紀(jì) 峰, 李 娜, 宋冉風(fēng)云, 張瑞云, 劉若華, 邱夷平
(東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室, 上海 201620)
紡織材料芯吸性能建模預(yù)測研究進(jìn)展
紀(jì) 峰, 李 娜, 宋冉風(fēng)云, 張瑞云, 劉若華, 邱夷平
(東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室, 上海 201620)
紡織芯吸模型是從毛細(xì)管系統(tǒng)到宏觀芯吸行為的橋梁,針對芯吸模型繁雜多樣的現(xiàn)狀,對現(xiàn)有模型進(jìn)行分類綜述。在闡述紡織品芯吸性能測試方法及影響因素基礎(chǔ)上,根據(jù)建模原理將現(xiàn)有芯吸模型分為毛細(xì)管力模型、壓力/壓強模型、能量模型3類,分析了各類模型的建模條件、理論基礎(chǔ)和適應(yīng)范圍,預(yù)測了芯吸建模研究的發(fā)展方向。研究得出:基于受力平衡的毛細(xì)管力模型因其簡化的毛細(xì)管模型與實際毛細(xì)系統(tǒng)的層次性及復(fù)雜性仍有較大距離,推廣受限;壓力/壓強模型基于Washburn方程分析毛細(xì)管系統(tǒng)內(nèi)的壓力、壓強差,結(jié)合Laplace方程及Poiseuille定律計算流體在系統(tǒng)中的流量、流速和距離,該模型對紗、織物進(jìn)行整體考慮,以結(jié)構(gòu)參數(shù)的經(jīng)驗值作為其代表量,因而靈活性高適應(yīng)面廣;能量模型基于能量守恒對芯吸中的能量轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析。
紡織材料; 芯吸性能; 建模; 芯吸理論
紡織材料的芯吸性能是指纖維結(jié)構(gòu)體內(nèi)部的毛細(xì)管體系對液體產(chǎn)生的導(dǎo)流作用,也稱為毛細(xì)芯吸效應(yīng)或簡稱毛細(xì)效應(yīng)。芯吸現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中隨處可見,實踐中發(fā)現(xiàn)纖維原料、組織結(jié)構(gòu)等會對紡織結(jié)構(gòu)體的芯吸性能產(chǎn)生顯著影響,因此,如何針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計和制造相應(yīng)的紡織品是紡織企業(yè)關(guān)心的問題。該問題解決的關(guān)鍵在于對紡織材料芯吸機制的認(rèn)知。為此,本文從測試方法、影響因素和建模預(yù)測等方面對紡織材料芯吸機制的相關(guān)研究進(jìn)行綜述,重點對芯吸行為的建模預(yù)測研究進(jìn)行了分類和總結(jié);在此基礎(chǔ)上分析了芯吸機制研究的發(fā)展方向。
芯吸性能的測試和表征是研究芯吸作用機制的基礎(chǔ)和前提。紡織材料芯吸性能的測試方法一直在不斷發(fā)展中[1],目前較為成熟的測試方法根據(jù)基本測試原理及相應(yīng)表征指標(biāo)體系可分為條帶芯吸法、液滴擴散法和稱重法3類。
1.1 條帶芯吸法
條帶芯吸法將條帶狀試樣一端浸入液面下,通過測量一定時間內(nèi)液體沿試樣擴散的長/高度等指標(biāo)來表征試樣的芯吸性能,也可利用擴散系數(shù)[2]或長/高度的動態(tài)變化進(jìn)行表征。該方法相對簡單易行,目前國內(nèi)外大部分的研究者和實驗人員采用該法測量紡織材料結(jié)構(gòu)體芯吸性能[2],并利用其探究芯吸性能影響因素[3];該方法成為測量和表征紗線[4-6]、織物[7-9]、非織造材料[10]芯吸性的主要方法。進(jìn)入21世紀(jì)后,該方法被不斷地發(fā)展和完善中,一方面測量指標(biāo)從單一的條帶軸向表征向軸徑向表征發(fā)展,如A. Perwuelz等[2]同時測量了液體沿浸入其中的滌綸紗線軸向和徑向的擴散距離;另一方面,計算機圖像獲取和處理技術(shù)[2]的發(fā)展也令芯吸長/高度指標(biāo)的獲取更加快速、準(zhǔn)確。Y.K.Kamath等[4]試圖采用電學(xué)方法對芯吸高度進(jìn)行間接測量,以簡化人工測量高度的操作;VR Babu等[11]利用靜電感應(yīng)法對芯吸高度進(jìn)行間接測量,但其測量準(zhǔn)確性仍需驗證。Liu Tao等[5]在測量蒸餾水沿滌綸紗試樣爬升的高度中,使用了CCD拍攝和計算機圖像處理技術(shù)以快速地獲取芯吸高度指標(biāo)。
