基于2个国家标准的絮片保暖性测试与对比

陈 欣，王越平，唐静一

(北京服装学院 材料设计与工程学院,北京 100029)

絮片是冬季保暖用重要材料，对其保暖性的测试与评价是产品开发的依据之一。然而影响保暖性测试结果的因素很多，针对环境因素，沈华[1]的研究表明由于恒温恒湿室内的气流不稳定，导致试样上部的气流流速高时测得保温率偏低，并且絮片材料通常较厚，试样裁剪边缘散热明显。评价指标的不同也对产品保暖性能的判断产生影响，郁幼君等[2]针对平板式保温仪的保温率指标进行了研究，研究表明保温率虽然与热阻之间存在显著相关，但对高保暖样品如絮片，热阻指标更能反映产品间的性能差异。此外，郭禹[3]研究表明保暖性测试结果受测试仪器、测试条件的影响，测试时间是保温测试的重要参数, 采用不同型号仪器测出的保温性能存在差异。张森等[4]探究了纺织品热传导性能测试方法、仪器和环境对保暖性测试结果的影响。测试标准、方法对保暖性结果影响的研究较少。

国内外测试纺织材料热传导性能的标准、方法很多，如ISO 11092—2014《纺织品 生理影响 稳态条件下热阻和湿阻的测定》、ASTM D 1518—2003《纺织品热传导性能测试方法》、JIS L 1096—2010《日本工业标准 一般织物试验方法 6.28保温性 A法(恒温法)》。国内保暖性测试依据GB/T 11048—2018《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定(蒸发热板法)》和GB/T 35762—2017《纺织品 热传递性能试验方法 平板法》，其中GB/T 11048以重新起草法修改采用ISO 11092—2014。2项国家标准规定的仪器(本文中使用的仪器型号)均由3个独立控制的加热区域：测试板、保护板和底板组成，差异在于平板法的测试板为实心金属平板，测试时样品平铺于其上高于仪器平台(为防止环境空气的流动，用防护罩遮蔽形成稳定的测试小环境)；而蒸发热板法的测试板相对于仪器平台的位置可上下调整，以使放在其上面试样的上表面能够与仪器平台平齐，另外在测试板周围是热护环，其既可避免测试板侧面的热传递，又可消除测试样边缘(厚度方向)的热损失，同时在样品水平方向增加风速，目的是去除样品上方空气层对保暖性测试结果的影响[5-7]。

化纤絮片是高蓬松的纤维集合体，在外观和使用上不同于常规纺织品，所以保暖性测试有一定特殊性。目前市场上的絮片产品很多配备纺粘非织造布覆盖表面，纺粘非织造布在保护絮片外观的同时，具有防止质量损失的作用。许多厂家要求絮片贴合纺粘非织造布进行测试和使用，并且部分絮片产品表面贴合的纺粘非织造布无法剥离，故有必要了解测试保暖性时试样状态(是否覆盖纺粘非织造布)对于絮片保暖性测试结果的影响。

基于此，本文以市场上常见的化纤絮片产品为对象，进行2项国家标准下的保暖性测试，并了解测试过程中试样状态的影响，为絮片保暖性能测试标准(方法)及条件的选择提供参考。

1 实验部分

1.1 实验材料

选用某厂家P系列和L系列、100 g/m2和150 g/m22个规格絮片产品进行实验。实验材料具体规格参数见表1。可见，相同面密度下，L系列比P系列厚度大且蓬松。

表1 相关样品规格参数

注：纺粘非织造布用于运输过程中絮片保护。

1.2 实验内容

①依据GB/T 35762—2017，利用YG606F纺织品热阻测试仪(温州方圆仪器公司)对L系列和P系列100 g/m2和150 g/m2的絮片进行原样和覆盖纺粘非织造布(在絮片上方平整、无缝地覆盖等尺寸纺粘非织造布，以下同)2种状态的保暖性测试。

