織物透氣性性能研究

一、織物透氣性

　　人體穿著服裝，除了可以給人以裝飾美外，其主要目的是保持人體與周圍環境之間的能量交換平衡。當周圍環境變化時，利用增減服裝來調節能量平衡，可保持人體皮膚的環境溫度相對穩定。

　　為了研究織物在人體-服裝-環境系統中直到的重要調節作用，就需要測量織物的通透性。所謂通透性，是指熱、濕(液相氣相)、空氣(氣流)等通過織物的難易程度，這種性能隨著使用的目的不同而異。人體是一個有機體，不斷進行著新陳代謝，來維持皮膚表面溫度恒定。此時，人體皮膚表面不斷向環境散發熱量和濕氣。濕氣包括兩方面內容，其一是在人體靜止條件下，通過無感排汗向環境蒸發的濕氣(氣相);另一方面是在人體運動的條件下，通過不感排汗向環境散發濕氣(液相)。為此，就需要測定織物的保暖性、透水性、吸濕性、透氣性等，依次來間接反映服裝在穿著時的舒適性能。

　　作為服裝，需視季節、體質、個人愛好等不同而選用不同織物，如內衣應用吸濕透濕性好而具有保暖性的織物，而外衣應選用透氣性小且具有適當透濕性的織物。作為工業用的織物，要求織物的通透性好，而特殊用途的產品，如降落傘產品對透氣性方面較高，雨傘產品要求透水性方面較高，蓬帆布除應具有堅牢耐用外，還應有防水的特性。空氣透過織物的能力稱為織物的透氣性。它直接影響到織物的服用和使用性能。如夏季用的織物希望有較好的透氣性，而冬天用的織物外衣透氣性應該較小，以保證衣服具有良好的防風性能，防止熱量的大量散發。對于國防及工業上某些用途的織物，透氣性更具有十分重要的意義，如降落傘的透氣性要適中，過大下降速度太大，過小下降速度過慢。因此，織物的透氣性的好壞與織物的服用使用性能有密切的關系。

　　防水透氣面料可以防止液體水的滲透，同時可以讓水蒸汽順利通過。此類面料用途廣泛，從普通的戶外運動服到用于醫療和軍事的專業防護服都有防水透氣面料的應用。為防止液體水的滲透，此類面料通常需要進行后整理、涂層或者層壓薄膜等處理，但這些處理可能阻止汗液的蒸發，從而導致穿著者的不舒適和生理疲勞。因此，透氣性是防水面料測試的主要項目之一。

　　隨著人們生活水平的提高，對織物的服用舒適性能要求日益提高，因此，作為織物舒適性能重要組成部分的透氣性也顯得越來越重要，其性能的檢測與評價方法也相應的更加重要。

二、織物透氣性的影響因素

　　影響織物透氣性的因素很多，有纖維的截面形狀、紗線的細度與體積重量、織物的組織材料、結構、表面特征、加工方式與以及染整加工工藝條件等等，具體見表1。

表1 織物透氣性影響因素

三、織物透氣性能的國內外研究現狀

　　織物的透氣性是指在一定的壓差下，單位時間內渡過織物單位面積的空氣體積(其單位為m2·s)。一般的服裝面料都有一定的透氣性，因為人體時刻都在呼吸，而服裝面料的透氣性恰好為人體皮膚與外界進行氣體交換提供了通道。同時，服裝面料的透氣性也有利于人體熱量的發散，從而使人體保持舒適。

　　影響織物舒適性的另一個重要因素是織物的透氣性。運動服、防風防寒服均對織物透氣性有較高要求。有些工業紡織品如飛機降落傘、濾布等對織物透氣性有特殊要求。織物透氣性決定于織物中經緯紗線間以及纖維間隙的數量與大小，亦與經緯密度、經緯紗線特數、紗線捻度等因素有關。此外還與纖維性質、紗線結構、織物厚度和體積重量等因素有關。衣著用織物在穿著中的透氣性還受到外界大氣因素的影響，一般氣溫升高，透氣性下降，風速增加，則透氣性增大。

