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电热毯接触舒适性评价研究进展.pdf
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1、 1992023中国家电科技年会论文集0 引言电热毯是将带有绝缘的软索式发热丝织入或缝入毛毯里的一种产品。电热毯主要用于人们睡眠时提高床铺温度来达到取暖的目的,是家用电器和纺织品的组合。为了保证产品的安全并满足人们的使用需求,电热毯既要满足GB 4706系列标准的要求,又要提升电热毯上毛毯的舒适性。纺织品的舒适性是纺织物的各种性状与人的生理及心理因素互相协调的结果。从主观的生理和心理感受来说可以分为湿热舒适性、接触舒适性和风格舒适性。接触舒适性是指人体皮肤受到外加织物或服装刺激或压迫时产生的一种被动和不可回避的生理感觉。这种刺激会引起人体皮下神经末梢的感应和激发,并刺激周围感应细胞,引起充血、
2、细胞收缩和疲劳等连锁反应,往往会使人体产生生理不适和心理不悦。接触舒适性指电热毯与使用者通过摩擦、挤压等方式直接接触时,对使用者产生的生理刺激和感觉印象,一般定性描述是:痒,刺痒或刺痛,刮擦痒,接触冷感或温感,湿粘涩,振动与拨拉汗毛,作者简介:王伯燕,学士学位。研究方向:生活家电检测、认证、新业务开发、技术标准方向的研究。地址:北京市经济技术开发区博兴八路3号。E-mail:。电热毯接触舒适性评价研究进展王伯燕1 徐传芳2 叶至壮1 张立民1 李楠11.中家院(北京)检测认证有限公司 北京 100176;2.安徽中认倍佳科技有限公司 安徽滁州 239000摘 要:消费者对电热毯等纺织品的需求已
3、经逐渐由颜色美观、款式新颖等视觉要求转移到舒适和人性化方向,对于电热毯舒适性要求越来越高。接触舒适性是评价电热毯等纺织品舒适的最主要途径,对电热毯的触感舒适性的客观测试显得尤为重要。从热传递特性、弯扭特性、表面摩擦特性以及压缩特性几个方面综述了行业内评价纺织品的接触舒适性的方法。由于纺织品种类繁多,同时触感舒适性的评价也是一个复杂并难以定量的体系工程,电热毯触感舒适性评价是一个需要持续研究的领域。关键词:电热毯;接触舒适性;热传递特性;弯扭特性;表面摩擦特性;压缩特性Research progress on the evaluation of contact comfort of electr
4、ic blanketsWANG Boyan1 XU Chuanfang2 YE Zhizhuang1 ZHANG Limin1 LI Nan11.CHEARI(Beijing)Certification&Testing Co.,Ltd.Beijing 100176;2.Anhui CQC-CHEARI Technology Co.,Ltd.Anhui 239000Abstract:Consumers demand for textiles such as electric blankets has gradually shifted from visual requirements such
5、as beautiful colors and novel styles to comfort and hommization.The demand for comfort of electric blankets is becoming increasingly high.Contact comfort is the main way to evaluate the comfort of textiles such as electric blankets,and objective testing of the tactile comfort of electric blankets is
6、 particularly important.Review The methods of evaluating the contact comfort of textiles in the industry are reviewed from the aspects of heat transfer characteristics,bending and torsion characteristics,surface friction characteristics,and compression characteristics.Due to the wide variety of text
