本发明涉及纤维织物材料的导热系数测量技术领域，具体涉及一种吸湿性纤维织物材料的吸湿状态导热系数的测量方法。
背景技术：
纤维织物材料的导热系数是服装、鞋帽、手套等成品热舒适性的重要热物理参数指标之一，直接表征着其保温、隔热能力，因此对于材料的导热系数的准确测定具有非常重要意义。目前，材料的导热系数测试方法主要分为稳态法和瞬态法，其中稳态法主要有热板法以及防护热法等，瞬态法常见有热线法以及平面热源法等。稳态法是在系统温度场达到稳定平衡后通过测试面料上、下热板之间的温度梯度差来计算材料导热系数，简单方便，但测试占用时间长。由于含湿纤维材料在测试受热过程中其水分会不断迁移蒸发、冷凝，并伴随热量耦合传输，若测试时间过长会影响最后检测结果，因此稳态法并不适于含湿纤维材料的导热系数的测试。瞬态法无需构建热平衡温度场，测试时间短，在含湿类纤维材料的导热性能检测领域具有较好的优势。
采用瞬态法实验能获得材料含水率对导热系数的影响的规律性认识，并能发展理论预测结构模型，如串联模型、并联模型、麦斯威尔-欧肯模型等。然而，这些实验及模型主要是基于非吸湿性材料，如丙纶织物、氯纶织物、加气混凝土、岩棉、砂土等建筑材料，这些材料并没有吸湿基团，几乎不吸湿(nonabsorbent)或回潮率很小，不能形成结合水(boundwater)，其集合体内部水分是以芯吸水、层间结构水或自由水状态存在。现有理论模型预测含水多孔材料的导热系数一般采用介质孔隙内“水-气”的两相复合导热系数+固相骨架导热系数的联合函数方程式，其中固相导热系数采用干燥条件下骨架材料的本身导热系数。吸湿性纤维材料吸湿后其单根纤维骨架的导热性能会发生较大变化，采用上述模型方程所带来的问题是吸湿性纤维集合体材料的导热系数预测值与实测值存在较大偏差。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供了一种吸湿性纤维织物材料的吸湿状态导热系数的测量方法。本发明方法充分考虑了纤维织物材料中的纤维骨架在吸湿后导热性能改变的特点，通过反推测量获得吸湿后的纤维骨架的导热系数，从而避免了采用绝干条件下的单根纤维骨架的导热系数预测纤维集合体导热系数所带来的误差，进而通过反推得到的纤维骨架的热导系数获得吸湿状态下纤维织物材料在实时吸水状态下的导热系数。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种吸湿性纤维织物材料的吸湿状态导热系数的测量方法，包括如下步骤：
s1、取吸湿性纤维织物材料并烘干，预调湿直至达到吸湿平衡状态，测得吸湿平衡状态下的含水率α1；
s2、吸湿平衡状态下，测得吸湿性纤维织物材料的孔隙率φ及有效导热系数λ，并计算得到吸湿性纤维织物材料纤维骨架的导热系数λsh；
s3、吸湿平衡状态下的吸湿性纤维织物材料继续吸湿处理，达到吸湿平衡状态以上、饱水状态以下，测得吸湿平衡状态以上、饱水状态以下的含水率α2，并由含水率α1和α2计算得到非吸湿性水分所占的体积比φw；
s4、采用如下公式：
λeff＝(1-φ)λsh+φwλw+(φ-φw)λg，
计算得到吸湿性纤维织物材料在含水率α2时的导热系数λeff；式中，λw为水分导热系数，λg为空气导热系数。
优选的，所述吸湿性纤维织物材料包括纯棉织物材料、纯粘胶织物材料、竹纤维织物材料或tencel(天丝)纤维无纺布。
优选的，s1中，所述预调湿在温度为21℃、相对湿度为30～90％的恒温恒湿条件下进行，且所述预调湿的时间为24～48小时。
优选的，s1中，达到吸湿平衡状态后的吸湿性纤维织物采用保鲜膜密封，并静置48小时以上。通过保鲜膜密封、静置，使吸湿平衡状态在静置过程中达到最终稳定，提高测量准确性。
优选的，s1中，所述吸湿平衡状态为：相邻两次重量测量值相差小于0.01g。
