基于2個國家標準的絮片保暖性測試與對比

陳 欣，王越平，唐靜一

(北京服裝學院 材料設計與工程學院,北京 100029)

絮片是冬季保暖用重要材料，對其保暖性的測試與評價是產(chǎn)品開發(fā)的依據(jù)之一。然而影響保暖性測試結(jié)果的因素很多，針對環(huán)境因素，沈華[1]的研究表明由于恒溫恒濕室內(nèi)的氣流不穩(wěn)定，導致試樣上部的氣流流速高時測得保溫率偏低，并且絮片材料通常較厚，試樣裁剪邊緣散熱明顯。評價指標的不同也對產(chǎn)品保暖性能的判斷產(chǎn)生影響，郁幼君等[2]針對平板式保溫儀的保溫率指標進行了研究，研究表明保溫率雖然與熱阻之間存在顯著相關(guān)，但對高保暖樣品如絮片，熱阻指標更能反映產(chǎn)品間的性能差異。此外，郭禹[3]研究表明保暖性測試結(jié)果受測試儀器、測試條件的影響，測試時間是保溫測試的重要參數(shù), 采用不同型號儀器測出的保溫性能存在差異。張森等[4]探究了紡織品熱傳導性能測試方法、儀器和環(huán)境對保暖性測試結(jié)果的影響。測試標準、方法對保暖性結(jié)果影響的研究較少。

國內(nèi)外測試紡織材料熱傳導性能的標準、方法很多，如ISO 11092—2014《紡織品 生理影響 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》、ASTM D 1518—2003《紡織品熱傳導性能測試方法》、JIS L 1096—2010《日本工業(yè)標準 一般織物試驗方法 6.28保溫性 A法(恒溫法)》。國內(nèi)保暖性測試依據(jù)GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定(蒸發(fā)熱板法)》和GB/T 35762—2017《紡織品 熱傳遞性能試驗方法 平板法》，其中GB/T 11048以重新起草法修改采用ISO 11092—2014。2項國家標準規(guī)定的儀器(本文中使用的儀器型號)均由3個獨立控制的加熱區(qū)域：測試板、保護板和底板組成，差異在于平板法的測試板為實心金屬平板，測試時樣品平鋪于其上高于儀器平臺(為防止環(huán)境空氣的流動，用防護罩遮蔽形成穩(wěn)定的測試小環(huán)境)；而蒸發(fā)熱板法的測試板相對于儀器平臺的位置可上下調(diào)整，以使放在其上面試樣的上表面能夠與儀器平臺平齊，另外在測試板周圍是熱護環(huán)，其既可避免測試板側(cè)面的熱傳遞，又可消除測試樣邊緣(厚度方向)的熱損失，同時在樣品水平方向增加風速，目的是去除樣品上方空氣層對保暖性測試結(jié)果的影響[5-7]。

化纖絮片是高蓬松的纖維集合體，在外觀和使用上不同于常規(guī)紡織品，所以保暖性測試有一定特殊性。目前市場上的絮片產(chǎn)品很多配備紡粘非織造布覆蓋表面，紡粘非織造布在保護絮片外觀的同時，具有防止質(zhì)量損失的作用。許多廠家要求絮片貼合紡粘非織造布進行測試和使用，并且部分絮片產(chǎn)品表面貼合的紡粘非織造布無法剝離，故有必要了解測試保暖性時試樣狀態(tài)(是否覆蓋紡粘非織造布)對于絮片保暖性測試結(jié)果的影響。

基于此，本文以市場上常見的化纖絮片產(chǎn)品為對象，進行2項國家標準下的保暖性測試，并了解測試過程中試樣狀態(tài)的影響，為絮片保暖性能測試標準(方法)及條件的選擇提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

選用某廠家P系列和L系列、100 g/m2和150 g/m22個規(guī)格絮片產(chǎn)品進行實驗。實驗材料具體規(guī)格參數(shù)見表1。可見，相同面密度下，L系列比P系列厚度大且蓬松。

表1 相關(guān)樣品規(guī)格參數(shù)

注：紡粘非織造布用于運輸過程中絮片保護。

1.2 實驗內(nèi)容

①依據(jù)GB/T 35762—2017，利用YG606F紡織品熱阻測試儀(溫州方圓儀器公司)對L系列和P系列100 g/m2和150 g/m2的絮片進行原樣和覆蓋紡粘非織造布(在絮片上方平整、無縫地覆蓋等尺寸紡粘非織造布，以下同)2種狀態(tài)的保暖性測試。

②依據(jù)GB/T 11048—2018，利用YG606L紡織品熱阻測試儀(萊州電子儀器有限公司)對L系列和P系列150 g/m2絮片進行原樣和覆蓋紡粘非織造布2種狀態(tài)的保暖性測試。

