纺织材料吸湿发热性能影响因素的研究

纺织材料吸湿发热性能影响因素的研究

刘晓睿

烟台南山学院 纺织科学与工程（产业）学院

摘要：现阶段，我国的纺织行业有了很大进展，对纺织材料的应用越来越广泛。高分子纺织材料设计基础在于掌握并建立科学准确的织物内部热力学规律，并在此基础上制备出功能性织物材料。热湿传递建模是高分子纺织材料设计根本，但经典建模定律在部分情况下不再具备应用条件，高分子纺织材料用于热防护服中，要求织物材料孔隙直径更小，且在多层结构与特殊环境影响下，高分子纺织材料内部热湿传递更复杂。因此，文章首先分析了吸湿发热原理，其次探讨了高分子纺织材料优化数学建模必要性，然后研究了影响因素，最后论述了热湿传递性能测试方法以及新纺织材料的未来发展趋势，以供参考。

关键词：吸湿发热性能；回潮率；克重；热量传递

引言

近年来，我国社会经济的快速发展，有效推动了我国纺织工业的快速发展。为了更好地提高我国纺织工业的市场竞争实力，我国在未来的发展中要高度重视技术的创新，在对传统纺织面料工艺进行改造的基础上，对新材料技术进行积极研发与运用。基于此，就新形势下新材料技术在纺织面料中的发展情况展开探讨。随着现代战争朝着信息化、智能化、无人化发展，战争对单兵装备的要求越来越高，其必然会朝着轻量化、智能化、舒适化、多功能化的方向发展。

1吸湿发热原理

（1）动能转化为热能。吸湿发热材料通过吸收空气中具有较高动能的水分子，使水分子由动态转化为静态，根据能量守恒定理，动能转化为热能。（2）液化反应。气态转化为液态会产生热量，吸湿发热材料通过吸收人体散发的汗气或空气中的水蒸气，将气态水转变为液态水而放出热量。

2高分子纺织材料优化数学建模必要性

2.1纺织材料设计

高分子纺织材料的设计是从科学角度分析织物的热性能，然后根据设计目标确定物理参数，例如织物的厚度、孔隙率以及材料。目前，人们对纺织材料的要求有所提高，纺织材料不仅需要满足人体屏蔽和保暖的要求，而且还更加注重衣物的舒适性，例如热湿舒适性、压力舒适性等。以关注度最高的温湿度为例，在低温或室温环境下，人体舒适度可通过人体皮肤与织物之间的微小气间隙来衡量人体的热舒适性指数，包括温度、相对湿度、风速等。但是对于某些功能性纺织材料，这些舒适性考虑因素并不一定适用。对于热防护服，其工作环境通常具有高热量和高湿度的特征，不宜考虑人体的热湿舒适度，因为大量出汗并不能提供给人体常规热湿舒适度。实际上，与火灾现场温度强度相比，由出汗等原因引起的不适感并不属于必要性的考量因素。关注点更偏重于消防员的人身安全，即高分子纺织材料的设计原则应以减轻人员灼伤度或避免人员灼伤为目标。

2.2隔热防护材料

在热防护服的防护与舒适性能研究方面，服装的隔热特性主要与纤维的性质和特征、纱线类型和捻度、织物表面性质和结构特征、服装合身性等因素有关。比如纳米纤维、中空纤维、异形纤维等能够储存大量静止空气。在热防护服的制造中，纳米纤维中间层由于其强大的辐射消光性，在改善多孔介质的隔热性能方面显示出广阔的前景。将具有不同层数的纳米纤维中间层掺入棉絮中，通过对纤维层的可控设计，总隔热性能可以提高10％，而质量变化不大。另外相变材料（phasechangematerial，PCM）在开发智能热防护服方面也极具潜力。负载石蜡的有机PCM可改变织物的隔热性能，将具有智能双向热调节功能的PCM层结合到热防护服中，PCM的高热容会增加热防护服在热接触过程中积聚热量的潜力，还可以改善热防护服的散热性能。目前，高性能热防护服已取得较大进展，可以为单兵装备提供较佳的保护和舒适感。但是热防护服仍多应用于高度专业化的环境，如航空航天、军事防御等领域。未来随着成本降低、材料轻量化，热防护服将在更多场景得到应用。

3影响因素分析

3.1热传递

（1）热传导。热传导现象的产生是建立在单一物体或相邻两个物体之间在温度梯度下出现的内容交换。（2）热对流。热对流是物体表面与其周围环境之间存在的温度差而产生的热量交换。热流量类型有两种，分别是自然对流与强制对流。（3）热辐射。热辐射是指通过电磁能的发射，使另外物质吸收电磁能，并将电磁能转换成热量的现象。在热辐射中，需要重点研究两个或两个以上对象之间产生的辐射，且任一对象均会在发射电磁能的同时吸收相应热量。3.2三维针织结构复合材料二维针织结构织物在横向、纵向或者厚度方面都具有一定的伸缩性，致使可塑性较强，易成型，虽然形成的成品可能会产生刚度和强度不足的情况，复合材料力学性能不足以支撑其功能特性，因此我们引进增强纤维或纱线的技术加入到编制三维针织结构复合材料的工艺技术中。研究结果表明这种优化可以很好的改善材料的各项特性。

3.3回潮率

回潮率越高，升温越大。根据斯皮尔曼等级相关系数估计最高升温、平均升温与回潮率的相关性，最高升温、平均升温与回潮率相关性显著。

4热湿传递性能测试方法

数值模拟方法为解决热传和水分传递的复杂分析和计算提供了一种有效的方法，数值模拟的有效性已通过常规实验方法得到验证。目前，织物热传和热传性能的主要测试方法包括：织物微气候测试仪、热防护性能测试仪（TPP）、燃烧假人、微型CT扫描仪等。织物微气候仪可以快速测量织物、皮肤、空气层与外部环境温、湿度的动态变化；热防护性能仪需要将织物样品置于具有可控热流的模拟火场中，通过织物后方的热流传感器，记录假体皮肤达到二度灼伤所需的市场，以此作为评估织物热防护性能的主要依据；在燃烧假人实验中，通过假人表面的热流传感器来收集实验相关数据，以便分析评估高分子纺织材料的综合热防护成效。微型CT是通过X射线断层扫描来分析材料内部结构与材料组成。如利用CT扫描仪观察潮湿木材的动态干燥过程，从而得到内部水分含量分布成像。

5新纺织材料的未来发展趋势

（1）绿色环保与高效能。在当前我国经济市场中，纺织新材料的经济价值是重点追求内容，所以在未来发展中，我国纺织业将会朝着绿色环保、低投入和多功能的方向进行发展。新纺织材料势必会变得更加功能化、微型化和智能化。（2）多种新纺织材料互相交叉融合。随着在我国各行业领域行业中越来越广泛运用新纺织材料，能够促使多种新纺织材料进行互相交叉融合发展，进而会出现形成一个研、产、学、商一体化的研发平台。

结语

综上所述，纺织结构复合材料主要的特点以及功能性质的应用主要就是因为其材质轻，性能强，因此在航空交通以及军事材料中得到广泛的应用，尤其是三维纺织结构复合材料，其超强抗压抗分层能力、剪切力以及在整个高度范围内都存在纤维束的都能使得这项技术以及材料具有极强的市场前景，因此开发设计具有一定高冲击损伤的材料将是以后各项高精尖零部件实验室的研究重点。未来纺织材料在单兵装备方面的应用设计应朝着轻量化、智能化、舒适化、多功能化及系统集成的方向发展。

参考文献

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