影响羊毛横机织物热传递性能因素的研究

崔少英，孙倩茜

（河北科技大学纺织服装学院，河北石家庄 050018）

羊毛衫因其良好的舒适性和较强的时尚感而受到消费者喜爱。人体穿着服装后的舒适感主要取决于人体所产生的热量、水分与服用环境散失能力之间是否平衡［1］，而决定服装散热性能的是针织面料的热传递性能。目前对织物热传递性能的研究，主要集中在导热机理、测试仪器、实验方案、评价方法、环境条件、服用性能等领域［2－5］。提高织物热传递性能的方法主要包括对纤维材料种类的选择［6］；对纤维或织物进行后整理，如在纤维或织物上添加具有远红外辐射特性的纳米材料，使织物的保暖性有所提 高［7－8］；应 用 相 变 材 料 等 使 织 物 获 得 好 的 保 暖性［9－10］；采用更多的织物层数提高织物保暖性等。从织物结构的角度来讨论有关参数对羊毛织物热传递性能的影响及其规律的研究还有待提高。笔者采用不同细度羊毛纱线，在不同机号的织机上进行编织，以获得结构参数不同的织物，在测量织物未充满系数、厚度、单位面积干燥质量以及密度和导热系数之间数据的基础上，并运用MATLAB 软件进行分析，研究影响羊毛横机织物热传递性能的因素。

1 试 验

1.1 材料与设备

纱线：羊毛纱线，纱线细度为18tex，31tex。

织机：普通机械式手摇横机，机号为6针、9针、12针。

测量仪器：KES－7织物风格仪；Y802A 型八篮恒温烘箱；Sartorius BS223S 电子天平（最大量程220g，精确度0.001g）；YG141型机械式测厚仪。

1.2 织物组织选取

选用针织毛衫常用纬平针组织。机上试样为40cm×40cm，编织时，为获得不同密度的织物，可小幅度调整弯纱深度达到试验目的。

1.3 测试方法

编织完成后，将织物放在温度为（20±2）℃，湿度为（65±2）%恒温恒湿的环境下，经24h自然回缩后再进行测试。

1.3.1 未充满系数

未充满系数δ是线圈长度L0与纱线直径d的比值。表示针织物在相同密度条件下，纱线细度对其稀密程度的影响。编织试样时，在纱线上用彩色水笔标记出长度为10cm 的标记，每块试样上标记3段。测量时数出标记范围内（即纱线长度10cm）的线圈数N，根据公式（1）计算出线圈长度，再根据3处标记的线圈长度，计算出平均值：

根据编织时纱线的公支数和合股数，计算出纱线直径。然后根据未充满系数公式（2）计算出未充满系数δ：

1.3.2 织物总密度

试样下机铺平放好，经24h自然回缩后，沿线圈横列方向，利用直尺计数5cm 内线圈纵行数，计算得到织物横密PA；沿线圈纵行方向，利用直尺计数5cm内线圈横列数，计算得到织物纵密PB。计算出横密和纵密的平均值，最后按公式（3）计算出总密度：

1.3.3 面密度

试样下机经过24h自然回缩后，测量各布样尺寸并计算其面积。用恒温烘箱预热至110℃（约需40 min）。将布样依次放入吊篮内，注意各吊篮内布样多少尽量保持一致，将烘箱门关闭锁好，并记录入箱时间。烘干100min后，进行第1次称重并记录。继续烘干10min，进行第2次称重并记录，若2次称重质量差小于0.05%，则后一次质量即为干燥质量。用干燥质量除以布样面积就得到试样的面密度。

1.3.4 织物厚度

试样松弛处理完成后，利用机械式测厚仪测试布样厚度，把布样平整放置好，用500g重锤压在布样上，稳定后读数。移动布样，在不同位置重复以上步骤5次。计算出布样厚度的平均值。

1.3.5 导热系数

在温度为（20±2）℃，湿度为（65±2）%的恒温恒湿环境下，将KES－7 织物风格仪预热（约30 min）。调节温度使GUARD 温度为34.0 ℃、BT 温度为33.7 ℃、BASE温度为23.7 ℃，温度稳定后调零。将试样平摊在测试台上，另一测试板放在试样上后按“开始”按钮，KES 自动积分1 min后停止，读数、还原复位。在不同位置重复以上步骤3 次。用保暖率W、织物厚度D计算平均导热量，利用公式（4）计算导热系数。

其中：A＝25cm2；ΔT＝10 ℃

2 结果与分析

经测试，针织物各项参数如表1所示，并对各项参数与导热系数的关系作出分析，进行回归方程拟合与方差分析，取分位数α＝0.05。

表1 针织物各项参数Tab.1 Knitted fabric parameters

2.1 未充满系数

运用MATLAB 软件处理数据，得导热系数随未充满系数变化的回归方程y＝0.307 6e－0.01226x，可决系数R＝0.865 3，可知回归方程与实验数据拟合非常好。而通过方差分析表2可知，在分位数α＝0.05的情况下未充满系数对针织物导热系数的影响非常显著。

表2 导热系数与未充满系数回归方程方差分析Tab.2 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficient of thermal conductivity and opening percentage

图1是应用回归方程式和实验数据作出的羊毛横机织物导热系数随未充满系数变化的趋势图。

图1 导热系数与未充满系数的关系Fig.1 Relationship between thermal conductivity and opening percentage