實驗均在環(huán)境溫度(20±2) ℃，相對濕度(60±4)%條件下進行。2項國家標準具體測試參數(shù)見表2，2臺實驗儀器同時工作。每個樣品測試5個重復樣，計算熱阻平均值(保留3位有效數(shù)字)和變異系數(shù)(保留2位有效數(shù)字)。

實驗數(shù)據(jù)采用單因素方差分析法，分別討論測試標準(方法)、試樣狀態(tài)、不同絮片對保暖性能影響的顯著性。給定顯著性水平為0.05，每個因素由10個因子組成。

表2 2項國家標準的測試參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 2項國家標準下絮片測試結(jié)果比較

采用不同標準(方法)對不同試樣、不同狀態(tài)下的絮片保暖性能測試結(jié)果見表3?？梢钥闯?，L系列絮片結(jié)構(gòu)蓬松性優(yōu)于P系列，因此熱阻值大于P系列產(chǎn)品。

對采用2項國標分別測試的2個系列絮片L150和P150的熱阻進行測試標準(方法)的差異對絮片熱阻影響的顯著性分析，分析結(jié)果見表4。

表3 不同方法和試樣狀態(tài)下絮片的保暖性測試結(jié)果

注：蒸發(fā)熱板法測試紡粘非織造布單層的熱阻為0.014(m2·K)/W。

表4 2項測試標準(方法)對絮片熱阻影響的顯著性分析

由表4可見，測試標準(方法)對L150和P150樣品熱阻影響的顯著性均為0.000，小于0.01，說明測試標準(方法)對絮片保暖性能測試結(jié)果有非常顯著的影響。

根據(jù)表3，測試同一絮片的熱阻，蒸發(fā)熱板法得到的結(jié)果大于靜置平板法。這是由于采用平板法測試時試樣的下表面緊貼熱板，試樣上表面及側(cè)面暴露于測試環(huán)境，絮片材料通常比較厚，被裁剪的試樣邊緣散熱明顯，而蒸發(fā)熱板法的熱板由熱護環(huán)及溫度控制裝置2部分組成，熱護環(huán)有效防止實驗板底部和邊緣的熱散失[8]；此外平板法測試試樣的尺寸小于蒸發(fā)熱板法，在測試樣尺寸小的情況下,熱量沿絮片平面方向傳遞最終散失到外界環(huán)境中的路徑變短,從而使得單位時間內(nèi)由該路徑散失的熱量增多，宏觀表現(xiàn)為絮片整體的熱阻偏小[9]。綜合考慮2方面因素，測試同一樣品時平板法的熱阻結(jié)果小于蒸發(fā)熱板法。

就測試結(jié)果的穩(wěn)定性而言，平板法測試時,測試狀態(tài)相對靜止(四周有防護罩)，減少了環(huán)境對測試結(jié)果的干擾，測試結(jié)果相對穩(wěn)定。蒸發(fā)熱板法在1 m/s的風速下進行測試，目的是為了排除樣品表面的空氣熱阻，但是由于空氣流動使疏松的樣品表面狀態(tài)不穩(wěn)定，所以熱阻變異系數(shù)偏大，穩(wěn)定性稍差。

2.2 2種試樣狀態(tài)的測試結(jié)果比較

紡粘非織造布作為絮片表層的保護層，大多在使用時剝離，但也有少數(shù)產(chǎn)品上的紡粘非織造布作為絮片的一部分是無法分離的，并且在產(chǎn)品規(guī)格上并沒有體現(xiàn)紡粘非織造布的存在。這種情況是否會干擾到產(chǎn)品保暖性的比較，為此對表層是否覆蓋紡粘非織造布的絮片樣品進行測試。

鑒于2項測試標準(方法)有顯著差異，依據(jù)不同方法，對表1中絮片在是否覆蓋紡粘非織造布2種狀態(tài)進行保暖性能測試，并進行試樣狀態(tài)對熱阻影響的顯著性分析，結(jié)果見表5。

表5 2個試樣狀態(tài)對絮片熱阻影響的顯著性分析

注：測試狀態(tài)指覆蓋或未覆蓋紡粘非織造布。

就熱阻變異系數(shù)而言，平板法測試2種狀態(tài)下的絮片熱阻時，覆蓋紡粘非織造布后使測試結(jié)果變異系數(shù)增大，測試結(jié)果不穩(wěn)定；蒸發(fā)熱板法覆蓋紡粘非織造布后測試結(jié)果變異系數(shù)減小，更加穩(wěn)定。這是由于平板法測試時，當絮片內(nèi)部熱傳遞達到平衡時,除了邊緣散熱產(chǎn)生的誤差外，還會因為絮片內(nèi)部孔隙分布不均勻等因素而產(chǎn)生測試誤差[8]，覆蓋紡粘非織造布對絮片上表面的孔隙分布造成影響，且紡粘非織造布放置狀態(tài)存在差異，使得測試結(jié)果的變異系數(shù)增大。而蒸發(fā)熱板法測試絮片(未覆蓋紡粘非織造布)的熱阻變異系數(shù)偏大，主要是由于空氣流動帶來的影響，絮片結(jié)構(gòu)蓬松多孔，當空氣在樣品表層流過時，造成絮片夾持的靜止空氣含量不穩(wěn)定；當覆蓋較致密的紡粘非織造布后減少了絮片表層空氣流動帶來的誤差，測試結(jié)果更加穩(wěn)定。

