棉麻织物液态水垂直传递性能的研究毕业设计论文.doc
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1、科技与艺术学院本科毕业设计(论文)题 目 棉/麻织物液态水垂直传递性能的研究系 别 纺织服装系 专业班级 姓 名 XXX 学 号 指导老师 教授 系主任 2013年 5月30日浙 江 理 工 大 学科 技 与 艺 术 学 院毕业论文诚信声明我谨在此保证:本人所写的毕业论文,凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。论文主体均由本人独立完成,没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况,本人愿意承担相应的责任。声明人(签名):年 月 日摘 要织物的液态水传递性能对服装的穿着舒适性起到至关重要的作用。具有良好液态水传递性能的服装能在一定程度上确保体感凉爽。相
2、反,液态水传递性能差的服装会抑制人体的散热机制,导致衣服与人体表之间的微环境长时间处于湿热的状态,引起人体不适。因此,对织物液态水传递性能的研究是十分有必要的。织物液态水传递性能自动检测法是一种基于垂直芯吸法的新式织物液态水传递性能的检测方法。该方法所使用的新型织物湿传递自动检测装置借助计算机织物垂直芯吸高度自动识别系统自动记录实验时间和被测织物的芯吸高度,弥补了传统目测实验仪器耗费人工的缺陷,并且提高了测试精确度。论文采用上述方法,对14块规格不同的平纹棉/麻混纺织物进行了织物液态水传递性能的实验研究。通过Origin软件对实验数据进行分析,得到以下结论:随着时间的延长,织物经/纬向芯吸高度
3、的增长逐渐减缓,直至趋向于一个稳定的数值;织物同一时刻下的经向芯吸高度和经向初始芯吸速率往往要大于纬向;织物的面密度越大,芯吸性能越好。本课题的研究对如何利用和提高织物的芯吸性能有一定的实际意义。关键词:织物;液态水传递性能;垂直芯吸;自动检测Study on the Vertical Wicking Property of Cotton-Linen Blending Woven FabricsABSTRACTThe moisture management property of the woven fabrics has a great effect on the wear-comfort
4、of the garments. The garments with good moisture management property can make the body feel comfort. On the contrary, the garments will inhibit the heat loss from human body and the hot and wet will accumulate in the micro-environment between the garments and the human body. It may cause uncomfortab
5、le. In conclusion, it is of great importance to study the moisture management property of the woven fabrics.The automatic fabric moisture transmission test equipment for determining the moisture management property of woven fabrics is based on the vertical wicking principle. The test time and the wi
6、cking height of the tested woven fabrics can be record automatically by the automatic vertical wicking height recognition software. It not only makes up for the disadvantage of the traditional labor-intensive visual method, but also improves the test precision.In this thesis, the automatic test meth
7、od was used to study the moisture management performance of the 14 pieces of plain cotton-linen blending woven fabrics with different basic structures. Origin software was also used to analyze the test data. It can be concluded that the wicking height increases gradually as time goes by until its cl