　　織物透氣性的研究開始于衛生面料應用的十九世紀。通過多孔介質研究透氣性的結果，Darcy建立了依據壓降所得出的與透氣之間的線形關系，*個研究織物透氣性的Rubner正是以Darcy的規律為依據。接下來的研究是由Rekk，Florinskii，Fochheimer，Khanzhonkov和Zelenko探索了氣流通過多孔材料的通過率，這項研究顯示了由壓差決定的滲透性不再隨著過濾速率的提高而呈現線形變化。應用到紡織材料上，這種現象在Rakhmatullin的研究和他提出的等式中有所反映。Arkhangel對紡織材料透氣性做了大量系統的研究，引進了一個現在常用的特征值-透氣系數，并提出根據他們的透氣性不同對紡織品進行分類。織物不同特征結構對他們透氣性的影響已經由Clayton、Keswell、Hearle等人研究出來。

四、透氣性的理論研究

　　氣體通過織物有交織孔隙和纖維間縫隙兩條途徑，一般以交織孔隙為主要途徑。紗線間的孔隙大都是貫通的，孔隙截面形狀基本上有一定的規律性，從織物一側到另一側，孔隙呈瘦角方形，當空氣透過織物時，類似于流體流經多孔介質的流動。織物的孔隙結構可以簡化成平行毛細管束模型，見圖1，從而織物多孔結構可以模擬為許多毛細管的平行集合體。

圖1 “毛細管”平行集合體模型

　　按流體力學理論，空氣通過圓管時，層流的流量q(m3/s)可用哈根-伯肅葉(Hagen-Poiseuille)定律計算

　　式中，Δp為管兩端的壓力差(Pa);L為管的長度(m);d為管的直徑(m);μ為空氣的動力粘度(Pa·s)。

　　運用上式(1)中計算織物的透氣量，基于對織物作出的兩點假設：1)紗線內纖維緊密結合且紗線在織物中均勻分布;2)織物中紗線間的空隙截面是矩形。

　　考慮到等式(1)中有n個氣孔，等式(1)變為：

　　現有的估算纖絲間的織物透氣性的方法主要有三個：

　　——計算(方法1)，在等式d=0.0357(T/ρH)1/2中確定紗線的直徑，用線密度T和平均密度Pn，接下來在等式(1)中計算透過率Rs：

Rs=1-(dwa∏wa+ dwe∏we -10-2 dwa dwe∏wa∏we) (3)

　　其中，dwa是經紗直徑，dwe是緯紗直徑，∏wa是經紗間氣孔周長，∏we是緯紗間氣孔周長。

　　——精密計算(方法2)：從織物中分離出的紗線直徑在光學顯微鏡下測出，透過率在等式(3)中計算出來。

　　——投影法(方法3)：基于掃描電子顯微鏡下織物樣品的顯微照片。相關氣孔直徑dh在的水力動力學等式中計算。

dh=4S/∏ (4)

　　其中，S是氣孔直徑，S=ab，a=100/∏wa- dwa，b=100/∏we- dwe，∏=2(a+b)

　　在確定織物孔徑大小的方法中，RS和dh值與用其他方法獲得的值有顯著的不同，時常比用其他的方法獲得的值要高一些。這是因為織物結構中紗線光滑和起毛的因素并沒有考慮到(方法的使用是基于紗線橫截面是圓形的設想)，并且用常規平均密度值來計算紗線直徑，和真實值并不一樣。

　　以方法2為基礎確定的RS和dh值比方法1更可靠一些，但測得的結果也有顯著的不同。

　　當織物透氣性與織物中紗線橫截面大小和紗線的起毛(不影響氣孔)有關時，方法2測得Rs的一個小缺陷是由于在不同截面抽出織物結構和測量紗線直徑時紗線橫截面開關的改變，而使數值發生了變化。方法3允許在織物紗線平面受壓和他們的起毛情況下，測量透氣性的真實值，部分覆蓋氣孔的紗線表面的單根纖維并不存在重要的阻力，所以以此方法獲得的Rs值比在氣體流動條件下織物中測得的真實值要小一些。