②依据GB/T 11048—2018，利用YG606L纺织品热阻测试仪(莱州电子仪器有限公司)对L系列和P系列150 g/m2絮片进行原样和覆盖纺粘非织造布2种状态的保暖性测试。

实验均在环境温度(20±2) ℃，相对湿度(60±4)%条件下进行。2项国家标准具体测试参数见表2，2台实验仪器同时工作。每个样品测试5个重复样，计算热阻平均值(保留3位有效数字)和变异系数(保留2位有效数字)。

实验数据采用单因素方差分析法，分别讨论测试标准(方法)、试样状态、不同絮片对保暖性能影响的显著性。给定显著性水平为0.05，每个因素由10个因子组成。

表2 2项国家标准的测试参数

2 结果与讨论

2.1 2项国家标准下絮片测试结果比较

采用不同标准(方法)对不同试样、不同状态下的絮片保暖性能测试结果见表3。可以看出，L系列絮片结构蓬松性优于P系列，因此热阻值大于P系列产品。

对采用2项国标分别测试的2个系列絮片L150和P150的热阻进行测试标准(方法)的差异对絮片热阻影响的显著性分析，分析结果见表4。

表3 不同方法和试样状态下絮片的保暖性测试结果

注：蒸发热板法测试纺粘非织造布单层的热阻为0.014(m2·K)/W。

表4 2项测试标准(方法)对絮片热阻影响的显著性分析

由表4可见，测试标准(方法)对L150和P150样品热阻影响的显著性均为0.000，小于0.01，说明测试标准(方法)对絮片保暖性能测试结果有非常显著的影响。

根据表3，测试同一絮片的热阻，蒸发热板法得到的结果大于静置平板法。这是由于采用平板法测试时试样的下表面紧贴热板，试样上表面及侧面暴露于测试环境，絮片材料通常比较厚，被裁剪的试样边缘散热明显，而蒸发热板法的热板由热护环及温度控制装置2部分组成，热护环有效防止实验板底部和边缘的热散失[8]；此外平板法测试试样的尺寸小于蒸发热板法，在测试样尺寸小的情况下,热量沿絮片平面方向传递最终散失到外界环境中的路径变短,从而使得单位时间内由该路径散失的热量增多，宏观表现为絮片整体的热阻偏小[9]。综合考虑2方面因素，测试同一样品时平板法的热阻结果小于蒸发热板法。

就测试结果的稳定性而言，平板法测试时,测试状态相对静止(四周有防护罩)，减少了环境对测试结果的干扰，测试结果相对稳定。蒸发热板法在1 m/s的风速下进行测试，目的是为了排除样品表面的空气热阻，但是由于空气流动使疏松的样品表面状态不稳定，所以热阻变异系数偏大，稳定性稍差。

2.2 2种试样状态的测试结果比较

纺粘非织造布作为絮片表层的保护层，大多在使用时剥离，但也有少数产品上的纺粘非织造布作为絮片的一部分是无法分离的，并且在产品规格上并没有体现纺粘非织造布的存在。这种情况是否会干扰到产品保暖性的比较，为此对表层是否覆盖纺粘非织造布的絮片样品进行测试。

鉴于2项测试标准(方法)有显著差异，依据不同方法，对表1中絮片在是否覆盖纺粘非织造布2种状态进行保暖性能测试，并进行试样状态对热阻影响的显著性分析，结果见表5。

表5 2个试样状态对絮片热阻影响的显著性分析

注：测试状态指覆盖或未覆盖纺粘非织造布。

就热阻变异系数而言，平板法测试2种状态下的絮片热阻时，覆盖纺粘非织造布后使测试结果变异系数增大，测试结果不稳定；蒸发热板法覆盖纺粘非织造布后测试结果变异系数减小，更加稳定。这是由于平板法测试时，当絮片内部热传递达到平衡时,除了边缘散热产生的误差外，还会因为絮片内部孔隙分布不均匀等因素而产生测试误差[8]，覆盖纺粘非织造布对絮片上表面的孔隙分布造成影响，且纺粘非织造布放置状态存在差异，使得测试结果的变异系数增大。而蒸发热板法测试絮片(未覆盖纺粘非织造布)的热阻变异系数偏大，主要是由于空气流动带来的影响，絮片结构蓬松多孔，当空气在样品表层流过时，造成絮片夹持的静止空气含量不稳定；当覆盖较致密的纺粘非织造布后减少了絮片表层空气流动带来的误差，测试结果更加稳定。