优选的，s2中，采用质量体积法或压汞法测得吸湿性纤维织物材料的孔隙率φ。
优选的，s2中，所述吸湿性纤维织物材料纤维骨架的导热系数λsh采用公式λ＝λsh(1-φ)λgφ·kw计算得到；其中，kw是在纯导热基础上考虑湿迁移效应的修正系数。
更优选的，s2中，所述有效导热系数λ采用瞬态热源法测得；且瞬态热源法测量所述有效导热系数λ前，采用稳态保护热板法测得吸湿性纤维织物材料的任意含水状态下的导热系数，并用测得的任意含水状态下的导热系数对瞬态热源法进行校准，获得在纯导热基础上考虑湿迁移效应的修正系数kw。
更进一步优选的，所述稳态保护热板法参考gb/t11048-2008标准进行。
优选的，s3中，所述继续吸湿处理为：将吸湿平衡状态下的吸湿性纤维织物材料至于加湿箱内，并在吸湿平衡状态下的吸湿性纤维织物材料上覆盖金属薄片，再向加湿箱内注入去离子水蒸汽，且每隔10～20min将吸湿性纤维织物材料翻面。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明的方法适用于测量含水率达到吸湿平衡状态以上的纤维织物材料的吸湿状态导热系数；而且，本发明方法充分考虑了纤维织物材料中的骨架纤维在吸湿后导热性能改变的特点，通过反推获得吸湿后的纤维骨架的导热系数，从而避免了采用绝干条件下的单根纤维骨架的导热系数预测纤维集合体导热系数所带来的误差，进而通过反推得到的纤维骨架的热导系数获得吸湿状态下纤维织物材料在实时吸水状态下的导热系数。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
本发明一种吸湿性纤维织物材料的吸湿状态导热系数的测量方法，具体实施方式中，包括如下步骤：
s1、选取3块同种吸湿性无纺布织物，其中，吸湿性无纺布织物可为纯棉织物、纯粘胶织物、竹纤维织物或天丝纤维无纺布织物，且3块同种吸湿性无纺布织物为从一大整块吸湿性无纺布织物上、离织物边100mm以内不同处剪取得到；
s2、将3块吸湿性无纺布织物置于烘箱中，并于60～105℃烘燥30～120min，将3块吸湿性无纺布织物烘干；
s3、将烘干的3块吸湿性无纺布织物置于温度为21℃、相对湿度为30～90％的恒温恒湿环境内，预调湿24～48小时，直至相邻两次的重量测量值相差小于0.01g，达到吸湿平衡状态；再将调湿达到吸湿平衡状态的吸湿性无纺布织物用保鲜膜密封，静置48小时以上；
s4、根据预调湿前后的质量差，计算得到吸湿平衡状态下吸湿性无纺布织物的含水率α1；
s5、取预调湿后的3块吸湿性无纺布织物中的第1块，在温度为21℃、相对湿度为30～90％的恒温恒湿环境下，利用质量体积法或压汞法测得其孔隙率φ；
在本发明的具体实施例中，采用质量体积法测得孔隙率φ：
先称取预调湿后的3块吸湿性无纺布织物中的第1块的质量m，然后利用游标卡尺或千分尺测量其长度、宽度及厚度值，其中，厚度值是取不同点进行测量的平均值，根据长度、宽度及厚度值计算得到体积v；再根据m值和v值计算吸湿性纤维织物的体积密度ρ0，已知无纺布织物的绝对密实密度ρ(即等于纤维体积密度)，孔隙率φ由如下公式计算得到：
s6、取预调湿后的3块吸湿性无纺布织物中的第2块，采用瞬态热源法测得其有效导热系数λ；利用结构模型方程式λ＝λsh(1-φ)λgφ·kw，计算得到吸湿后纤维骨架的导热系数λsh；其中，λg为空气导热系数，φ为s5测得的孔隙率φ，kw是在纯导热基础上考虑湿迁移效应的修正系数；
在本发明的具体实施方式中，瞬态热源法测量有效导热系数λ前，采用稳态保护热板法测得吸湿性纤维织物材料在任意含水率α下的导热系数，并用测得的任意含水率α下的导热系数对瞬态热源法进行校准，获得在纯导热基础上考虑湿迁移效应的修正系数kw；其中，稳态保护热板法参考gb/t11048-2008标准进行。
