相变调温面料中相变区域分布对温度的影响.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月现代纺织技术 .:.相变调温面料中相变区域分布对温度的影响陈晓辉张国庆杨 罡杨 柳王雪琴(浙江理工大学.纺织科学与工程学院(国际丝绸学院).材料科学与工程学院杭州)摘 要:为探究相变区域分布对相变调温面料温度变化的影响首先利用相变石蜡和纯棉织物制成相变调温面料在控制相变区域与非相变区域面积相同情况下分别制作、散点数量的相变调温面料样品然后利用热红外成像仪观察、记录不同分布情况下相变调温面料的温度变化探究在降温过程中不同分布相变调温面料温度变化的规律 最后利用有限元软件建立相变调温传热模型对不同分布的相变调温模型进行验证 结果表明:在降温过程中随着散点数量的增加相变调温面料
2、在相变温度区域内的平均温度升高保温性能提高 建立的相变调温面料简化模型具有较好的模拟精度可通过此模型对相变调温面料在不同条件下进行模拟与预测关键词:相变材料调温面料有限元仿真数值模拟中图分类号:.文献标志码:文章编号:()收稿日期:网络首发日期:基金项目:国家自然科学基金项目()作者简介:陈晓辉()男湖北咸宁人硕士研究生主要从事纺织品设计方面的研究通信作者:王雪琴:.在“碳达峰”“碳中和”及能源问题日益严峻的时代背景下相变材料作为新型储能材料被广泛地运用在建筑、能源、纺织等领域 等研究两种不同相变微胶囊的结构特性对水泥空隙结构的影响 等采用双层纳米颗粒增强相变材料改进电池模块配置在 的环境下电
3、池温度能维持在 以下 利用相变材料随着温度变化时吸收或释放热量这一特性可以将相变材料应用在纺织领域使得纺织面料具有双向调温功能 根据相变材料的相变形式、相变温度、化学组成等特性将相变材料与面料结合制成的服装应用在不同领域如寒冷环境中的防寒手套、防寒服高温环境中的热防护服、消防服等相变材料在纺织领域应用过程中主要存在相变材料泄露、服装服用性能差等一系列问题 而针对相变材料的稳定性问题目前最为普遍的做法是利用微胶囊技术、纺丝法、中空纤维填充法对相变材料进行封装固定 后整理法是将相变微胶囊通过后整理制成调温纺织品的方法是在生产实践中最简易快速的一种方法且其流程成本较低所以后整理法应用较为广泛后整理法
4、制备相变微胶囊调温面料主要有浸轧法、涂层法等随着计算机水平的不断进步利用计算机软件进行宏观途径的热传递模拟仿真优化设计并预测实验结果方兴未艾 数值模拟可以得出相应的仿真结果达到对实验设计过程优化、节约成本的目的 如建筑领域中模拟仿真桥梁的极限压力来指导设计流程纺织领域中模拟子弹射击防弹背心过程进一步优化设计方案 在研究面料的传热过程中 等、孙亚博等、张洁等使用建模软件建立平面织物模型基于有限元法模拟仿真深入探究了织物的传热性能并验证了仿真的科学性目前关于相变调温面料设计生产过程中的研究主要集中在不同相变材料用量、后整理工艺优化等领域 关于如何优化设计相变材料的分布同时利用有限元软件进行优化设计
5、的研究较少 本文主要是将石蜡作为相变材料通过后整理工艺制备不同相变区域分布的相变调温面料 利用热红外成像仪器记录分析不同散点分布的相变调温样品温度变化同时利用有限元软件构建不同散点相变调温模型并验证不同散点分布相变调温模型温度变化该研究可为相变调温面料的优化设计及在实际环境中的调温效果进行预测提供理论基础 相变调温面料的制备与测试.实验材料和仪器实验材料:相变石蜡(标号 工业级浙江皇星化工股份有限公司)十二烷基苯磺酸钠(分析纯天津科密欧化学试剂有限公司)聚丙烯酸酯(分析纯上海吉至生化科技有限公司)实验仪器:电子天平(沈阳龙腾电子有限公司)差示扫描量热仪(北京五洲东方科技发展有限公司)差示扫描量
6、热仪(北京五洲东方科技发展有限公司)导热系数测量仪(西安夏溪电子科技有限公司)红外热成像仪(在线式成像仪)数字式织物厚度仪()温州际高检测仪器有限公司)电热恒温鼓风烘燥机(上海精宏实验设备有限公司)平板硫化机(湖州顺力橡胶机械有限公司).相变调温面料的制备及分布设计相变调温面料的制备:首先将石蜡作为芯材分散在十二烷基苯磺酸钠乳液中聚丙烯酸酯作为壁材两者体积比 进行混合搅拌 制备成相变微胶囊 随后将织物充分浸润在混合液中利用隔热薄膜将充分浸润的织物放置其中用平板硫化机进行充分热压 最后将织物放入烘箱中烘干成相变调温织物在保证相变微胶囊区域与非相变微胶囊区域面积相同的情况下分别制作、散点数量的相变
7、调温面料并标记为、面料示意图如图 所示为研究相变调温面料在降温过程中的调温效果将冰袋放在保温盒的 个角落实验样品放置在保温盒的中心位置以保证温度的均匀性 用温度计测量中心位置温度为 用冰袋和保温盒自制的寒冷环境可以保证温度短时间内恒定同时环境的空气流动小减少对实验的影响实验步骤:首先将相变调温面料放在 的烘箱内加热 紧接着将面料放置在保温盒中并利用红外测温仪记录降温过程中平均温度的变化图 不同散点的相变调温面料示意.测试与表征.相变微胶囊负载量测试为了定量分析面料上相变微胶囊的负载量分别取相变微胶囊调温面料和纯棉机织面料并将其裁剪成 的正方形放在电子天平上进行称重 次取平均值计算相变微胶囊调温
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