陳 欣，王越平，唐靜一

(北京服裝學(xué)院 材料設(shè)計(jì)與工程學(xué)院,北京 100029)

絮片是冬季保暖用重要材料，對(duì)其保暖性的測(cè)試與評(píng)價(jià)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的依據(jù)之一。然而影響保暖性測(cè)試結(jié)果的因素很多，針對(duì)環(huán)境因素，沈華[1]的研究表明由于恒溫恒濕室內(nèi)的氣流不穩(wěn)定，導(dǎo)致試樣上部的氣流流速高時(shí)測(cè)得保溫率偏低，并且絮片材料通常較厚，試樣裁剪邊緣散熱明顯。評(píng)價(jià)指標(biāo)的不同也對(duì)產(chǎn)品保暖性能的判斷產(chǎn)生影響，郁幼君等[2]針對(duì)平板式保溫儀的保溫率指標(biāo)進(jìn)行了研究，研究表明保溫率雖然與熱阻之間存在顯著相關(guān)，但對(duì)高保暖樣品如絮片，熱阻指標(biāo)更能反映產(chǎn)品間的性能差異。此外，郭禹[3]研究表明保暖性測(cè)試結(jié)果受測(cè)試儀器、測(cè)試條件的影響，測(cè)試時(shí)間是保溫測(cè)試的重要參數(shù), 采用不同型號(hào)儀器測(cè)出的保溫性能存在差異。張森等[4]探究了紡織品熱傳導(dǎo)性能測(cè)試方法、儀器和環(huán)境對(duì)保暖性測(cè)試結(jié)果的影響。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、方法對(duì)保暖性結(jié)果影響的研究較少。

國(guó)內(nèi)外測(cè)試紡織材料熱傳導(dǎo)性能的標(biāo)準(zhǔn)、方法很多，如ISO 11092—2014《紡織品 生理影響 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》、ASTM D 1518—2003《紡織品熱傳導(dǎo)性能測(cè)試方法》、JIS L 1096—2010《日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 一般織物試驗(yàn)方法 6.28保溫性 A法(恒溫法)》。國(guó)內(nèi)保暖性測(cè)試依據(jù)GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定(蒸發(fā)熱板法)》和GB/T 35762—2017《紡織品 熱傳遞性能試驗(yàn)方法 平板法》，其中GB/T 11048以重新起草法修改采用ISO 11092—2014。2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的儀器(本文中使用的儀器型號(hào))均由3個(gè)獨(dú)立控制的加熱區(qū)域：測(cè)試板、保護(hù)板和底板組成，差異在于平板法的測(cè)試板為實(shí)心金屬平板，測(cè)試時(shí)樣品平鋪于其上高于儀器平臺(tái)(為防止環(huán)境空氣的流動(dòng)，用防護(hù)罩遮蔽形成穩(wěn)定的測(cè)試小環(huán)境)；而蒸發(fā)熱板法的測(cè)試板相對(duì)于儀器平臺(tái)的位置可上下調(diào)整，以使放在其上面試樣的上表面能夠與儀器平臺(tái)平齊，另外在測(cè)試板周?chē)菬嶙o(hù)環(huán)，其既可避免測(cè)試板側(cè)面的熱傳遞，又可消除測(cè)試樣邊緣(厚度方向)的熱損失，同時(shí)在樣品水平方向增加風(fēng)速，目的是去除樣品上方空氣層對(duì)保暖性測(cè)試結(jié)果的影響[5-7]。

化纖絮片是高蓬松的纖維集合體，在外觀和使用上不同于常規(guī)紡織品，所以保暖性測(cè)試有一定特殊性。目前市場(chǎng)上的絮片產(chǎn)品很多配備紡粘非織造布覆蓋表面，紡粘非織造布在保護(hù)絮片外觀的同時(shí)，具有防止質(zhì)量損失的作用。許多廠家要求絮片貼合紡粘非織造布進(jìn)行測(cè)試和使用，并且部分絮片產(chǎn)品表面貼合的紡粘非織造布無(wú)法剝離，故有必要了解測(cè)試保暖性時(shí)試樣狀態(tài)(是否覆蓋紡粘非織造布)對(duì)于絮片保暖性測(cè)試結(jié)果的影響。