1.2 液滴擴散法
液滴擴散法對定量液體在紡織材料表面的擴散過程及形成的潤濕痕跡進(jìn)行觀測,以潤濕面積、周長及觀測時間等指標(biāo)對紡織材料的芯吸性進(jìn)行表征。不同于條帶芯吸法,該方法能夠反映定量液體在織物上的擴散行為。T.Ramachandran等[12]利用該方法測試比較了幾類機織、針織面料的芯吸性能,也研究了織物的內(nèi)部孔洞結(jié)構(gòu)、表面張力和纖維原料等因素對其芯吸性能的影響。孟家光等[13]觀察了定量水滴在針織物上的潤濕面積及其隨時間的變化,認(rèn)為針織物的厚度、孔隙率、容水量和面密度是影響針織物芯吸性能的主要因素。數(shù)字圖像的實時獲取技術(shù)和圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展,令液滴擴散法對芯吸的表征向?qū)崟r、準(zhǔn)確方向快速發(fā)展。
1.3 稱重法
稱重法通過測量液體的轉(zhuǎn)移量對試樣的芯吸能力進(jìn)行表征,從理論上可直接反映試樣的芯吸能力。相對于其他方法,該方法可避免由于視覺測量誤差和液體在試樣結(jié)構(gòu)體中分布不勻等情況對試樣芯吸能力產(chǎn)生的錯誤估計,實施難點在于如何準(zhǔn)確有效地獲取轉(zhuǎn)移的液體量。B. Miller等[14]通過稱量液槽中水的減少量來獲取織物試樣的吸水量,以此表征織物的芯吸性能;范菲[15]采用與B.Miller類似的實驗裝置測量一定時間點下試樣的吸水量,但對芯吸速率的計算方法仍需在實踐中進(jìn)一步檢驗。Zhu Chunhong等[16]根據(jù)織物吸濕過程伴隨有放熱的現(xiàn)象,通過測量溫度的變化對液體在織物中擴散時織物的吸水量進(jìn)行間接表征,該方法的準(zhǔn)確性還需進(jìn)一步驗證。
較之條帶芯吸和液滴擴散法,稱重法雖在理論上能夠更清晰、直接地反映芯吸能力,但由于目前實踐中尚不能夠準(zhǔn)確地測量芯吸液量,限制了該方法的推廣使用。
2.1 紗線的芯吸性能影響因素
A. Perwuelz等[2]測量了液體沿滌綸紗線軸向和徑向的擴散距離,認(rèn)為紗線內(nèi)部的毛細(xì)管尺寸及其分布對芯吸性產(chǎn)生影響,并且紗線內(nèi)部短片段不勻及毛細(xì)孔徑的異構(gòu)都會引起液體在紗內(nèi)部的擴散路徑改變。
近20年來大量的研究集中分析了捻度對紗線芯吸性能的影響。王耀武等[3]和Wang Ni等[17]分別研究了滌綸長絲紗和Coolmax復(fù)合紗線的捻度對紗線芯吸性能的影響,都肯定了臨界捻度的存在,認(rèn)為捻度對芯吸性能的影響是先正相關(guān)后負(fù)相關(guān)的;Liu Tao等[5]認(rèn)為捻度增大,使得同一紗線內(nèi)液體擴散的不均勻性增大;M. Taheri等[18]用纖維間空隙的增減情況來解釋捻度對Lyocell紗線芯吸性的影響。
M.Y.Gudiyawar等[19]利用條帶芯吸法和液滴擴散法對幾類化學(xué)纖維原絲和空氣變形絲的芯吸性能分別進(jìn)行了測試和比較,認(rèn)為空氣變形絲較原絲的芯吸效果好,纖維原料對復(fù)絲束的芯吸性能產(chǎn)生影響。
2.2 織物的芯吸性能影響因素
張輝等[20]測試了棉機織物的芯吸高度,建立了芯吸高度與時間、經(jīng)緯向緊度的經(jīng)驗曲線,認(rèn)為織物芯吸速率與緊度、孔隙率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,且孔隙率對芯吸速率的影響相對較大。儲詠梅等[7]也證實纖維原料對織物結(jié)構(gòu)體的芯吸性能有顯著影響,并證實芯吸性的經(jīng)緯向差異受經(jīng)緯密等結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。