7、iles and the complexity and difficulty in quantifying the evaluation of tactile comfort,the evaluation of tactile comfort of electric blankets is a field that requires continuous research.Keywords:Electric blankets;Contact comfort;Heat transfer characteristics;Bending and torsion characteristics;Sur
8、face friction characteristics;Compression characteristics中图分类号:TM925;TS107 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.99.045200 2023中国家电科技年会论文集过敏反应,表面光滑或粗糙、坚硬或柔软等1-3。纺织品的刺痒感一般指纺织品表面毛羽对人体皮肤的刺扎、刮拉、摩擦的综合感觉,而且往往以“痒”为主。澳大利亚Monash大学CSITO分部研究表明,绝大多数的痒感是由于纺织品上突出于织物表面的纤维对皮肤的机械刺激引起的。电热毯的触感质地是其质量的重要体现形式,是纺织品的一个主要内在属性。
9、电热毯的触感特性不仅会影响其美观性,更能直接决定其穿着舒适性或使用舒适性。对电热毯等纺织品接触舒适性主要从主观与客观两个方面来评价。1 纺织品接触舒适性主观评价纺织品触感特性的主观评价通过人手的碰触、摩擦和揉搓等方式,感受纺织品的一系列特性。主观评价方法简单,易于操作,但检验者的性别、年龄、社会背景、个人喜好等因素都会影响评价的结果。常用主观评价方法有语意评定法4、绝对判断法5、一对比较法6和秩位法7等。肖学霞聘请10位专业人士对35块毛纺织品和20块水洗绒织物纬向拉伸弹性、厚实性、硬挺度、经向拉伸弹性和尺寸变化性5个方面进行手感评价,评价结论与FAST测试仪的测试结果一致8。何文鑫请一些消费
10、者在蒙眼和不蒙眼状态下对58种纺织物进行了柔软度评价,经统计研究发现,不同性别消费者的评价结果存在差异,同时对于不同的用途面料的结论也存在较大差异,对于衬衫的柔软度要求高于西裤9。Postle聘请5个不同国家的8位专业人士和8位普通消费者对大量冬季服装面料和夏季服装面料进行手感评价,通过对评价结果的分析发现,不同国籍、不同背景的人对同一面料的评价结果不同10。张超选取16位纺织行业专业人士对62种不同纺织面料进行主观评价,同时采用KES测试了表面摩擦系数、弯曲刚度、剪切性能、拉伸强度等项目,对比发现纺织物的拉伸强度决定其弹性,纺织品的悬垂感由弯曲刚度和剪切性能决定11。岳静等通过对比9种丝绸面
11、料的触感评价和KES测试结果,证明了纺织品主观认知评价是可行的,认知行为学的应用可以提高主观评价的有效性12。2 纺织品接触舒适性客观评价纺织品的接触舒适性首先要考虑纺织品的力学性能及表面性能,纤维本身的表面摩擦性能决定着纺织品的表面性能,纺织品的拉伸、弯曲等力学性能可以反映为纺织品的弹性恢复率。目前,行业内都是从热传递特性、弯扭特性、表面摩擦特性以及压缩特性几个方面来评价纺织品的接触舒适性。2.1 热传递特性早期大多数学者认为热量在纺织品中单一的通过辐射方式传递。随着纺织品热湿特性的相关研究的深入,热阻开始被用来评价纺织品的舒适性。为了能量化的评价纺织品的热传递性能,一部分学者将纺织品材料假
12、定为一维稳态导热材料,在傅里叶导热定律基础上提出了纯导热模型,可以计算出不同纺织材料的导热系数13-14。Henry经过大量的纤维孔径的研究,在孔隙分布和热传递系数基础上提出了热传递方程,可以用来区分不同纺织品的热传递性能15。二十世纪初,研究者首次提出了结构化的二维传热模型,研究者发现纺织品材料的热传递是在轴向和径向两个方向上同步进行的,纺织品的材质和材料的内部结构决定了热传递的速度16-18。上述的热传递模型只是从热传导方面进行了研究,无法全面表征纺织品的热传递性能。纺织品热传递性能可通过恒定温差散热法和定时升/降温散热法来测试19。对于纺织品的热湿舒适性的常用测试方法有微气候仪试验法20
