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目前絮填料作为填充层被广泛运用在冬季服装中,各种絮填料因其独特的蓬松结构和不同的保暖机理,在织物系统中发挥着不尽相同的作用。此外,在实际冬季穿着的场景中常常会经历环境温度的变化,服装需要在温度变化条件下仍提供较好的隔热性能;同时,服装也常常受到来自织物内外部的水分影响,热湿耦合作用也会使得湿润织物系统内部的热传递过程变得更复杂,水分对织物系统热传递性能的影响也是值得考虑的问题。因此,本文选择以含有絮填料的多层织物系统为研究对象,基于絮填料的传热机理,比较其在多层织物热传递过程的作用,并研究温度变化和水分作用对絮填料热传递性能的影响。
本文选取了市面上用于冬季防寒服的4种絮填料材料,分别与2种外层面料和2种里层面料形成织物组合。一方面,在环境温度变化条件下测试织物热传递性能,结合织物基本物理性能对比各温度条件下织物组合的隔热性能,同时采集了织物正反面和层间温度,分析织物系统的热传递规律。另一方面,为探究水分引起的多层织物系统热量传递的变化,测量并计算了织物各层储水量和损失量,并采集了热平板热流量和织物层间温度。相关研究结论主要包括以下三个方面:
(1)织物基本物理性能与热传递性能之间的关系
不同种絮填料材料织物组合的厚度热阻和克重热阻有一定差异,可选用单位厚度和单位克重内保暖性更好的絮填料,使防寒服在保证隔热性能的同时更轻薄。絮填料的蓬松度对织物系统热阻变化率之间呈显著正相关关系(P=0.000<0.05,Pearson系数为0.938),随着絮填料蓬松度的增大,在环境温度发生变化时,织物系统的热阻变化率更大,即隔热性能越易受到更大的影响。在隔热性能方面,絮填料产生的影响在整体占的比重比面里料织物更大,但不同面里料配置、不同絮填料种类对层间温差及层间温度的变化率均不具有显著性的影响(P>0.05)。另外,在对多层织物性能受水分影响的分析时,发现絮填料的吸湿性、面里料织物透气透湿性对其影响较大。
(2)不同环境温度下多层织物系统热传递的规律
在隔热性能方面,当温度由20℃降为10℃时,织物系统整体的热阻值减小;但在两个温度条件下,面里料织物的配置组合对多层织物系统的隔热性能均不具有显著影响(P=0.997>0.05),而絮填料的不同则显著影响了织物组合隔热性能的表现(P=0.000<0.05)。其中,通过量化计算各组织物系统隔热性能发现,C组3M新雪丽织物在两个温度条件下的单位厚度热阻均显著地优于其他织物(P=0.000<0.05),A组棉-竹纤维织物的单位克重热阻均显著地低于其他织物(P<0.05);另外在10℃的温度条件下,B组羽绒与其他组样本的单位厚度热阻也存在显著性差异(P=0.000<0.05)。在环境温度存在一定跨度的情况下,包含静止空气量多的织物通常能发挥较好的隔热性能,但蓬松度大的织物对环境的自适应性更差,调温纤维的加入可以提升织物系统在温度变化情况下的环境自适应性。
(3)水分对多层织物系统热传递的影响
一方面,水分的施加对织物系统隔热性能有着显著影响(P=0.028<0.05),水分的作用使得织物试样所需热平板输出的热流量比干态更多,即使得织物系统的隔热性能降低。其中,水分对B4样本的羽绒和A4样本的棉-竹纤维絮填料结构的破坏程度相对最严重且不确定性更大,对C组3M新雪丽结构的影响程度最小,D4样本调温絮片在润湿后仍能在一定程度上发挥调温作用。另外,水分施加使得各组絮填料层间温度的不稳定性也有所增加,但对织物层间温差没有显著性影响(P=0.384>0.05)。另一方面,织物系统中不同位置含湿对织物系统的隔热性能也有着显著影响,对织物系统整体加湿的结束热流量值与干态(P=0.01<0.05)和仅润湿絮填料(P=0.02<0.05)两种情况的均存在显著性差异。在絮填料和外层面料同时润湿的情况下,同样量的水分量作用时,织物系统中的水分流失速率比水分仅施加在絮填料的情况更快,隔热性能也恢复得更快,但不同含湿位置对各组织物系统的层间温度也没有显著的影响(P=0.832>0.05),即对絮填料隔热能力在织物系统整体的贡献没有显著影响。
