詹 卓， 陳益松

(東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051)

面料熱阻測量在GB/T 11048新舊標(biāo)準(zhǔn)中的差異

詹 卓， 陳益松

(東華大學(xué) 服裝·藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051)

針對新版GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》所規(guī)定的面料熱阻測量A法和B法與舊版GB/T 11048—1989《紡織品 保溫性能試驗(yàn)方法》所規(guī)定的A法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比研究。結(jié)果表明，在新版A標(biāo)準(zhǔn)下，2種型號熱板儀的測量數(shù)據(jù)均值差異達(dá)31%，與熱板儀的設(shè)計(jì)與校準(zhǔn)有關(guān)；在新版A法空氣層流速為1 m/s的條件下較新版B法靜態(tài)空氣層的條件下面料的熱阻值有較大幅度的下降，其下降值不僅與面料的厚度負(fù)相關(guān)，也與面料的材料與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)，新版B法35 ℃對于舊版A法36 ℃的溫度設(shè)定差異對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有顯著影響，二者可直接比較；有無空氣隔離罩對于新版B法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總體影響不顯著，但對抑制環(huán)境空氣的隨機(jī)波動影響有作用。新版A法、新版B法及舊版A法的數(shù)據(jù)CV值相似，說明實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性相似。新版A法與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11092—1993《Textiles-Physiological Effects-Measurement of Thermal and Water-Vapour Resistance Under Steady-State Conditions》一致，而新版B法與舊版A法兼容。

織物； 熱阻； 熱板儀； GB/T 11048； ISO11092

保溫隔熱性能是紡織面料重要的熱學(xué)屬性，過去測量紡織面料保暖性能的方法主要是恒溫?zé)岚宸ā崃饔?jì)法和冷卻速率法[1]，國內(nèi)在過去相當(dāng)長的時間內(nèi)是依據(jù)GB/T 11048—1989《紡織品 保溫性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行的。目前，GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》正逐步取代舊版標(biāo)準(zhǔn)，保暖性測量也逐漸統(tǒng)一到使用恒溫?zé)岚鍍x的熱阻測量上來。新版標(biāo)準(zhǔn)增加了對面料濕阻的測量，取消了舊版標(biāo)準(zhǔn)中的B法。

對紡織面料熱阻測量的研究，國內(nèi)外學(xué)者做了許多工作。郭禹[2]對紡織品保溫性能檢測中遇到的問題進(jìn)行了分析研究，指出了進(jìn)口KES保溫儀及ASTM型熱板儀與國產(chǎn)熱板儀在測量結(jié)果的上的差異，探討了減小檢測差異提高準(zhǔn)確性的途徑；張森等[3]對目前應(yīng)用較多的ASTM型熱板儀，從原理結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了分析，提出性能改進(jìn)的措施；蘇異鋼、張嘵東等[4-5]發(fā)現(xiàn)國內(nèi)不同廠家的熱板儀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上存在較大差異，同時研制一種改進(jìn)ASTM型熱板儀；郁幼君等[6]使用YG606型熱板儀對多種織物的熱阻進(jìn)行了測量，并研究了熱阻與保溫率的關(guān)系；徐軍等[7]使用熱板儀精確計(jì)算出面料的表面溫度，結(jié)合熱像儀測量了面料的紅外發(fā)射率，拓展了熱板儀的使用功能。

新版標(biāo)準(zhǔn)A法采用出汗熱板儀，與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11092—1993《Textiles-Physiological Effects-Measurement of Thermal and Wate-Vapour Resistance under Steady-State Conditions》是一致的，不僅可以測量熱阻，也可測量濕阻。新版標(biāo)準(zhǔn)中A法面料上方不再是相對靜止的空氣層，而是流速為1 m/s的穩(wěn)定氣流層；新版標(biāo)準(zhǔn)中B法延續(xù)了舊版標(biāo)準(zhǔn)中A法靜態(tài)空氣層的實(shí)驗(yàn)條件，但測量熱板的溫度由原來的36 ℃更改為35 ℃。