基于此，本文以市場(chǎng)上常見(jiàn)的化纖絮片產(chǎn)品為對(duì)象，進(jìn)行2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下的保暖性測(cè)試，并了解測(cè)試過(guò)程中試樣狀態(tài)的影響，為絮片保暖性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)及條件的選擇提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

選用某廠家P系列和L系列、100 g/m2和150 g/m22個(gè)規(guī)格絮片產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)材料具體規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1。可見(jiàn)，相同面密度下，L系列比P系列厚度大且蓬松。

表1 相關(guān)樣品規(guī)格參數(shù)

注：紡粘非織造布用于運(yùn)輸過(guò)程中絮片保護(hù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

①依據(jù)GB/T 35762—2017，利用YG606F紡織品熱阻測(cè)試儀(溫州方圓儀器公司)對(duì)L系列和P系列100 g/m2和150 g/m2的絮片進(jìn)行原樣和覆蓋紡粘非織造布(在絮片上方平整、無(wú)縫地覆蓋等尺寸紡粘非織造布，以下同)2種狀態(tài)的保暖性測(cè)試。

②依據(jù)GB/T 11048—2018，利用YG606L紡織品熱阻測(cè)試儀(萊州電子儀器有限公司)對(duì)L系列和P系列150 g/m2絮片進(jìn)行原樣和覆蓋紡粘非織造布2種狀態(tài)的保暖性測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)均在環(huán)境溫度(20±2) ℃，相對(duì)濕度(60±4)%條件下進(jìn)行。2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)具體測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表2，2臺(tái)實(shí)驗(yàn)儀器同時(shí)工作。每個(gè)樣品測(cè)試5個(gè)重復(fù)樣，計(jì)算熱阻平均值(保留3位有效數(shù)字)和變異系數(shù)(保留2位有效數(shù)字)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析法，分別討論測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)、試樣狀態(tài)、不同絮片對(duì)保暖性能影響的顯著性。給定顯著性水平為0.05，每個(gè)因素由10個(gè)因子組成。

表2 2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下絮片測(cè)試結(jié)果比較

采用不同標(biāo)準(zhǔn)(方法)對(duì)不同試樣、不同狀態(tài)下的絮片保暖性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯?，L系列絮片結(jié)構(gòu)蓬松性?xún)?yōu)于P系列，因此熱阻值大于P系列產(chǎn)品。

對(duì)采用2項(xiàng)國(guó)標(biāo)分別測(cè)試的2個(gè)系列絮片L150和P150的熱阻進(jìn)行測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)的差異對(duì)絮片熱阻影響的顯著性分析，分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 不同方法和試樣狀態(tài)下絮片的保暖性測(cè)試結(jié)果

注：蒸發(fā)熱板法測(cè)試紡粘非織造布單層的熱阻為0.014(m2·K)/W。

表4 2項(xiàng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)對(duì)絮片熱阻影響的顯著性分析

由表4可見(jiàn)，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)對(duì)L150和P150樣品熱阻影響的顯著性均為0.000，小于0.01，說(shuō)明測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)對(duì)絮片保暖性能測(cè)試結(jié)果有非常顯著的影響。

根據(jù)表3，測(cè)試同一絮片的熱阻，蒸發(fā)熱板法得到的結(jié)果大于靜置平板法。這是由于采用平板法測(cè)試時(shí)試樣的下表面緊貼熱板，試樣上表面及側(cè)面暴露于測(cè)試環(huán)境，絮片材料通常比較厚，被裁剪的試樣邊緣散熱明顯，而蒸發(fā)熱板法的熱板由熱護(hù)環(huán)及溫度控制裝置2部分組成，熱護(hù)環(huán)有效防止實(shí)驗(yàn)板底部和邊緣的熱散失[8]；此外平板法測(cè)試試樣的尺寸小于蒸發(fā)熱板法，在測(cè)試樣尺寸小的情況下,熱量沿絮片平面方向傳遞最終散失到外界環(huán)境中的路徑變短,從而使得單位時(shí)間內(nèi)由該路徑散失的熱量增多，宏觀表現(xiàn)為絮片整體的熱阻偏小[9]。綜合考慮2方面因素，測(cè)試同一樣品時(shí)平板法的熱阻結(jié)果小于蒸發(fā)熱板法。

