服装舒适性测试仪器的开发

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服装舒适性大致包括 3 个方面:热湿舒适性、接触舒适性和视觉舒适性。热湿舒适性是其中最为重要的指标之一。作为人体的外延,服装在人体与环境的热湿交换过程中起着至关重要的作用。

1概况

服装热舒适性的量化测试指标为服装的热阻和湿阻,如果周围环境的温度和湿度较高,那么要求服装的热阻和湿阻较小,服装的透气性能好。只有当人体与环境的热湿交换满足人体需要时,服装才能穿着舒适。因此织物热湿性能测试在服装性能检测中尤显重要。

为保持 36.5 ℃左右的舒适体温,人体通过皮肤等蒸发水分来向环境散发热量来调节体温。热湿舒适性是指在不同的气候环境中,人体的舒适感觉取决于人体本身产生的热量和向环境散发热量之间能量交换的平衡。而服装在此能量交换中通过热、湿传递过程起着调节作用。所以服装的热湿舒适性主要表现在服装的隔热性、吸湿性和透气性上,可以使用服装的热阻和湿阻来对服装的热湿舒适性进行测试和评价。

在人们从事不同的活动时,对于服装的热阻和湿阻性能的要求是不同的。比如在进行剧烈运动的时候,若服装的热阻和湿阻较小,服装的透气性好,因而穿着这样的服装将会感觉舒适。但是,若服装的热阻较小,那么服装的保暖性能就会较差,因此不适合在活动量较小的情况下穿着。为了保证服装穿着的舒适性,在设计服装时,需要根据穿着者所要从事的活动以及穿着的环境来选择具有适当热阻和湿阻的纺织材料制作服装。为此,需要一种能对纺织材料在特定环境下的热阻和湿阻进行测试的仪器。

2测试方法

目前,对纺织品的热湿舒适性进行测试的方法主要有单项指标的测试、出汗热盘测试和出汗假人等方法。

单项指标的测试虽然简单易行,但不能综合测试服装材料的热湿传递性能,也不能反映热湿传递的瞬态特性。对于出汗假人法,当前还没有设计标准和测试步骤,而且出汗假人更加复杂和昂贵,使得假人测试费用比热盘法高。因此,在以上测试方法中,出汗热盘法因其合理性,正被越来越多的业者所采用。

3标准依据

如表 1 所示,目前热盘测试法主要依据的标准有 4 个。其中最受关注的出汗热盘法是ISO 11092《纺织品 生理效应 稳态条件下耐热和耐水蒸汽性能的测量》。我国新制定的GB/T 11048 ― 2008《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》标准是在ISO 11092的基础上修改的新国家标准,之前国内还没有相关的标准,且GB/T 11048 ―2008标准是以进口设备为测试仪器起草的,目前国内没有热湿性能综合测试设备的生产厂家,所需测试完全依赖国外设备,其售价昂贵、维护成本高周期长。

4出汗热盘法针对热阻和湿阻的测定原理

出汗热盘法旨在模拟发生在人体皮肤表面的加热及热转移过程。对这两个过程的测量可以通过分别或同时考虑几种环境条件来进行,包括温度、相对湿度、风速、水的流态和气态阶段。因此使用此装置测量的热转移特性可以用来模拟短时间和长时间内不同的穿着情况及环境情况。

测量热阻时,将试样覆盖在电热试验板上,试验板及其周围和底部的热护环(保护板)都能保持相同的恒温,以使试验板的热量只能通过试样散失;周围环境的空气可平行于试样表面流动。当流经试样的热流量达到稳态后,测定通过试样散热过程中所消耗的热功率及试样两面温差来计算试样的热阻。

测量湿阻时,在多孔电热试验板上覆盖以透气但不透水的薄膜,进入电热板的水蒸发后以水蒸汽的形式通过薄膜,所以没有液态水接触试样,热护环上表面与试验板一样多孔并覆盖以透气但不透水的薄膜,且能保持相同的恒温,试样放在薄膜上以后,试验板的蒸发潜热只能通过试样散失,当通过试样的蒸发热流量达到稳态后,测定通过试样蒸发散热过程所消耗的热功率和蒸汽压力差来计算试样的湿阻。

5研究内容和技术关键

服装舒适性测试仪器需要在恒温、恒湿的情况下,对试样的热阻和湿阻进行测量,因此,若测量系统出现温度或者湿度的波动,或者试验盘下方水的蒸发出现不稳定等情况,将会使测量结果出现错误,因此,测试仪器的关键是如何设计并实现控制系统各个参数(如温度、湿度、水位和风速)的精度控制。

5.1温度的精确控制(图 1)

为保证试验板上的热量只能通过试样散发,需要在试验板的周围加上热保护装置,为保证测量结果的准确性,需要把热保护装置和试验板的温度差值维持在 ±0.1 K的范围内,此外,测试结果与热保护板的温度和流经试样上方空气的温度密切相关,因而,也需要把它们的温度维持在设定值 ±0.1 K的范围内。由于试样上方的空气处于流动状态,试验板本身的温度会受到下方补充水温度的影响,且热保护装置要受到周围环境的影响,因此,要利用精确的温度控制装置来分别维持各部分温度恒定,保证温度的误差在规定范围内。

5.2补水控制

在仪器工作过程中,由于试验板下的水不断被蒸发而减少,当水平面下降到低于试验板表面超过 1 mm时,为了维持恒定蒸发,供水装置就给盘子补水。为避免补充水造成试验板温度的波动,还需要对进入到试验板下的水进行预热。

5.3空气流动速度、温度和相对湿度的精确控制

为保证测试结果的准确性,按照ISO 11092的要求,流经试样上方的空气的流动速度与设定值的误差要控制在 ±0.05 m/s以内;相对湿度的误差不超过 ±3%;温度的偏差在 ±0.1 K以内。

5.4热功率的测试

纺织品热阻和湿阻的测量要通过测量热平衡状态下的热功率,然后再进行计算而得到,因此热功率的准确测量也关系到测量结果的准确性。

6服装舒适性测试设备 ―― 排汗导湿测试仪

用于服装舒适性测试的仪器一直以来受美国垄断销售,价格昂贵。图 2 是本项目研究并设计的符合ISO 11092标准的能够测量纺织品热湿阻的排汗导湿性测试仪。可取代相同功能、价格昂贵的进口产品,降低企业的采购和使用成本,尤其是稳定环境箱自动控制系统与仪器合成一体,性能更可靠,操作更简单,维护更方便。不但降低了生产成本,还符合节能需求,售价是美国同类产品的 20% 左右,维护费用是美国进口同类产品费用的 15%,因而能够在服装企业广泛推广应用。这样,服装生产厂家能在设计服装时选择合适的服装材料来改善服装穿着的舒适性,从而提高服装的附加值,促进服装产业、产品的升级。