具体的，用测得的任意含水率α下的导热系数对瞬态热源法进行校准，即在稳态保护热板法中平均温度为t值情况下，保持织物材料的含水率α不变，测得其稳态的稳态导热系数；然后同样温度t值，用瞬态热源法测得其瞬态导热系数，测得的稳态导热系数和瞬态导热系数两者比较即得修正系数kw。
s7、取预调湿后的3块吸湿性无纺布织物中的第3块，在温度为21℃、相对湿度为30～90％的恒温恒湿环境内继续调湿，具体的，将吸湿平衡状态下的吸湿性纤维织物材料至于加湿箱内，并在吸湿平衡状态下的吸湿性纤维织物材料上覆盖金属薄片，再向加湿箱内注入去离子水蒸汽，且每隔10～20min将吸湿性纤维织物材料翻面，直至达到吸湿平衡状态以上、饱水状态以下的含水率α2；而且，由含水率α1和α2计算得到非吸湿性水分所占的体积比φw；
s8、采用如下平行传导模型：
λeff＝(1-φ)λsh+φwλw+(φ-φw)λg，
计算得到吸湿性纤维织物材料在含水率α2时的导热系数λeff；式中，φ为s5测得的孔隙率φ，λsh为s6计算得到吸湿后纤维骨架的导热系数，φw为非吸湿性水分所占的体积比，λw为水分导热系数，λg为空气导热系数。
实施例1
纯棉纤维无纺布(克重70g/m2)的吸湿状态(含水率75％)导热系数的测量，具体步骤如下：
s1、从一大整块纯棉纤维无纺布(克重70g/m2)上、离织物边100mm以内不同处剪取得到3块相同大小的纯棉纤维无纺布，均为长5cm、宽5cm；
s2、将3块纯棉纤维无纺布置于烘箱中，并于80℃烘燥60min，将3块纯棉纤维无纺布烘干；
s3、将烘干的3块纯棉纤维无纺布置于温度为21℃、相对湿度为40％的恒温恒湿环境内，预调湿24小时，直至相邻两次的重量测量值相差小于0.01g，达到吸湿平衡状态；再将调湿达到吸湿平衡状态的3块纯棉纤维无纺布用聚乙烯薄膜密封，静置50小时；
s4、根据预调湿前后的质量差，计算得到吸湿平衡状态下纯棉纤维无纺布的含水率α1＝6.4％；
s5、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第1块，在温度为21℃、相对湿度为40％的恒温恒湿环境下，利用质量体积法测得其孔隙率φ；
具体的，采用质量体积法测得孔隙率φ：
先称取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第1块的质量m＝0.134g，然后利用游标卡尺测量其长度为5cm、宽度为5cm及厚度值为0.156mm，其中，厚度值是取不同点进行测量的平均值，根据长度、宽度及厚度值计算得到体积v＝3.9·10-7m3；再根据m值、v值及公式
s6、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第2块，采用瞬态热源法测得其有效导热系数λ为0.01947w/mk；利用结构模型方程式λ＝λsh(1-φ)λgφ·kw，计算得到吸湿后的纯棉纤维无纺布的纤维骨架的导热系数λsh＝0.0874w/mk；其中，纯导热基础上考虑湿迁移效应的修正系数kw＝0.62，空气导热系数λg为0.023w/mk，φ为s5测得的孔隙率φ＝77％；
其中，在瞬态热源法测量有效导热系数λ前，采用稳态保护热板法测得纯棉纤维无纺布的绝干导热系数，并用测得的绝干导热系数对瞬态热源法进行校准，获得修正系数kw＝0.62；其中，稳态保护热板法参考gb/t11048-2008标准进行。
