×100mm，探头3的底面尺寸即为热流传感器3-4尺寸。

如图3所示，单热流传感器探头采用铝材加工而成的实心铝质机架3-1，使铝质机架3-1成为高导热恒温蓄热体，硅胶加热片作为恒温热源3-2放置于铝质机架3-1上事先掏空的凹槽里，在恒温热源3-2上覆盖保温材料3-5，之后盖上铝盖板3-6并用螺丝紧固，温度传感器3-3镶嵌于铝质机架3-1内硅胶加热片的下方，并灌注导热硅胶固定，使温度传感器3-3与铝质机架3-1保持良好的热接触；最后在铝质机架3-1底面均匀涂抹导热硅脂，安装并固定1个热流传感器3-4，在热流传感器3-4的底面涂软质导热硅胶；工作时，温度传感器3-3反馈温度信号给主机的智能PID温控表1-2，智能PID温控表1-2则向固态继电器SSR发出控制信号控制硅胶加热片加热电流，从而使探头3温度恒定于设定的目标温度，为恒温测试创造条件。

实施例3：一体式织物凉感测试设备

如图7所示，一体式织物凉感测试设备采用集约简化的形式，将探头3与主机1做成紧凑一体化的仪器。将小型化的智能PID温控表1-2、蓝牙数据采集卡8及固态继电器等紧凑地设计安装在一个机壳里实现主机的温控功能以及蓝牙数据采集、存储与曲线显示等功能。具体地，在机壳中集成热流传感器3-4、作为恒温热源3-2的硅胶加热片、保温材料3-5、智能PID温控表1-2以及蓝牙数据采集卡8。只需要一根电源线与外部相连，数据的采集、存储、曲线演示等功能都通过蓝牙数据采集卡8以无线蓝牙方式在计算机或手机上实现。

实施例4：一种织物凉感测试方法，包括以下步骤：

第一步：将织物样品4裁前成比热流传感器3-4大4倍尺寸的样品，并拿到恒温恒湿室中平衡24小时；所述恒温恒湿室的温度为21～23℃，湿度为65％RH；

第二步：打开织物凉感测试设备，预热30分钟；所述探头3的温度和织物样品4的温差为10～15℃；一般探头3的温度设置为36℃恒温；

第三步：观察主机1上的智能PID温控表1-2，当温度达到预热温度并稳定时，开始测试；

第四步：将织物样品4平铺在保温绝热板5上，用隔热玻璃罩7罩住保温绝热板5，并打开隔热玻璃罩7上方开口；

第五步：将探头3放置到织物样品4正中央，探头3对织物样品4的压强根据需要调整，压强调整区间为1×10³Pa～6×10³Pa；较小的压旨模拟服用织物受到的人体压力，较大的压强模拟人体对凉席类织物的压强；然后关闭隔热玻璃罩7上方开口；

第六步：热流传感器3-4产生热流密度随时间变化的数据信号，并将数据信号传输至热流表1-1，热流表1-1显示数据并将数据传输到计算机2进行数据的存储及显示。计算机2显示得到的热流数据曲线如图6所示，横坐标为时间，单位为秒；纵坐标为热流密度，单位为W/m²。

由测试获得的热流数据曲线可以得到三个指标，(1)瞬间热流密度最大值Q_max，即图6所示产热流曲线的峰值，该指标反映了接触瞬间的凉度，单位为W/m²或W/cm²，Q_max越大，凉感越强；(2)通过积分公式计算可以获得单位面积初始传递热量值Qs，单位为J/m²或J/cm²，其中，Q为热流传感器测得的热流密度数据，单位为W/m²或W/cm²；指标Qs表示一定时间内(热传递开始t₀至达到热平衡态的时间t₁内)通过单位面积传递的总热量，全面反映了织物的热吸收能力，Qs越大，织物的热吸收能力越强，人体感受到的凉感越强且持久；(3)稳态热流密度值Q_bal，即平衡态曲线的热流值，反映了织物沿平面方向的导热能力，是材料自身的固有属性，可以表明持久凉感；Q_bal越大，表明织物的持久热传导能力越强。

采用本实用新型所述织物凉感测试设备进行测试，得到各组试样的数据如表1所示。

表1

	Q_max，W/m²	Q_bal，W/m²
			试样1	523.5	40.3
试样2	514.6	110.2
			试样3	324.6	61.8
试样4	310.7	58.7
			试样5	124.5	30.4
试样6	157.6	34.6
			试样7	335.7	72.6

Claims

1.一种热流式织物凉感测试探头，其特征是：包括铝质机架（3-1），在铝质机架（3-1）内置恒温热源（3-2）和温度传感器（3-3），在恒温热源（3-2）上设置保温材料（3-5），在铝质机架（3-1）下表面均匀涂抹导热硅脂，通过导热硅脂安装固定1～2个热流传感器（3-4），在热流传感器（3-4）与织物样品（4）接触的表面涂有软质导热硅胶。

2.如权利要求1所述的热流式织物凉感测试探头，其特征是：所述热流传感器（3-4）的尺寸为50mm×100mm。

3.如权利要求1所述的热流式织物凉感测试探头，其特征是：2个热流传感器（3-4）之间间隔20mm。

4.如权利要求1、2或3所述的热流式织物凉感测试探头，其特征是：所述温度传感器（3-3）镶嵌于铝质机架（3-1）下部，并灌注导热硅胶固定，在铝质机架（3-1）顶部加工凹槽，在凹槽内放置恒温热源（3-2），在保温材料（3-5）上固定铝盖板（3-6）。

5.如权利要求1、2或3所述的热流式织物凉感测试探头，其特征是：所述恒温热源（3-2）采用硅胶加热片。