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1、MB*复仓铁粉的盘升性能分忻第四章 复合织物保温性能分析余旺苗CW, ifi过红外灯以45度角照射织物，在不同的时间间隔 下测试织物的温升悄况，从试验数据分析中得到如下结论：1) AB 抗菌纱与远红外微元生化纱线通过织造技术进行功能性复合是有一 定的效果的，它们各自的功能都得到加强，基本上是复合后的功能 与全为单一功能的效果招当或略超过。这说明两种功能性纱线在一 起有一定的协调作用，而不是简单的1 + 22的情况，而是大于2的 结果产生了. 2)在织物内两种不问功能纱线排列比不变以及织物的 组织结构不变的情况下，织物的总紧度对远红外微元生化织物的吸 收总能量的彩响很明显的.随着织物的总紧度的增

2、加织物吸收总能、B“一_ -丄肓f 匕 亠一殳也随之増加，在织物的总紧度小于80%时.织物的总紧度与远红 外微元生化织物的相对吸收总能址之间近似成宜线递增的关系，织 物的总覧度达到85.15%左右时两者之间的关系有递减的越势.下面 对这些试验结论以及在85.15%形成极值作一些理论上原因分析. 1织物紧度对远红外线透射率、反射率和吸收率的影响红外线照射织物时，其中一部分辐射功舉被织物表面反射，一 部分被织物吸收，还有一部分从织物中透射过去，我们分别把它们 定义为织物的反射率P、吸收率B和透射率，那么0+P + r-l. 织物的紧度将影响织物的平方米重就、密度和孔隙率，随若织物紧 度的增加，其平

3、方米吐増加、密度变大和孔陳率变小，势必影响 红外线透射路径，透射服降低.据张辉1451的研究，织物的透射 率与织物的平方米克直呈负指数关系、与织物的覆盖系数呈反比例 宜线关系.当入射到织物表面的红外辐射功率一定时，透射率的降 低，引起吸收率上升，织物吸收的能金增加，温升大。据沈兰萍等 的研究，织物组织浮长线越长，当光线入射到织物表面时，反射光 皴中的正反射光线强度越多，而漫反射光线强度越少.因此，当织 狗其他翁数不变时，蘭着织物緊度的增加，其组织相对浮长线越短，第四li复令繃ft的ifl升性能分忻造成织物漫反射增多，而浸反射的増多势必会给织物增加吸收红外 线的机会.所以在一定的范I判内，织物紧

4、度的提离会使织物的反射 率降低，吸收率上升，织物溫升増加.2不同的纤维材料对红外线的吸收性能影响世界上任何物质毎时每刻郁在吸收和辐射红外线，但是不同物 质对不同波长的吸收性能是不同的；同一物质对不同波长的吸收性 能也是不同的.涤纶纤维的最强的红外吸收谱带是在】724cmS 在 1250cm 1099cm 972cnrI> 848cm*1处也有较强红外吸收谱带"3 而猜纶纤维的余强的红外吸收光谱是左2237cm-1,在2940cm'、 1730cm1, 1452cm1处也有较强的红外吸收暗带所以这两种不 同材料的复合育利于织物对红外线充分吸收利用，增加其能呆，这 对提高织

5、物温升效果、改善其保溫性能有着积极的意义.3织物温升函数3.1蟲升函数的推导在推导之前，为了使问题简单化，容易处理，我们作如下三个 假设：(1) 假设织物除了红外辐射传热外，没有其他能仮形式输入。(2) 假设织物只有通过热辐射向外散热.(3) 假设织物层各向同性物体.(4) 由于织物的厚度狠小，假设红外辐射强度在织物内不存在 衰减现象，在织物内部也不存在温度差.那么，织物在红外线脫射下，根据能量守恒定律，织物吸收辐射能量、织物散热以及织物温升存在下列恒铮式切：Axf xa-Axhx(Tt-Tc) = AkGxC%(4-1) dt式中：A织物的表面积(m2)G平方米 Sfi(g/m2)I入射到织

6、物表面的红外福射强度(w/m?)C织物的比热(J/g/C)h织物的散热系数（w/m2.1C）a织物对红外线的吸收系数Tf织物表面瞬间温度（DTo环境温度（9）对式（41）两边分别税分，整理后得,从式（4-2）中.织物的温升规律符合负指数曲线.对同一织物. 在相同红外光强度照射下，如G、I.小h和C保持不变.融蓍时间 推移，织物的温度会不斯的增加，但是存左一个极值，为（T+Ia/h）, 这时织物保持动态温度平衡状态.温度最大值与织物的散热系数、 吸收系数和红外光强度有关.对不同织物，G、a、h和C都遇变化的，织物的温升变化是十 分芟杂的，因此在理论上比较不同织物在相同的时间间隔下温升的 差异是十

