一种多功能纺织品光热转换升温保暖性能测试仪及其应用的制作方法

1.本发明涉及仪器仪表领域，具体涉及一种多功能纺织品光热转换升温保暖性能测试仪及其应用。


背景技术：

2.自从纺织品出现以来，其重要的功能之一就是为人们提供保暖，满足人体避免体温散失的需求。随着纺织品领域新材料新技术的不断涌现和人们生活水平的日益提高，新型保暖蓄热材料也如雨后春笋般不断涌现，譬如继传统的远红外发热材料之后，全光谱发热材料也在纺织品领域得到了应用和发展，并在面料、里料及填充材料领域占据了一席之地。
3.但是，由于新型纺织材料及产品的发热机理及表现形式与传统纺织材料各不相同，以往的测试方法已不适应部分新型材料的吸热、传热及蓄热特点，无法合理的表达出它们在实际应用中的升温蓄热效果，评价体系有待完善，国内目前仅有吸湿发热针织内衣的行业测试标准，而关于光吸收保暖性能的测试研究还不够完善，测试方法标准多集中在研究稳定状态下纺织品的热传导性能，即考核能量在纺织品作用下散失的难易程度，主要的指标有热阻、热导率、克罗值等，无法对新型纺织材料在光照条件下自身发热或升温作出一个合理的评价。
4.目前在吸光发热(光致热)纺织品测试领域，日本纺检试验中心采用的是光吸收保温测试(boken标准bqe a 036)方法，具体做法是将热电偶温度传感器安装在15厘米
×
15厘米试样的背面中央，用卤素灯(模拟阳光)照射样品表面并进行测量。目前国内的广东省团体标准《t/gdbx 012
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2019服装功能性技术要求》在其附录b(规范性附录)中也有类似的吸光发热性能试验方法，此方法以及广州纤维产品检测研究院的《纺织品吸光发热性能测试方法》几乎和日本纺检试验中心的试验方法如出一辙。此类方法虽然在一定程度上能体现出织物光热转换能力的强弱，但其也有着严重的局限性。不同材质的织物，其热传导系数也各不相同，而其织法或厚度不同时，传导到包夹在织物内的温度传感器上的数据也会产生较大的差异，得出的结论很可能会和实际应用产生较大的差异。
5.传统的保温纺织品厚度大,虽然保暖性能得到保证，但外观会显得臃肿不堪,而新型保暖材料要在款式和功能上做到能满足现代人生活和工作的需求，其厚度就需要减小，而这必然又会使其保暖性能受到质疑。正因如此，保温材料中的最基本性能——保暖性(保温性)就越来越受到人们的关注。目前应用于纺织品保暖性的主要指标有热阻、热导率、保温率、克罗值等。在国外的标准中，一般都使用热阻这个指标，而很少用到保温率。在国内的标准中，则以保温率为常用标准，热阻只在一些测试方法标准中出现。在行标《金属化纺织品保温性能的测定》(fz/t60013
‑
93)中，既有保温率，也有热阻指标。由于国内外标准不一，甚至国内标准的使用都有所差异，这就造成了对纺织品保温性能评价上的混乱和差异。除了热阻等指标之外，影响人体接触冷暖感的织物因素有很多，如织物结构、织物厚度、织物间空隙、纤维瞬间传热性能、织物与皮肤的温差等。一般认为织物热传导率高，人体皮肤表
面的热量迅速通过织物传至外部产生凉感，反之织物热传导率低，人体皮肤表面的热量被织物传至外部所需的时间较长，则产生暖感，但这对于能反射人体热辐射的新型保暖材料来说，就不是那么准确了。
6.部分干纺织材料以及静止空气、水的比热值(测定温度20℃)
7.材料比热值材料比热值材料比热值棉1.21～1.34粘胶纤维1.26～1.36静止空气1.01羊毛1.36锦纶61.84芳纶1.21蚕丝1.39涤纶1.34水4.18
8.在测试热阻、克罗值、保温率等方面的设备上，我国目前多是使用平板式恒温型的仪器，如日本、美国的astm型，日本的kes保温测试仪，以及国内生产的保温仪等，均属于这种类型。在测试热导率方面的设备上，目前国内外普遍用来测量织物热性能的仪器是日本kato tekko公司生产的kes
