鍍銀紗線織物的熱性能研究

鍍銀紗線織物的熱性能研究

由于其良好的加熱效果、可控加熱和重復(fù)加熱的優(yōu)點(diǎn)，加熱技術(shù)在汗流浹背的服裝發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用。本文擬采用鍍銀紗線作為發(fā)熱元件設(shè)計(jì)并試制發(fā)熱織物,在對(duì)其電熱性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上,模擬其在服裝中的實(shí)際應(yīng)用情況,研究鍍銀紗線織物作為保暖服裝發(fā)熱元件的可行性,為電加熱材料的選擇和電加熱服裝的開發(fā)提供參考。1絲綢樣品的制備1.1服裝發(fā)熱纖維發(fā)熱材料碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量的新型纖維,具有柔軟可加工性和良好的導(dǎo)電發(fā)熱性能和電磁屏蔽性能,且發(fā)熱時(shí)能產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線,兼具發(fā)熱保暖和醫(yī)療保健的功效這2類纖維中,目前使用較多的是碳纖維,在7V電壓下,碳纖維服裝發(fā)熱溫度可達(dá)80℃,但這一溫度顯然不是人體熱舒適溫度,且碳纖維成本較高。本文嘗試使用鍍銀紗線設(shè)計(jì)織造發(fā)熱織物。1.2導(dǎo)電織物的織物參數(shù)以20tex的滌綸短纖紗和9.5tex鍍銀長絲織造6款10cm×10cm的導(dǎo)電織物,織物參數(shù)如表1所示,包括緯平針和雙羅紋2種組織,每種組織分別設(shè)計(jì)3種鍍銀長絲和滌綸短纖的喂入比,即縱向10行線圈內(nèi)鍍銀長絲和滌綸短纖的行數(shù)比。2實(shí)驗(yàn)方法2.1織物電阻性能在溫度為(20±2)℃,相對(duì)濕度為(50±2)%的恒溫恒濕條件下,測試本文實(shí)驗(yàn)6塊電熱織物樣本的電熱性能,包括:常溫下織物的電阻、通電狀態(tài)下織物的電阻、織物的導(dǎo)電發(fā)熱性能3個(gè)實(shí)驗(yàn)。參照J(rèn)B/T9283—1999《萬用電表》測試織物電阻,參照GB/T7287—2008《紅外輻射加熱器試驗(yàn)方法》測試導(dǎo)電發(fā)熱性能。2.1.1串聯(lián)電阻值的測定如圖1所示織物電阻值測試示意圖,首先,將織物兩側(cè)露出的鍍銀紗線用鋁片夾持固定住,使織物內(nèi)部鍍銀紗線得以連接起來,然后,將數(shù)字型萬用電表的兩極a和b分別與織物兩側(cè)的鋁片連接,使織物內(nèi)部形成并聯(lián)電路,通過萬用電表讀取織物阻值,即并聯(lián)電路阻值。2.1.2織物壓大小對(duì)電阻值的影響通常情況下,金屬導(dǎo)體的電阻會(huì)隨溫度的升高而增大。對(duì)于加熱織物而言,電壓大小會(huì)影響織物溫度,從而影響電阻值。為測試6塊織物的電阻值熱穩(wěn)定性,分別對(duì)其施以1、2、3、4、5、6V電壓,待織物表面溫度達(dá)到穩(wěn)定后,使用萬用電表讀出通過織物的電流大小,然后基于伏安法計(jì)算出織物的電阻值。2.1.3發(fā)熱性能測試分別在1、2、3、4、5、6V電壓下測試織物的發(fā)熱性能,本文研究采用織物表面的溫升和溫度分布均勻性2項(xiàng)指標(biāo)來表征。測試采用織物熱性能測試儀2.2服裝發(fā)熱效果模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M發(fā)熱織物實(shí)際應(yīng)用于服裝時(shí)的狀況,將6塊電熱織物樣本中發(fā)熱性能最好、熱性能最穩(wěn)定的1塊織物放在2塊精紡羊毛織物中間,形成三明治結(jié)構(gòu)的織物系統(tǒng),進(jìn)行服裝發(fā)熱效果模擬實(shí)驗(yàn),如圖2所示。