2.3 各项影响因素比较

根据2.1节、2.2节分析，2项国家标准和试样状态对于保暖性测试结果均有显著影响，但其影响程度不同。众所周知，当环境条件相同的情况下，保暖性主要受絮片本身规格、结构的影响(纤维成分相同时)，故在此比较了测试标准(方法)、试样状态影响与絮片规格结构影响的差异，分析各自对保暖性影响程度的大小, 絮片热阻测试过程中影响因素比较见图1。

用平板法分别对L系列(2个规格)和P系列(2个规格)絮片进行热阻测试，对测试结果进行方差分析，得到产品规格对絮片热阻影响的显著性均为0.000，F值分别为1 526.8(L系列)和1 316.7(P系列)，影响非常显著。说明不同规格的絮片对其保暖性能影响明显[10]。

采用平板法分别对100 g/m2(L、P系列)和150 g/m2(L、P系列)絮片进行热阻测试，对测试结果进行方差分析，得到产品系列对絮片热阻影响的显著性均为0.000，F值分别为85.629(100 g/m2下)和93.095(150 g/m2下)，影响非常显著。说明相同规格下絮片产品系列之间的保暖性能显著不同[10]。

几个因素相比较，保暖性受絮片规格影响最大；产品系列影响次之；不同的测试标准(方法)影响再次之，试样是否覆盖纺粘非织造布的状态影响最小。但是从图1看出，当不同产品系列之间的絮片保暖性差异较小时(其他条件相同)，P100-w与 L100的热阻测试结果非常接近(图1中小圈)，2项测试标准(方法)下的L150与P150、L150-w与P150-w的热阻测试结果非常接近(图1中大圈)，导致无法对样品间保暖性差异做出正确的判断。此时测试标准(方法)、试样状态等影响因素必须全面考虑。

3 结 论

通过分析保暖性测试标准(方法)、试样状态对絮片保暖性的影响，并与絮片规格和产品系列等因素比较，得到如下结论：

①依据2项国家标准(方法)对絮片进行保暖性测试，采用GB/T 11048—2018 《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定(蒸发热板法)》测试热阻值结果较大，采用GB/T 35762—2017 《纺织品 热传递性能试验方法 平板法》测试热阻值结果稍小，测试标准(方法)对絮片保暖性测试结果有显著性影响，故不同标准(方法)、不同仪器对絮片保暖性测试结果不能直接进行比较。

②试样状态对絮片保暖性测试结果有显著影响。采用GB/T 11048—2018 《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定(蒸发热板法)》测试时，试样状态的影响相对较小，并且絮片表面覆盖纺粘非织造布后测试结果比未覆盖纺粘非织造布结果更加稳定；采用GB/T 35762—2017 《纺织品 热传递性能试验方法 平板法》测试时，试样状态的影响较大，这时未覆盖纺粘非织造布的絮片保暖性能的测试结果更加真实。

③对于同一厂家产品的保暖性测试结果，产品规格影响显著性最大，产品系列间的差异其次，测试标准(方法)、试样状态改变对保暖性测试结果也有一定影响；絮片面密度越小，测试方法和试样状态对其影响就越大；对于部分絮片样品，测试标准(方法)、试样状态对保暖性测试结果的影响程度甚至大于产品系列间差异。故实验过程中的测试标准(方法)和测试状态的影响不容忽视。