7、分困难的.下面我们利用式（42）餅对余旺苗同学所作的 试验（只改变织物的紧度，其他工艺参数保持不变）作一些具体讨论. 3.2温升函数的讨论织物的比热研究表明复合材料的比热等于其组分物质比热之和；根据纽曼 一卡普定律''叫固体化合物其比热与级成该化合物的元素的比热遵 循上述规律.数学表达式为：(4-3)分别表示复合材料的质蛍和比热分别表示组分质量和比热当织物中两种功能纱线排列比保持不变，即组分质址是保持不 变的，因此不管紧度如何变化，其比热是不会改变的.已矩抗菌謄 纶纤维的比热为l.51（J/g.r）,远红外生化涤纶纤维的比热为l34（J/g的澄升性能分析X?)；膳纶纤维的密度为

8、1】6(g/m')涤纶纤维的密度为1.39(g/m3)； 织物中抗菌纱与生化纱的细度一样为38特克斯织物中经纬向抗菌2x139x13441x1.16x1512x139*1x1.16纱和生化纱排列比为1： 2.根据式(4-3)得: L3%/gc)织物的平方米3 14,1假设纱线为圆形.別织物平方米重逮与纱线密度存在如下关系:G 0.01( 5 + N” x “)(4-4)式中：Ntp Ntw织物中经纬纱的特数(tex)P" Pw织物经纬向密度(根/10cm)织物的紧度与密度存在如下的关系：P厂 EJd. PrEr/dr(4-5)式中'Et, Ew织物的经纬向紧度()dT

9、 dw织物经纬纱线的直径(mm)织物的总紧度与经纬向紧度存在如下关系，E = Et + E幣 - Et * E”(46)式中：B织物的总紧度%)由于本课题采用的经、纬纱特数是一样的，且经纬向的密度也 是一样的因比：f1 Nn-N竹,Et=Ew PT=Pwr d-j-dw(4-7根据式(4-4). (4一5)、(4-6). (4-7)可得*G =0.01x2x1 他芈逅亘(4 一 8)d敢热系数散热系数迪说明织物表面与空气介贋经对流和辐射进行热交换 的情况，但是散热系数与织物表面的附面层伏况以及织物本身的结 构持征有关.而相对应的总热阻也是反映通过一层或多层纺织材料第四章复合升性就分析进行热传递

10、现象和在任護或强制对流的情况下从试样表面散热到周 围空气介质中的现策.非稳态导热过程中，当导热体的导热热阻远 小于导热体与潦体之间对流热阻时，在同一瞬间导热体各点间的溫 度相差不大，因此可把导仓体看作处在平均温度下的集总体，亦即 集总参数系统来分析，该分析法通常称之为集总参数分析法.在本 课题织物温升试验中，就可以釆用集总倉数分析法，织物处在大气 环境里，所以织物是通过对流和辐射向空气中敦热；根据传热学原 理，在织物冷却试验中，让织物处在与升温过程相同的温湿度大气 条件下，那么织物在升温和冷却过程中的散芯系数是一样的在织 物冷却过程中，根据能爲:守恒定律有：d x T fA x h x (Ty

11、 To) = - A x G x C -两边积分得* T f T Q T - T 0 ) e再求出散納系数，严曲9)式中：To环境温度T织物起始温度Tf织物的瞬何溫度为了得出织物紧度与散热系数之间的关頁，根据以上的原理， 进行以下的试鲨设计：样品制作：抗菌纱与生化纱的排列比例为1： 2,织物的组织为 平纹，在织物总紧度55一95%之间制作八种不同紧度的织物，在 硕奇自动小样机织造样品。样品的测试：用密度镜测织物的密度，再转化成紧度；在天平 上称出级物的平方米重斌.冷却试验：左温度为24.5C,湿度为70%的条件下，让织物从 50C自然冷却到259所需要的时间。每个试样璽复做三次，再求时 间其平

12、均值。复合駅密的温升性能分析备注: 织物的温度用红外测温仪测丘 抿据传热学，物体从某一温度冷却到介廣的温度，册耍无限 长的时间，只能处于一种动态的平衡，因此本试验结束溫度并没有 选择在24.59,但是也不能和起始温度隔的太近，开始热盘斂失大， 温降很快，不利于肘同的掌握，因此本试验的结束温度选择了 259具体试验结果以及计算出的散热系数见表4-1：表4=1织物散热系敛测试结果试样的紡号12345678级物的总宋«（«）0.580.6410.7140.7730.8190.8430.8710.912皱检的平方98.2109.6126143.4160.8175.3191.5210

13、檢物的比热（旳£）1.391.391.391.391.391.391.391.69纵物的起始温度D5050505050505050甘束 ai252S252525252525环境温K（X：）24.524.524.524.524.524.524.524.5时间（S）72573876279832850857853偸悔的敵热JKRCw/m1. XJ）0.740.8110.9050.9911.0561241.221.346识饬的故細系数的例效1.3521.2331.1081.0030.9470.890.820.743据传热学原理根据传热学原理物体的总热阻与散热系数存在这样的关系：(4-10)式