就測(cè)試結(jié)果的穩(wěn)定性而言，平板法測(cè)試時(shí),測(cè)試狀態(tài)相對(duì)靜止(四周有防護(hù)罩)，減少了環(huán)境對(duì)測(cè)試結(jié)果的干擾，測(cè)試結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定。蒸發(fā)熱板法在1 m/s的風(fēng)速下進(jìn)行測(cè)試，目的是為了排除樣品表面的空氣熱阻，但是由于空氣流動(dòng)使疏松的樣品表面狀態(tài)不穩(wěn)定，所以熱阻變異系數(shù)偏大，穩(wěn)定性稍差。

2.2 2種試樣狀態(tài)的測(cè)試結(jié)果比較

紡粘非織造布作為絮片表層的保護(hù)層，大多在使用時(shí)剝離，但也有少數(shù)產(chǎn)品上的紡粘非織造布作為絮片的一部分是無(wú)法分離的，并且在產(chǎn)品規(guī)格上并沒(méi)有體現(xiàn)紡粘非織造布的存在。這種情況是否會(huì)干擾到產(chǎn)品保暖性的比較，為此對(duì)表層是否覆蓋紡粘非織造布的絮片樣品進(jìn)行測(cè)試。

鑒于2項(xiàng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)有顯著差異，依據(jù)不同方法，對(duì)表1中絮片在是否覆蓋紡粘非織造布2種狀態(tài)進(jìn)行保暖性能測(cè)試，并進(jìn)行試樣狀態(tài)對(duì)熱阻影響的顯著性分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 2個(gè)試樣狀態(tài)對(duì)絮片熱阻影響的顯著性分析

注：測(cè)試狀態(tài)指覆蓋或未覆蓋紡粘非織造布。

就熱阻變異系數(shù)而言，平板法測(cè)試2種狀態(tài)下的絮片熱阻時(shí)，覆蓋紡粘非織造布后使測(cè)試結(jié)果變異系數(shù)增大，測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定；蒸發(fā)熱板法覆蓋紡粘非織造布后測(cè)試結(jié)果變異系數(shù)減小，更加穩(wěn)定。這是由于平板法測(cè)試時(shí)，當(dāng)絮片內(nèi)部熱傳遞達(dá)到平衡時(shí),除了邊緣散熱產(chǎn)生的誤差外，還會(huì)因?yàn)樾跗瑑?nèi)部孔隙分布不均勻等因素而產(chǎn)生測(cè)試誤差[8]，覆蓋紡粘非織造布對(duì)絮片上表面的孔隙分布造成影響，且紡粘非織造布放置狀態(tài)存在差異，使得測(cè)試結(jié)果的變異系數(shù)增大。而蒸發(fā)熱板法測(cè)試絮片(未覆蓋紡粘非織造布)的熱阻變異系數(shù)偏大，主要是由于空氣流動(dòng)帶來(lái)的影響，絮片結(jié)構(gòu)蓬松多孔，當(dāng)空氣在樣品表層流過(guò)時(shí)，造成絮片夾持的靜止空氣含量不穩(wěn)定；當(dāng)覆蓋較致密的紡粘非織造布后減少了絮片表層空氣流動(dòng)帶來(lái)的誤差，測(cè)試結(jié)果更加穩(wěn)定。

2.3 各項(xiàng)影響因素比較

根據(jù)2.1節(jié)、2.2節(jié)分析，2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和試樣狀態(tài)對(duì)于保暖性測(cè)試結(jié)果均有顯著影響，但其影響程度不同。眾所周知，當(dāng)環(huán)境條件相同的情況下，保暖性主要受絮片本身規(guī)格、結(jié)構(gòu)的影響(纖維成分相同時(shí))，故在此比較了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)、試樣狀態(tài)影響與絮片規(guī)格結(jié)構(gòu)影響的差異，分析各自對(duì)保暖性影響程度的大小, 絮片熱阻測(cè)試過(guò)程中影響因素比較見(jiàn)圖1。

