镀银纱线织物的热性能研究

镀银纱线织物的热性能研究

由于其良好的加热效果、可控加热和重复加热的优点，加热技术在汗流浃背的服装发展中得到了广泛应用。本文拟采用镀银纱线作为发热元件设计并试制发热织物,在对其电热性能进行实验分析的基础上,模拟其在服装中的实际应用情况,研究镀银纱线织物作为保暖服装发热元件的可行性,为电加热材料的选择和电加热服装的开发提供参考。1丝绸样品的制备1.1服装发热纤维发热材料碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维,具有柔软可加工性和良好的导电发热性能和电磁屏蔽性能,且发热时能产生远红外线,兼具发热保暖和医疗保健的功效这2类纤维中,目前使用较多的是碳纤维,在7V电压下,碳纤维服装发热温度可达80℃,但这一温度显然不是人体热舒适温度,且碳纤维成本较高。本文尝试使用镀银纱线设计织造发热织物。1.2导电织物的织物参数以20tex的涤纶短纤纱和9.5tex镀银长丝织造6款10cm×10cm的导电织物,织物参数如表1所示,包括纬平针和双罗纹2种组织,每种组织分别设计3种镀银长丝和涤纶短纤的喂入比,即纵向10行线圈内镀银长丝和涤纶短纤的行数比。2实验方法2.1织物电阻性能在温度为(20±2)℃,相对湿度为(50±2)%的恒温恒湿条件下,测试本文实验6块电热织物样本的电热性能,包括:常温下织物的电阻、通电状态下织物的电阻、织物的导电发热性能3个实验。参照JB/T9283—1999《万用电表》测试织物电阻,参照GB/T7287—2008《红外辐射加热器试验方法》测试导电发热性能。2.1.1串联电阻值的测定如图1所示织物电阻值测试示意图,首先,将织物两侧露出的镀银纱线用铝片夹持固定住,使织物内部镀银纱线得以连接起来,然后,将数字型万用电表的两极a和b分别与织物两侧的铝片连接,使织物内部形成并联电路,通过万用电表读取织物阻值,即并联电路阻值。2.1.2织物压大小对电阻值的影响通常情况下,金属导体的电阻会随温度的升高而增大。对于加热织物而言,电压大小会影响织物温度,从而影响电阻值。为测试6块织物的电阻值热稳定性,分别对其施以1、2、3、4、5、6V电压,待织物表面温度达到稳定后,使用万用电表读出通过织物的电流大小,然后基于伏安法计算出织物的电阻值。2.1.3发热性能测试分别在1、2、3、4、5、6V电压下测试织物的发热性能,本文研究采用织物表面的温升和温度分布均匀性2项指标来表征。测试采用织物热性能测试仪2.2服装发热效果模拟实验模拟发热织物实际应用于服装时的状况,将6块电热织物样本中发热性能最好、热性能最稳定的1块织物放在2块精纺羊毛织物中间,形成三明治结构的织物系统,进行服装发热效果模拟实验,如图2所示。在绝热泡沫板上放置待测织物,调节电压大小,由温度传感器获取织物系统的表面温度。3结果与讨论3.1织物组织结构常温下6块织物电阻值如表2所示,试样1最大,试样6最小。对比相同组织织物可发现,织物电阻值随镀银长丝含量的增加而降低,这是因为本文实验采用的加热织物与电极连接的方式使得织物内部形成了并联电路,镀银长丝含量的增加导致各支路电阻变大,总电阻变小。分别对比试样1和4、试样2和5、试样3和6,当镀银长丝喂入比相同时,双罗纹组织比纬平针组织电阻小,这是因为双罗纹组织为双层结构,在同样的试样面积中,镀银长丝的含量增加,支路电阻变大,导致总电阻下降。另外,双罗纹结构使得织物内部纱线间的接触点增多,导致各支路内部又分出支路,从而降低了总电阻。通电状态下织物电阻值测试结果如图3所示。随着电压的增加,6块织物电阻值总体呈现下降趋势,下降比率分别为68%、47%、67%、45%、76%、43%。电压越大,织物间电阻值差异越小。试样6在不同电压下的电阻值都是最小的。双罗纹组织相比纬平针组织电阻变化幅度稍小,这与已有研究由上述常温及通电状态下织物电阻值测试结果可知,试样6电阻值最小且热稳定性最好,可考虑将其作为后续模拟服装发热实验的样本。3.2与涤纶短纤间的密度关系图4、5示出6块织物在6V电压下表面红外照片及温度三维图。由红外照片可知,试样4、5、6表面镀银纱线和涤纶纱线所处位置的颜色差异比试样1、2、3的小,由温度三维图可知,试样4、6表面各处起伏相对较为缓和,说明双罗纹织物相比纬平针织物发热更均匀,因为双罗纹结构紧密,镀银长丝与涤纶短纤间距离相对较短,热传导所波及范围相对更广,且相同电压下,双罗纹织物产热及传导热更多,使得镀银纱线与涤纶纱线表面温度差异更小。图6示出不同电压下两试样表面最高温度随时间的变化关系,由图可知,织物表面最高温度随电压的增大而升高,在电压低于5V时,试样4表面升温不明显,低于4V时试样6升温不明显,这是因为试样4的电阻更大,当电压较低时,发热功率低。比较6V电压下的最高温度可知,试样6最高温度达到60℃,大于试样4。图7示出试样4、6电压与消耗功率密度间关系图。相同电压下试样6功率密度大于试样4,说明试样6的单位面积产热量更高。另外,2块试样的功率密度都与电压显著线性相关(R综上,结合织物电阻值和发热性能测试结果,选择阻值最小且热稳定性最好、温度分布最均匀且产热量最多的试样6进行服装加热效果模拟实验。3.3服装模拟发热效果试样6模拟服装发热过程中捕捉到的在6V电压下羊毛面料表面最高温度达到了35℃。文献4织物热稳定性能本文选择镀银长丝作为导电发热元件与涤纶短纤交织,织造了6种加热织物。研究结果表明:1)常温下双罗纹织物电阻小于纬平针织物,且镀银长丝含量越高,阻值越小。通电下织物电阻随电压的增大呈减小趋势,双罗纹组织电阻热稳定性更好且其中镀银长丝含量最高的试样6热稳定性最好,电压达到3V后,电阻几乎处于稳定状态。2)通电后,织物表面红外图像和温度三维图显示,双罗纹组织织物加热后表面温度分布更均匀,其中试样4、6分布最均匀,且6V电压下试样6功