本文針對新標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11048—2008中A法(簡稱08A)和B法(簡稱08B)的熱阻測量部分與舊版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11048—1989中A法(簡稱89A)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，以使研究者和使用者對不同條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異以及造成這種差異的原因有一個相對準(zhǔn)確認(rèn)識。

1 實(shí)驗(yàn)原理

表1示出新舊板標(biāo)準(zhǔn)在熱阻測量中的主要差別。

根據(jù)08A、08B和89A標(biāo)準(zhǔn)，熱板儀依據(jù)式(1)～(3)實(shí)現(xiàn)面料的熱阻測量。但89A標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出功率修正項(xiàng)，熱阻也由其倒數(shù)傳熱系數(shù)表示。

表1 新舊版GB/T 11048標(biāo)準(zhǔn)在熱阻測量中的主要差別Tab.1 Main differences in thermal resistance measurement between new and old editions of GB/T 11048

式中:Rct為面料的熱阻， ℃·m2/W；Rct0為空板時外空氣層的熱阻， ℃·m2/W；H為測量熱板的加熱功率，W；H0是空板時測量熱板的加熱功率，W；△Hc為功率修正值，W；A為平板儀測量熱板面積，m2；Tm為測量熱板表面溫度， ℃；Ta為空氣層溫度， ℃。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)在溫度為(20±0.5)℃、相對溫度為(65±3)%的恒溫恒濕室進(jìn)行。

2.1 08A型熱板儀

實(shí)驗(yàn)采用符合08A標(biāo)準(zhǔn)的美國MTNW公司的SGHP-10.5型出汗熱板儀和寧波紡織儀器廠的606E型熱板儀(無出汗功能)，這2種熱板儀的基本結(jié)構(gòu)都是由ASTM型熱板儀加裝吹風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成。ASTM型熱板儀是根據(jù)ASTM D1518—85《Textiles-Physiological Effects-Measurement of Thermal and Water-Vapour Resistance under Steady-State Condi-tions》設(shè)計(jì)的，主要特點(diǎn)是上熱護(hù)板與測量熱板同處一個平面，其單邊寬度約為測量熱板的二分之一，底熱護(hù)板與測量熱板及上熱護(hù)板平行并保持一定距離；SGHP-10.5型熱板儀的臺面高度可以根據(jù)面料厚度微調(diào)，使空氣層溫度和風(fēng)速傳感器的位置嚴(yán)格與面料保持1.5 cm。606E熱板儀的臺面也可以升降調(diào)整，但測量熱板上方僅有溫度傳感器而無風(fēng)速傳感器(風(fēng)速靠使用手持風(fēng)速傳感器在實(shí)驗(yàn)前標(biāo)定完成，設(shè)定后不能再進(jìn)行調(diào)節(jié))，該溫度傳感器為圓柱形，其底部與測量熱板最高位置時的距離約為1.8 cm，與SGHP-10.5的點(diǎn)狀溫度傳感器不同，它實(shí)際是測量高于面料上方1.5 cm(假設(shè)面料的厚度為3 mm)空氣層一個縱向區(qū)域的平均溫度，該溫度并不是面料上方1.5 cm處的準(zhǔn)確溫度，這點(diǎn)與08A標(biāo)準(zhǔn)有一定差異。為了測量的可比性，將SGHP-10.5熱板儀的臺面位置固定于離傳感器1.5 cm處，不再根據(jù)面料的實(shí)際厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)，做到與606E相對一致。圖1為08A型熱板儀。

圖1 08A型熱板儀Fig.1 08A type hotplate

2.2 08B型和89A型熱板儀

為了進(jìn)行08B和89A標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，將606E型原來的吹風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉并移除導(dǎo)流罩，同時加上1個89A標(biāo)準(zhǔn)的空氣隔離罩，并將空氣層溫度傳感器的位置上移至離測量熱板高18cm處，使之完全符合08B和89A的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖2為08B型和89A型熱板儀。