8、ose to a constant number; the wicking height in the same time and the initial wicking rate of the warp are larger than those of the weft; the higher the areal destiny of the fabric is, the better its moisture management property is. It is helpful to improve the moisture management property of woven
9、fabrics in practice.Keywords: woven fabric; water transmitting property; vertical wicking; automatic test目 录摘 要Abstract第1章绪论11.1课题提出背景11.2织物中液态水传递的原理21.2.1吸湿21.2.2吸水21.2.3透湿31.3织物中液态水传递的研究现状31.4织物液态水传递性能的常用测试方法41.5课题研究意义及内容7第2章新型织物湿传递自动检测装置简介82.1硬件部分82.2软件部分112.3测试步骤15第3章棉麻织物液态水传递特征研究193.1实验样品193.2实
10、验数据与分析203.2.1织物30min芯吸高度与初始芯吸速率数据处理与分析203.2.2织物面密度对织物水垂直传递性能的影响31第4章课题总结与展望334.1课题总结334.2展望33参考文献35致 谢38 第1章 绪论1.1 课题提出背景随着经济的逐渐发展和生活水平的显著提高,普通百姓在选购服装时不仅仅更加看重服装的颜色、图案、款式和做工,还对服装的面料的穿着舒适性提出了越来越高的要求。这推动了各类服装,特别是贴身穿着的内衣、春夏装和运动服,以及军装,向具有良好湿传递性能等高附加值的方向发展1。作为评价织物舒适性的重要指标之一,服装(织物)的液态水传递性能日益受到世界各国纺织服装领域学者的
11、重视2,该性能的相关原理、描述指标、测试仪器和测试方法成为了当今纺织服装领域的热门研究对象3-5。人体皮肤汗腺释放汗液活动主要分为两种:在代谢水平低下时,汗液在汗腺孔内或汗腺孔附近蒸发成水气,皮肤上不呈现润湿状态,称为“无感出汗”或“非显汗”;在代谢水平高亢时,汗液以液态水形态遍及皮肤表面,甚至流淌,称为“有感出汗”或“显汗”,是人体出汗的主要形式。前者对服装穿着舒适性也有影响,正如许多研究者指出的,影响热发散平衡,但由于其产生时服装与皮肤接触很少,因此这种影响并不明显。后者不仅影响热平衡,而且影响皮肤触觉系统。某些液态水传递性能特别差的服装,特别是贴身穿着的服装,在人体有感出汗后,特别是在寒
12、冷的环境中,由于不能将液态水迅速地芯吸或迁移到另一面以促进汗汽的散逸、蒸发,会使穿着者有一种非常不舒适的“激冷感”6。织物的湿传递同样分为两种,一种是人体出非显汗条件下湿汽透过织物的气态水传递,另一种则是出显汗条件下液态水在织物中的传递。织物湿传递的研究虽然有不少国内外科学家在进行,但大部分研究偏向气态水传递,且在分析中附属于热平衡的测算,深入涉及液态水传递理论及进行相关实验的研究较少7-9。在重体力劳动、运动训练或高温作业等人体容易有感出汗的条件下,现有服装液态水传递性能均不能令人满意10,因此织物/服装的液态水传递性能还有待进一步研究。1.2 织物中液态水传递的原理无论是织物的气态水传递还
13、是液态水传递,其实质都是吸湿、吸水、透湿这三项过程。影响这些过程的内在因素主要有纤维的表面性能、纱线和织物的几何结构特征等。本论文主要研究的是织物的吸水过程。1.2.1 吸湿织物的吸湿是指织物在空气中会不断地和空气进行水气的交换,即不断地吸收空气中的水气,同时也不断地向空气中放出水气11。以本课题所要研究的纤维素类纤维(如棉、麻)为例,氢键是该类纤维吸湿的主要原因12。纤维吸湿时,水分子先吸附在纤维表面。这种直接吸收水的方式结合力较大,产生的吸湿热也较大。随后水分子进入纤维内部,与纤维分子中的游离亲水基团直接结合为氢键而附着或与已经附着在纤维分子上的水分子间接结合。间接吸湿的结合力较小,吸收的
14、水分容易蒸发,是纤维中水分蒸发的主体部分,因此间接吸湿对纤维的物理机械性质影响不大。织物的吸湿性能主要取决于纤维的种类和大气条件。1.2.2 吸水织物吸水包括润湿和芯吸两个过程。润湿是液体在固体表面扩散,以液-固界面取代气-固界面过程。当液体与固体壁面接触时,液体分子和固体分子就会产生作用力,这种吸引力成为附着力。如果附着力大于内聚力时,就产生液体能浸润固体的现象;反之,就产生液体不能润湿固体的现象。芯吸效应的产生是由于织物中纤维与纤维之间、纱线与纱线之间存在着不同大小和形状各异的孔隙,织物与水接触时会形成毛细压差13,换句话说,毛细效应提供了织物芯吸的动力。毛细效应是指将内径等于或小于1毫米
15、的细管垂直放入液体中时,如果液体能润湿管壁(90),则管内液面将下降,液面呈凸形。综上所述,润湿和芯吸两者有着密切的联系:润湿是芯吸发生的前提,不可润湿的固体就不可能产生毛细现象14。1.2.3 透湿人体无感出汗产生的气相水每小时约向外界散发水分2223g。气相水通常由分压高的一面向分压低的一面扩散。无感出汗在皮肤表面蒸发时,织物贴近人体皮肤一侧的纤维的亲水端与汗液结合,水分在纤维间的孔隙中不断聚积,此时皮肤与织物间空气中水气的分压超过纤维内部水气的分压值,水就自然被空气挤出织物,向周围环境中散发。织物的厚度越小,紧密度越高(即纤维间孔隙越细越小),这种透湿效应越强。1.3 织物中液态水传递的
