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非织造布的吸水扩散特性探究
时间: 2017-06-28点击量:

液体在织物中的流动是许多织物应用领域的普遍现象,如服用纺织品的导湿,滤材纤维网对不同液体的渗滤和分离,整理剂对织物的渗透以及树脂在纺织预型件内的流动,吸收类产品中液体的流动扩散等等。在这些领域中,织物对液体的吸收传递性能将决定产品的应用范围和加工质量。因此,从理论上研究液体在织物中的流动特性,找出对流动过程起主导作用的关键因素,可以指导织物的加工和应用。因此对织物吸湿、吸水特性的研究尤为重要。国内有学者对织物吸水性测试方法进行研究[1][2];也有学者对薄型织物的吸水散湿性能进行研究[3];还有学者对薄型织物的液态水传递性能[4][5]、稳态湿传递性能[7]进行研究;也学者对机织物热湿舒适性能与其结构参数关系进行了探讨[6]。
本文利用自行研制织物动态湿传递实验仪,对几种非织造材料的吸水扩散特性的测试,用不同的方法记录了实验数据和水扩散过程,利用MATLAB软件的数值计算功能、可视化功能和图像处理功能绘制了吸水量-时间特性曲线和水扩散面积-时间特性曲线。

测试原理
织物动态水份扩散实验仪通过四组传感器实时采集水分在织物中的传递过程,电脑终端对采集到的数据进行记录分析得到一系列反映织物液态水传导能力的指标。该仪器可测出液态水在织物上的动态分布特性,为纺织材料的吸湿性能提供了非常便捷、直观和有效的方法。

测试条件与试样选取
所有测试在恒温恒湿室进行,室内环境条件为 17.8 士 1℃和 47.5 士 2%RH。选取三种非制造材料,分别为 1 号样品:针刺结构;2 号样品:水刺复合结构;3 号样品:气流成网结构,每种材料剪成直径为 6 cm 的试样,超声波清洗、熨烫,除去多余的水分和皱褶。然后将试样放在恒温恒湿室中 24 小时以上,达到调湿平衡后开始测试。

测试方案与内容
测试样品吸水量与时间的关系
测试时,将天平调零并测试放在其上的供水箱的重量,往供水箱内加入纯净水,直到所标方位线,目的是使供水箱和有机玻璃中的水的高度在同一水平面上。通常将水加至天平显示 5500g(水+供水箱)。
接着,在仪器中放置样品,放置顺序为:带孔隙的有机玻璃板(有机玻璃板周围套上一个胶圈),试验样品。每种织物都在单孔无压力模式下测试。连接电子天平与电脑,开启芯吸程序记数软件,使电脑连续记录织物吸水的重量,存入记事本。对实验数据处理并用 MATLAB 作图,得吸水克重与时间关系图。
实时拍摄样品中水扩散面积的变化并保存录像
测试时,将摄像机固定在实验样品正上方实时拍摄样品中的水扩散过程,如图 1 所示。在摄像过程中,摄像机保持镜头端面水平,镜头中心与样品中心芯吸点的连线始终铅直,调焦固定。

实验结果分析
吸水质量-时间特性
对电脑中记录的每一种样品的试样数据进行处理,并用 MATLAB 的绘图功能分别画出吸水克重与时间的关系曲线,并对实测值曲线拟合处理。利用 MATLAB 拟合工具箱对拟合曲线进行拟合评价,选定二次拟合曲线。图 2~图 4 分别为为三种样品实验测试数据的二次拟合曲线比较。图中纵坐标为吸水量 y(单位:克),横坐标为时间 t(单位:s)。
吸水面积-时间特性用截图软件将实时拍摄的样品吸水扩散过程录像,每隔相同时间间隔截取图片,共60幅,利用MATLAB软件进行图像处理并计算每幅图片中水痕面积,画出水扩散面积-时间关系曲线并拟合处理[7]-[10]。
计算图片中水痕面积
如图5所示,四张图片分别对应气流成网结构材料的水扩散过程中四个不同时刻的水扩散图片,图片中央部分颜色稍深,是水痕区域,周围是水没有扩散到的区域。随着扩散过程的就进行,中部区域逐渐扩大。
利用MATLAB软件的图像处理功能计算水痕面积:首先把由水扩散录像截取的60幅图片存入MATLAB中的work文件夹;再利用MATLAB软件的图像处理功能分别读取每幅图片,判断图片类型;第三,将图片文件转换为灰度图像;第四,判断灰度限值;求图片文件中大于灰度限值的象素点占图片中全部象素点的比值,这一比值就反映了图片中的水痕面积大小。
绘制面积(比)- 时间图线
对同一样品的所有图片都按(1)中的方法计算面积(比),得到各个时刻对应的面积(比)。以纵坐标表示水痕面积(比),横坐标表示时间t,绘制面积(比)- 时间关系曲线并拟合处理得到相应的光滑曲线。图6为气流成网结构材料的吸水扩散面积与时间关系的实验拟合曲线。

总结
本文在 17.8 士 1℃和 47.5 士 2%RH 的室内环境中,对针刺、麻、黄麻织物进行了吸湿扩散特性测试,用两种不同的手段记录了实验数据,经处理后可到织物吸水量随时间的变化规律及水扩散面积随时间的变化关系。被测非织造材料吸水的增量能够明显准确地反映出材料的的吸水状态,同时实验状态也可以很好地表征材料与和人体接触时的吸湿情况。实验方法简便,亦操作,成本低,操作方便,为纺织材料的吸湿性能研究提供了非常便捷、直观和有效的方法。

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