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織物冷暖感(或熱舒適)是織物與人體皮膚接觸后織物給皮膚的溫度刺激在人大腦中形成的關(guān)于冷和暖的判斷。當(dāng)織物與皮膚接觸瞬間,由于存在溫差,織物與皮膚之間會(huì)發(fā)生熱交換,使皮膚的溫度升高或降低??椢锱c皮膚之間的熱交換形式主要為熱傳導(dǎo),織物內(nèi)部的熱輻射和自然對(duì)流影響很小,可忽略不計(jì)。
通常情況下(除環(huán)境溫度高于皮膚溫度外),皮膚溫度高于環(huán)境溫度,因此織物與皮膚接觸后 往往使皮膚溫度下降,如果溫度下降(或上升)的量超過(guò)一定限度,就會(huì)使人產(chǎn)生不舒適感。從物理意義而言,冷暖感的強(qiáng)弱,取決于織物和人體接觸過(guò)程中織物導(dǎo)走或保有人體熱量的多少。
織物與皮膚接觸瞬間,二者之間存在溫差,有明顯的傳熱傳質(zhì)變化。影響皮膚溫度及其變化的物理參數(shù)主要有:皮膚溫度、溫度變化速率、溫度變化量、環(huán)境溫度和時(shí)間等??椢锏睦渑锌梢杂貌煌奈锢韰?shù)進(jìn)行描述,常用的有導(dǎo)熱系數(shù)、吸熱系數(shù)、人體與織物接觸時(shí)由人體通過(guò)織物流向環(huán)境的最大瞬態(tài)熱流。
測(cè)試方法
織物的冷暖感常用最大瞬態(tài)熱流法、吸熱系數(shù)法和導(dǎo)熱系數(shù)法來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià),但最大瞬態(tài)熱流和吸熱系數(shù)測(cè)試中都包含了導(dǎo)熱系數(shù)這個(gè)參數(shù)。因此目前冷暖感的各 種測(cè)試評(píng)價(jià)方法主要集中在最大瞬態(tài)熱流和吸熱系數(shù)的測(cè)試方面。
最大熱流法(Q-max Method)
最大熱流法是日本學(xué)者 Kawabata 根據(jù)瞬態(tài)熱傳導(dǎo)理論提出的一種織物接觸冷暖感測(cè)試評(píng)價(jià)方法,最大熱流法的基本原理是在模擬人體皮膚接觸織物的瞬態(tài)傳熱過(guò)程中對(duì)熱流變化曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。如圖所示,在測(cè)量之前,首先將樣品放在溫度保持恒定的樣品座上,并將由良導(dǎo)熱體制成的熱板溫度升高到比樣品高約 5~10℃。測(cè)量時(shí)將熱板放置在樣品的上表面,熱量從溫度高的熱板流向樣品,記錄和測(cè)量熱板溫度和接觸面上熱流密度 q(t) 隨時(shí)間的變化曲線
KES-F7 型熱物理性能測(cè)試儀
目前國(guó)內(nèi)外普遍用來(lái)測(cè)量織物熱性能的儀器是日本 KATO TEKKO 公司生產(chǎn)的
KES-F7 Thermo LABO 型熱性能測(cè)試儀器,如圖所示。對(duì)于織物接觸冷暖感的測(cè)試,此儀器所采用的方法就是上述最大熱流法。由于 KES-F7 型測(cè)試儀只考慮熱板初始溫度比樣品表面溫度高的情況,因此測(cè)出的最大熱流密度實(shí)際上是相對(duì)冷暖感,大的熱流密度值對(duì)應(yīng)冷感,小的熱流密度值對(duì)應(yīng)暖感。
如圖所示,KES-F7 型冷暖感測(cè)試儀由以下三個(gè)基本部分及其控制系統(tǒng)構(gòu)成:
(1)T. Box(Temperature Detecting Box, 溫度測(cè)試以及蓄熱板)
(2)B. T. Box(Bottom Temperature Box, 熱源臺(tái))
(3)Thermo Cool(恒溫臺(tái))
KES-F7 型熱性能測(cè)試儀具有以下三種測(cè)試能力:
Q-max 測(cè)試(冷暖感測(cè)試)
如圖所示,將樣品放置在恒溫臺(tái)上,并將蓄熱板放置在熱源臺(tái)上進(jìn)行蓄熱,然后將蓄熱板快速放置在樣品表面上。蓄積的熱量立即移動(dòng)至低溫側(cè)的樣品上,此時(shí)測(cè)試出的熱流峰值為 Q-max 值,測(cè)試過(guò)程可在 1 分以內(nèi)完成。
穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試
如圖 2-4(b)所示,首先將恒溫臺(tái)設(shè)置為室溫,將 50 mm×50 mm 的樣品放置 在上面,再將熱源臺(tái)的熱板緊貼試樣放置在上面。在熱源臺(tái)以及護(hù)環(huán)的溫度達(dá)到穩(wěn)定后,通過(guò)測(cè)量穩(wěn)態(tài)熱流既可得到穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱系數(shù),測(cè)試過(guò)程可在 2~3 分以內(nèi)完成。
通過(guò)達(dá)到穩(wěn)定前的動(dòng)態(tài)熱流和溫度變化曲線,并結(jié)合特定邊界條件,還可以實(shí) 現(xiàn)對(duì)熱擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量。通過(guò)上述測(cè)量的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴(kuò)散系數(shù),如果知道樣品的密度,則可以計(jì)算得 到樣品的比熱容。
由此可見(jiàn),KES-F7 型熱性能測(cè)試儀是一個(gè)非常經(jīng)典的瞬態(tài)熱物理性能測(cè)試儀 器,通過(guò)測(cè)試模型和相應(yīng)的邊界條件,可以對(duì)樣品厚度方向的熱物理性能參數(shù)進(jìn)行 測(cè)量,即 KES-F7 型熱性能測(cè)試儀的熱性能測(cè)試帶有明確的方向性。
保溫性能測(cè)試
將上述冷暖感測(cè)試儀結(jié)合風(fēng)洞來(lái)進(jìn)行織物的保溫性能測(cè)試,如圖 2-5 所示。 將樣品(100 mm×100 mm 以上、最大 200 mm×20 mm)和樣品安裝框一起固定至 100 mm×100 mm 熱源臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。通常風(fēng)洞內(nèi)的空氣溫度與室溫相同,熱源臺(tái)溫度為比室溫高 10℃。當(dāng)熱源臺(tái)溫度以及熱流值穩(wěn)定時(shí),測(cè)量熱流值就可計(jì)算得到保溫性能,測(cè)試通常在 2~5 分鐘內(nèi)完成。在具體測(cè)試中,還可使用各種測(cè)試方法,例如 Wet 法、Space 法和 Wet Space 法等。