葛传兵， 钱晓明， 赵晓明， 单学蕾, 王晓梅

(1. 天津工业大学 纺织学院， 天津 300387； 2. 天纺标检测认证股份有限公司， 天津 300193)

纺织品吸湿发热测量不确定度分析

葛传兵1， 钱晓明1， 赵晓明1， 单学蕾2, 王晓梅2

(1. 天津工业大学 纺织学院， 天津 300387； 2. 天纺标检测认证股份有限公司， 天津 300193)

为提高纺织品吸湿发热性能测试结果的准确性，对纺织品吸湿发热性能测试的不确定度进行评估，采用FZ/T 73036—2010《吸湿发热针织内衣》附录A的方法测试针织面料的吸湿发热性能，对测试过程中的影响因素，包括温度传感器、计时器、测试过程的随机效应等进行逐一分析、计算，找出影响测量最高升温值和30 min平均升温值2个重要评价指标的不确定度分量，进而评估合成不确定度及扩展不确定度。结果表明，测量最高升温值的合成不确定度为0.35 ℃，测量30 min平均升温值的合成不确定度为0.19 ℃，其中，温度传感器和计时器引起的不确定度均小于测试过程中随机效应所引起的不确定度，即样品组成的均一性和取样位置等随机性因素是影响测试重复性的主要因素。

纺织品； 吸湿发热； 不确定度； 升温值

传统服装的保暖方式通常为控制热传导、对流、辐射所导致的热散失[1]，而吸湿发热纤维是通过捕捉空气中含有较高动能的水分子，变动能为热能[2]，或者是液体汽化吸收热量，气体液化放出热量。国内对于吸湿发热纤维的研究起步较晚，而国际上对这种纤维的研究主要集中在日本[3]，通过多种途径和方法对纤维进行高亲水化处理，制得具有吸湿发热功能的纤维[4-6]。一般来说，吸湿发热纤维的发热性能与其回潮率有关，回潮率越高，则吸湿发热性能越好，反之亦差[7-8]。相对于纤维制造，对于吸湿发热性能检测方法的研究较少，且国内外对吸湿发热性能的测试方法或标准尚未统一[9-10]。FZ/T 73036—2010《吸湿发热针织内衣》标准就是在此背景下应运而生，成为国内首批检测此项指标的标准之一。标准中对吸湿发热内衣评定有明确的规定。日本也有类似的测试方法，但是在取样方法上和测试环境条件的规定与我国标准不尽相同。

FZ/T 73036—2010标准中，吸湿发热项目的检测主要通过吸湿发热仪，它是一种智能设备，自带控制软件，可实时记录样品的温度和时间，测试时将样品干燥处理，再放到一定温度和湿度的环境中，由探针探测织物表面温度的变化。通过软件过滤可疑数据，并自动报出最高升温值和平均升温值，且能自动输出结果。

纺织品的吸湿发热值是客观存在的一个确定值，但由于检测手段的不完善及人们认知的局限性，导致系统误差的存在，使结果以某个概率的形式落在某个区间范围内。测量不确定度是用来表征合理赋予被测量值分散性的一个指标，它与测量结果息息相关[12-13]。本文依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》对FZ/T 73036—2010《吸湿发热针织内衣》附录A的吸湿发热性能测试进行了不确定度评估和分析，以期找出影响该试验结果不确定度的最大分量，进而对产生这些分量的测试要素加以控制，使测试结果更加准确、可靠。通常测量结果的准确性可用测量误差来衡量，但是检测测量误差只能表现测量的短期质量，测量过程是否持续受控，测量结果能否保持稳定一致，测量能力是否符合标准和客户的要求，就需要用测量不确定度来衡量。

1 试验原理与方法

1.1原理

将经过烘干的试样放在温度为20 ℃和湿度为90%的恒温恒湿环境中，用温度传感器记录30 min内试样因吸湿而发生的温度变化，与空白值相比较得出试样的最高升温值和30 min平均升温值，并据此结果来评判试样吸湿发热性能。

