影響羊毛橫機織物熱傳遞性能因素的研究

崔少英，孫倩茜

（河北科技大學紡織服裝學院，河北石家莊 050018）

羊毛衫因其良好的舒適性和較強的時尚感而受到消費者喜愛。人體穿著服裝后的舒適感主要取決于人體所產生的熱量、水分與服用環境散失能力之間是否平衡［1］，而決定服裝散熱性能的是針織面料的熱傳遞性能。目前對織物熱傳遞性能的研究，主要集中在導熱機理、測試儀器、實驗方案、評價方法、環境條件、服用性能等領域［2－5］。提高織物熱傳遞性能的方法主要包括對纖維材料種類的選擇［6］；對纖維或織物進行后整理，如在纖維或織物上添加具有遠紅外輻射特性的納米材料，使織物的保暖性有所提 高［7－8］；應 用 相 變 材 料 等 使 織 物 獲 得 好 的 保 暖性［9－10］；采用更多的織物層數提高織物保暖性等。從織物結構的角度來討論有關參數對羊毛織物熱傳遞性能的影響及其規律的研究還有待提高。筆者采用不同細度羊毛紗線，在不同機號的織機上進行編織，以獲得結構參數不同的織物，在測量織物未充滿系數、厚度、單位面積干燥質量以及密度和導熱系數之間數據的基礎上，并運用MATLAB 軟件進行分析，研究影響羊毛橫機織物熱傳遞性能的因素。

1 試 驗

1.1 材料與設備

紗線：羊毛紗線，紗線細度為18tex，31tex。

織機：普通機械式手搖橫機，機號為6針、9針、12針。

測量儀器：KES－7織物風格儀；Y802A 型八籃恒溫烘箱；Sartorius BS223S 電子天平（最大量程220g，精確度0.001g）；YG141型機械式測厚儀。

1.2 織物組織選取

選用針織毛衫常用緯平針組織。機上試樣為40cm×40cm，編織時，為獲得不同密度的織物，可小幅度調整彎紗深度達到試驗目的。

1.3 測試方法

編織完成后，將織物放在溫度為（20±2）℃，濕度為（65±2）%恒溫恒濕的環境下，經24h自然回縮后再進行測試。

1.3.1 未充滿系數

未充滿系數δ是線圈長度L0與紗線直徑d的比值。表示針織物在相同密度條件下，紗線細度對其稀密程度的影響。編織試樣時，在紗線上用彩色水筆標記出長度為10cm 的標記，每塊試樣上標記3段。測量時數出標記范圍內（即紗線長度10cm）的線圈數N，根據公式（1）計算出線圈長度，再根據3處標記的線圈長度，計算出平均值：

根據編織時紗線的公支數和合股數，計算出紗線直徑。然后根據未充滿系數公式（2）計算出未充滿系數δ：

1.3.2 織物總密度

試樣下機鋪平放好，經24h自然回縮后，沿線圈橫列方向，利用直尺計數5cm 內線圈縱行數，計算得到織物橫密PA；沿線圈縱行方向，利用直尺計數5cm內線圈橫列數，計算得到織物縱密PB。計算出橫密和縱密的平均值，最后按公式（3）計算出總密度：

1.3.3 面密度

試樣下機經過24h自然回縮后，測量各布樣尺寸并計算其面積。用恒溫烘箱預熱至110℃（約需40 min）。將布樣依次放入吊籃內，注意各吊籃內布樣多少盡量保持一致，將烘箱門關閉鎖好，并記錄入箱時間。烘干100min后，進行第1次稱重并記錄。繼續烘干10min，進行第2次稱重并記錄，若2次稱重質量差小于0.05%，則后一次質量即為干燥質量。用干燥質量除以布樣面積就得到試樣的面密度。

1.3.4 織物厚度

試樣松弛處理完成后，利用機械式測厚儀測試布樣厚度，把布樣平整放置好，用500g重錘壓在布樣上，穩定后讀數。移動布樣，在不同位置重復以上步驟5次。計算出布樣厚度的平均值。

1.3.5 導熱系數

在溫度為（20±2）℃，濕度為（65±2）%的恒溫恒濕環境下，將KES－7 織物風格儀預熱（約30 min）。調節溫度使GUARD 溫度為34.0 ℃、BT 溫度為33.7 ℃、BASE溫度為23.7 ℃，溫度穩定后調零。將試樣平攤在測試臺上，另一測試板放在試樣上后按“開始”按鈕，KES 自動積分1 min后停止，讀數、還原復位。在不同位置重復以上步驟3 次。用保暖率W、織物厚度D計算平均導熱量，利用公式（4）計算導熱系數。

其中：A＝25cm2；ΔT＝10 ℃

2 結果與分析

經測試，針織物各項參數如表1所示，并對各項參數與導熱系數的關系作出分析，進行回歸方程擬合與方差分析，取分位數α＝0.05。

表1 針織物各項參數Tab.1 Knitted fabric parameters

2.1 未充滿系數

運用MATLAB 軟件處理數據，得導熱系數隨未充滿系數變化的回歸方程y＝0.307 6e－0.01226x，可決系數R＝0.865 3，可知回歸方程與實驗數據擬合非常好。而通過方差分析表2可知，在分位數α＝0.05的情況下未充滿系數對針織物導熱系數的影響非常顯著。

表2 導熱系數與未充滿系數回歸方程方差分析Tab.2 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficient of thermal conductivity and opening percentage

圖1是應用回歸方程式和實驗數據作出的羊毛橫機織物導熱系數隨未充滿系數變化的趨勢圖。

圖1 導熱系數與未充滿系數的關系Fig.1 Relationship between thermal conductivity and opening percentage

