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生物绒与羽绒服用职能比较剖析

日期:2019-11-29 09:32 来源: 羽绒棉

  测试分析生物绒与羽绒服用性能对比分析王丽莎 冯爱芬(河北科技大学,河北石家庄, 050018 ) 摘要: 比较生物绒与羽绒的性能差异。观察了生物绒和羽绒的外观形态结构;测试了生物绒和羽绒的保暖性能和压缩性能。结果表明: 30 cm×30 cm 生物绒和羽绒的填充量相同时,生物绒的保暖性低于羽绒;生物绒填充量达到 27 g 时的保暖效果等同于填充量为 18 g 羽绒的保暖效果;生物绒相对于羽绒更容易被压缩变形;生物绒和羽绒都具有优异的蓬松度;生物绒的弹性回复性能要低于羽绒。认为:生物绒是较好的保暖材料,羽绒的各项性能仍优于生物绒。 关键词: 生物绒;羽绒;...

  测试分析生物绒与羽绒服用性能对比分析王丽莎 冯爱芬(河北科技大学,河北石家庄, 050018 ) 摘要: 比较生物绒与羽绒的性能差异。观察了生物绒和羽绒的外观形态结构;测试了生物绒和羽绒的保暖性能和压缩性能。结果表明: 30 cm×30 cm 生物绒和羽绒的填充量相同时,生物绒的保暖性低于羽绒;生物绒填充量达到 27 g 时的保暖效果等同于填充量为 18 g 羽绒的保暖效果;生物绒相对于羽绒更容易被压缩变形;生物绒和羽绒都具有优异的蓬松度;生物绒的弹性回复性能要低于羽绒。认为:生物绒是较好的保暖材料,羽绒的各项性能仍优于生物绒。 关键词: 生物绒;羽绒;保暖性;压缩性;对比分析 中图分类号: TS101.923.2 文献标志码: B 文章编号: 1000-7415 ( 2019 ) 02-0028-04Comparative Analysis ofWearability between Biological Velvet and DownWANG Lisha FENG Aifen( Hebei University of Science and Technology , Hebei Shijiazhuang , 050018 ) Abstract The property differences between biological velvet and down were compared.The appearance mor-phological structures of biological velvet and down were observed.The warmth property and compressibility of bi -ological velvet and down were tested.The test results showed that the warmth property of biological velvet waslower than down when the filling weight of biological velvet and down were the same 30 cm×ared with down , biological velvet was easier to be deformed after compression.Bothbiological velvet and down had excellent filling power.The elastic recovery of biological velvet was lower than thatof down.It is considered that biological velvet is a better warmth retention material.All properties of down arebetter than those of biological velvet. Key Words Biological Velvet , Down , Warmth Property , Compressibility , Comparative Analysis 生物绒是由海兴公司与美国杜邦公司合作开发成功的生物基产品,是世界上首个应用于防寒服的高科技生物质保暖材料。生物绒是一种扁球状带有微弹力的保暖絮状填充材料。