吸湿排汗纤维湿传递模型的研究

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第2卷第 3 2期 20 0 7年 9月

青岛大学学报 (程技术版 )工 J R LO I D O U V R IY ( OU NA F Q NG A NI E ST E&T )

Vo . 2 NO 3 12 .Se p. 2 0 0 7

文章编号：0 6 7 8 2 0 ) 3—0 2—0 1 0—9 9 (0 7 0 03 5

吸湿排汗纤维湿传递模型的研究王发明，胡锋，周小红，王善元(. 1东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 2 1 2; 0 6 0 2浙江理工大学先进纺织材料与制备教育部重点实验室，浙江杭州 3 0 1 ) . 1 0 8

摘要：文章根据两种典型的吸湿排汗纤维形态结构建立了平行圆柱孔和圆球堆积两种纤

维湿传递模型，并分析了影响纤维芯吸速率的因素。研究结果表明，行圆柱孔模型中，平纤维的芯吸速率取决于纤维的半径和毛细孔的长度；圆球堆积模型中，响纤维的芯吸速影率的因素为纤维的当量半径和接触角。关键词：传递；毛细差动效应；平行圆柱孔模型；圆球堆积模型；吸湿排汗湿中图分类号： 1 1 TS 5文献标识码：A

纤维的液态水传导能力是决定织物湿传递的关键因素之一，也是国内外服装舒适性研究学者重点的研

究对象之一。王其通过对建立织物的差动毛细效应模型，理论上描述影响模型功能的因素并分析了各从个因素的变化对模型的影响程度；家光l等人则建立了针织物液态水传导理论，出了针织物导湿能力的孟 2 提物理指标和相应的计算公式。目前，吸湿排汗纤维主要有异形纤维和微多孔纤维两大类。由于这两种纤维在形态结构上差别较大，湿传递方式也有较大的差异，故因此很有必要建立两种不同的湿传递模型来分别表征各自的湿传递过程。本文通过建立平行圆柱孔导湿模型和圆球堆积透湿模型两类吸湿排汗纤维导湿数学模型，理论上描述了两类纤维的湿传递过程并分析了影响这两类纤维导湿的各个因素。从

1平行圆柱孔导湿模型的建立当织物中纤维形成的毛细管处于水平位置时，然没有外力场的势能差，由于毛细管曲面附加压力的虽但作用，自动引导液体流动

,之为芯吸。芯吸是一种维持毛细管内流体迁移的性能，能称是使水分子沿纤维表面形成的毛细管上升、并从另一端析出水珠的性能。当人体出汗时，汗液以液态水的形态分布在皮肤表面，

通过纱线和织物的芯吸作用，液态汗水从织物的一面传递到另一面，散发到空气中，将并以促进热量的散失，对织物的穿着舒适性起着十分重要的作用。织物中毛细管内液态水的运输，在没有外力场条件下完成。可这是因为毛细管中液面的弯曲有一定的附加压力，些附加压力则是由液固界面张力引起。这种由于毛细这管压力自动引导液态流动的现象称为芯吸现象。毛细管压力可根据 L pa e式计算 a lc公… () 1

式中，为毛细管压力；c水的表面张力为毛细管半径；为接触角。 y为当吸湿排汗类织物中使用的纤维为带有沟槽结构的异形纤维时 (+”形、角形等 )采用平行圆柱如“字三，孔模型来描述其形态结构特征，图 1示。如所

收稿日期： 0 7—0—2 20 6 8

基金项目：江理工大学科研启动基金资助项目(6 16浙 0 0 0 5一Y)“江学者和创新团队发展计划”新团队基金资助项目 (RT 6 4;;长刨 I 0 5 )国家自然科学基金资助项目 (0 4 0 4 5631 )作者简介：发明 (9 1一，,族，士研究生，要研究纺织材料与纺织品设计。王 18 )男汉硕主

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假设这些孔的直径都相同，液态水渗透通过垂直或倾斜于纤维表面的、行的圆柱孔，这些平行圆柱平设孔垂直插入水中，图 2所示。见

羹墓罄墨塑羹圈 1带有沟槽结构的“字形纤维与平行圆柱孔模型 +”图 2平行圆柱孔模型

设表面张力 y与平行圆柱孔壁成 0角， 0角即为液面与孔壁的接触角，内外液面差为^孔半径为此如，r孔中液面上下表面处的压力分别为 P及 P, o大气压力。此上下压力差所引起的向下力被沿孔壁作， o AP为用的表面张力 y所引起的总的向上的合理 F平衡，即(— PA兀 2 r' s Po ) r=￣ )o O c () 2

因此，面

下表面处 A点的压力 P可表示为液PA= P。—) o O一 2 ' s c—

() 3

又液体底部 B点 (与孔外液面位于同一个水平面)的压力为 P与液柱重量之和，即PB PA+p h= - g - () 4

但因液柱底部与孔外液面位于同一水平面，故也等于大气压力 P。因此上式可改写为，Po PA+p h— - g - () 5

由式 ( ) 3及式 () 5可得到P^ g一 () 6

故平行圆柱孔内外的液面差为h-—)c s - 2 'o O—

() 7

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即芯吸高度^为^一—) o O 2 ' s c—

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