用平板法分別對(duì)L系列(2個(gè)規(guī)格)和P系列(2個(gè)規(guī)格)絮片進(jìn)行熱阻測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行方差分析，得到產(chǎn)品規(guī)格對(duì)絮片熱阻影響的顯著性均為0.000，F(xiàn)值分別為1 526.8(L系列)和1 316.7(P系列)，影響非常顯著。說(shuō)明不同規(guī)格的絮片對(duì)其保暖性能影響明顯[10]。

采用平板法分別對(duì)100 g/m2(L、P系列)和150 g/m2(L、P系列)絮片進(jìn)行熱阻測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行方差分析，得到產(chǎn)品系列對(duì)絮片熱阻影響的顯著性均為0.000，F(xiàn)值分別為85.629(100 g/m2下)和93.095(150 g/m2下)，影響非常顯著。說(shuō)明相同規(guī)格下絮片產(chǎn)品系列之間的保暖性能顯著不同[10]。

幾個(gè)因素相比較，保暖性受絮片規(guī)格影響最大；產(chǎn)品系列影響次之；不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)影響再次之，試樣是否覆蓋紡粘非織造布的狀態(tài)影響最小。但是從圖1看出，當(dāng)不同產(chǎn)品系列之間的絮片保暖性差異較小時(shí)(其他條件相同)，P100-w與 L100的熱阻測(cè)試結(jié)果非常接近(圖1中小圈)，2項(xiàng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)下的L150與P150、L150-w與P150-w的熱阻測(cè)試結(jié)果非常接近(圖1中大圈)，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)樣品間保暖性差異做出正確的判斷。此時(shí)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)、試樣狀態(tài)等影響因素必須全面考慮。

3 結(jié) 論

通過(guò)分析保暖性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)、試樣狀態(tài)對(duì)絮片保暖性的影響，并與絮片規(guī)格和產(chǎn)品系列等因素比較，得到如下結(jié)論：

①依據(jù)2項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(方法)對(duì)絮片進(jìn)行保暖性測(cè)試，采用GB/T 11048—2018 《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定(蒸發(fā)熱板法)》測(cè)試熱阻值結(jié)果較大，采用GB/T 35762—2017 《紡織品 熱傳遞性能試驗(yàn)方法 平板法》測(cè)試熱阻值結(jié)果稍小，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)對(duì)絮片保暖性測(cè)試結(jié)果有顯著性影響，故不同標(biāo)準(zhǔn)(方法)、不同儀器對(duì)絮片保暖性測(cè)試結(jié)果不能直接進(jìn)行比較。

②試樣狀態(tài)對(duì)絮片保暖性測(cè)試結(jié)果有顯著影響。采用GB/T 11048—2018 《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定(蒸發(fā)熱板法)》測(cè)試時(shí)，試樣狀態(tài)的影響相對(duì)較小，并且絮片表面覆蓋紡粘非織造布后測(cè)試結(jié)果比未覆蓋紡粘非織造布結(jié)果更加穩(wěn)定；采用GB/T 35762—2017 《紡織品 熱傳遞性能試驗(yàn)方法 平板法》測(cè)試時(shí)，試樣狀態(tài)的影響較大，這時(shí)未覆蓋紡粘非織造布的絮片保暖性能的測(cè)試結(jié)果更加真實(shí)。

③對(duì)于同一廠家產(chǎn)品的保暖性測(cè)試結(jié)果，產(chǎn)品規(guī)格影響顯著性最大，產(chǎn)品系列間的差異其次，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)、試樣狀態(tài)改變對(duì)保暖性測(cè)試結(jié)果也有一定影響；絮片面密度越小，測(cè)試方法和試樣狀態(tài)對(duì)其影響就越大；對(duì)于部分絮片樣品，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)、試樣狀態(tài)對(duì)保暖性測(cè)試結(jié)果的影響程度甚至大于產(chǎn)品系列間差異。故實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(方法)和測(cè)試狀態(tài)的影響不容忽視。