　　國際上認為目前對織物透氣性的研究所受的局限主要在三個方面：描述由氣體結構而決定的透氣性模型沒有充分考慮到材料結構因素，其認可領域有一定的限制;測試透氣性所用的方法并不能保證材料測試條件和他們的使用條件一致;根據人們對透氣量的不同要求設計透氣性織物在目前是不太可能的。

五、透氣儀

　　溫州際高檢測儀器有限公司開發的YG461G型透氣儀用于測量紡織、服裝、無紡布等多種材料的透氣性;織物被壓在選定好的測試頭上，儀器產生持續的氣流通過試樣，并在試樣兩面產生一定的壓差，極短時間內，系統自動計算出試樣的透氣率。

符合標準：

       GB/T5453、13764，ISO 9237、7231、5636、AFNOR G07，ASTM D737，BS5636，DIN 53887，EDANA 140.1，JIS L1096，TAPPIT251等標準。

●該機已經榮獲3項國家技術。現已累計銷售該款透氣性測試儀近100臺。

●該機型為際高第三代產品，引進瑞士進口透氣儀的先進技術工藝，結合各地纖檢、質檢、商檢、第三方公證檢測機構實際檢測量大的特點，設計成可輕按夾持器就可完成一次測試試驗，無需其他操作，數據自動保存，提高了檢測效率。

●儀器采用新工藝、高配置、整機機體采用航空鋁材設計，外形美觀，性能穩定，操作方便，日后無需特殊維護，維護成本低。

儀器特性：

1、采用高精度瑞士進口微壓差傳感器，測量結果，重復性好,與國外品牌做數據對比一致，明顯優于國內同行生產的相關產品；

2、完全實現全自動測量，樣品放到規定位置，儀器自動尋找合適的測量范圍，自動調整，測量；

3、采用JIGAOTEST V1.0專家測試軟件（國家版權局備案軟件，終身免費升級），主機可單獨測試或電腦直接控制測試，可實時顯示壓差-透氣量動態曲線，便于控制產品質量，使研發人員更直觀的了解試樣透氣性能；

4、*采用電磁夾持試樣（際高），全面滿足各種材料的夾持要求；

5、儀器采用自行設計的消音裝置來控制抽吸風機，解決了同類產品因壓差大而噪聲大的問題；

6、儀器配有標準的校驗孔板，可快速完成校驗，以保障數據的準確性；

7、采用長臂夾緊手柄，能測量較大的樣品，而不必將大的樣品裁小，大大提高工作效率；

8、專業特制試樣臺，整機噴塑工藝處理，經久耐用整機外觀造型美觀大方，便于清潔；

9、儀器操作非常簡單，中、英文界面可互換，即使是無經驗的人員也操作自如。

10、兩大測試功能：定壓力測流量、定流量測壓力（根據客戶要求配置）

YG461G型款透氣儀

【技術參數】：

1 壓 力量 程：0～4000Pa自設定壓降

2 可測透氣率：0.2～12000mm/s

3 測量誤差：≤±1％

4 可測織物厚度:≤20mm

5 吸風量調節：數據反饋動態調節

6 試樣面積定值圈：20cm² 
可選配5cm²； 50cm²；100cm²；Ф50mm（≈19.6cm²）；Ф70mm（≈38.5cm²）

7 測量單位： mm/s, cfm, cm³/cm²/s, I/m²/s，I/dm²/min,m³/m²/min

8數據處理量:≤2500次試驗

9 數據輸出：高清觸摸屏幕顯示； A4中文打印；電腦接口（任選）

10 電   源：AC 220V±10V    50Hz

11 重   量：110Kg

12外   形：600×750×1250mm（L×W×H）