范菲等[15]認(rèn)為孔徑尺寸和孔徑分布都對織物的芯吸速率起決定性作用,并且認(rèn)為織物中紗線的線密度越大, 織物的經(jīng)緯密越小, 織物芯吸速率越快。范菲等[21]還研究了單/雙層針織物的孔徑特性和芯吸速率的關(guān)系,認(rèn)為對于雙層針織物,在外層孔徑小于內(nèi)層的條件下,內(nèi)外孔徑差越大,芯吸速率越快,該結(jié)論對于利用織物的差動毛細(xì)效應(yīng)[22]設(shè)計吸濕組合雙層織物有參考意義;M.Yanilmaz等[23]研究了腈綸針織物的織造緊度、孔隙率、孔徑尺寸等因素對針織物芯吸性能的影響;E.Fragiadaki等[24]研究了多孔玻璃纖維和多孔高聚物纖維材料的孔徑分布和孔徑大小對其芯吸性能的影響;馮營營等[25]也認(rèn)為中空結(jié)構(gòu)的纖維原料有利于提高針織物的芯吸高度。
2.3 非織造材料的芯吸性能影響因素
陳霄等[26]測試分析了纖維原料和加工工藝對非織造材料芯吸性能的影響。測試數(shù)據(jù)表明:非織造材料中纖維越細(xì),材料表現(xiàn)出的芯吸性能越好;混紡試樣的芯吸能力較純紡試樣好。馮昆陽[10]認(rèn)為纖維鋪放的方向性差異會對水刺非織造條帶在各方向的芯吸性產(chǎn)生影響;R. Umer等[27]的研究結(jié)果顯示,由直徑較大的亞麻紗線制成的亞麻纖維氈其芯吸性能弱于由直徑尺寸較小的紗線制成的氈墊。Zhu Chunhong等[28]利用稱重法分別測試了棉纖維和聚酯纖維非織材料的芯吸性能,認(rèn)為纖維原料的卷曲程度越大,非織造結(jié)構(gòu)體的芯吸性能相對較差。
紡織結(jié)構(gòu)體的芯吸性能是原料和各結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素的綜合效果。已有文獻(xiàn)大都從既有的紡織材料樣品出發(fā),對單個因素逐一進(jìn)行考量,得到在一定范圍內(nèi)的經(jīng)驗性結(jié)論;而產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界仍期待著更具普遍意義、能對紡織材料芯吸性能進(jìn)行有效地量化分析的理論預(yù)測模型。
從20世紀(jì)30年代起,研究人員致力于對各類紡織材料的芯吸性進(jìn)行理論分析和建模預(yù)測,常用的理論模型根據(jù)建模的基礎(chǔ)原理可大致分為毛細(xì)管力模型、壓力/壓強模型和能量模型3類。
3.1 毛細(xì)管力模型
固液氣三相界面的表面張力和由之產(chǎn)生的系統(tǒng)內(nèi)毛細(xì)管力被普遍認(rèn)為是推動液體在紡織材料中傳輸?shù)闹饕獎恿?,研究人員從計算或預(yù)測表面張力/毛細(xì)管力著手來建立毛細(xì)管力模型。
Liu Tao[5]假設(shè)纖維紗線各處均勻排列,通過紗線的截面積和捻系數(shù)參數(shù)計算紗線結(jié)構(gòu)內(nèi)的毛細(xì)管力,基于結(jié)構(gòu)內(nèi)的微小力平衡建立紗體內(nèi)液體的芯吸時間T與芯吸高度L的函數(shù)關(guān)系式:
(1)
式中:T為芯吸時間,s;F為毛細(xì)管力,N;L為芯吸高度,mm;ρ1為液體密度,g/cm3;k為摩擦因數(shù);A為液體流過紗線的橫截面積,mm2;λ為捻系數(shù);g為重力加速度,m/s2。該模型由于高度的抽象性其適應(yīng)性尚需在應(yīng)用中根據(jù)目標(biāo)紗線的特點進(jìn)行具體化修正。
由于紡織材料結(jié)構(gòu)內(nèi)毛細(xì)管的微觀性、整體上的復(fù)雜性和局部的隨機性,基于微力平衡的毛細(xì)管力模型其理想化與紡織品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實差距仍過于顯著,現(xiàn)有文獻(xiàn)更多的是從較宏觀的壓力/壓強模型對芯吸行為進(jìn)行預(yù)測。
3.2 壓力/壓強模型
早在1921年,Washburn等[29]為研究圓柱狀中空材料的液體滲透性,提出了著名的Washburn方程,而后近1個世紀(jì)以來,很多學(xué)者將其發(fā)展到對紡織結(jié)構(gòu)體芯吸性能的預(yù)測研究中,在紡織領(lǐng)域展開了較多的模型應(yīng)用研究,然而都以將毛細(xì)管理想化成微型圓柱管的假設(shè)為前提[30]。T. Ramachandran等[12,31]根據(jù)Washburn方程建立模型預(yù)測水平放置織物[32]試樣的芯吸長度l,見式(2);根據(jù)固液氣表面張力和重力的平衡推導(dǎo)出式(3)計算垂直放置的織物試樣上液體芯吸高度:
