蒸发热板法测试热阻性能的研究

摘要：本文基于标准GB/T 11048―2008中所阐述的A型仪器――蒸发热板法，通过测试一系列样品的热阻值，表明蒸发热板法的测试结果比该标准中所述的静态平板法的测试结果略微偏小。试样的热阻值随着试样的平方米克重的增加而增大，同时，试样的尺寸也影响着热阻的测量结果。

关键词：蒸发热板法；热阻；平方米克重；尺寸

1 引言

近年来，国内外市场上流行的功能性面料，相应的表征为拒水、吸水、透湿排汗、保暖等。目前，这方面的研究集中在评价整个测试方法体系的合理性和局限性[1-3]，但是缺乏针对某一性能进行本质上的比较和科学的分析。本文以纺织品标准GB/T 11048―2008[4]中的A型仪器―蒸发热板法为基础，测量样品的热阻值，比较蒸发热板法与静态平板法测试指标的差异，并分析影响蒸发热板法的热阻测试结果的因素。

2 仪器的测试原理

标准GB/T 11048―2008中规定了两种仪器，即A型仪器――蒸发热板法与B型仪器――静态平板法。目前国内主要采用A型仪器――蒸发热板法测试纺织品材料的热阻Rct（m2・K/W）。热阻定义为纺织品处于稳定的温度梯度的条件下，通过单位面积的干热流量，即试样两面的温差与垂直通过试样的单位面积热流量之比。标准规定的两型仪器都是由三个独立控制的加热区域：试验板、热护板和底板组成。每个区域都加热到相同温度 （GB/T 11048―2008要求为35℃），从而每个区域间形成等温条件，消除了区域间的热传递，尤其是热护板，既可避免试验板侧面的热传递，又消除测试样的边缘的热损失。两种仪器的差异在于，B型仪器的试验板为实心金属平板，而A型仪器的试验板是多孔结构，并且具有给水装置，通过试验板的蒸发，可以模拟贴近人皮肤发生的热和湿的传递过程。

将试样覆盖于试验板上，所有的热损失被认为都只会从试验板穿过试样到达试样上面的周围空气中。通过测定覆盖试样前后的热阻值，其差值即为试样的热阻值，公式如下：

3 两型仪器的测试结果比较

企业和检测机构比较关心的问题之一是，同一个样品的热阻值分别采用上述的两型仪器进行测试时，测试结果是否存在差异。笔者随机选取了5份不同的样品，分别用了A型仪器和B型仪器进行测试。由图1可以看出，这5种样品， B型仪器的测试值比A型仪器的测试值均存在不同程度的偏高。原因可能是，A型仪器的试验板是多孔结构，实际面积值比计算所用的面积值要略大，也就是说由公式（1）所计算的值比实际值要小，所以造成了两型仪器的测量结果的差异。

4 热阻与平方米克重的关系

热阻越大，其保暖性能越好。市场上主流的保暖材料是多孔的喷胶棉。同一类型的喷胶棉其材料的平方米变化时，相应的热阻变化趋势如图2所示。随着平方米克重的增加，采用蒸发热板法测试出来的热阻值增大。对于多孔絮填状的喷胶棉，其保暖性能与材料中的孔隙密切相关。当喷胶棉的平方米克重越大，材料中的孔隙越屈曲复杂，越有利于维持静止的空气，由于静止的空气的导热系数比纤维的导热系数小，这样维持测试板温度所提供的热量H不易从材料贴近试验板的一侧传递到与其平行的另一侧，即H偏小，根据公式（1），测试出来的热阻就偏大。相反，当喷胶棉的平方米克重越小，在气流速度1m/s，温度20℃，相对湿度65%的气候室环境条件下，孔隙中空气容易流动，加速了测试板的热量传递，因而要维持测试板的温度所需提供的热量H就越大，测试出来的热阻就偏小，其保暖性越差。但是当平方米克重过大时，因纤维在热传递方面起主导作用，热阻也会变小[3]。

5 热阻与试样尺寸的关系

GB/T 11048―2008标准中条款6要求试样的尺寸应完全覆盖试验板和热护环表面，且针对偏厚的试样提出需要一个特殊的程序以避免热量从其边缘散发。但在实际的检测过程中，试样的尺寸存在不同程度的偏小，为讨论试样的尺寸是否影响到表征样品保暖性的测试结果，表1选用了厚度不等的5种样品，每一种样品的试样尺寸均为50cm×50cm，几乎能完全覆盖试验板和热护板，进行测试后将其覆盖测试板的那部分试样裁剪出来，即25cm×25cm，再进行测试，两种测试的结果如表1所示。面积变小后的试样的热阻测量值，比原试样的结果要大。公式（1）中的加热功率修正值ΔHc是以样品完全覆盖试验板和热护板测试得到的[4]，如果样品面积变小，热量从试验板和热护板的边缘散发，热量H值增大，ΔHc将出现偏差。所以，试样面积变小后，造成热阻结果出现差异。

6 结语

本文详细讨论了蒸发热板法测试热阻的特点，明确了蒸发热板法和静态平板法是两种测试纺织材料热阻的不同测试手段，对仪器和环境要求不同，结果也相应地存在差异。在测试喷胶棉的热阻值也符合多孔结构材料填充密度与其绝热性能的规律，且在测试时，应根据标准的要求准确裁剪试样，以避免因试样尺寸问题掩盖样品准确的热阻值和模糊其真实的保暖性。

参考文献：

[1] 林鸿扬.织物热湿传递性能测试方法评述[J]. 中国纤检，2011，（11）（下）：60-63.

[2] 田晓亮，刘丹.服装（织物）热湿舒适性模型的回顾与展望[J].青岛大学学报，2011，16（2）：20-23.

[3] 毕红军.复合保暖材料及其性能研究[D].苏州：苏州大学，2006.

[4] GB/T 11048―2008，纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定[S].

（作者单位：广州市纤维产品检测研究院 ）