1.2设备

本文试验中使用的吸湿发热箱，配备日本大荣公司的平板保温测试仪，宁波纺织仪器公司开发的热阻、湿阻仪和透湿箱，日本ESPEC公司的恒温恒湿箱，如图1所示。

图1 吸湿发热箱Fig.1 Equipment of moisture-absorption and heat-generating test

运算系统采用SCAN吸湿发热测试系统(天津市协力自动化工程有限公司)。该系统具有风速调节和显示装置，数据由软件进行自动采集和计算，可完成FZ/T 73036—2010《吸湿发热针织内衣》和GB/T 29866—2013《纺织品吸湿发热性能试验方法》2种标准方法测试。

1.3检测方法

1.3.1试验准备

每个样品至少剪取0.5 m以上的全幅织物，取样时避开布端2 m以上，在成品上均匀裁取3个组合试样，每组试样由2块60 mm×100 mm的试样组成，试样里层相贴合，沿三边缝合成一袋状插入口，形成一个组合试样，如图2所示；安装后的效果如图3所示。

图2 组合试样缝制方法示意图Fig.2 Sketch of sewing method of combined sample

图3 组合试样安装图Fig.3 Installation diagram of combined sample

1.3.2试样干燥

将组合试样和称量瓶(打开盖子)一同放入烘箱内，于(105±2)℃烘至恒态质量，迅速将试样放入称量瓶，盖上盖子，然后放入干燥器于温度为(20±2)℃，相对湿度为(65±4)%的环境中平衡1 h。

1.3.3试验步骤

启动恒温恒湿试验箱和温度记录仪，待仪器稳定后，读取3个温度传感器测试值，作为T0。

将平衡后的试样从称量瓶中取出，打开恒温恒湿箱，在30 s内将3块试样按要求套在3个温度传感器上，关闭恒温恒湿试验箱，同时开启温度记录仪，试验时间为30 min。

记录最高升温值Tmax(b点)和10、20、30 min的升温值(c、d、e点)并绘图，如图4所示。

图4 组合试样升温值与时间的关系图Fig.4 Relationship between temperature rise valueand time of composite sample

Y轴：△T为在某个时间点上，试样的温度减去温度传感器的空白温度值。X轴：t为试验时间。a点：放入试样后，在温度记录仪开始记录的那一时刻传感器的温度与初始空白温度的变化值。f点：放置试样到开启温度记录仪使传感器温度发生变化的时间。b点：试样升至最高温时与空白值的差值，从温度记录仪软件中直接读取，为试样的最高温度变化值。c点、d点、e点：分别为在试验10、20、30 min时试样温度与空白值的差值。t1点：产生最高温度变化值的时间。

由图4可看出，面料的吸湿发热过程主要有2个温度的变化阶段：第1个阶段为纤维吸附水分子，逐渐放出热量，随着热量的放出，温度逐渐升高，最后达到最高值；第2阶段随着纤维吸湿的逐渐饱和，不再放出热量，当温度达到最高值后，由于面料与周围环境(测试环境中温度为20 ℃)存在温度差，热量逐渐扩散到空气中，使面料的温度逐渐降低，随着时间的推移，最终会与环境温度达到平衡。由此可知，吸湿发热纤维产品采用的蓄热调温技术发挥了作用：它在人体与衣物、衣物与外界环境之间能起到“调节器”的作用，可缓冲外界环境温度的变化[3,14]。

1.4数学模型

升温值(△T)即为每块组合试样的温度值减去温度传感器的空白值所得结果，即

△T=T-T0

30 min平均升温值(△T30)为三角形S1和梯形S2～S4的面积总和除以总时间30，即

△T30=(S1+S2+S3+S4)/30

2 不确定度来源及分析

最高升温值(△Tmax)的不确定度来源主要是2次温度传感器测量引起的不确定度u(T)，以及测试过程中随机效应引起的不确定度u(frep)。

30 min平均升温值(△T30)的不确定度来源主要是4次计时器引起的不确定度u(t)，4次温度传感器测量u(T)，以及测试过程中随机效应引起的不确定度u(frep)。