(2)
(3)
式中:l為在水平試樣上的芯吸長度,mm;l′為在垂直試樣上的芯吸高度,mm;t為芯吸時間,s;γLA為液氣兩相接觸張力,mN/m;θ為靜態(tài)接觸角;η為液體黏度,m2/s;r為毛細(xì)管半徑,mm;ρ為液體密度,g/cm3;g為重力加速度,m/s2。這些公式在國內(nèi)外的科研文獻(xiàn)中被較多引用,包括紡織材料表面改性[33]等領(lǐng)域。A. Perwuelz等[34]運用Washburn方程預(yù)測了滌綸紗、錦綸紗和玻璃纖維束的芯吸長度;Callegari G等[35-36]將Washburn方程運用于人造纖維網(wǎng)芯吸性能的預(yù)測,得到纖維分布越均勻纖網(wǎng)芯吸性能越好的結(jié)論;Benjamin J等[37]將Washburn方程進(jìn)一步應(yīng)用于預(yù)測以親水/親油的多孔纖維材料為填充物的玻璃管道的芯吸性能。B. Miller等[14]研究了液體在織物中的自發(fā)流動,基于Laplace方程和Washburne方程建立了模型,預(yù)測液體通過織物結(jié)構(gòu)體的流量:
(4)
式中:V為液體體積,cm3;t為時間,s;θ為接觸角;r為系統(tǒng)的毛細(xì)管等效半徑,mm;γ為液體表面張力,mN/m;η為液體黏度,m2/s;x為液體與孔洞距離,cm;P為加在試樣上的反向壓力,cN。K.K.Wong等[36]運用Laplace方程對經(jīng)過低溫等離子體處理的麻織物的芯吸效果進(jìn)行預(yù)測。DaxiangDenga等[38]和R.S.Halea等[39]運用Laplace方程和Washburne方程對表面有凹槽的織物結(jié)構(gòu)體的芯吸性能進(jìn)行預(yù)測,并由實驗得到新的經(jīng)驗型模型,用以預(yù)測凹槽底部的芯吸能力;前者在研究中將凹槽抽象為由V形幾何單元構(gòu)成,后者則將凹槽等效成由矩形幾何單元構(gòu)成。
姚穆等[40]是國內(nèi)較早地對毛細(xì)管系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)分析和物理建模的研究者,他們根據(jù)Laplace方程推導(dǎo)出計算液體在毛細(xì)管中附加壓力的公式(5),并結(jié)合Poiseuille定律推導(dǎo)出液體在圓柱形毛細(xì)管中的流量和流速的計算公式(6)、(7):
(5)
(6)
(7)
式中:p為附加壓力,Pa;aLA為液氣界面張力,N/m;ρ1、ρ2分別為彎曲面軸向的曲率半徑,m;r為毛細(xì)管當(dāng)量半徑,mm;θ為固液接觸角;q′為流量,m3/s,γ為黏滯系數(shù),Pa·s;L為毛細(xì)管長度,m;μ為液體流在毛細(xì)管中的線速度,m/s。之后,國內(nèi)的研究者大都采用此模型來預(yù)測紡織材料的芯吸性能[3]。
E.Kissa[41,32]將流體力學(xué)的基礎(chǔ)原理應(yīng)用于液體在纖維集合體的傳輸中,提出了液滴在拒水性非織材料表面擴散行為的預(yù)測理論公式:
(8)
式中:A為液滴擴散面積,m2;K為毛細(xì)擴散系數(shù),m2/s;γ為材料表面張力,cN;η為液體黏度系數(shù),m2/s;V為液體體積,m3;t為擴散時間,s;μ、m、n為經(jīng)驗參數(shù),E.Kissa提出的參考值分別為0.33、0.37、0.33。T.Kawase等[42]將E.Kissa的模型擴展到具有吸液性能的紡織材料中,并對3個經(jīng)驗參數(shù)值進(jìn)行修正。D.Danino等[43]運用E.Kissa的模型分別對有限量液滴和無限量液體在過濾紙上的芯吸行為進(jìn)行描述,認(rèn)為有限量液滴在過濾紙上的擴散半徑與系統(tǒng)內(nèi)的毛細(xì)管半徑相關(guān),而無限量液體在條形過濾紙上的擴散行為與有限量液滴完全滲入材料內(nèi)部后的繼續(xù)擴散行為相類似。
