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        紅外熱像技術(shù)在服裝保暖性能測試中的應(yīng)用

        2022-11-10 02:53:42陳廣涵田萌
        中國纖檢 2022年9期

        文/陳廣涵 田萌

        1 引言

        在“人體—服裝—環(huán)境”系統(tǒng)中,當(dāng)人體處于寒冷的環(huán)境時(shí),皮膚表面溫度較高,熱量從皮膚表面出發(fā)通過對流和輻射,經(jīng)皮膚與服裝內(nèi)表面之間的空氣層傳遞到服裝內(nèi)表面,再經(jīng)熱傳導(dǎo)傳遞到服裝外表面,最后傳遞到外界環(huán)境。服裝作為人體與環(huán)境之間熱量交換的緩沖體,可以一定程度減少人體和環(huán)境之間的熱交換[1]。這種抵抗或阻止人體體熱散失的性能即服裝的保暖性能,其主要取決于服裝材料和服裝結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面[2]。

        目前,服裝保暖性能的測試常通過服裝面料的傳熱系數(shù)、熱阻、保溫率、克羅值等指標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。這些通過測試計(jì)算得出的保暖性能指標(biāo),均存在直觀性不足、消費(fèi)者對測試結(jié)果理解較為困難等問題。常用的測試保暖性能的方法有平板法和暖體假人法。平板法具有測試簡單、重復(fù)性好等優(yōu)勢,但測試時(shí)需裁剪成儀器規(guī)定的尺寸,更適用于織物或半成品材料,未充分考慮服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對熱阻的影響。暖體假人法可用服裝產(chǎn)品直接測試,并可在模擬實(shí)際穿著環(huán)境下測試,解決了平板法未考慮服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等缺陷,但目前的暖體假人法存在體型單一、無法進(jìn)行活動(dòng)、控溫方法及量程受限等問題。

        研究發(fā)現(xiàn),自然界中一切物體的溫度都會(huì)高于絕對零度(零下 273.15℃),由于物體內(nèi)部分子存在熱運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,不斷地向周圍空間釋放紅外光(波)。物體的溫度越高,紅外線熱輻射能量越強(qiáng),其紅外輻射能量的大小及其波長與物體溫度有著十分密切的關(guān)系。研究表明,物體輻射出的紅外線峰值波長與絕對溫度成反比,即物體的溫度越高,其輻射出的峰值波長越短。當(dāng)測得物體表面輻射出的波長時(shí),即可根據(jù)維恩位移定律計(jì)算得到物體表面溫度,這就是紅外熱像測溫技術(shù)的理論基礎(chǔ)[3-4}。利用紅外熱像技術(shù),可以根據(jù)不同需求針對性開發(fā)設(shè)計(jì)各種測溫設(shè)備,如紅外熱像儀。紅外熱像儀的優(yōu)點(diǎn)有:拍攝靈活,對試驗(yàn)條件要求低;紅外熱像掃描數(shù)據(jù)豐富,可對任何部位進(jìn)行精確的掃描,可測量靜止?fàn)顟B(tài)情況也可測量運(yùn)動(dòng)狀態(tài);數(shù)據(jù)處理方式全面,有區(qū)域內(nèi)最低溫度、最高溫度、平均溫度,也可多點(diǎn)測溫、區(qū)域測溫、線測溫等[5]。

        針對傳統(tǒng)服裝保暖性能測試方法的局限性,本文提出一種采用人體試穿結(jié)合紅外熱成像技術(shù)測試服裝的保暖性能的測試方法。該方法通過對試穿服裝人體紅外熱像的實(shí)時(shí)捕捉,直接獲取保暖服裝的表面溫度信息,實(shí)現(xiàn)對保溫產(chǎn)品更直觀有效的測試。

        2 基于紅外熱像技術(shù)服裝保暖性能試驗(yàn)

        2.1 試驗(yàn)條件

        試驗(yàn)大氣條件為溫度(20±2)℃,相對濕度(65±4)%。采用FOTRIC 350紅外熱像儀進(jìn)行測溫。人體試穿選擇成年健康男、女測試者各1名,測試者身體指標(biāo)信息見表1。試樣均根據(jù)試驗(yàn)人員的身高體型選擇合適的號(hào)型,其信息如表2。

        表1 測試者身體指標(biāo)信息

        表2 樣品信息

        2.2 試驗(yàn)步驟

        (1)測試者穿著貼身長袖襯衫(基礎(chǔ)衣),靜坐20min后,穿上試樣;

