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        絲印滌綸面料的電加熱性能研究

        2021-08-15 05:30:58孔令紅馮迪飛羅秋蘭
        中國纖檢 2021年7期
        關(guān)鍵詞:絲印電加熱萬用表

        文/孔令紅 馮迪飛 羅秋蘭

        隨著科技發(fā)展和生活水平提高,人們對(duì)于服裝的功能要求也隨之增加。電熱服是一種功能服裝,它可以在寒冷環(huán)境下為人們提供熱量。在電力能源出現(xiàn)的時(shí)期,發(fā)明家們就開始了對(duì)電熱服的研究,最早在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期,為飛機(jī)駕駛員配備了裝有類似電熱毯的電熱元件的皮夾克,用于抵御高空的低溫寒冷環(huán)境[1]。近年來,電加熱服的發(fā)熱材料已經(jīng)比較成熟,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于電加熱的研究更加深入,尤其是它的集成化和服用性能,由此產(chǎn)生的相關(guān)產(chǎn)品更是數(shù)不勝數(shù),已經(jīng)在軍事、寒冷環(huán)境以及臨床治療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2-3]。

        美國的陸軍實(shí)驗(yàn)室對(duì)不同的電加熱衣物進(jìn)行研究,研究探索了電加熱服的性能。他們發(fā)現(xiàn)穿著電加熱服裝可以減少熱量散失,增加在寒冷環(huán)境中的忍耐時(shí)間[4]。由背心、電池和加熱載體組成遙控式電加熱服,可實(shí)現(xiàn)不同發(fā)熱功率的遙控操作,使衣內(nèi)表面溫度不低于50℃[5]。Kempson等人設(shè)計(jì)制作了一款電加熱手套用來治療肢端動(dòng)脈痙攣癥等疾病,并通過熱成像儀拍出的溫度分布來為醫(yī)學(xué)治療提供參考信息,并已經(jīng)證實(shí)電發(fā)熱手套對(duì)于該類疾病的治療有著巨大的作用。在該領(lǐng)域,國內(nèi)學(xué)者針對(duì)在冬天無法被衣物保護(hù)而遭受寒冷溫度刺激的手部,開發(fā)出一種在低溫環(huán)境下主動(dòng)加熱的技術(shù),可實(shí)現(xiàn)手部溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié),并保障手部在寒冷低溫環(huán)境下能夠正常進(jìn)行活動(dòng)[6]。隨著電加熱技術(shù)的不斷發(fā)展,逐漸出現(xiàn)了背心、內(nèi)衣和夾克等電加熱相關(guān)產(chǎn)品,目前正逐步進(jìn)入大眾視野,未來的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。

        本文主要通過測試新開發(fā)的碳纖維漿料絲印織物的電熱性能,使用不同的測試方法對(duì)其發(fā)熱穩(wěn)定性和耐久性進(jìn)行分析,為電熱服的規(guī)范化評(píng)價(jià)與廣泛應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)。

        1 測試部分

        1.1 測試儀器

        Instron 3365 CRE型強(qiáng)力機(jī)、彎曲屈撓測試儀、UT61數(shù)字萬用表、智能手機(jī)用紅外熱像設(shè)備、RPS3005C-2直流穩(wěn)壓電源。

        1.2 測試樣品

        彈性針織面料為基底制備的發(fā)熱面料(嘉興益泰樂電子有限公司提供),共9塊。

        1.3 測試評(píng)價(jià)方法

        1.3.1 發(fā)熱性能測試設(shè)計(jì)

        (1)首先用萬用表測試面料整體的電阻,然后通過測試出的整體電阻大小來判斷需要外接的電壓大小,在外接合適大小的電壓下,測試記錄其達(dá)到50℃所需要的時(shí)間。

        (2)將是否可以達(dá)到50℃作為判斷標(biāo)準(zhǔn),從中篩選出部分發(fā)熱面料,用紅外成像設(shè)備拍攝其發(fā)熱的均勻性,以其是否發(fā)熱均勻作為標(biāo)準(zhǔn)從中再挑選出發(fā)熱面料測試其在通電狀態(tài)下的電阻穩(wěn)定性。

        (3)在外接合適的電壓后,根據(jù)篩選出的發(fā)熱面料在通電之后的電阻變化,得到發(fā)熱面料通電后整體電阻大小變化的情況,以此判斷面料的加熱穩(wěn)定性。

        1.3.2 力學(xué)性能測試設(shè)計(jì)

        (1)設(shè)計(jì)了面料拉伸測試試驗(yàn)[7],以模擬服裝日常穿著過程中身上的衣物會(huì)不斷受到拉伸。根據(jù)FZ/T 70006—2004《針織物拉伸彈性回復(fù)率試驗(yàn)方法》,使用CRE型強(qiáng)力機(jī)對(duì)發(fā)熱面料分別進(jìn)行橫向和縱向的定伸長拉伸處理,伸長率25%,循環(huán)5次。拉伸測試后,測試其電阻。根據(jù)電阻的變化來判斷該面料的耐拉伸性能。