LiMin等[44]根據(jù)玻璃纖維束內(nèi)部毛細(xì)管系統(tǒng)中壓強平衡的關(guān)系,建立模型對液體沿玻璃纖維束爬升的高度進(jìn)行預(yù)測。
(9)
式中:h為液體上升的高度,m;t為芯吸時間,s;Papp為附加壓力,N;Pc為毛細(xì)管內(nèi)部壓力,N;η為液體黏度,m2/s;K為滲透率系數(shù),m/s;V為纖維體積函數(shù)。
上述物理力學(xué)模型大都建立在動力學(xué)或流體力學(xué)的理論基礎(chǔ)上,用一個相對平衡的力學(xué)過程來描述紡織材料對液體的芯吸行為。由于紡織材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,在模型中對紗線和織物材料進(jìn)行了各種程度的抽象,研究人員應(yīng)結(jié)合目標(biāo)對象的特點對已有模型進(jìn)行選用,或?qū)ΜF(xiàn)有模型做進(jìn)一步的具體化改進(jìn),以使其適用于具體目標(biāo)材料。
3.3 能量模型
伴隨液體對纖維結(jié)構(gòu)體的浸潤,同時發(fā)生能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化,Erik Kiss[32]將該部分能量稱為滲透能,其量值也被認(rèn)為是芯吸程度的重要參考量,因此有學(xué)者建立了基于能量分析的物理模型,用以對紡織材料的芯吸性能進(jìn)行計算表征。
Cassie等[45]建立了Cassie-Baxter模型,將纖維看作表面光滑的圓柱體,計算液體對織物結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)內(nèi)部纖維浸潤所需能量:
(10)
式中:E為液體毛細(xì)流對纖維的浸潤能,J;γLS為固液表面能量密度,J/m3;γLA為液氣表面能量密度,J/m3;γSA為固氣表面能量密度,J/m3;f1、f2分別為固液、氣液接觸面積,m2,量值取決于織物中纖維的尺寸。
Singha等[46]研究液滴在均質(zhì)粗糙表面的浸潤性,得到計算公式:
(11)
式中:E為液滴下落的自由能,J;E1、E2、E3分別為液體表面自由能、固液接觸能、液氣接觸能,J;E4、E5分別為固液氣三相接觸線內(nèi)和線外的能量,J;α為液滴底部直徑,m。根據(jù)上述模型,Singh預(yù)測認(rèn)為非牛頓力學(xué)液滴在均質(zhì)粗糙表面上的擴散速度比光滑表面上的擴散速度快;剪切剛度大的液體在粗糙表面上的擴散速度大于剪切剛度小的液體。該模型只考慮了液體在物質(zhì)表面的擴散,未考慮液體向結(jié)構(gòu)體內(nèi)部滲透的情況。
現(xiàn)有的紡織材料芯吸行為理論預(yù)測模型大都基于物理、力學(xué)的基礎(chǔ)原理,各自對紗線或織物的芯吸行為進(jìn)行了計算預(yù)測,并在一定范圍內(nèi)與實驗結(jié)果取得一致;由于紡織結(jié)構(gòu)的多樣性和復(fù)雜性,在一定理想條件下成立的理論模型與實際情形存在偏差。紡織結(jié)構(gòu)模型將來一方面可朝具體化和精細(xì)化的方向發(fā)展,另一方面,層次化、模塊化的建模方式也是有效降低預(yù)測偏差并使模型更具普適性的發(fā)展方向之一。
本文從測試方法、影響因素和預(yù)測模型3方面對紡織材料芯吸性的理論研究工作進(jìn)行了綜述。重點綜述了紡織材料芯吸性預(yù)測模型的相關(guān)研究,根據(jù)建模的理論基礎(chǔ),現(xiàn)有理論模型分為毛細(xì)管力模型、壓力/壓強模型和能量模型3類;由于紡織材料本身結(jié)構(gòu)的多層次性和復(fù)雜性,研究人員需從目標(biāo)材料自身特點出發(fā)選用合適的模型;紡織材料模型可以考慮分別從精細(xì)化和模塊化2個方向進(jìn)行發(fā)展,以提高理論預(yù)測的準(zhǔn)確性。
FZXB
[1] 李典英, 錢曉明. 織物濕傳遞測試方法評述[J]. 紡織科技進(jìn)展, 2007(4): 4-8. LI Dianying, QIAN Xiaoming. Review of testing methods of moisture transformation in textiles [J]. Progress in Textile Technology, 2007(4): 4-8.