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f7thermo labo型热性能测试仪器，以上所述的测试标准都是基于保暖性能测试所制订的，但是这些指标都无法对新型保暖材料在模拟人体自身发热条件下的接触升温作出一个合理的评价。日本专家morihiroyoneda等通过对人体皮肤与接触物体间的瞬态传热过程及基于kes
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f7 thermo labo型热性能测试仪器的研究分析，证实最大瞬态热流量只能衡量接触瞬间的冷暖感，并不能反映织物持续散热或保热的能力。
9.新型保暖材料除了阻止热量流失的保暖性能之外，很多还具有热量反射功能，即可以将人体发出的红外及远红外能量持续地反射回人体，使人体能在接触到织物的较短时间内感受到温度的上升。这种新型保暖材料的升温性能究竟应当用什么指标来表示、用什么仪器来检测，就成为人们关注的一个问题了。


技术实现要素：

10.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可对纺织品的光热转换升温情况以及纺织品与皮肤接触面的受热升温情况进行采样，获取量化指标进行分析测试的多功能纺织品光热转换升温保暖性能测试仪及其应用。
11.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
12.设计人了解到，在保温性能方面，本领域技术人员一般认为，织物热传导率高，人体皮肤表面的热量迅速通过织物传至外部产生凉感；反之织物热传导率低，人体皮肤表面的热量被织物传至外部所需的时间较长，则产生暖感，但这对于能反射人体热辐射的新型保暖材料来说，就不是那么准确了。
13.在光热转换性能方面，同样材质的絮片，克重较低的絮片由于材质薄，透光性强，在现有技术测试方法下表现反而会优于克重高的絮片，这与实际应用中克重高的絮片因其所含的起到光热转换效果的纳米材料较多，而表现出来的光热转换效果更好恰恰相反，基于以上事实认定，提出以下具体方案：
14.一种多功能纺织品光热转换升温保暖性能测试仪，该测试仪包括：
15.恒温发热底板，用于向纺织品提供恒温环境；一般而言，恒温发热底板为可进行温度设定及控制的平板状电子加热设备，能将发热底板温度恒定在36℃，且正负不超过0.5℃的范围；
16.光源，用于对纺织品进行光照；
17.红外测温单元，用于测试纺织品的温度；
18.所述的恒温发热底板与光源分别位于纺织品两侧。
19.恒温发热底板为热源，光源模拟光照，按照设定的值来发出热或者光；红外测温单元在非接触条件下分别对纺织品的上、下两个面进行测温取样，将红外测温单元所取得的数据进行处理后评价纺织品的光热转换升温、保温情况。
20.进一步地，所述的恒温发热底板内设有：
21.温度控制器，用于控制恒温发热底板的温度。
22.进一步地，所述的红外测温单元包括：
23.采样控制器，用于设定纺织品采样点位置、采样点数量、采样起始时间或采样间隔时间；
24.红外测温探头，用于探测纺织品采样点的温度；
25.还包括显示温度数值的显示器，但这个显示器一般位于电子控制台中。
26.该红外测温单元的测量精度在
±
0.1℃之内，还包括线缆和用于显示各个红外测温探头采集到的实时温度数据的数显仪。
27.进一步地，该测试仪还设有支架，该支架位于恒温发热底板上方；可以为金属材质型材或木质，带有紧固件；可用于连接及固定恒温发热底板、光源和红外测温单元等；