13、、假人模拟试验法21、人体穿着试验法22三种。为了应对多变的使用场合和不同消费者的使用需求,纺织品需要有不同的特性及功能。比如冬季穿着的棉服和羽绒服要有良好的保暖性能,运动服装需要有极好的透气性、干爽性,登山者的服装为了应对高寒的环境需要有良好的防风、防水和透气性。人体处在不同的环境中为了保持体温的恒定,需要与环境不间断地进行热交换,这个过程中会有湿的传递。有的研究者开始通过模拟人体出汗的方法来研究人体、服装和环境的微气候23-26。文献27的KES-F7 Thermo-Labo接触冷暖感测试仪可测得织物热传递过程中的热流量,能准确客观地评价纺织品的接触冷暖感,但该仪器结构复杂造价高,只适合在
14、研究领域使用,无法在纺织领域普及和推广。进入二十世纪八十年代,研究者发现人体与环境的热传递是随着环境的变化而变化的。人体皮肤发生的热和湿的传递过程可以用蒸发热板模拟,蒸发热板能够模拟在稳态和非稳态状态下人体皮肤发生的热和湿的传递过程,进而模拟不同的穿着和不同的环境状态,测试纺织品的热阻和湿阻,评价其湿热性能28。人体与环境的动态热传递过程复杂,很难用仪器进行实时的监测。二十世纪初,陆文华等首次将虚拟测量仪器(VI)应用到了纺织品湿热性能测试中29。杨凯等人利用虚拟仪器模拟人体-纺织物-环境的微环境系统,模拟人体在穿着不同服装与环境的热湿传递过程,通过LabVIEW程序实时测量纺织物的动态热湿性
15、能30-31。2.2 弯扭特性服装和家纺用品等纺织品在收纳及清洗过程中由于折叠、揉搓、按压等会产生塑性形变,不仅影响纺织品美观性,也会影响其 2012023中国家电科技年会论文集使用寿命。弯曲刚度会影响纺织品的抗皱性和悬垂性,弯曲刚度越大,抗皱性和悬垂性越好。在坯布的加工和定型过程中和纺织品在使用时受到拉伸、洗涤、熨烫等过程中,纺织物都可能会产生扭曲变形。纺织面料的扭曲变形会使纺织品表面不平及图案出现歪扭变形等情况,会影响纺织品的美观,同时也会影响纺织品的使用性能。纺织纱线的性能、机织结构以及纺织工艺都会引起纺织品扭曲变形。斜纹纺织品由于纬向纱线歪斜的内应力,在染色整形加工过程中经向纱线受力不
16、均,容易产生扭曲。为研究纺织纱线的扭曲特性,研究者利用扭摆测试纱线的扭转性能,该方法方便操作,较为实用,但是无法定量表征纱线的扭曲应力,也无法确定纱线的扭转方向。扭力秤克服了上述两个缺陷,因此得到了广泛应用。Peirce在扭力秤的基础上设计出了电磁式扭矩仪,利用电流作为指示装置,可准确测试纤维的抗扭刚度32。此后,又出现了采用光信号最为指针的抗扭刚度分析仪、光敏电位及时扭矩测试仪和KES-YN-1扭矩测试仪等33-34。Peirce32在1923年首次提出了测试纺织品弯曲性能的悬臂梁弯曲模型(如图1所示),将纺织面料悬空一定长度,测量布料在自身重量作用下的弯曲角度,经计算可以得到纺织面料的弯曲
17、刚度,其结构简单有效,一直延续至今。随着对纺织品弯曲性能的深入研究,出现了新的测试纺织品弯曲性能的方法和仪器。常见的方法有压刀法、喷嘴法、振动法和圈性法等,常用仪器有FAST-2弯曲测试仪和KES-FB2纯弯曲测试仪。目前,我国测试纺织品弯曲性能的方法有槽缝法35、斜面法36、心形法37、格莱法38、悬臂法39、纯弯曲法40和马鞍法41等。图1 Peirce提出的悬臂弯梁曲模型2.3 表面摩擦特性纺织品的表面摩擦性能决定着织物的触摸手感,是表征纺织品接触舒适性的重要参数之一。人们在挑选纺织品时,会用手搓捻纺织品来感受其粗糙度。一些研究者利用球面摩擦头测试纺织品的粗糙平均值来评价其表面摩擦特性。
18、任建设计了一种旋转织物摩擦性能测试系统,可以测得被测纺织品的表面摩擦系数曲线,利用小波变换得到纺织品的表面平均摩擦系数42。还可以通过图像法和激光法测试纺织品的表面粗糙度,间接测试纺织品的摩擦性能,纺织品的表面越粗糙,其摩擦系数越大43。对于纺织品表面摩擦特性测试仪器,目前纺织行业比较认可和应用最为广泛的是KES-FB4摩擦及表面粗糙度测试仪,该仪器可通过平均动摩擦系数(MIU)、摩擦系数均匀率(MMD)和表面粗糙度(SMD)评价纺织品的表面摩擦特性44-45。美国北卡大学(North Carolina State University)纺织学院用圆形织物-织物摩擦头测试纺织品各个方向的摩擦特
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