影响吸湿法透湿性测试的因素分析

文/刘志英 于红

1 引言

舒适性可以分为湿热舒适性、接触舒适性和压力舒适性，透湿性是评价服装湿热舒适性的一个重要指标。目前，国内外对透湿性的测试方式有很多种[1-2]，常见的有称重法、电解传感器检测法、红外检定法、气相色谱检测法、动态相对湿度测定法等[3]。国内主要采用称重法进行透湿性能测试，又可以分为吸湿法[4]和蒸发法[5]。

GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法第1部分：吸湿法》和GB/T 12704.2—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分：蒸发法》分别规定了两种测试方法的具体操作要求。但在采用吸湿法测试织物的透湿性能时，标准中没有明确确定所用干燥剂的质量、仪器风速以及试验时间，这必将对试验结果产生一定的影响，影响试验结果的准确度和可靠性。为了探讨干燥剂质量、仪器风速以及试验时间对试验结果的影响，特设计了三因子三水平的正交试验进行研究分析[6]。

2 试验部分

2.1 试验仪器与材料

本试验采用的仪器有YG(B)216-Ⅱ型织物透湿量仪（温州大荣纺织仪器有限公司），ES200D型电子天平（天津市德安特传感技术有限公司）。本试验采用的材料有无水氯化钙（北京化工厂），颗粒直径在0.63 mm～2.5mm；纯涤纶白色针织布，克重为161g/m2。

2.2 试验原理

透湿性是因为织物两边存在一定的水蒸气浓度差，根据纺织品的基本性质，当织物两边的水汽压力不同时，水汽会从高压一边透过织物流向另一边，此时气态的水分透过织物的性能称为透湿性[3]。把盛有干燥剂并封以织物试样的透湿杯放置于规定温度和湿度的密封环境中，根据一定时间内透湿杯质量的变化计算试样透湿率[4]。

2.3 试验方法

将一定质量的干燥剂（在160℃烘箱中烘燥3h）装入透湿杯中，并振荡均匀，空白试验的杯中不加干燥剂；将直径为70mm的圆形试样的测试面朝上放置在透湿杯上，装上垫圈和压环，旋上螺帽，再用乙烯胶粘带从侧面封住压环、垫圈和透湿杯，组成组合体，如图1所示；将组合体放置在温度为38℃、相对湿度为90%的试验箱内平衡一定的时间后取出；迅速盖上对应杯盖，放在20℃左右的硅胶干燥器中平衡30min，按号逐一称重；称重后轻微振动杯中干燥剂，使其上下混合，除去杯盖，迅速将试验组合体放入试验箱内，经过与前次相同的时间后取出；再次平衡30min称重[4]。每个试样取3个平行试样同时测试，试验结果以3块试样的平均值表示，透湿率的计算公式如下：

式中：WVT——透湿率， g/(m2·24h)；

Δm——同一试验组合体两次称量之差，单位为g；

Δm'——空白试样的同一试验组合体两次称量之差，g；

A——有效试验面积（本试验中为0.00283m2），m2；

t——试验时间，h。

图1 组合体构成

2.4 试验方案

在GB/T 12704.1—2009中对装入透湿杯的干燥剂的质量要求为“35g左右”，对透湿仪的风速要求为“0.3m/s～0.5m/s”，对试验时间的要求是“试验时间1h，若试样透湿率过小，可延长试验时间”。但是当试样的透湿率较大时，干燥剂颗粒吸湿后粘连板结[7]，同样影响试验的准确性，故本文同时探讨缩短和延长试验时间对试验结果的影响。本文选择干燥剂质量、仪器风速、试验时间三个因素做三因子三水平正交试验，正交试验因素水平表见表1。采用L9（34）正交表，不考虑交互作用，正交试验方案见表2。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交试验方案及试验结果