[2] ANNE Perwuelz, CLAUDE Caze, MATHILDE Casetta. Liquid organization during capillary rise in yarns: influence of yarn torsion[J]. Polymer Testing, 2001, 5(20): 553-561.
[3] 王耀武, 楊建忠. Coolmax復(fù)合紗線毛細(xì)效應(yīng)與紗線捻度的關(guān)系[J]. 西安工程科技學(xué)院學(xué)報, 2004, 18(4): 299-301. WANG Yaowu, YANG Jianzhong. Relationship of wicking and the twist in Coolmax composite yarn [J]. Journal of Xi′an University of Engineering Science and Technology, 2004, 18(4): 299-301.
[4] KAMATH Y, HORNBY S, WEIGMANN H, et al. Wicking of spin finishes and related liquids into continuous filament yarns [J]. Textile Research Journal, 1994, 64(1): 33-40.
[5] LIU Tao, LI Yi. Wicking in twisted yarns [J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2008, 318(1): 134-139.
[6] 陸慧娟, 王正偉. 關(guān)于織物芯吸速率測試的研究[J].上海紡織科技, 2005, 33(2): 62-63. LU Huijian, WANG Zhengwei. Research on the measurement of the wicking rate of fabric [J]. Shanghai Textile Science & Technology, 2005, 33(2): 62-63.
[7] 儲詠梅, 王琪. 竹原纖維織物芯吸效應(yīng)的測試研究[J].毛紡科技, 2008(2): 50-53. CHU Yongmei, WANG Qi. Testing of wicking properties of fabrics made of bamboo fibers [J]. Wool Technology, 2008(2): 50-53.
[8] 錢建棟. 織物毛細(xì)效應(yīng)的試驗研究[J]. 江蘇絲綢, 2008(6): 16-17. QIAN Jiandong. Experimental research of fabric wicking properties [J]. Jiangsu Silk, 2008(6): 16-17.
[9] SAMPATH MB, MANI Senthilkumar, NALANKILLI G. Effect of fimament fineness on comfort characteristics of moisture management finished polyester knitted fabics [J]. Journal of Industrial Textiles, 2011, 41(2): 160-173.
[10] 馮昆陽. 牛奶蛋白纖維水刺非織造工藝與產(chǎn)品性能研究[D].上海: 東華大學(xué), 2009: 69-82. FENG Kunyang. The study of technology and product performence for spunlace nonwoven fabric of milk protein[D]. Shanghai: Donghua University, 2009: 69-82.
[11] BABU, RAMESH V, KOUSHIK C V, et al. Capillary rise in woven fabrics by electrical principle [J]. Indian Journal of Fibre and Textile Research, 2011, 36(1): 99-102.
[12] RAMACHANDRAN T, KESAVARAJA N. A study on influencing factors for wetting and wicking beha-vior [J]. Journal of The Institution of Engineers (India), 2004, 84(2): 37-41.
[13] 孟家光,潘建君. 針織物液態(tài)水傳導(dǎo)理論與測試方法的研究[J]. 紡織科學(xué)研究, 2005(3): 18-21. MENG Jiaguang, PAN Jianjun. Theoretical research on water conductivity in knitted fabrics and the testing method [J]. Textile Science Research, 2005(3): 18-21.
[14] MILLER B, TYOMKIN I. Spontaneous transplanar uptake of liquids by fabrics [J]. Textile Research Journal, 1984, 54(11): 706-712.
[15] 范菲, 齊宏進(jìn). 織物孔徑特性與織物結(jié)構(gòu)及芯吸性能的關(guān)系[J]. 紡織學(xué)報, 2007, 28(7): 38-41. FAN Fei, QI Hongjin. Relationship between capillary properties and configurations and wicking capability of fabric [J]. Journal of Textile Research, 2007, 28(7): 38-41.
[16] ZHU Chunhong, TAKATERA Masayuki. A new thermocouple technique for the precise measurement of in-plane capillary water flow within fabrics [J]. Textile Research Journal, 2014, 84(5): 513-526.