由圖1可知，羊毛橫機織物的導熱系數隨著未充滿系數的增大呈下降趨勢。這是因為未充滿系數表示在針織物密度相同條件下，紗線細度對其稀密程度的影響。當線圈長度一定時，紗線越粗，則織物的未充滿系數越小，織物越緊密。紗線越細，織物未充滿系數就愈大，表明織物中未被紗線充滿的空間愈大，織物愈是疏松，其組織內部所含靜止空氣越多，則導熱系數越小。

2.2 面密度

應用MATLAB軟件處理數據，得羊毛橫機織物導熱系數隨織物面密度變化的回歸方程式為y＝0.296 93－0.001 9181／x，可決系數R＝0.882 7，可知回歸方程與實驗數據擬合非常好。而通過方差分析表3得到在分位數α＝0.05的情況下織物面密度對針織物導熱系數的影響非常顯著。

表3 導熱系數與面密度回歸方程方差分析Tab.3 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficient of thermal conductivity and the per unit area density

圖2是應用回歸方程式和實驗數據作出的羊毛橫機織物導熱系數隨面密度增大變化趨勢圖。

圖2 導熱系數與面密度的關系Fig.2 Relationship of coefficient of thermal conductivity and dry weight per unit area

從圖2可以看出，隨羊毛橫機織物面密度增加，導熱系數λ呈增大趨勢同時增大趨勢逐步放緩。這是由于織物面密度越小，其所含靜止空氣的數量就越多，所以織物的導熱系數λ越小，熱傳遞性能也相應變差。而隨著織物面密度增加，內部靜止空氣含量隨之減少，則織物的導熱系數λ相應增大。當面密度增大到一定程度時，織物透氣性減小，空氣對流作用減弱，所以導熱系數增大的趨勢放緩。

2.3 織物密度

對實驗數據進行擬合處理，得導熱系數隨織物總密度變化的回歸方程y＝0.296 45－58.705 3／x，可決系數R＝0.867 6，可知回歸方程與實驗數據擬合非常好。而通過方差分析表4得到在分位數α＝0.05的情況下織物總密度對針織物導熱系數的影響非常顯著。

表4 導熱系數與織物總密度回歸方程方差分析Tab.4 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficients of thermal conductivity and density

圖3是應用回歸方程式和實驗數據作出的羊毛橫機織物的導熱系數隨織物總密度變化的趨勢圖。

圖3 織物總密度與導熱系數的關系Fig.3 Relationship between thermal conductivity and density

由圖3可知，羊毛橫機織物的導熱系數隨著織物總密度的上升呈增加趨勢，且上升趨勢隨著織物總密度的增大而放緩。這是因為織物的密度反映織物的稀疏程度。織物密度越小，則織物越稀疏，即空氣對流作用就會更加明顯，相應的其導熱系數λ越??；反之，密度增加，織物越緊密，空氣對流相對減弱，導致織物的導熱系數λ也有所增加。同時，隨著織物密度增大則織物內部靜止空氣層減少，所以羊毛橫機織物導熱系數的增加趨勢放緩。

2.4 織物厚度

應用MATLAB 軟件對實驗數據進行擬合處理，得導熱系數與織物厚度的回歸方程為y＝0.407 9－0.293 6／x，R＝0.801 4，可知回歸方程與實驗數據擬合非常好。而通過方差分析（表5）得到在分位數α＝0.05的情況下織物厚度對針織物導熱系數的影響非常顯著。

表5 導熱系數與織物厚度回歸方程方差分析Tab.5 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficients of thermal conductivity and thickness

圖4是應用回歸方程式和實驗數據作出的羊毛橫機針織物導熱系數隨織物厚度變化的趨勢圖。

由圖4可知，隨著羊毛織物厚度的增加，織物的導熱系數λ也相應有所增加，且當織物厚度增大到一定程度時，導熱系數增大速度逐步放緩。這是因為織物厚度增加時內部縫隙也會變大，則織物內部靜止空氣層變厚；同時，隨著厚度增加，織物內部空氣分子活躍起來，對流作用明顯，導致織物熱傳遞性能也相應變好。雙重作用下，導致織物的導熱系數隨織物厚度的增加而逐步升高。當織物厚度增加到一定程度時，空氣對流作用相應減弱，導熱系數增大速度放慢。

綜上所述可知：除了紗線本身的隔熱性外，針織物導熱性的大小主要是織物內部靜止空氣量和流動空氣量綜合作用的結果。而針織物各參數的變化正是改變了織物內部的空氣容量與狀態，導致織物導熱系數發生改變。

對各系數與導熱系數的回歸方程進行方差分析，對其F值進行比較可得：面密度＞總密度＞未充滿系數＞織物厚度?？芍?個參數中面密度對織物導熱系數影響最顯著，其次為總密度、未充滿系數，織物厚度排最后。

圖4 導熱系數與織物厚度的關系Fig.4 Relationship between thermal conductivity and thickness

3 結 語

1）隨著羊毛橫機織物未充滿系數的增大導熱系數降低，擬合方程為y＝0.307 6e－0.01226x，可決系數R＝0.865 3。

2）隨著羊毛橫機織物密度的增大，羊毛針織物的導熱系數λ呈降低趨勢，擬合方程為y＝0.296 93－0.001 918 1／x，可決系數R＝0.882 7。

3）隨著羊毛橫機織物面密度的增加，織物的導熱系數λ呈增大趨勢，擬合方程為y＝0.296 45－58.705 3／x，可決系數R＝0.867 6。

4）隨著羊毛橫機織物厚度的增加羊毛針織物的導熱系數λ呈增大趨勢，擬合方程為y＝0.407 9－0.293 6／x，可決系數R＝0.801 4。

5）針織物面密度對織物導熱系數影響最顯著，其次為總密度、未充滿系數，織物厚度排最后。

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