s7、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第3块，在温度为21℃、相对湿度为40％的恒温恒湿环境内继续调湿，具体的，将吸湿平衡状态下的第3块纯棉纤维无纺布至于加湿箱内，并在吸湿平衡状态下的第3块纯棉纤维无纺布上覆盖金属薄片，再向加湿箱内注入去离子水蒸汽，且每隔15min将第3块纯棉纤维无纺布翻面，直至达到吸湿平衡状态以上、饱水状态以下的含水率α2＝75％；
而且，由含水率α1和α2计算得到非吸湿性水分所占的体积比φw＝24％；
s8、采用如下平行传导模型：
λeff＝(1-φ)λsh+φwλw+(φ-φw)λg，
计算得到纯棉纤维无纺布在含水率α2＝75％时的导热系数λeff＝0.1995w/mk；式中，φ为s5测得的孔隙率φ，λsh为s6计算得到吸湿后纤维骨架的导热系数，φw为非吸湿性水分所占的体积比，λw为水分导热系数(20℃，0.60w/mk)，λg为空气导热系数。
实施例2
纯棉纤维无纺布(90g/m2)的吸湿状态(含水率25％)导热系数的测量，具体步骤如下：
s1、从一大整块纯棉纤维无纺布(90g/m2)上、离织物边100mm以内不同处剪取得到3块相同大小的天丝纤维无纺布，均为长5cm、宽5cm；
s2、将3块纯棉纤维无纺布置于烘箱中，并于60℃烘燥120min，将3块天丝纤维无纺布烘干；
s3、将烘干的3块纯棉纤维无纺布置于温度为21℃、相对湿度为90％的恒温恒湿环境内，预调湿28小时，直至相邻两次的重量测量值相差小于0.01g，达到吸湿平衡状态；再将调湿达到吸湿平衡状态的3块天丝纤维无纺布用聚乙烯薄膜密封，静置52小时；
s4、根据预调湿前后的质量差，计算得到吸湿平衡状态下天丝纤维无纺布的含水率α1＝5.7％；
s5、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第1块，在温度为21℃、相对湿度为90％的恒温恒湿环境下，利用质量体积法测得其孔隙率φ；
具体的，采用质量体积法测得孔隙率φ：
先称取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第1块的质量m＝0.249g，然后利用游标卡尺测量其长度为5cm、宽度为5cm及厚度值为0.359mm，其中，厚度值是取不同点进行测量的平均值，根据长度、宽度及厚度值计算得到体积v＝8.9·10-7m3；再根据m值和v值及公式
取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第2块，采用瞬态热源法测得其有效导热系数λ为0.3595w/mk；利用结构模型方程式λ＝λsh(1-φ)λgφ·kw，计算得到吸湿后的竹纤维无纺布的纤维骨架的导热系数λsh＝0.0823w/mk；其中，纯导热基础上考虑湿迁移效应的修正系数kw＝1.24，空气导热系数λg为0.023w/mk，φ为s5测得的孔隙率φ＝82％；
其中，在瞬态热源法测量有效导热系数λ前，采用稳态保护热板法测得纯棉纤维无纺布的绝干导热系数，并用测得的绝干导热系数对瞬态热源法进行校准，获得修正系数kw＝1.24；其中，稳态保护热板法参考gb/t11048-2008标准进行。
s7、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第3块，在温度为21℃、相对湿度为90％的恒温恒湿环境内继续调湿，具体的，将吸湿平衡状态下的第3块天丝纤维无纺布至于加湿箱内，并在吸湿平衡状态下的第3块纯棉纤维无纺布上覆盖金属薄片，再向加湿箱内注入去离子水蒸汽，且每隔20min将第3块纯棉纤维无纺布翻面，直至达到吸湿平衡状态以上、饱水状态以下的含水率α2＝25％；
而且，由含水率α1和α2计算得到非吸湿性水分所占的体积比φw＝5％；
s8、采用如下平行传导模型：
λeff＝(1-φ)λsh+φwλw+(φ-φw)λg，