[17] WANG Ni, ZHA Anxia, WANG Jinxiu. Study on the wicking property of polyester filament yarn [J]. Fibers and Polymers, 2008, 9(1): 97-100.
[18] MOSATAFA Taheri, MORTEZA Vadood, MAJID Safar Johari. Investigating the effect of yarn count and twist factor on the packing density and wicking height of lyocell ring-spun yarns [J]. Fibers and Polymers, 2013, 14(9): 1548-1555.
[19] GUDIYAWAR M Y, KANE C D, SAUDAGAR S, et al. Wicking properties of air jet textured yarn[J]. Chemical Fibers International, 2012,61(1):43-44.
[20] 張輝, 張建春. 棉織物結(jié)構(gòu)對芯吸效應(yīng)的影響[J]. 棉紡織技術(shù), 2003, 31(11): 12-15. ZHANG Hui, ZHANG Jianchun. Influence of textile structure on wicking properties of cotton fabric [J]. Cotton Textile Technology, 2003, 31(11): 12-15.
[21] 范菲, 齊宏進(jìn). 針織物孔徑特性與差動毛細(xì)效應(yīng)關(guān)系的研究[J]. 山東紡織科技, 2008(4): 1-3. FAN Jin, QI Hongjin.Research relationship on knitted aperture characteristics and capillary effect [J]. Textile Science, 2008(4): 1-3.
[22] 王其, 馮勛偉. 織物差動毛細(xì)效應(yīng)模型及應(yīng)用[J]. 東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2001, 27(3): 54-57. WANG Qi, FENG Xunwei. Fabric differential capillary effect model and its application [J]. Donghua University(Natural Science), 2001, 27(3): 54-57.
[23] YANILMAZ Meltem, FATMA Kalaoglu. Investigation of wicking, wetting and drying properties of acrylic knitted fabrics [J]. Textile Research Journal, 2012, 82(8): 820-831.
[24] ELENI Fragiadaki, STEFANOS Harhalakis, ELENI Kalogianni. Characterization of porous media by dynamic wicking combined with image analysis [J]. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2012, 413: 50-57.
[25] 馮營營, 沈為, 曹春祥, 等. 改性滌綸針織物導(dǎo)水透濕性能研究[J]. 紡織科技進(jìn)展, 2015(1): 42-44. FENG Yingying, SHEN Wei, CAO Chunxiang, et al. Research on water conductivity and moisture permeability through knitted fabrics made of modified polyester fibers [J]. Progress in Textile Science & Technology, 2015(1): 42-44.
[26] 陳霄, 陳南梁. 纖維直徑對液體在非織造結(jié)構(gòu)中擴散的影響[J]. 東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2009, 35(1): 30-34. CHEN Xiao, CHEN Nanliang. Influence of fiber diameter on liquid diffusion within nonwoven struc-tures [J]. Journal of Donghua University (Natural Science), 2009, 35(1): 30-34.
[27] UMER R, BICKERTON S, FERNYHOUGH A. The effect of yarn length and diameter on permeability and compaction response of flax fibre mats [J]. Composites. Part A: Applied Science and Manufacturing, 2011, 42(7): 723-732.
[28] ZHU Chunhong, TAKATERA M. Effects of hydrophobic yarns on liquid migration in woven fabrics [J]. Textile Research Journal, 2015, 85(5): 479-486.
[29] EDWARD W Washburn.The dynamics of capillary flow [J]. Trans Faraday Soc, 1944, 40: 546-551.
[30] ZHUANG Q, HARLOCK S C, BROOD D B. Longitudinal wicking of weft knitted fabrics: part II: wicking mechanism of knitted fabrics used in undergarments for outdoor activities [J]. The Journal of the Textile Institute. Part 1: Fibre Science and Textile Technology, 2002, 93: 97-107.
[31] RAMACHANDRAN T, KESAVARAJA N. A study on influencing factors for wetting and wicking beha-viour [J]. Textile Industry of India, 2005, 41(4): 15-22.
[32] ERIK Kiss. Wetting and wicking[J]. Textile Research Journal, 1996, 66(10): 660-668.
[33] MARINA Turalija, BECHTOLD Thomas. Printing of reactive silicones for surface modification of textile material [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2015, 132(39):32-35.
[34] ANNE Perwuelz, PASCAL Mondon, CLAUDE Caze. Experimental study of capillary flow in yarns [J]. Textile Research Journal, 2000, 70(4): 333-339.