        (2)設(shè)計(jì)了面料耐屈撓測試試驗(yàn)[8],以模擬服裝日常生活穿著過程中會(huì)有很多不同的彎曲動(dòng)作。根據(jù)GB/T 12586—2003《橡膠或塑料涂覆織物耐屈撓破壞性能測定》標(biāo)準(zhǔn)中的方法C,設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)熱面料進(jìn)行2000次左右屈撓處理,然后用萬用表測試電阻的變化,根據(jù)其電阻變化情況來判斷該面料的撓曲—發(fā)熱穩(wěn)定性。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 絲印發(fā)熱面料的電熱性能

        2.1.1 發(fā)熱能力

        本文分別將9塊布進(jìn)行編號(hào),然后用數(shù)字萬用表測試其整體電阻,根據(jù)其整體電阻的大小來選擇外接不同伏數(shù)的電壓,測試試樣達(dá)到50℃的發(fā)熱時(shí)間,從中初步挑選出合適的發(fā)熱面料進(jìn)行接下來的測試,測試結(jié)果如表1所示。

        表1 各試樣達(dá)到50℃所需要的發(fā)熱時(shí)間

        從表1中可以看到,在規(guī)定時(shí)間能達(dá)到50℃的發(fā)熱面料共有7塊,分別是編號(hào)為FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6、FR-8、FR-9,這7塊發(fā)熱面料在對(duì)應(yīng)的電壓下都能夠在較短時(shí)間內(nèi)快速地升溫至50℃,可以看出這幾塊面料有著很好的發(fā)熱效率。

        2.1.2 發(fā)熱均勻性

        我們對(duì)挑選出的7塊發(fā)熱面料繼續(xù)用熱成像儀器進(jìn)行拍攝,得到了它們在對(duì)應(yīng)電壓下的發(fā)熱情況,如圖1所示。

        圖1 紅外熱成像圖片

        從圖1中我們可以很明顯地看到發(fā)熱面料FR-8、FR-9接觸點(diǎn)位置出現(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)重的現(xiàn)象,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)閷?dǎo)線接觸點(diǎn)連接處的電阻太大,甚至可以和發(fā)熱層的電阻相同,當(dāng)電流在導(dǎo)線接觸點(diǎn)連接處消耗之后,流入發(fā)熱層的電流就會(huì)變小,根據(jù)P=I2R的公式可以得出,在電阻相同時(shí),電流越大,產(chǎn)生的熱能越大,因此在圖像中產(chǎn)生了導(dǎo)線接觸點(diǎn)連接處發(fā)熱嚴(yán)重的情況。發(fā)熱面料FR-2、FR-3、FR-4、FR-5、FR-6的發(fā)熱圖像顯示接觸點(diǎn)沒有發(fā)熱,其他地方發(fā)熱很均勻,發(fā)熱層的每一點(diǎn)位置的溫度都非常接近,這幾塊發(fā)熱面料合理利用圖形設(shè)計(jì),很好地解決了導(dǎo)線接觸連接處電阻過大造成的發(fā)熱嚴(yán)重的情況。

        2.1.3 發(fā)熱穩(wěn)定性

        將發(fā)熱均勻的發(fā)熱面料接通合適的電壓,持續(xù)通電1分鐘后,記錄RPS3005C-2直流穩(wěn)壓電源所顯示的電壓與電流的數(shù)據(jù),計(jì)算得出發(fā)熱面料通電之后的電阻,再與整體電阻進(jìn)行對(duì)比計(jì)算后得出電阻的變化率,用于分析面料的發(fā)熱穩(wěn)定性,結(jié)果如表2所示。

        表2 電阻測試情況

        從表2計(jì)算出的電阻變化率可以看到,這幾款發(fā)熱面料的通電穩(wěn)定性比較優(yōu)良,在通電后電阻都會(huì)略有上升,但是上升的幅度并不大,說明絲印面料具有良好的發(fā)熱穩(wěn)定性。

        2.2 絲印發(fā)熱面料的力學(xué)性能

        2.2.1 發(fā)熱面料的拉伸—電阻穩(wěn)定性

        使用數(shù)字萬用表測試未拉伸面料和拉伸處理后面料的整體電阻,測試情況如表3所示。

        表3 整體電阻拉伸前后變化

        使用熱成像儀拍攝未拉伸面料和拉伸處理后面料的發(fā)熱圖像,拍攝結(jié)果如圖2所示。

        圖2 拉伸前后面料發(fā)熱變化圖像

        從表3可以看到,經(jīng)過了多次拉伸,發(fā)熱面料的整體電阻并沒有因?yàn)槔斓脑蚨l(fā)生太大的變化,發(fā)熱面料的發(fā)熱情況也沒有因?yàn)榻?jīng)過拉伸而改變,發(fā)熱面料具有較好的耐拉伸性能。

        2.2.2 發(fā)熱面料的屈撓-電阻穩(wěn)定性

        用數(shù)字萬用表分別測試了發(fā)熱面料屈撓前后的整體電阻,測試的結(jié)果如表4所示。

        表4 屈撓前后整體電阻變化

        從表4可以發(fā)現(xiàn)發(fā)熱面料經(jīng)受2000次屈撓處理后,發(fā)熱面料的電阻沒有發(fā)生太大的變化,說明這些發(fā)熱面料有著很好的耐屈撓性能。

        3 結(jié)論

        通過測定試樣的電阻變化率、紅外熱成像圖、拉伸-電阻變化率、屈撓-電阻變化率等參數(shù),可評(píng)估加熱面料的加熱均勻性、使用穩(wěn)定性,為此類功能面料的性能檢測提供參考依據(jù)。

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