圖2 08B型和89A型熱板儀Fig.2 08B and 89A type hotplate

89A標(biāo)準(zhǔn)之所以采用空氣隔離罩是基于當(dāng)時實(shí)驗(yàn)室條件不具備恒溫恒濕環(huán)境，易受環(huán)境的干擾。在恒溫恒濕條件下，08B標(biāo)準(zhǔn)取消了隔離罩，并與有罩條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。表2為實(shí)驗(yàn)用面料及規(guī)格。

表2 實(shí)驗(yàn)用面料規(guī)格Tab.2 Experimental fabric structure

3 結(jié)果與分析

表3為采用不同標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)結(jié)果的相對偏差比較, 數(shù)據(jù)為連續(xù)3次平衡后的結(jié)果。

分別對表3中08A(1)和08A(2)、 08A(1)和08B、08A(2)和08B、08B和89A、08B和08B(W)的數(shù)據(jù)進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)，檢測它們的總體均值是否有顯著性的差異。08A(1)、08A(2)、08B、89A與80B(W)的數(shù)據(jù)經(jīng)K-S檢驗(yàn)都服從正態(tài)分布，08A(1)和08A(2)、08A(1)和08B、08A(2)和08B、08B和89A、08B和08B(W)對應(yīng)t統(tǒng)計(jì)量概率p值分別為0.001、0.000、0.001、0.823和0.754，以0.05的顯著性水平估計(jì)，08A(1)和08A(2)、08A(1)和08B、08A(2)和08B的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在顯著差異，而08B和89A、08B和08B(W)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不存在顯著差異。

3.1 SGHP-10.5與606E的差異

08A(1)與08A(2)數(shù)據(jù)均值差異達(dá)31%，但2種熱板儀都是經(jīng)過校準(zhǔn)的。根據(jù)08A(1)和08A(2)的數(shù)據(jù)及對應(yīng)的空板值可以看出，08A(1)的面料含空氣層的熱阻均值(0.092 ℃·m2/W)大于08A(2)的數(shù)值(0.063 ℃·m2/W)，但由于08A(1)的空板值較08A(2)的數(shù)值大很多，致使08A(1)面料的熱阻均值反而小于08A(2)的熱阻均值，說明儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)差異及校準(zhǔn)方式差異對測量結(jié)果影響很大。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相對偏差Tab.3 Test results and relative deviations

注：08A(1)為美國MTNW公司的SGHP-10.5熱板儀依據(jù)08A標(biāo)準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)；08A(2)為606E熱板儀依據(jù)08A標(biāo)準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)；08B為606E熱板儀依據(jù)08B標(biāo)準(zhǔn)取消導(dǎo)流罩而加裝空氣隔離罩所測量的數(shù)據(jù)； 08B(W)為606E熱板儀依據(jù)08B標(biāo)準(zhǔn)，但取消空氣隔離罩所測量的數(shù)據(jù)；89A為606E熱板儀在有空氣隔離罩的條件下依據(jù)89A標(biāo)準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)。

3.2 08A與08B的差異

圖3示出08A(1)和08A(2)相對于08B的熱阻下降率與面料厚度的關(guān)系。

圖3 08A和08B面料熱阻的下降率與面料厚度的關(guān)系Fig.3 Relationship between decline rates of fabric thermal resistance under 08A and 08B standards and theis thicknesses

從圖3可看出，流動空氣層相對于靜態(tài)空氣層對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響很大，熱阻值的下降幅度總體與面料厚度負(fù)相關(guān)，但厚度相似的幾塊面料其熱阻下降幅度并不相同，說明還與面料所用的纖維材料及面料結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)，如纖維的導(dǎo)熱率越大，面料的空隙率越大，則受表面氣流的影響就越大。