生物绒蓬松、保暖、富于弹性,手感更接近羽绒,可以成为羽绒的替代品。目前,在羽绒纤维方面的研究比较多,于伟东等人采用电子显微镜对羽绒纤维的外观形态结构进行了研究,分析了构成羽绒纤维的多样化元素 [1 ] ;李婷婷等人对羽绒纤维的保暖性进行了研究,得出了羽绒的最佳填充量 [2 ] ;刘茜等人对羽绒纤维的压缩性能进行了研究,并观察了作者简介:王丽莎( 1994 ),女,在读硕士研究生;冯爱芬,通信作者,教授, 收稿日期: 2018-09-28压缩过程中纤维变形的情况 [3 ] 。由于生物绒是近年来推出的新产品,因此还未有报道。本文对生物绒和羽绒的外观形态结构、保暖性及压缩性进行了试验研究,以期对使用生物绒和羽绒的企业有一定的借鉴指导作用。1 试验材料与方法试验 原 料:生 物 绒,白 鸭 绒,含 绒 量 90% ;380T 尼丝纺防羽绒面料,厚度 0.07 mm ,单位面积质量 36 g / m 2 。以上原料均来自昆山华阳新材料股份有限公司。考虑到生物绒和羽绒为松散絮状形态,不能直接在保温仪和 KES 测试系统试验板上直接进行,故选用 380T 尼丝纺防羽绒面料缝制成 30 cm】8 2【 Cotton TextiIe TechnoIogy 第 47 卷 第 2 期2019 年 2 月棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄万方数据 ×30 cm 正方形试验袋,在其中一侧留 5 cm 小孔充绒。分别填充9 g、 13.5 g 、 18 g 、 22.5 g 、 27 g 、31.5 g 、 36 g 生物绒和 9 g 、18 g羽绒。用哈式切片器制作生物绒和羽绒纤维横向切片,采用 TM3000 型桌上显微镜(日本株式会社日立高新技术)观察纤维横截面和纵向形态。采用 YG606L 型平板式保温仪测试保暖性能,指标包括传热系数、克罗值和保温率。按照GB / T 11048 1989 《纺织保温性能实验方法》的要求 设 定 标 准 状 态,试 验 板 尺 寸 为 25 cm ×25 cm ,设定试验板、保护板、底板温度为 36 ℃ ,预热时间 30 min ,加热 5 个周期。每种试样测量3 次,求其算术平均值[ 4 ] 。采用 KES-FB3 型压缩试验仪测试纤维的压缩性能。按照仪器的操作方法,在每个絮片测试3 个不同的部位,求算术平均值。其测试的指标主要包括压缩线性度、压缩比功、压缩功回复率。2 结果与讨论2.1 外观形态生物绒纤维在电子纤维镜下的形态如图 1 所示。从图 1 ( a )和图 1 ( b )可以看出生物绒纤维为异形截面,纤维中有细小的沟槽;从图 1 ( c )可以看出生物绒外观比较卷曲,使纤维具有微弹的特性,可以提高纤维之间摩擦力和抱合力,增加生物绒纤维集合体的蓬松性和回弹性,使得手感柔软,改善其热舒适性,提高保暖性。 ( a )生物绒横截面形态放大 2 000 倍 ( b )生物绒纵向形态放大 2 000 倍 ( c )生物绒纵向形态放大 120 倍 图 1 生物绒纤维的形态结构 羽绒纤维在电子纤维镜下的形态如图 2 所示。从图 2 ( a )可以看出羽绒纤维的横截面为圆形,相比于生物绒纤维比较平整光滑且表面没有沟槽;从图 2 ( b )可以看出羽绒纤维呈树枝状结构,每根绒枝上都有许多绒小枝分枝;从图 2 ( c )可以看出羽绒纤维绒小枝上延伸出许多节点,而且保持一定的距离,向不同的方向延伸,占据更多的空间,其节点在纤维受到压缩后可以起到支撑与回复的作用,使羽绒纤维具有较好的蓬松性、保暖性和回弹性。 ( a )羽绒横截面形态放大 4 000 倍 ( b )羽绒纵向形态放大 120 倍 ( c )羽绒纵向形态放大 2 000 倍图 2 羽绒纤维的形态结构2.2 保暖性衡量保暖性好坏的指标有传热系数、克罗值和保温率等 [5 ] 。由于李婷婷等人对羽绒纤维的保暖性进行了详细的研究,得出了羽绒的最佳填充量,因此在这一试验部分测试两个羽绒絮片与 7个生物绒絮片,建立生物绒抛物线回归模型分析填充量与保温率的关系,得出生物绒填充量与保温率的拟合曲线 为不同填充量和不同材料的保暖指标数。由表 1 可以看出, 30 cm×30 cm 絮垫填充27 g 生物绒试样的保温率等同于18 g 羽绒试样保温率。