如何量化紡織品和織物的暖感/冷觸感?

如何量化紡織品和織物的暖感/冷觸感?

生活中可能會發現,為什麼有的面料摸起來是暖的而有些摸起來是涼的?不同純物質比熱容不一樣,這個可以理解,但是服裝面料有些是同一種物質,形態不同而已人感覺溫度差異為何這麼大?從服裝的熱濕舒適性角度來說,其實是面料的“接觸冷暖感”在作祟。
關於面料的接觸冷暖感
皮膚在與其溫度不同的面料接觸瞬間,皮膚與面料間會產生熱交換,導致接觸部位皮膚與其他部位皮膚溫度有一定的差異,這種差異經過神經傳到大腦,使人產生一種接觸冷感或暖感的判斷。

通常情況下皮膚溫度高於環境溫度,因此皮膚與低於其溫度的織物接觸後,使皮膚表面熱量快速流失,溫度下降,再經過皮膚中感溫神經末梢反映到大腦後形成的冷暖感覺。從物理意義而言,冷暖感的強弱,取決於織物和人體接觸過程中織物導走人體熱量的多少。

一般來說,影響面料接觸冷暖感的原因主要是面料的表面狀態。表面越光滑的感覺越涼,而毛絨絨的感覺溫暖。

因為毛絨絨的表面中有更多的空氣,這些空氣相對靜止,基本不會對流,而空氣的熱傳導率相對來說比較低。這跟動物身上厚厚的皮毛的保溫作用道理是一樣的,都是因為毛髮中間的空氣相對靜止,隔絕了內外的對流傳熱。

如何評價接觸冷暖感?
目前冷暖感的各種測試評價方法主要集中在最大瞬態熱流吸熱係數法兩個方面。
最大熱流法
最大熱流法最早是日本學者Kawabata根據瞬態熱傳導理論提出的一種織物接觸冷暖感測試評價方法,基本原理是在模擬人體皮膚接觸織物的瞬態傳熱過程中對熱流變化曲線進行實時測量。
最大熱流法測量原理和測試模型
目前國內外普遍用來測量織物熱性能的儀器是我司代理的日本Kato KES-F7 接觸冷暖感分析儀(見下圖)。由於KES-F7型測試儀只考慮熱板初始溫度比樣品表面溫度高的情況,因此測出的最大熱流密度實際上是相對冷暖感,大的熱流密度值對應冷感,小的熱流密度值對應暖感。
Kato KES-F7由三個基本部分及控制系統構成,具備3種基本測試能力:
  1. 冷暖感評價值q max測試(1分以內可測試完畢)
  2. 熱傳導係數及熱擴散係數測試(2~3分以內可測試完畢)
  3. 保溫性測試(2~5分以內可測試完畢)

1-T. Box (temperature detecting Box, 溫度測試以及蓄熱板) ;2-BT Box (bottom temperature Box, 熱源台) ;3-Thermo Cool (恆溫台)

1. max測試(冷暖感測試)

將樣品放置在恆溫台上,將蓄熱板放置在熱源台上進行蓄熱,當它接觸試樣表面後,蓄積的熱量立即移動至低溫側的試樣物體上,此時測試出的熱流峰值為q max值。q max 越大越冷,越小越暖。

( a ) 最大熱流測試         (  b  ) 導熱係數測試

測試冷暖感的q max值除了可以用KES-F7,還可以用Kato KES-QM儀器。測試原理是以一定壓力與試樣接觸的熱檢測板為模擬人體觸感設計,將人體觸摸物品時的狀態量化成熱檢測板的負重及接觸面積。可以測定最大程度接近人體感覺的熱量傳遞過程。
KES-QM 接觸冷暖感分析儀可以實現單次試驗自動連續10次測定,連接PC直接輸出數據。符合GB/T 35263、CNS 15687、CNS L3272、JISL 1927等多個標準。
2. 熱傳導係數及熱擴散係數測試
將恆溫台設置為室溫,將樣品放置在上面,再將熱源台的熱板緊貼試樣放置在上面。在熱源台以及護環的溫度達到穩定後,通過測量穩態熱流既可得到穩態導熱係數。通過達到穩定前的動態熱流和溫度變化曲線,並結合特定邊界條件,還可以實現對熱擴散係數的測量。
3. 保溫性測試
將試樣和試樣安裝框一起固定至10×10cm 熱源台上進行測試。通常風洞內的空氣溫度與室溫相同,熱源台溫度設為比室溫高10℃。當熱源台溫度以及熱流值穩定時,測量熱流值就可計算得到保溫性能。
根據使用目的,可使用各種各樣的測試方法。例如:Wet法、Space法、Wet Space法等方法。因保溫性受周圍環境的影響大,最好要控制溫度、濕度、風速。
保溫性能測試儀器
吸熱係數法
捷克學者Hes提出了另外一種表徵織物冷暖感的參數,即吸熱係數。由於人體皮膚在接觸織物時的瞬態傳熱過程中,動態熱傳遞會受到織物的導熱係數、比熱容和密度的影響,吸熱係數反映了織物和皮膚接觸時織物從人體吸收熱量的能力。2016年美國推出了ASTM D7984“採用改進型瞬態平面熱源(MTPS) 儀器測量織物吸熱係數的標準試驗方法”。ASTM D7984 改進型瞬態平面熱源法是基於經典的瞬態平面熱源法,將瞬態平面熱源法中雙樣品夾持薄膜探頭的測試結構改變為單樣品測試形式,將另外一個樣品用已知熱物理性能的材料代替,並與薄膜探頭集成為一個測試探頭,同樣可以實現瞬態平面熱源法的大部分測試功能,可以實現對吸熱係數和導熱係數的測量,但無法直接測量最大熱流密度。執行ASTM D7984標準的典型測試儀器為我司代理的加拿大C-Therm Tx 導熱係數分析儀。

(A)  Tx導熱係數分析儀和探頭;(B) 壓縮測試附件  
Tx儀器測試過程中是給探頭中的加熱元件施加固定量的熱能(已知電流),給被測樣品提供少量熱量。該熱量導致樣品表面溫度升高1~1.5℃,接觸面處的溫度升高引起傳感器元件的電壓變化,根據溫度升高的多少和快慢來測量吸熱係數和導熱係數。
相關標準
  • ASTM D7984-21《使用改進的瞬態平面源(MTPS)儀器測量織物的熱效率的標準測試方法》
  • GB/T 35263-2017《紡織品接觸瞬間涼感性能的檢測和評價》
  • FTTS-TA-019《織物瞬間涼感驗證規範》
關於涼感紡織品的產品標準和係數要求,我們在之前的文章跟大家分享過。想回顧前文的小伙伴們,可點擊此路徑閱覽——涼感紡織品標準有哪些?接觸涼感係數要求是多少?

 

小結
織物的接觸冷暖感是一個主觀上的感受,取決於個體對溫度的敏感程度,與評價者本身的條件、所處的外界環境也有很大的影響。而客觀的測試是基於各測試參數設定下得到的一個相對結果,不同個體感覺的差異性較大,所以對於各方法測出的結果只對織物的冷暖感具有參考借鑒意義。
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