本文选取了市面上用于冬季防寒服的4种絮填料材料,分别与2种外层面料和2种里层面料形成织物组合。一方面,在环境温度变化条件下测试织物热传递性能,结合织物基本物理性能对比各温度条件下织物组合的隔热性能,同时采集了织物正反面和层间温度,分析织物系统的热传递规律。另一方面,为探究水分引起的多层织物系统热量传递的变化,测量并计算了织物各层储水量和损失量,并采集了热平板热流量和织物层间温度。相关研究结论主要包括以下三个方面:
(1)织物基本物理性能与热传递性能之间的关系
不同种絮填料材料织物组合的厚度热阻和克重热阻有一定差异,可选用单位厚度和单位克重内保暖性更好的絮填料,使防寒服在保证隔热性能的同时更轻薄。絮填料的蓬松度对织物系统热阻变化率之间呈显著正相关关系(P=0.000<0.05,Pearson系数为0.938),随着絮填料蓬松度的增大,在环境温度发生变化时,织物系统的热阻变化率更大,即隔热性能越易受到更大的影响。在隔热性能方面,絮填料产生的影响在整体占的比重比面里料织物更大,但不同面里料配置、不同絮填料种类对层间温差及层间温度的变化率均不具有显著性的影响(P>0.05)。另外,在对多层织物性能受水分影响的分析时,发现絮填料的吸湿性、面里料织物透气透湿性对其影响较大。
(2)不同环境温度下多层织物系统热传递的规律
在隔热性能方面,当温度由20℃降为10℃时,织物系统整体的热阻值减小;但在两个温度条件下,面里料织物的配置组合对多层织物系统的隔热性能均不具有显著影响(P=0.997>0.05),而絮填料的不同则显著影响了织物组合隔热性能的表现(P=0.000<0.05)。其中,通过量化计算各组织物系统隔热性能发现,C组3M新雪丽织物在两个温度条件下的单位厚度热阻均显著地优于其他织物(P=0.000<0.05),A组棉-竹纤维织物的单位克重热阻均显著地低于其他织物(P<0.05);另外在10℃的温度条件下,B组羽绒与其他组样本的单位厚度热阻也存在显著性差异(P=0.000<0.05)。在环境温度存在一定跨度的情况下,包含静止空气量多的织物通常能发挥较好的隔热性能,但蓬松度大的织物对环境的自适应性更差,调温纤维的加入可以提升织物系统在温度变化情况下的环境自适应性。
(3)水分对多层织物系统热传递的影响
一方面,水分的施加对织物系统隔热性能有着显著影响(P=0.028<0.05),水分的作用使得织物试样所需热平板输出的热流量比干态更多,即使得织物系统的隔热性能降低。其中,水分对B4样本的羽绒和A4样本的棉-竹纤维絮填料结构的破坏程度相对最严重且不确定性更大,对C组3M新雪丽结构的影响程度最小,D4样本调温絮片在润湿后仍能在一定程度上发挥调温作用。另外,水分施加使得各组絮填料层间温度的不稳定性也有所增加,但对织物层间温差没有显著性影响(P=0.384>0.05)。另一方面,织物系统中不同位置含湿对织物系统的隔热性能也有着显著影响,对织物系统整体加湿的结束热流量值与干态(P=0.01<0.05)和仅润湿絮填料(P=0.02<0.05)两种情况的均存在显著性差异。在絮填料和外层面料同时润湿的情况下,同样量的水分量作用时,织物系统中的水分流失速率比水分仅施加在絮填料的情况更快,隔热性能也恢复得更快,但不同含湿位置对各组织物系统的层间温度也没有显著的影响(P=0.832>0.05),即对絮填料隔热能力在织物系统整体的贡献没有显著影响。