生物绒和羽绒的填充量相同时,生物绒的保暖性低于羽绒;9 g的生物绒与羽绒试样相】9 2【第 47 卷 第 2 期2019 年 2 月 Cotton TextiIe TechnoIogy棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄万方数据 比,填 充 量 温 差 热 流 量 生 物 绒 高 于 羽 绒1.311 W /( m 2 ℃ ),克罗值生物绒低于羽绒 0.956 CLO ,保温率生物绒低于羽绒 8.9% 。当生物绒小于 27 g 时,生物绒试样的传热系数随着填充量的增加而降低,克罗值和保温率则呈现升高的趋势;当填充量大于 27 g 时,试样的传热系数随着填充量的增加而增加,而克罗值和保温率则呈现下降的趋势。 表 1 不同填充量和不同材料的保暖指标数填充物 填充量/ g 传热系数/ W m -2 ℃ -1 克罗值/ CLO 保温率/ % 加热时间/ s 罩内温度/ ℃生物绒生物绒生物绒生物绒生物绒生物绒生物绒羽绒 羽绒 9.013.518.022.527.031.536.09.018.03.7713.0332.7081.7831.4711.5891.9892.4601.5591.7132.2122.6813.6164.0573.7953.2532.6694.13673.6477.6480.6785.5288.4687.7485.9882.6388.666.06.06.06.06.05.06.06.05.020.320.921.121.622.022.622.923.523.62.2.2 抛物线回归模型的建立保温率是指保暖热能量的比率,是度量絮料综合保暖性能的重要指标,数值越高,保暖效果越好。保温率的大小直接决定该类材料在保暖领域的应用价值和发展前景 [6 ] 。假设生物绒的填充量对保暖性的影响非常显著。根据散点图可认为生物绒的填充量与保温率大致符合抛物线回归,设回归模型为 Y = c + bX + aX2 。用R 软件进行曲线回归 分析,得出回 归方程式为 Y = 58.36 +1.874 9 X -0.030 2 X2 。其中,X 为填充量( g ); Y为保温率( % )。对保温率与填充量进行回归系数显著性检验,用 R 软件得保温率与填充量的 T 检验分析表,见表 2 。其中相关系数 R 2 =0.964 7 ,取显著水平 =5 % ,表 2 中的 P r 值均小于 0.05 ,则以上方程通过了回归方程检验和回归系数检验,生物绒的填充量对保暖性的影响非常显著 [7 ] 。保温率与填充量拟合曲线 T 检验方差分析表系数 参数估计参数标准方差T 值 P r ( T )cba58.360 0001.874 947-0.030 2003.235 8650.317 5990.006 95418.0345.903-4.3430.000 060.004 120.012 23 由图 3 可以看出,达到最佳填充量之前,生物绒保温率随着填充量的增加而增加,而当填充量大于最佳填充量时,保温率随着填充量的增加而逐渐降低,当 X = -b2 a= -1.874 92× ( -0.030 2 )=31.04 ( g )时,取 得 最 佳 保 温 率 为 87.46% 。即30 cm× 30 cm 生 物 绒 絮 垫 的 试 样 填 充 量 在31.04 g 附近时,取得保温率最高。这是由于纤维保暖效果和其空气中所含的空气数量和状态有关,纤维中所含的空气越多,绝热性能越好,如果空气发生流动,其保暖性就会降低。当填充量较小时,随着填充量的增加静止空气的含量也增加,因此试样的保暖性较高,而当填充量高于某一值时,试样的散热以传导散热为主,从而导致试样保暖性会随着填充量的增加而降低。因此,由纤维和空气组成的集合体,作为保温絮料,提高其静止空气含量防止产生空气对流热传导是获得良好隔热效果的基本途径。图 3 保温率与填充量拟合曲线 压缩性由于仪器最大的测试厚度为 2 cm ,因此,选择 30 cm×30 cm 的 18 g 的生物绒絮垫和羽绒絮垫进行测试。当具有一定空间体积的纤维受到一定的压力时会产生压缩变形。其中,最主要的影响因素是蓬松度 [8 ] ,蓬松度反映了絮片的含气量,而含气量对絮片的保暖性能有很大的影响。