28.所述的红外测温探头部分位于支架上，用于探测纺织品上部采样点的温度；部分位于恒温发热底板上，用于探测纺织品下部采样点的温度。
29.纺织品下部采样点可以分布在恒温发热底板上，优选有2
‑
15个，分布形式有点阵式、方形、圆形或圆弧形。
30.进一步地，所述的光源固设在支架顶端。
31.进一步地，所述的支架为高度可调整的支架。
32.可经由支架上下调整光源与恒温发热底板之间的距离，并紧固，该距离一般在20
‑
50cm之间。
33.进一步地，所述的光源采用功率300
‑
500w的卤钨灯或者辐照度为300
‑
500w/m2的氙弧灯。
34.进一步地，所述的恒温发热底板为铜质或铝制发热板。
35.进一步地，该测试仪还包括用于控制恒温发热底板、光源或红外测温单元操作的电子控制台，该电子控制台中还包括将采集到的数据进行处理的数据记录存储打印软、硬件。
36.电子控制台具有控制电路板、数显、开关、控制按钮、模拟接口、数字接口、打印机等功能化的设备，能够存储由红外测温单元接收到的数据，并由打印机进行打印。该电子控制台能将升温时间设定在1分钟至1小时之间，测试取样时间可设定在1秒至1小时之间。
37.通过光源对平铺于恒温发热底板上的纺织品进行照射，再通过红外测温设备，按照设定好的采样间隔时间采集纺织品的上表面受光照影响前后产生的温度变化值，即模拟实际应用中户外活动时，织物受到阳光照射的温度变化，将采集到的温度变化值传输至电子控制台进行运算、分析、对比、存储、打印。
38.通过恒温发热底板对平铺于恒温发热底板上的纺织品进行恒温，再通过红外测温设备，按设定好的采样间隔时间采集纺织品的下表面受光照影响前后产生的温度变化值，
即模拟实际应用中纺织品反射人体温度的变化，将采集到的温度变化值传输至电子控制台中进行运算、分析、对比、存储、打印。
39.一种如上所述的测试仪的应用，该测试仪应用于可对纺织品的光热转换和升温情况进行分析测试。
40.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
41.(1)本发明可以对新型光发热保暖材料所制成的各类纺织品进行光热转换性能、热传导性能或保温性能进行测试；
42.(2)在光热转换方面，相比于现有技术测试纺织品絮片内部温度的方法，本发明采用测试絮片上表面的温度，更贴合实际应用中的穿着体验，更接近于穿着时真实的情况；
43.(3)在保温性能测试方面，相比于传统方法测量内部储热值，本发明所测得的是织物与加热板接触面的温升情况，与实际穿着体验等的测试结果相吻合。
附图说明
44.图1为本发明测试台的俯视图；
45.图2为本发明测试台的主视图；
46.图3为本发明测试台的侧视图；
47.图4为本发明控制台的面板图；
48.图中标号所示：恒温发热底板1、光源2、红外测温单元、红外测温探头31、支架4、电子控制台6。
具体实施方式
49.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
50.本发明对比《gbt18319
‑
2019纺织品光蓄热性能试验方法》、广东省团体标准《t/gdbx 012—2019服装功能性技术要求》以及日本boken标准《bqe a 036方法》等吸光发热性能试验方法，提供一种可对纺织品的光热转换升温情况以及纺织品与皮肤接触面的受热升温情况进行采样，获取量化指标进行分析测试的仪器设备，具体如下：
51.一种多功能纺织品光热转换升温保暖性能测试仪，从外形上可分为两部分：测试台和电子控制台6，测试台与一体化箱体式电子控制台6之间，由数据线及电源线连接。其中，测试台，如图1
‑
3所示，包括：