14、中：Rcym总热阻（m2/C/W）T物体的导热系数（W/m.r）s物体的厚度（m）但是作为织物而言，尤其是单层的常规织物，织物的厚度都是 亳米级的.因此式（4J0）中的总热阻与散热系数存在着近似的倒 数关系那么织物的散热量可用式（411）来表示【儿n，： 詔警 F 或 0"川5 一7)(4-11)Rcm姚穆''跖以玻璃纤维机织物为试样测得毀物紧度与热阻的关系： 张新安等利用棉织伤测得织物的累度与却阻、散热之间的关系； Speakman笹1551采用羊毛纤錐机织物测得织物的厚度、平方米重用 与热阻的关系，他们都得到函数关系表达式，研究表明，织物的热 阻与织物的结构参数存

15、在着一定的关系.作为与织物热阻相关联的 复一一散热系数待定与织物的结构参数也存在着一定的关系。根据 前人的研兗成果和为了便于数据的处理，把故热系数的倒数作为自 变虽.下图4-1是用MATLAB編程得到织物的1/h与紧度拟合曲 线图.'BB 4-1织物的1/h与緊度之间拟合合曲线图根据试验数据，所得的拟合回归曲线为：l/h-2.3886-1.7898XE(4-12)其相关系数为0.9834吸收系数比耳定律”2)指出，如果媒质中的吸收是由一个个吸收单元实 现的，在一定的条件下，如果每个吸收单元的吸收与吸收元的浓度 无关，那么吸收系数正比于单位程长上遇到的吸收元数目皿，关系 式为,a = k

16、xna«0ltr *合紈物的温升性能分析式中:k表征媒质单位浓度的吸收系数织物是由一根根纱线交织而成，它们之间迪相互独立的，可以 把每根纱线当作一个吸收单元.本课题经纬向是由两种功能不同的 纱线交替排列的，为了便于问题的处理，在这里我们作一个转换， 把每平方米内每一克交咎循环纱线当作一个吸收单元，那么织物的 吸收系数与吸收单元的单位浓度的吸收系数k之间的关系为：akxG（413）当织物中两种功能纱线的存列比不发生殳化时.复合材科的组 分质鼓也不会改变，那么单位浓度吸收系数也不会改变，织物的吸 收系隸只跟平方米重量有关，紧度的变化不会彫响其物质基本构成， 只是影响其平方米3.2.5 i

17、ft升函数的讨论通过以上分别对织物比热、平方米重：ft、散热系数和吸收系数 的讨论，得到一些关系式，因为我们关心的是不同织物中最大温升 悄况，由式（42）得ITf-To+Ixa/h（4-14）现把式（4-8）,（4-12）X4-13）代入到（4-14）式中得xT（4一5）从以上的分析中可知，I,k,Nz,d是定址，保持不变的，其中 设常数 u =IXkxNg/d ,X=(l-vi-£ )*(2.3886-1.7898x£)经整理（4-15）式得,(4-17)图42为式（416）中X与E之间的关系图：由式（417）可 知，Tf、X随E变化趋势是相同的.因此它们具有相似的图形.

18、图4-2织胸累度2织物温升夬系图从织物温升的表达式我们可知，温升最大值受两个因素影响， 即散热系数和平方米Sfi.散热系数随织物紧度增大而增大，温升 最大值随散热系数增大而减小；平方米直量随织物的紧度的增大而 增大，温升最大值随平方米重量的増大而增犬.从图中可以看出， 顼着织物累度的增大，织物的温升最大值也増大，在緊度70%以下， 增大的速度很快，主要是由于这一段，随着织物紧度的增加，织物 变索密，透射过织物的红外线减少，织物吸收红外线的能力大大提 高，而散热系数随织物的紧度的增加，其变化较慢，所以总的来说 表现为上升趋势.驗着紧度进一步的増加，这种效果就不是很明显， 因此在70%以后几乎没有

19、多大的变化.遹过对（415）式求导，得 到的最大值是在緊度为81.66%时.当超过这一紧度时，织物的 紧度如果再增加，红外线的透射率变化虽很小，只会增加其平方米 质量，而对吸收红外能量没有多少帮助，那么吸收的能塑基本保持 不变，所以织物的最大沮升值反而会有所下降.4误差分析织物作为纤维的集合体，纤维本身的性能和织物结构都会对织 物的功能产生形响。通过一定假设和试验分析，得到了织物溫升的 函数关系式，它与实际借况会有一定差异，余旺苗实际测逐迢在紧 度为85.15%左右时，织物湿升达到垠大值；而通过以上的分析方法 求出是在紧度为81.66%时.下面我们就探讨一下产生差异的原因， 以便更好地认识织物的温升过程。4.1平方米重量复含识第的溫升性织物平方米更妊的近似计算式是在假定纱线的截面为圆形，没 有考虎纱线在织物中穹曲、伸长和织物在加工过程中的复趙变化