测试的结果包括压缩线性度、压缩比功、压缩功回复】0 3【 Cotton TextiIe TechnoIogy 第 47 卷 第 2 期2019 年 2 月棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄万方数据 率、织物在 0.5 cN / cm 2 压力和最大压力作用下的厚度。压缩测试结果如下。填充物 生物绒 羽绒压缩线压缩比功/ cN cm cm -210 10压缩回复率/ %83.25 88.670.5 cN / cm 2 压力厚度/ mm 18.936 19.802最大压力厚度/ mm2.275 4.316压缩线性度表示纤维压缩的屈曲程度,即纤维的松软感,其数值越大,纤维越不容易被压缩变形。由以上数据可以看出,相同填充量的条件下,生物绒压缩线性度要低于羽绒,即生物绒相对于羽绒更容易被压缩变形。压缩比功表示纤维的蓬松度,其数值越大,纤维越蓬松,相同填充量的生物绒和羽绒的压缩比功均为 10 cN cm / cm 2 ,即生物绒和羽绒的都具有优异的蓬松度。压缩回复率表示纤维压缩的弹性回复性能,其数值越大,表示织物的弹性越好,相同填充量的生物绒和羽绒,生物绒的弹性回复性能要低于羽绒;在织物进行压缩及回复的过程中,两种纤维的压缩及回复曲线 。( a )生物绒( b )羽绒图 4 两种纤维压缩回复曲线 可以看出,生物绒和羽绒的纤维集合体其压缩及回复曲线具有不同的形状特点,两种纤维在压力上升的同时,其絮片的厚度均立即下降,生物绒絮片下降的速度要快于羽绒;到达一定的压力之后,其厚度保持不变;在压缩回复阶段,当压力回复为 0 时,羽绒和生物绒絮片回复的厚度相差不大,当正向压力完全消失后,因为上一阶段压力所作的功,使纤维内部会产生一定的负向压力,由图 4 可以看出,羽绒所产生的负向压力要大于生物绒,这是由于羽绒纤维呈树枝状结构,每根绒枝上都有许多绒小枝分枝,绒小枝上延伸出许多节点,而且保持一定的距离,向不同的方向延伸,占据更多的空间,其节点在纤维受到压缩后可以起到支撑与回复的作用,所以当压力去除后,从絮片内部释放出来的负向压力要大于生物绒。3 结论( 1 )羽 绒 仍 是 目 前 保 暖 性 比 较 好 的 材 料,30 cm×30 cm 生物绒和羽绒的填充量相同时,生物绒的保暖性低于羽绒;生物绒填充量达到 27 g时的保暖效果等同于填充量为 18 g 羽绒的保暖效果;生物绒填充物的保暖性与填充量密切相关,根据保温率与填充量的抛物线 g 附近,保温率最高,保暖性最好,此点为生物绒填充量的最佳饱和值点。( 2 )羽绒和生物绒的填充量相同时,生物绒相对于羽绒更容易被压缩变形;生物绒和羽绒都具有优异的蓬松度;生物绒的弹性回复性能要低于羽绒。参考文献:[ 1 ] 高晶,于伟东,潘宁 . 羽绒纤维的形态结构表征[ J ] .纺织学报, 2007 , 28 ( 1 ): 1-4.[ 2 ] 李婷婷,王瑞,武志云 . 羽绒最佳填充量的回归分析[ J ] . 上海纺织科技, 2010 , 38 ( 1 ): 13-15.[ 3 ] 刘茜,于伟东 . 絮类填料纤维集合体压缩性能研究[ J ] . 材料工程, 2006 ( 12 ): 400-403.[ 4 ] 张海霞,宗亚宁 . 纺织材料学实验[ M ] .1 版 . 上海:东华大学出版社, 2015 : 143-145.[ 5 ] 钱微微,翟菁霞,丁心华,等 . 常用絮用纤维填充物保暖性的比较与分析[ J ] . 纺织科学研究, 2017 ( 4 ):78-79.[ 6 ] 韦安军,王府梅,王伟,等 . 木棉/羽绒/羽绒飞丝的混纤絮料的服用性能测试分析[ J ] . 东华大学学报(自然科学版), 2008 , 34 ( 4 ): 405-409.[ 7 ] 庄楚强,何春雄 . 应用数理统计基础[ M ] .4 版 . 广州:华南理工大学出版社, 2013 : 206-228.[ 8 ] 贾立霞,陈振宏,刘君妹,等 . 两种粘胶长丝织物风格分析[ J ] . 棉纺织技术, 2017 ,45 ( 7 ): 26-29.】1 3【第 47 卷 第 2 期2019 年 2 月 Cotton TextiIe TechnoIogy棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄棄万方数据

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