由图1可知，羊毛横机织物的导热系数随着未充满系数的增大呈下降趋势。这是因为未充满系数表示在针织物密度相同条件下，纱线细度对其稀密程度的影响。当线圈长度一定时，纱线越粗，则织物的未充满系数越小，织物越紧密。纱线越细，织物未充满系数就愈大，表明织物中未被纱线充满的空间愈大，织物愈是疏松，其组织内部所含静止空气越多，则导热系数越小。

2.2 面密度

应用MATLAB软件处理数据，得羊毛横机织物导热系数随织物面密度变化的回归方程式为y＝0.296 93－0.001 9181／x，可决系数R＝0.882 7，可知回归方程与实验数据拟合非常好。而通过方差分析表3得到在分位数α＝0.05的情况下织物面密度对针织物导热系数的影响非常显著。

表3 导热系数与面密度回归方程方差分析Tab.3 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficient of thermal conductivity and the per unit area density

图2是应用回归方程式和实验数据作出的羊毛横机织物导热系数随面密度增大变化趋势图。

图2 导热系数与面密度的关系Fig.2 Relationship of coefficient of thermal conductivity and dry weight per unit area

从图2可以看出，随羊毛横机织物面密度增加，导热系数λ呈增大趋势同时增大趋势逐步放缓。这是由于织物面密度越小，其所含静止空气的数量就越多，所以织物的导热系数λ越小，热传递性能也相应变差。而随着织物面密度增加，内部静止空气含量随之减少，则织物的导热系数λ相应增大。当面密度增大到一定程度时，织物透气性减小，空气对流作用减弱，所以导热系数增大的趋势放缓。

2.3 织物密度

对实验数据进行拟合处理，得导热系数随织物总密度变化的回归方程y＝0.296 45－58.705 3／x，可决系数R＝0.867 6，可知回归方程与实验数据拟合非常好。而通过方差分析表4得到在分位数α＝0.05的情况下织物总密度对针织物导热系数的影响非常显著。

表4 导热系数与织物总密度回归方程方差分析Tab.4 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficients of thermal conductivity and density

图3是应用回归方程式和实验数据作出的羊毛横机织物的导热系数随织物总密度变化的趋势图。

图3 织物总密度与导热系数的关系Fig.3 Relationship between thermal conductivity and density

由图3可知，羊毛横机织物的导热系数随着织物总密度的上升呈增加趋势，且上升趋势随着织物总密度的增大而放缓。这是因为织物的密度反映织物的稀疏程度。织物密度越小，则织物越稀疏，即空气对流作用就会更加明显，相应的其导热系数λ越小；反之，密度增加，织物越紧密，空气对流相对减弱，导致织物的导热系数λ也有所增加。同时，随着织物密度增大则织物内部静止空气层减少，所以羊毛横机织物导热系数的增加趋势放缓。

2.4 织物厚度

应用MATLAB 软件对实验数据进行拟合处理，得导热系数与织物厚度的回归方程为y＝0.407 9－0.293 6／x，R＝0.801 4，可知回归方程与实验数据拟合非常好。而通过方差分析（表5）得到在分位数α＝0.05的情况下织物厚度对针织物导热系数的影响非常显著。

表5 导热系数与织物厚度回归方程方差分析Tab.5 Variance analysis of coefficient regression equation about coefficients of thermal conductivity and thickness

图4是应用回归方程式和实验数据作出的羊毛横机针织物导热系数随织物厚度变化的趋势图。

由图4可知，随着羊毛织物厚度的增加，织物的导热系数λ也相应有所增加，且当织物厚度增大到一定程度时，导热系数增大速度逐步放缓。这是因为织物厚度增加时内部缝隙也会变大，则织物内部静止空气层变厚；同时，随着厚度增加，织物内部空气分子活跃起来，对流作用明显，导致织物热传递性能也相应变好。双重作用下，导致织物的导热系数随织物厚度的增加而逐步升高。当织物厚度增加到一定程度时，空气对流作用相应减弱，导热系数增大速度放慢。

综上所述可知：除了纱线本身的隔热性外，针织物导热性的大小主要是织物内部静止空气量和流动空气量综合作用的结果。而针织物各参数的变化正是改变了织物内部的空气容量与状态，导致织物导热系数发生改变。

对各系数与导热系数的回归方程进行方差分析，对其F值进行比较可得：面密度＞总密度＞未充满系数＞织物厚度。可知4个参数中面密度对织物导热系数影响最显著，其次为总密度、未充满系数，织物厚度排最后。

图4 导热系数与织物厚度的关系Fig.4 Relationship between thermal conductivity and thickness

3 结 语

1）随着羊毛横机织物未充满系数的增大导热系数降低，拟合方程为y＝0.307 6e－0.01226x，可决系数R＝0.865 3。

2）随着羊毛横机织物密度的增大，羊毛针织物的导热系数λ呈降低趋势，拟合方程为y＝0.296 93－0.001 918 1／x，可决系数R＝0.882 7。

3）随着羊毛横机织物面密度的增加，织物的导热系数λ呈增大趋势，拟合方程为y＝0.296 45－58.705 3／x，可决系数R＝0.867 6。

4）随着羊毛横机织物厚度的增加羊毛针织物的导热系数λ呈增大趋势，拟合方程为y＝0.407 9－0.293 6／x，可决系数R＝0.801 4。

5）针织物面密度对织物导热系数影响最显著，其次为总密度、未充满系数，织物厚度排最后。

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