        (2)打開紅外熱像儀連續(xù)拍攝測試者后上背(測試位置如圖1)衣服表面的熱像圖;

        圖1 測溫位置

        (3)穿上試樣靜坐20min后,記錄測試者試樣表面的溫度T0;

        (4)記錄測試者脫下試樣瞬間基礎(chǔ)衣表面的溫度T1;

        (5)計(jì)算隔熱溫差ΔT=T1-T0。

        3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

        3.1 不同測試方法的結(jié)果比較

        表3為測試者Ⅰ用紅外熱像法測得的平均隔熱溫差、用FZ/T 73016—2020《針織保暖內(nèi)衣 絮片型》中的方法測得的保溫率和用GB/T 35762—2017《紡織品 熱傳遞性能試驗(yàn)方法 平板法》測得熱阻和克羅值。假定服裝緊貼人體,服裝與人體之間不存在靜止空氣層,隔熱溫差與熱阻之間的關(guān)系可以通過公式(1)和公式(2)表示:

        表3 不同測試方法的結(jié)果比較

        在公式(1)中,q表示從人體身上散失到空氣中的熱流量,W;Ti和To分別表示人體體表溫度及衣服表面溫度,℃;h是環(huán)境空氣的對流系數(shù),W/m2·K;A是熱量溫度的面積,m2;Tr室內(nèi)空氣的平均溫度,℃;R表示熱阻,m2·k/w。經(jīng)過換算,可以得到平均溫差的表達(dá)公式(2)。假設(shè)人體體表溫度Ti與室溫Tr保持恒定,可以得出當(dāng)熱阻增加時(shí),平均溫差隨之減少。

        從表3中可以看出,紅外熱像法測得的平均隔熱溫差與目前廣泛使用的保溫率、熱阻和克羅值趨勢基本符合公式(2)所反映的趨勢。進(jìn)一步證明紅外熱像法可以更加直觀準(zhǔn)確地反映服裝的保暖性能。

        3.2 重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果比較

        表4為測試者分別穿著同件樣品重復(fù)測試5次得到的結(jié)果。從表4中可以看出,重復(fù)試驗(yàn)得到的隔熱溫差基本保持一致,證明紅外熱像法是一種可靠穩(wěn)定的保暖性能測量方法。其中

        最大差異在0.3℃~0.6℃之間,這可能是人體在不同時(shí)期的體溫變化和代謝率不同導(dǎo)致的。

        表4 重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果比較

        3.3 不同服裝松量結(jié)果比較

        表5為相同樣品由不同體型測試者穿著測得的平均隔熱溫差。

        表5 不同服裝松量結(jié)果比較

        由表5中數(shù)據(jù)可以看出,保暖性能與服裝松量也有密切的關(guān)系。穿著規(guī)格合適的服裝比穿著偏小很多的服裝保暖性更好。因?yàn)楫?dāng)穿著偏小很多的服裝時(shí),因擠壓拉伸導(dǎo)致織物空氣層和服裝與身體間的空氣層變小。而靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)比纖維低,在一定范圍內(nèi),當(dāng)空氣層變小,服裝的保暖性能也會(huì)相應(yīng)減弱。

        4 結(jié)語

        4.1 在試驗(yàn)結(jié)果中,紅外熱像測得的隔熱值與服裝的熱阻呈現(xiàn)出同向相關(guān)性,說明隔熱值能一定程度上反映服裝熱阻的大小,且與傳統(tǒng)的保溫率和熱阻的方法相比,紅外熱像技術(shù)測試時(shí)更加簡單直接。紅外熱像技術(shù)在服裝保暖性能領(lǐng)域和應(yīng)用中是一種行之有效的方法。

        4.2 紅外熱像測得的隔熱值在重復(fù)性試驗(yàn)當(dāng)中表現(xiàn)穩(wěn)定,說明該方法具有一定的穩(wěn)定性和可靠性。保暖性能作為舒適性指標(biāo),人體試穿測試是有一定意義的。在需要時(shí),可同時(shí)結(jié)合人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、主觀評價(jià)等設(shè)計(jì)試驗(yàn),可更多維度更貼近消費(fèi)體驗(yàn)地得到保溫性能的結(jié)果。

        4.3 服裝松量與服裝保暖性能之間有密切關(guān)系,因此應(yīng)選擇與測試者相匹配的號(hào)型規(guī)格的服裝測試其保暖性能。紅外熱像測量法可以為設(shè)計(jì)出最佳保暖性能的服裝結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

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