基于干燥动力学的纤维多孔织物热湿输运性能研究

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随着工业化进程的深入,消防工作将面临更多严峻的考验,深入研究消防服有着重要的实用价值。在消防服四层结构中,非织造纤维多孔织物经常作为隔热层材料并且热防护性能优良。隔热材料在高温受热后,其内部水分在蒸发过程中的潜热会影响到织物热传导性能,进而影响消防服的热防护性能。因此,研究非织造纤维多孔织物热湿输运性能,对研究消防服的热防护性能和热湿舒适性具有重要意义,同时,对开发设计新型消防服具有重要意义。
  本文首先采用压汞法、SEM图像法得到了九种非织造纤维多孔织物的孔隙率、表面孔隙率以及平均孔径,分析了每种织物的孔径大小、孔径分布。同时,探究非织造纤维多孔织物的孔隙特征指标孔隙率、表面孔隙率、平均孔径与透气、透湿和热阻之间的关系,为非织造纤维多孔织物动态热湿传递过程做进一步研究。结果表明:(1)非织造纤维多孔织物的透气性主要与表面孔隙率和平均孔径的联系较大,其中,密度和克重相近的非织造纤维多孔织物的透气性与表面孔隙率和平均孔径成正相关性;(2)九种非织造纤维多孔织物的透湿性主要与厚度和平均孔径的相关性较大;(3)九种非织造纤维多孔织物的热阻主要与厚度和平均孔径的相关性大,且随着厚度和平均孔径都增大时,非织造纤维多孔织物的热阻也增大。
  其次,采用瞬态平面热源法测出不同含水率的非织造纤维多孔织物的导热系数,分析含水率对非织造纤维多孔织物导热系数的影响关系,同时用三种不同的分析拟合方法研究含水率与有效导热系数之间的关系。结果表明:非织造纤维多孔织物的导热系数随含水率的增加而增大。用一元高次多项式回归拟合分析,实际回潮率较小的非织造纤维多孔织物一元高次多项式回归关系显著;串并联模型对实验测得实验值进行验证,五种试样的实验值与预测值相关性较小;改良串并联模型确定水分含量与导热系数之间的关系,试样N1、N2、N5都有较好的拟合,而试样N3、N4拟合效果一般。受织物孔隙结构、纤维本身性能较大,其在测量过程中也是织物不断干燥的过程。
  最后,实验研究4种不同含水率的非织造纤维多孔织物平板干燥的温度变化和表面特征,探究水分在低温热传导时水分分布及蒸发的过程。同时,研究含水率为15%时,两种芳纶非织造纤维多孔织物在不同热辐射环境下的干燥特性和干燥动力学模型拟合。结果表明:两种试样在不同辐射热环境下的干燥过程是降速的,刚开始,干燥速率较大,干燥时间的不断增加,干燥速率变小,并且随着热辐射强度的增强,降速过程表现得越明显;热辐射对水分有效扩散系数的影响较大;对实验的模型进行拟合分析,发现Logarithmic模型与实验值相关性较大,适合用来描述含水率为15%的非织造纤维多孔织物在不同热辐射环境下的干燥过程。
  
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