16、研究现状Washburn15对多孔结构和毛细管流动关系进行了研究,并在芯吸理论的基础上,忽略重力的影响,提出了被广泛认为是液体芯吸的动力学描述的Washburn方程1-1。Minor16等人研究了各种液体在纤维束中的移动,并且用纤维组合系统的润湿理论来解释液滴在织物中穿透的现象。他们都是通过研究芯吸现象与织物结构参数的关系,从而获得液体芯吸高度或者芯吸高度与时间的关系,没有涉及液态水传递过程中水分传递的微观行为和这些行为的机制。 (1-1)式中:h为毛细管内液体的高度;r为平均半径;为接触角;为液体粘度;t为时间;为表面张力;g为重力加速度;为液体密度。熊杰17等利用铺展因子(在规定的环境条件
17、下,采用2.5cm15cm试样条做芯吸试验,测定织物吸收单位质量的水并铺展单位长度所需时间)和散失速率(在规定的环境条件下,将完全浸润的织物置于35热板上,测定在单位时间内单位面积织物向周围环境散失的水分量)两个模拟量得到了液态水传递性能与薄型机织物结构特征的关系:1.在非稳态下,亲水性纤维织物的铺展因子越小,铺展能力强,越有利于透湿散热;2.织物平方米克重增大在间歇显汗下有助于排汗,但同时会导致织物在非显汗条件下透湿传热能力下降,所以平方米克重的大小需要考虑多种因素。邱冠雄18等根据滴在织物上的水是在毛细效应下沿织物中的纤维向内渗透,且不同织物渗透时间不同的原理,分别测试了棉(亲水性)织物和
18、疏水性织物水洗前后水滴完全消失的时间,将此作为吸湿指标,探讨了织物对水的导湿机理。邱冠雄指出:亲水性织物更容易被水润湿;织物经水洗后水滴消失时间明显缩短,由此可以推出水洗对织物的吸湿度影响很大。姚穆19等应用润湿理论和毛细管理论,对湿传导的通道和织物结构的描述方法进行研究,并对各层次导湿孔洞的物理量进行描述,最后得出:织物具有多种层次结构,且各层次在湿传导过程中的作用和表现各不相同。邢孟秋20等采用垂直芯吸法定性研究了纱线的捻度、单丝纤度、单丝横截面形状以及助剂对纱线芯吸性能的影响,指出:对于同一种原料的纱线,恰当的捻度和细度可以提高纱线的芯吸性,但超过某一极限其芯吸作用反而下降;三叶形截面的
19、异形纤维相比其他形状的纤维芯吸作用更好。王其21-23等对差动毛细效应在织物液态水传递中的应用及形成差动毛细效应的条件进行研究,假设纤维在纱线和织物中完全规整排列的前提下建立了差动导湿模型,并在忽略线圈空间几何形态对导湿量可能产生影响的前提下,计算针织物的毛细输水量。庄勤亮24等借助CCD(Charge-coupled Device,电荷耦合元件摄像头)每隔15s自动摄取织物动态芯吸的图像,所摄图像直接导入计算机进行图像处理,得到液体在织物的导湿速度。庄勤亮进一步优化了芯吸法,同时分析了针织物的湿传递机理,并研究了外加压力对针织物湿传递的影响。1.4 织物液态水传递性能的常用测试方法科学家们按
20、照自己对织物液态水传递的理解,设计出许多测定方法25-43,试图寻求可测得的量来定量地描述这一性质。这些测试方法分为间接测试法和直接测试法。间接测试法则是从与所需指标相关的特性出发,利用某些物理量,如电阻、介电系数、外来辐射的吸收等和材料回潮率间的关系间接测定材料中的含水率。间接测试法的种类主要有电容法、直流电阻法、高频阻抗法等。以电阻式测湿仪测试法为例,该方法是利用纤维在不同的回潮率下具有不同的电阻值来进行测定的。启动电阻式测湿仪,读出纤维的电阻值,然后查找测试该纤维种类的电阻与回潮率关系表,确定其回潮率。间接测试法通常快速简便,甚至可以不直接接触试样,因此工厂常用这类方法对织物的吸湿性作连
21、续测定,便于回潮率自动监控。但是,影响间接法测试结果的因素较多,在稳定性、准确性上还存在一定的问题。直接测试法是直接测定所需的指标,即含水率或回潮率。国内针对液态水导湿性能的测试主要是扩散性能和吸湿速度的测试,其指标主要有扩散时间,润湿面积和芯吸高度等,测试方法主要有透湿杯法、滴液法、垂直吸水法、芯吸法等。传统的直接法主要是透湿杯法,该方法虽然简单易行,并能在静态条件下定量比较织物的透湿性,但是测试时间长,实验精度低。许多学者力图寻求一种快速、简便、精确的测试方法。滴液法是将织物平置,用注射器在平置织物上滴入一定量的液滴,观察液滴从开始扩散至扩散停止时织物的润湿面积或消耗时间。该方法可以模拟人
22、体出汗时,汗液从织物内层向外层扩散并蒸发到大气中的过程。最理想的织物润湿情况是里层润湿面积小,外层润湿面积大。垂直吸水法是将织物一端吊在称重仪器上,另一端浸入水中,测量一定时间内织物的吸水量。使用垂直吸水法测量织物液态水传导能力时,要求不同试样宽度方向同时吸水的纱线(或毛细管)根数必须相等,称重仪器必须能连续测量,对试样准备和称重仪器要求较高。最终获得的数据是一定时间内的芯吸高度,并不能得到织物在芯吸过程中液态水的传递规律。目测垂直芯吸法是目前国内测定织物芯吸率的主要方法。其原理主要是利用纺织品毛细效应测试织物的芯吸性能,用芯吸速率或芯吸高度来表征。将试样按经向和纬向分别3条裁剪成宽度为2.5
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