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织物透气性性能研究

2020.6.08

一、织物透气性

　　人体穿着服装，除了可以给人以装饰美外，其主要目的是保持人体与周围环境之间的能量交换平衡。当周围环境变化时，利用增减服装来调节能量平衡，可保持人体皮肤的环境温度相对稳定。

　　为了研究织物在人体-服装-环境系统中直到的重要调节作用，就需要测量织物的通透性。所谓通透性，是指热、湿(液相气相)、空气(气流)等通过织物的难易程度，这种性能随着使用的目的不同而异。人体是一个有机体，不断进行着新陈代谢，来维持皮肤表面温度恒定。此时，人体皮肤表面不断向环境散发热量和湿气。湿气包括两方面内容，其一是在人体静止条件下，通过无感排汗向环境蒸发的湿气(气相);另一方面是在人体运动的条件下，通过不感排汗向环境散发湿气(液相)。为此，就需要测定织物的保暖性、透水性、吸湿性、透气性等，依次来间接反映服装在穿着时的舒适性能。

　　作为服装，需视季节、体质、个人爱好等不同而选用不同织物，如内衣应用吸湿透湿性好而具有保暖性的织物，而外衣应选用透气性小且具有适当透湿性的织物。作为工业用的织物，要求织物的通透性好，而特殊用途的产品，如降落伞产品对透气性方面较高，雨伞产品要求透水性方面较高，蓬帆布除应具有坚牢耐用外，还应有防水的特性。空气透过织物的能力称为织物的透气性。它直接影响到织物的服用和使用性能。如夏季用的织物希望有较好的透气性，而冬天用的织物外衣透气性应该较小，以保证衣服具有良好的防风性能，防止热量的大量散发。对于国防及工业上某些用途的织物，透气性更具有十分重要的意义，如降落伞的透气性要适中，过大下降速度太大，过小下降速度过慢。因此，织物的透气性的好坏与织物的服用使用性能有密切的关系。

　　防水透气面料可以防止液体水的渗透，同时可以让水蒸汽顺利通过。此类面料用途广泛，从普通的户外运动服到用于医疗和军事的专业防护服都有防水透气面料的应用。为防止液体水的渗透，此类面料通常需要进行后整理、涂层或者层压薄膜等处理，但这些处理可能阻止汗液的蒸发，从而导致穿着者的不舒适和生理疲劳。因此，透气性是防水面料测试的主要项目之一。

　　随着人们生活水平的提高，对织物的服用舒适性能要求日益提高，因此，作为织物舒适性能重要组成部分的透气性也显得越来越重要，其性能的检测与评价方法也相应的更加重要。

二、织物透气性的影响因素

　　影响织物透气性的因素很多，有纤维的截面形状、纱线的细度与体积重量、织物的组织材料、结构、表面特征、加工方式与以及染整加工工艺条件等等，具体见表1。

表1 织物透气性影响因素

三、织物透气性能的国内外研究现状

　　织物的透气性是指在一定的压差下，单位时间内渡过织物单位面积的空气体积(其单位为m2·s)。一般的服装面料都有一定的透气性，因为人体时刻都在呼吸，而服装面料的透气性恰好为人体皮肤与外界进行气体交换提供了通道。同时，服装面料的透气性也有利于人体热量的发散，从而使人体保持舒适。

　　影响织物舒适性的另一个重要因素是织物的透气性。运动服、防风防寒服均对织物透气性有较高要求。有些工业纺织品如飞机降落伞、滤布等对织物透气性有特殊要求。织物透气性决定于织物中经纬纱线间以及纤维间隙的数量与大小，亦与经纬密度、经纬纱线特数、纱线捻度等因素有关。此外还与纤维性质、纱线结构、织物厚度和体积重量等因素有关。衣着用织物在穿着中的透气性还受到外界大气因素的影响，一般气温升高，透气性下降，风速增加，则透气性增大。

　　织物透气性的研究开始于卫生面料应用的十九世纪。通过多孔介质研究透气性的结果，Darcy建立了依据压降所得出的与透气之间的线形关系，*个研究织物透气性的Rubner正是以Darcy的规律为依据。接下来的研究是由Rekk，Florinskii，Fochheimer，Khanzhonkov和Zelenko探索了气流通过多孔材料的通过率，这项研究显示了由压差决定的渗透性不再随着过滤速率的提高而呈现线形变化。应用到纺织材料上，这种现象在Rakhmatullin的研究和他提出的等式中有所反映。Arkhangel对纺织材料透气性做了大量系统的研究，引进了一个现在常用的特征值-透气系数，并提出根据他们的透气性不同对纺织品进行分类。织物不同特征结构对他们透气性的影响已经由Clayton、Keswell、Hearle等人研究出来。