[35] CALLEGARI G, TYOMKIN I, KORNEV K G, et al. Absorption and transport properties of ultra-fine cellulose webs [J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2011, 353(1): 290-293.
[36] WONG KK, TAO XM, YUEN CWM, et al. Wicking properties of linen treated with low temperature plasma[J]. Textile Research Journal, 2001, 71(1): 49-56.
[37] MULLINS B J, BRADDOCK R D. Capillary rise in porous, fibrous media during liquid immersion [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012, 55(21/22): 6222-6230.
[38] DENG Denga, TANG Yong, ZENG Jian, et al. Characterization of capillary rise dynamics in parallel micro V-grooves [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014,77: 311-320.
[39] HALE R S, RANJAN R, HIDROVO C H. Capillary flow through rectangular micropillar arrays [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2014, 75: 710-717.
[40] 姚穆, 施楣梧. 織物濕傳導(dǎo)理論與實際的研究, 第2報:織物濕傳導(dǎo)理論方程的研究[J]. 西北紡織工學(xué)院學(xué)報, 2001, 15(2): 9-14. YAO Mu, SHI Meiwu. Theoretical and experimental research on wet permeability through fabrics, 2nd report: theoretical study on moisture conductivity through fabrics [J]. Journal of Northwest Institute of Textile Science and Technology, 2001, 15(2): 9-14.
[41] ERIK Kiss. Capillary sorption in fibrous assemblies[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 1981, 83(1): 265-272.
[42] TOKUZO Kawase, SAKIKO Sekoguchi, TOMIKO Fuj, et al. Spreading of liquids in textile assemblies: part I: capillary spreading of liquids [J]. Textile Research Journal, 1986, 56(7): 409-414.
[43] DGANIT Danino, ABRAHAM Marmur. Radial capillary penetration into paper: limited and unlimited liquid reservoirs [J]. Journal of Colloid and Interface Science, 1994, 166(1): 245-250.
[44] LI Min, WANG Shaokai, GU Yizhuo, et al. Dynamic capillary impact on longitudinal micro-flow in vacuum assisted impregnation and the unsaturated permeability of inner fiber Tows [J]. Composites Science and Technology, 2010, 70(11): 1628-1636.
[45] CASSIE A B D, BAXTER S. Wettability of porous surfaces [J]. Trans Faraday Soc, 1944, 40: 546-551.
[46] SINGHA S K, DANDAPATB B S. Spreading of a non-Newtonian liquid drop over a homogeneous rough surface[J]. Colloids and Surfaces. A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2013, 419: 228-232.
Review of studies on textile wicking modeling
JI Feng, LI Na, SONG Ranfengyun, ZHANG Ruiyun, LIU Ruohua, QIU Yiping
(KeyLaboratoryofTextileScience&Technology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)
Textile wicking models perform the bridge connecting the capillary system with the macroscopic textile wicking behavior. Presently, quite a lot of textile wicking models exist, and their theoretical basis and application range are varied and puzzling to most people. Thus, existing models were classified and reviewed. The testing methods and influencing factors of textile wicking properties were primarily summarized, and then textile wicking models were classified into three groups according to their basic principles. For each group, the assumed condition, theoretical principle, and applied range were discussed. Firstly, the capillary-force based models were built up based on the opinion of macroscopic force balance, whereas the idealized capillary model performed far away from the realistic capillary system that are commonly hierarchical and complex, thus application of capillary-force based models was limited so far. Secondly, the pressure based models were built based on the Washburn equation and generally to analyze the pressure and pressure difference combined with the Laplace equation and Poiseuille law. The pressure based models were usually used to predict the flow, velocity of flow, and distance of the fluid through textile structures. Yarn and fabric were usually considered as one unit in the pressure based models, and empirical data of the structural parameters were adopted as representatives of corresponding structures. Hence the pressure based models could be modified to be suitable for more kinds of textiles. Thirdly, the energy based models were built based on the principle of conservation of energy and were usually used to analyze the degree of energy conversion during a wicking process. Finally, the development directions of studies on textile wicking modeling were predicted.
textile material; wicking property; modeling; wicking theory
10.13475/j.fzxb.20150703007
2015-07-13
2016-05-13
國家自然科學(xué)基金項目(60904056);上海市自然科學(xué)基金項目(14ZR1401000);中央高?;究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(EG2016004,2232013D3-04)
紀(jì)峰(1976—),女,副教授,博士。主要研究方向為紡織材料與紡織品設(shè)計。E-mail: jifeng@dhu.edu.cn。
TS 101.2; TS 101.8
A