3 试验结果与分析

3.1 三个因素对试验结果的影响

按照L9(34)正交表设计试验方案，并进行透湿性试验，所得结果如表2所示。分别计算各因素不同水平下的透湿率的平均值记录在表3，如干燥剂质量为33g时的透湿率=(8328+8727+8718)/3=8591。

表3 各因素不同水平透湿率值及极差值

从计算结果可以发现透湿率随着干燥剂质量的增加先增大后减小，在第2水平34g时，透湿率较高。这是因为34g干燥剂的吸湿效率既满足测试样的吸湿要求，又使得干燥剂的上表面距测试样不会太近，在振动透湿杯时，干燥剂不会与测试样接触，不会影响湿气的透过。干燥剂质量为35g时，虽然吸湿效率提高，但是干燥剂距离测试样表面的距离更近了，容易与织物发生接触，在织物表面产生凝露现象，使测试结果偏小。

测试样的透湿率随着仪器风速的增加也是先增大后减小，仪器风速在第2水平0.4m/s时，透湿率较高。这是因为仪器风速的增加加快湿气循环的同时也加快了水分的蒸发，仪器风速为0.3m/s时，测试样的吸湿和放湿都较慢，从而透湿率较小；仪器风速为0.4m/s时，测试样的吸湿和放湿都有所增加，且吸湿略大于放湿，所以透湿率较大；仪器风速为0.5m/s时，虽然此时测试样的吸湿和放湿都较大，但吸湿小于放湿，所以透湿率减小。

试验结果表明随着试验时间的增加，透湿率逐渐减小，试验时间在第1水平0.5h时，透湿率较高。这是因为测试样的透湿率较大，随着试验时间的增加，表层的干燥剂充分吸湿粘连发生板结现象，阻碍内层干燥剂的吸湿效率，使得测试的透湿率值降低。

综上所述，干燥剂质量34g、仪器风速0.4m/s、试验时间0.5h时所得的透湿率最高。

3.2 极差分析

计算各因素不同水平下透湿率的最大值与最小值之差，记为极差，如表3所示。由表3可知：仪器风速的极差＞试验时间的极差＞干燥剂质量的极差。这说明仪器风速对透湿率的影响最主要，试验时间对透湿率的影响次之，干燥剂的质量对透湿率的影响最小。仪器风速的改变直接影响试验箱内的温湿度波动，所以对试验结果的影响较大。试验时间的长短关系到干燥剂的吸湿效率，所以对透湿率的影响也较大。干燥剂质量的多少关系到测试样传递湿度的效率，对透湿率也有一定的影响。

3.3 方差分析

极差分析法简单明了，通俗易懂，计算工作量少。但这种方法不能将试验中由于试验条件改变引起的数据波动同试验误差引起的数据波动区分开来。此外，各因素对试验结果的影响大小无法给以精确的数量估计，不能提出一个标准来判断所考察因素作用是否显著。

表4 方差分析

为了弥补极差分析的缺陷，本文继续进行方差分析，将试验数据的总偏差分解为因素引起的偏差和试验误差引起的偏差，构造F统计量，做F检验，从而判断各因素作用是否显著。分别计算各因素的偏差平方和、自由度、方差和F值，见表4。从表4中发现干燥剂质量、仪器风速、试验时间的F值分别为0.40、1.56、1.15，都小于F0.05(2,2)，所以三者对透湿率的影响都不显著。也就是说三个因素在一定范围内波动并不会对试验结果产生显著的影响，这与GB/T 12704.1—2009的原意相符。

4 结论

本文探讨了干燥剂质量、仪器风速以及试验时间对织物透湿性能的影响，试验结果表明：三个因素对织物透湿率的测定都有一定的影响，仪器风速的影响最大，试验时间的影响次之，干燥剂质量的影响最小；但是它们的影响都不显著，这与GB/T 12704.1—2009的原意相符；通过极差分析得出干燥剂质量34g、仪器风速0.4m/s、试验时间0.5h时所得的透湿率值最高。