计算得到纯棉纤维无纺布在含水率α2＝％时的导热系数λeff＝0.0702w/mk；式中，φ为s5测得的孔隙率φ，λsh为s6计算得到吸湿后纤维骨架的导热系数，φw为非吸湿性水分所占的体积比，λw为水分导热系数(20℃，0.60w/mk)，λg为空气导热系数。
实施例3
纯棉纤维无纺布(克重90g/m2)的吸湿状态(含水率50％)导热系数的测量，具体步骤如下：
s1、从一大整块纯棉纤维无纺布(克重90g/m2)上、离织物边100mm以内不同处剪取得到3块相同大小的竹纤维无纺布，均为长5cm、宽5cm；
s2、将3块纯棉纤维无纺布置于烘箱中，并于105℃烘燥30min，将3块竹纤维无纺布烘干；
s3、将烘干的3块纯棉纤维无纺布置于温度为21℃、相对湿度为30％的恒温恒湿环境内，预调湿48小时，直至相邻两次的重量测量值相差小于0.01g，达到吸湿平衡状态；再将调湿达到吸湿平衡状态的3块竹纤维无纺布用聚乙烯薄膜密封，静置48小时；
s4、根据预调湿前后的质量差，计算得到吸湿平衡状态下竹纤维无纺布的含水率α1＝5.7％；
s5、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第1块，在温度为21℃、相对湿度为30％的恒温恒湿环境下，利用质量体积法测得其孔隙率φ；
具体的，采用质量体积法测得孔隙率φ：
先称取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第1块的质量m＝0.249g，然后利用游标卡尺测量其长度为5cm、宽度为5cm及厚度值为0.359mm，其中，厚度值是取不同点进行测量的平均值，根据长度、宽度及厚度值计算得到体积v＝8.9·10-7m3；再根据m值和v值及公式
s6、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第2块，采用瞬态热源法测得其有效导热系数λ为0.3595w/mk；利用结构模型方程式λ＝λsh(1-φ)λgφ·kw，计算得到吸湿后的竹纤维无纺布的纤维骨架的导热系数λsh＝0.0823w/mk；其中，纯导热基础上考虑湿迁移效应的修正系数kw＝1.24，空气导热系数λg为0.023w/mk，φ为s5测得的孔隙率φ＝82％；
其中，在瞬态热源法测量有效导热系数λ前，采用稳态保护热板法测得纯棉纤维无纺布的绝干导热系数，并用测得的绝干导热系数对瞬态热源法进行校准，获得修正系数kw＝1.24；其中，稳态保护热板法参考gb/t11048-2008标准进行。
s7、取预调湿后的3块纯棉纤维无纺布中的第3块，在温度为21℃、相对湿度为30％的恒温恒湿环境内继续调湿，具体的，将吸湿平衡状态下的第3块纯棉纤维无纺布至于加湿箱内，并在吸湿平衡状态下的第3块竹纤维无纺布上覆盖金属薄片，再向加湿箱内注入去离子水蒸汽，且每隔10min将第3块纯棉纤维无纺布翻面，直至达到吸湿平衡状态以上、饱水状态以下的含水率α2＝50％；
而且，由含水率α1和α2计算得到非吸湿性水分所占的体积比φw＝12％；
s8、采用如下平行传导模型：
λeff＝(1-φ)λsh+φwλw+(φ-φw)λg，
计算得到纯棉纤维无纺布在含水率α2＝75％时的导热系数λeff＝0.1146w/mk；式中，φ为s5测得的孔隙率φ，λsh为s6计算得到吸湿后纤维骨架的导热系数，φw为非吸湿性水分所占的体积比，λw为水分导热系数(20℃，0.60w/mk)，λg为空气导热系数。
以上实施例仅为本发明的较优实施例，仅在于对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此，任何未脱离本发明精神实质及原理下所做的变更、组合、删除、替换或修改等均将包含在本发明的保护范围内。