52.恒温发热底板1，用于向纺织品提供恒温环境；恒温发热底板1为可进行温度设定及控制的平板状电子加热设备，将发热底板温度恒定在36℃，且正负不超过0.5℃的范围；为铜质或铝制发热板。恒温发热底板1内设有温度控制器，用于控制恒温发热底板1的温度。
53.光源2，用于对纺织品进行光照；采用功率300
‑
500w的卤钨灯；
54.红外测温单元，用于测试纺织品的温度；恒温发热底板1与光源2分别位于纺织品两侧。红外测温单元包括：采样控制器，用于设定纺织品采样点位置、采样点数量、采样起始时间或采样间隔时间；红外测温探头(31)，用于探测纺织品采样点的温度。该红外测温单元的测量精度在
±
0.1℃之内，还包括线缆和用于显示各个红外测温探头31采集到的实时温度数据的数显仪。
55.支架4，位于恒温发热底板1上方；可以为金属材质型材或木质，带有紧固件；可用
于连接及固定恒温发热底板1、光源2和红外测温单元等；红外测温探头31部分位于支架4上，用于探测纺织品上部采样点的温度；部分位于恒温发热底板1上，用于探测纺织品下部采样点的温度。纺织品下部采样点可以分布在恒温发热底板上，有2
‑
15个，分布形式有点阵式、方形、圆形或圆弧形。光源2固设在支架4顶端。
56.支架4为高度可调整的支架。可经由支架4上下调整光源2与恒温发热底板1之间的距离，并紧固，该距离一般在20
‑
50cm之间。
57.恒温发热底板1为热源，光源2模拟光照，按照设定的值来发出热或者光；红外测温单元在非接触条件下分别对纺织品的上、下两个面进行测温取样，将红外测温单元所取得的数据进行处理后评价纺织品的光热转换升温和保温情况。
58.一体化箱体式电子控制台6，如图4所示，用于控制恒温发热底板1、光源2或红外测温单元操作，该电子控制台6中还包括将采集到的数据进行处理的数据记录存储打印软、硬件。具有控制电路板、数显、开关、控制按钮、模拟接口、数字接口、打印机等功能化的设备，能够存储由红外测温单元接收到的数据，并由打印机进行打印。该电子控制台6能将升温时间设定在1分钟至1小时之间，测试取样时间可设定在1秒至1小时之间。
59.所涉恒温发热底板1为铝制电加热板，长宽为400
‑
500mm。
60.所涉红外测温单元为无锡世敖科技有限公司sa50ac型红外测温仪。
61.所涉电子控制台为上海安凸阻燃纤维有限公司与江苏康大无纺有限公司联合自研设备ak01型多功能纺织品升温测试仪。
62.通过光源2对平铺于恒温发热底板1上的纺织品进行照射，再通过红外测温设备，按照设定好的采样间隔时间采集纺织品的上表面受光照影响前后产生的温度变化值，即模拟实际应用中户外活动时，织物受到阳光照射的温度变化，将采集到的温度变化值传输至电子控制台6进行运算、分析、对比、存储、打印。
63.通过恒温发热底板1对平铺于恒温发热底板1上的纺织品进行恒温，再通过红外测温设备，按设定好的采样间隔时间采集纺织品的下表面受光照影响前后产生的温度变化值，即模拟实际应用中纺织品反射人体温度的变化，将采集到的温度变化值传输至电子控制台6中进行运算、分析、对比、存储、打印。
64.实施例1：测试新型保暖材料的光热转换升温情况的功能
65.1、试样环境要求
66.按照gb/t6529中规定的标准大气的温、湿度环境及程序进行调温调湿,等待试验，室内不应有对其造成影响的其他热辐射源。
67.2、试样准备
68.新型保暖材料为江苏康大无纺有限公司“康大牌”80克重(80g)光谱热蓄热絮片及400克重(400g)光谱热蓄热絮片，样品应具有代表性，每个样品上两块试样，每块试样尺寸至少为200mm
×
200mm。如样品中存在因结构、颜色等，包括制品中拼接组件，差异较大的区域，则在每个区域分别取样。对于絮片，可制成片状试样进行测试。
69.3、试验步骤