四、透气性的理论研究

　　气体通过织物有交织孔隙和纤维间缝隙两条途径，一般以交织孔隙为主要途径。纱线间的孔隙大都是贯通的，孔隙截面形状基本上有一定的规律性，从织物一侧到另一侧，孔隙呈瘦角方形，当空气透过织物时，类似于流体流经多孔介质的流动。织物的孔隙结构可以简化成平行毛细管束模型，见图1，从而织物多孔结构可以模拟为许多毛细管的平行集合体。

图1 “毛细管”平行集合体模型

　　按流体力学理论，空气通过圆管时，层流的流量q(m3/s)可用哈根-伯肃叶(Hagen-Poiseuille)定律计算

　　式中，Δp为管两端的压力差(Pa);L为管的长度(m);d为管的直径(m);μ为空气的动力粘度(Pa·s)。

　　运用上式(1)中计算织物的透气量，基于对织物作出的两点假设：1)纱线内纤维紧密结合且纱线在织物中均匀分布;2)织物中纱线间的空隙截面是矩形。

　　考虑到等式(1)中有n个气孔，等式(1)变为：

　　现有的估算纤丝间的织物透气性的方法主要有三个：

　　——计算(方法1)，在等式d=0.0357(T/ρH)1/2中确定纱线的直径，用线密度T和平均密度Pn，接下来在等式(1)中计算透过率Rs：

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

　　其中，dwa是经纱直径，dwe是纬纱直径，∏wa是经纱间气孔周长，∏we是纬纱间气孔周长。

　　——精密计算(方法2)：从织物中分离出的纱线直径在光学显微镜下测出，透过率在等式(3)中计算出来。

　　——投影法(方法3)：基于扫描电子显微镜下织物样品的显微照片。相关气孔直径dh在的水力动力学等式中计算。

dh=4S/∏ (4)

　　其中，S是气孔直径，S=ab，a=100/∏wa- dwa，b=100/∏we- dwe，∏=2(a+b)

　　在确定织物孔径大小的方法中，RS和dh值与用其他方法获得的值有显著的不同，时常比用其他的方法获得的值要高一些。这是因为织物结构中纱线光滑和起毛的因素并没有考虑到(方法的使用是基于纱线横截面是圆形的设想)，并且用常规平均密度值来计算纱线直径，和真实值并不一样。

　　以方法2为基础确定的RS和dh值比方法1更可靠一些，但测得的结果也有显著的不同。

　　当织物透气性与织物中纱线横截面大小和纱线的起毛(不影响气孔)有关时，方法2测得Rs的一个小缺陷是由于在不同截面抽出织物结构和测量纱线直径时纱线横截面开关的改变，而使数值发生了变化。方法3允许在织物纱线平面受压和他们的起毛情况下，测量透气性的真实值，部分覆盖气孔的纱线表面的单根纤维并不存在重要的阻力，所以以此方法获得的Rs值比在气体流动条件下织物中测得的真实值要小一些。

　　国际上认为目前对织物透气性的研究所受的局限主要在三个方面：描述由气体结构而决定的透气性模型没有充分考虑到材料结构因素，其认可领域有一定的限制;测试透气性所用的方法并不能保证材料测试条件和他们的使用条件一致;根据人们对透气量的不同要求设计透气性织物在目前是不太可能的。

五、透气仪

　　温州际高检测仪器有限公司开发的YG461G型透气仪用于测量纺织、服装、无纺布等多种材料的透气性;织物被压在选定好的测试头上，仪器产生持续的气流通过试样，并在试样两面产生一定的压差，极短时间内，系统自动计算出试样的透气率。

符合标准：

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

●该机已经荣获3项国家技术。现已累计销售该款透气性测试仪近100台。

●该机型为际高第三代产品，引进瑞士进口透气仪的先进技术工艺，结合各地纤检、质检、商检、第三方公证检测机构实际检测量大的特点，设计成可轻按夹持器就可完成一次测试试验，无需其他操作，数据自动保存，提高了检测效率。

●仪器采用新工艺、高配置、整机机体采用航空铝材设计，外形美观，性能稳定，操作方便，日后无需特殊维护，维护成本低。

仪器特性：

1、采用高精度瑞士进口微压差传感器，测量结果，重复性好,与国外品牌做数据对比一致，明显优于国内同行生产的相关产品；

2、完全实现全自动测量，样品放到规定位置，仪器自动寻找合适的测量范围，自动调整，测量；

3、采用JIGAOTEST V1.0专家测试软件（国家版权局备案软件，终身免费升级），主机可单独测试或电脑直接控制测试，可实时显示压差-透气量动态曲线，便于控制产品质量，使研发人员更直观的了解试样透气性能；