在絕熱泡沫板上放置待測織物,調(diào)節(jié)電壓大小,由溫度傳感器獲取織物系統(tǒng)的表面溫度。3結(jié)果與討論3.1織物組織結(jié)構(gòu)常溫下6塊織物電阻值如表2所示,試樣1最大,試樣6最小。對(duì)比相同組織織物可發(fā)現(xiàn),織物電阻值隨鍍銀長絲含量的增加而降低,這是因?yàn)楸疚膶?shí)驗(yàn)采用的加熱織物與電極連接的方式使得織物內(nèi)部形成了并聯(lián)電路,鍍銀長絲含量的增加導(dǎo)致各支路電阻變大,總電阻變小。分別對(duì)比試樣1和4、試樣2和5、試樣3和6,當(dāng)鍍銀長絲喂入比相同時(shí),雙羅紋組織比緯平針組織電阻小,這是因?yàn)殡p羅紋組織為雙層結(jié)構(gòu),在同樣的試樣面積中,鍍銀長絲的含量增加,支路電阻變大,導(dǎo)致總電阻下降。另外,雙羅紋結(jié)構(gòu)使得織物內(nèi)部紗線間的接觸點(diǎn)增多,導(dǎo)致各支路內(nèi)部又分出支路,從而降低了總電阻。通電狀態(tài)下織物電阻值測試結(jié)果如圖3所示。隨著電壓的增加,6塊織物電阻值總體呈現(xiàn)下降趨勢,下降比率分別為68%、47%、67%、45%、76%、43%。電壓越大,織物間電阻值差異越小。試樣6在不同電壓下的電阻值都是最小的。雙羅紋組織相比緯平針組織電阻變化幅度稍小,這與已有研究由上述常溫及通電狀態(tài)下織物電阻值測試結(jié)果可知,試樣6電阻值最小且熱穩(wěn)定性最好,可考慮將其作為后續(xù)模擬服裝發(fā)熱實(shí)驗(yàn)的樣本。3.2與滌綸短纖間的密度關(guān)系圖4、5示出6塊織物在6V電壓下表面紅外照片及溫度三維圖。由紅外照片可知,試樣4、5、6表面鍍銀紗線和滌綸紗線所處位置的顏色差異比試樣1、2、3的小,由溫度三維圖可知,試樣4、6表面各處起伏相對(duì)較為緩和,說明雙羅紋織物相比緯平針織物發(fā)熱更均勻,因?yàn)殡p羅紋結(jié)構(gòu)緊密,鍍銀長絲與滌綸短纖間距離相對(duì)較短,熱傳導(dǎo)所波及范圍相對(duì)更廣,且相同電壓下,雙羅紋織物產(chǎn)熱及傳導(dǎo)熱更多,使得鍍銀紗線與滌綸紗線表面溫度差異更小。圖6示出不同電壓下兩試樣表面最高溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系,由圖可知,織物表面最高溫度隨電壓的增大而升高,在電壓低于5V時(shí),試樣4表面升溫不明顯,低于4V時(shí)試樣6升溫不明顯,這是因?yàn)樵嚇?的電阻更大,當(dāng)電壓較低時(shí),發(fā)熱功率低。比較6V電壓下的最高溫度可知,試樣6最高溫度達(dá)到60℃,大于試樣4。圖7示出試樣4、6電壓與消耗功率密度間關(guān)系圖。相同電壓下試樣6功率密度大于試樣4,說明試樣6的單位面積產(chǎn)熱量更高。另外,2塊試樣的功率密度都與電壓顯著線性相關(guān)(R綜上,結(jié)合織物電阻值和發(fā)熱性能測試結(jié)果,選擇阻值最小且熱穩(wěn)定性最好、溫度分布最均勻且產(chǎn)熱量最多的試樣6進(jìn)行服裝加熱效果模擬實(shí)驗(yàn)。3.3服裝模擬發(fā)熱效果試樣6模擬服裝發(fā)熱過程中捕捉到的在6V電壓下羊毛面料表面最高溫度達(dá)到了35℃。文獻(xiàn)4織物熱穩(wěn)定性能本文選擇鍍銀長絲作為導(dǎo)電發(fā)熱元件與滌綸短纖交織,織造了6種加熱織物。研究結(jié)果表明:1)常溫下雙羅紋織物電阻小于緯平針織物,且鍍銀長絲含量越高,阻值越小。通電下織物電阻隨電壓的增大呈減小趨勢,雙羅紋組織電阻熱穩(wěn)定性更好且其中鍍銀長絲含量最高的試樣6熱穩(wěn)定性最好,電壓達(dá)到3V后,電阻幾乎處于穩(wěn)定狀態(tài)。2)通電后,織物表面紅外圖像和溫度三維圖顯示,雙羅紋組織織物加熱后表面溫度分布更均勻,其中試樣4、6分布最均勻,且6V電壓下試樣6功