3.3 08B與89A的差異

08B與89A實(shí)驗(yàn)條件只有1 ℃的差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有顯著差異，說明在較小溫度范圍內(nèi)熱阻并不隨溫差的變化而變化，與實(shí)驗(yàn)前估計(jì)的一致。

3.4 08B與08B(W)的差異

08B與08B(W)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總體無顯著差異，說明08B條件下有無空氣隔離罩對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不顯著。但是08B(W)數(shù)據(jù)的CV值明顯高于其他數(shù)據(jù)，說明空氣隔離罩對防止周圍空氣擾動還是有一定作用的。

相關(guān)系數(shù)顯示，不同的儀器之間數(shù)據(jù)的相關(guān)性稍低，而同一儀器即便標(biāo)準(zhǔn)不同數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)也較高。說明儀器內(nèi)在因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果是有影響的。

4 結(jié) 論

1)在08A標(biāo)準(zhǔn)下，SGHP-10.5型與606E型熱板儀之間的測量結(jié)果存在較大差異，主要是由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)差異和校準(zhǔn)差異造成的。

2)在08A標(biāo)準(zhǔn)1 m/s風(fēng)速條件下所測面料熱阻值較08B標(biāo)準(zhǔn)無風(fēng)條件下測量的值總體呈下降趨勢，并與面料的厚度負(fù)相關(guān)，也與面料的材料及組織結(jié)構(gòu)因素相關(guān)。

3)08B標(biāo)準(zhǔn)和89A標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置溫度相差1 ℃，但對測量結(jié)果無顯著影響，二者可以直接比較。所以08B與89A標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。

4)恒溫恒濕環(huán)境下，空氣隔離罩對08B標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無顯著影響，但對防止周圍空氣擾動、減小實(shí)驗(yàn)隨機(jī)誤差是有作用的。

新版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》中A法與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11092—1993《Textiles-Physiological Effects-Measurement of Thermal and Wate-Vapour Resistance under Steady-State Conditions》接軌，而其B法又與舊版標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11048—1989《紡織品保溫性能試驗(yàn)方法》中的A法相兼容。

FZXB

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Discrepancy between fabric thermal resistance measurements by new and old editions of GB/T 11048 standard

ZHAN Zhuo, CHEN Yisong

(Fashion·ArtDesignInstitute,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China)

A study was carried out to compare fabric thermal resistance testing method A and B of the new edition of GB/T 11048—2008 ′Textiles-Physiological Effects-Measurement of Thermal and Water-Vapour Resistance Under Steady-State Conditions′ with method A of the old edition of GB/T 11048—1989 ′Textiles-testing method for warmth retention property′. Experimental results showed that in accordance with the new method A, the difference between the average values obtained from two different hot plates is up to 31%, and this may be attributed to the different design and calibration of the hot plates. The thermal resistance vale measured in accordance with new method A with air flow speed of 1 m/s is decreased significantly when compared with that in accordance with new method B with no wind, and the decline is negatively related to the thickness and also to the material and structure of fabrics. and the different temperature setting between the new method B of 35 ℃ and the old method A of 36 ℃ has no significant influence on test results, they can be compared directly; The airflow shield has no obvious effect on the overall results based on new method B, but has certain effect on the suppression of random fluctuation of ambient air disturbance. The data of CV values obtained by new method A and B and by old method A are similar, showing that these tests have similar stability. The new method A is consistent with ISO11092—1993′Textiles-Physiological Effects-Measurement of Thermal and Water-Vapour Resistance under Steady-State Conditions′, while the new method B is compatible with the old method A.

fabric; thermal resistance; hotplate; GB/T 11048； ISO11092

0253- 9721(2013)09- 0068- 05

2012-08-10

2013-05-09

詹卓(1989—)，男，碩士生。研究方向?yàn)榉b舒適性。陳益松，通信作者，E-mail：cys@dhu.edu.cn。

TS 101.9

A