2.3 各項影響因素比較

根據(jù)2.1節(jié)、2.2節(jié)分析，2項國家標準和試樣狀態(tài)對于保暖性測試結(jié)果均有顯著影響，但其影響程度不同。眾所周知，當環(huán)境條件相同的情況下，保暖性主要受絮片本身規(guī)格、結(jié)構(gòu)的影響(纖維成分相同時)，故在此比較了測試標準(方法)、試樣狀態(tài)影響與絮片規(guī)格結(jié)構(gòu)影響的差異，分析各自對保暖性影響程度的大小, 絮片熱阻測試過程中影響因素比較見圖1。

用平板法分別對L系列(2個規(guī)格)和P系列(2個規(guī)格)絮片進行熱阻測試，對測試結(jié)果進行方差分析，得到產(chǎn)品規(guī)格對絮片熱阻影響的顯著性均為0.000，F(xiàn)值分別為1 526.8(L系列)和1 316.7(P系列)，影響非常顯著。說明不同規(guī)格的絮片對其保暖性能影響明顯[10]。

采用平板法分別對100 g/m2(L、P系列)和150 g/m2(L、P系列)絮片進行熱阻測試，對測試結(jié)果進行方差分析，得到產(chǎn)品系列對絮片熱阻影響的顯著性均為0.000，F(xiàn)值分別為85.629(100 g/m2下)和93.095(150 g/m2下)，影響非常顯著。說明相同規(guī)格下絮片產(chǎn)品系列之間的保暖性能顯著不同[10]。

幾個因素相比較，保暖性受絮片規(guī)格影響最大；產(chǎn)品系列影響次之；不同的測試標準(方法)影響再次之，試樣是否覆蓋紡粘非織造布的狀態(tài)影響最小。但是從圖1看出，當不同產(chǎn)品系列之間的絮片保暖性差異較小時(其他條件相同)，P100-w與 L100的熱阻測試結(jié)果非常接近(圖1中小圈)，2項測試標準(方法)下的L150與P150、L150-w與P150-w的熱阻測試結(jié)果非常接近(圖1中大圈)，導致無法對樣品間保暖性差異做出正確的判斷。此時測試標準(方法)、試樣狀態(tài)等影響因素必須全面考慮。

3 結(jié) 論

通過分析保暖性測試標準(方法)、試樣狀態(tài)對絮片保暖性的影響，并與絮片規(guī)格和產(chǎn)品系列等因素比較，得到如下結(jié)論：

①依據(jù)2項國家標準(方法)對絮片進行保暖性測試，采用GB/T 11048—2018 《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定(蒸發(fā)熱板法)》測試熱阻值結(jié)果較大，采用GB/T 35762—2017 《紡織品 熱傳遞性能試驗方法 平板法》測試熱阻值結(jié)果稍小，測試標準(方法)對絮片保暖性測試結(jié)果有顯著性影響，故不同標準(方法)、不同儀器對絮片保暖性測試結(jié)果不能直接進行比較。

②試樣狀態(tài)對絮片保暖性測試結(jié)果有顯著影響。采用GB/T 11048—2018 《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定(蒸發(fā)熱板法)》測試時，試樣狀態(tài)的影響相對較小，并且絮片表面覆蓋紡粘非織造布后測試結(jié)果比未覆蓋紡粘非織造布結(jié)果更加穩(wěn)定；采用GB/T 35762—2017 《紡織品 熱傳遞性能試驗方法 平板法》測試時，試樣狀態(tài)的影響較大，這時未覆蓋紡粘非織造布的絮片保暖性能的測試結(jié)果更加真實。

③對于同一廠家產(chǎn)品的保暖性測試結(jié)果，產(chǎn)品規(guī)格影響顯著性最大，產(chǎn)品系列間的差異其次，測試標準(方法)、試樣狀態(tài)改變對保暖性測試結(jié)果也有一定影響；絮片面密度越小，測試方法和試樣狀態(tài)對其影響就越大；對于部分絮片樣品，測試標準(方法)、試樣狀態(tài)對保暖性測試結(jié)果的影響程度甚至大于產(chǎn)品系列間差異。故實驗過程中的測試標準(方法)和測試狀態(tài)的影響不容忽視。