70.a、将80g蓄热锦纶絮片和400g蓄热锦纶絮片放置在试样台上，试样中心点分别位于两个卤钨灯2的正下方，试样的正面向上平铺，以确保试样能被固定在支架4上的红外测温单元所准确侦测到。
71.b、调整支架4，将卤钨灯2照射面与试样上表面距离调整为400
±
2mm。
72.c、在采样控制器上设定好间隔取样时间后启动设备。
73.d、设备开始工作，在取得第一组数据(室温状态)后，开启卤钨灯2，调节其功率为500w，并按设定好的间隔时间开始自动取样并记录存储。
74.e、红外测温单元将试样受到光照后的温度变化值自动取样并在采样控制器上记录存储。
75.f、红外测温单元测试所得数据显示在采样控制器的显示面板上，供试验人员分析对比。
76.g、当升温时间达到所需条件后，停止卤钨灯2工作，打印测试结果或者导出测试数据，完成光热转换升温情况的对比测试，测试结果如下表所示：
77.表1：两种测试方法所测得织物的升温情况
[0078][0079]
从上表数据可以看出，在现有技术《t/gdbx 012
‑
2019服装功能性技术要求》法下，80g克重样品因为较薄，透光率高，测温探头所测得絮片内部温度高于400g克重样品，会产生出80g克重样品的升温效果优于400g克重样品的错觉。而本实施例所涉测试法所测得的是絮片上表面温升情况，400g克重絮片因为所含纳米微粒多，在光照条件或红外辐射下，表面温升更快更高，这更贴合实际应用中的穿着体验。
[0080]
实施例2：纺织品与皮肤接触面的受热升温情况
[0081]
1、试样环境要求
[0082]
按照gb/t6529中规定的标准大气的温、湿度环境及程序进行调温调湿,等待试验，室内不应有对其造成影响的其他热辐射源。
[0083]
2、试样准备
[0084]
新型保暖材料为恒天中纤无锡纺化220g克重藏青色针织样布，普通锦纶材质和蓄热锦纶材质各一块，样品应具有代表性，每个样品上两块试样，每块试样尺寸至少为200mm
×
200mm。如样品中存在因结构、颜色等，包括制品中拼接组件，差异较大的区域，则在每个区域分别取样。对于絮片，可制成片状试样进行测试。
[0085]
3、试验步骤
[0086]
a、加热恒温发热底板1，使其温度稳定在36
±
0.3℃范围内。
[0087]
b、在采样控制器上选取需参与取样的红外测温设备编号，并设定好间隔取样时间后启动设备。
[0088]
c、将新型保暖材料和普通锦纶针织样布正面向上平铺在试样台上，确保试样能完全覆盖到恒温发热底板1上所选取的红外测温探头31。
[0089]
d、红外测温单元将试样接触到恒温发热底板1后的温度变化值自动取样并记录存储。
[0090]
e、红外测温单元将测试所得数据显示在采样控制器的显示面板上，供试验人员分析对比。
[0091]
f、当取样时间达到所需条件后，停止恒温发热底板1工作，打印测试结果或者导出测试数据，测试结果如下表所示：
[0092]
表2：两种测试方法所测得织物触感指标
[0093][0094]
从上表数据可以看出，在kes
‑
f7冷暖感测试仪测试情况下，普通锦纶针织样布导热量接近于蓄热锦纶针织样布，穿着体验的凉感相近，并无法将二者区分。而本实施例所涉测试法所测得的是织物与加热板接触面的温升情况，织物在没有光热源的情况下，充分吸收红外射线，并迅速将其转换为热能，新型保暖材料在与人体接触瞬间的升温优势就能得到充分的体现了，这也与实际穿着体验等的测试结果相吻合。
[0095]
由此可见，通过采用上述测试方法，可以直观的量化新型纺织材料及其制成品在室内无光照条件下的红外及远红外反射效率，对它们在接触人体时的瞬间升温效果得出直观的印象，给与它们与皮肤接触时的瞬间受热升温情况客观的评价。
[0096]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。