同一个样品，按照1.3方法，取10组测试样，分别测试其最高升温值和30 min平均升温值，测试数据见表1。

2.1温度传感器引起的不确定度

测试最大升温值时，由温度传感器引起的不确定度为

表1 重复测试10次的结果Tab.1 Repeated test results for 10 times

相对不确定度为

uref(Tmax)=u(Tmax)/△Tmax=

0.040 825/5.41=0.007 546

式中，△Tmax见表1，取平均值5.41。

测试30 min平均升温值时，温度传感器引起的不确定度为

相对不确定度为

uref(T30)=u(T30)/△T30=

0.057 735/2.76=0.020 918

式中，△T30见表1，取平均值2.76。

由以上计算结果可知，温度传感器引起的不确定度在0.040 825～0.057 735 ℃之间，相对不确定度在0.007 546～0.020 918之间，数值较小，即试验设备精度较高，对整体试验的不确定度贡献不大。

2.2计时器引起的不确定度

根据检定证书，计时器的不确定度[16]为

在10 s时，u(t10)=0.004 s(k=2);

在600 s时，u(t600)=0.004 s(k=2);

在1 200 s时，u(t1 200)=0.02 s(k=2);

在1 800 s时，u(t1 800)=0.02 s(k=2)。

测试30 min平均升温值时由计时器引起的相对不确定度为

式中：最高升温值t1的时间往往出现在0～600 s以内，因而ut1按0.004 s计算。

由以上计算结果可知，计时器对测试30 min平均升温值引起的不确定度为0.02 s，相对不确定度为0.028 844，数值较小，即计时器精度较高时，对试验的不确定度贡献很小。

此外，由于测试最大升温值是从温度记录仪软件直接读取，不需要计时器测量，因此，不必考虑此项对试验不确定度的贡献。

2.3测试过程中随机效应引起的不确定度

根据文献[17]，采用下式计算重复性测量引入的相对不确定度：

测试最大升温值时，由重复性测量引入的不确定度为

ufrep(Tmax)=0.064 040

测试30 min平均升温值时，由重复性测量引入的不确定度为

ufrep(T30)=0.059 988

由以上计算结果可看出，重复性测量引起的相对不确定度的是温度传感器、计时器引起的相对不确定度最大值的3倍，因此，重复性测量所导致的试验偏差最大，其对整体试验的不确定度贡献最大。

2.4不确定度分量的合成

测试最大升温值时，其不确定度来源为温度传感器和随机效应，因此，其标准不确定度为

u(△Tmax)=5.41×

测试30 min平均升温值时，其不确定度来源为温度传感器、计时器和随机效应，因此，其标准不确定度为

u(T30)=2.76×

2.5扩展不确定度

取扩展因子k=2,则最大升温值的扩展不确定度为0.70 ℃，30 min平均升温值的扩展不确定度为0.38 ℃。

3 结 语

从纺织品吸湿发热测量不确定度的评定过程中可以发现，当试验设备的温度传感器、计时装置精度很高，且环境温度湿度相对稳定的情况下，试验过程的随机性所导致的偏差对不确定度的贡献最大。这种随机性可能来自被测对象的组成均一性，或取样部位代表性或人员操作等等。

FZXB

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Evaluationofuncertaintyformeasurementofmoisture-absorptionandheat-generatedoftextiles

GE Chuanbing1, QIAN Xiaoming1, ZHAO Xiaoming1, SHAN Xuelei2, WANG Xiaomei2

(1.SchoolofTextiles,TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300387,China; 2.TianfangStandardizationCertification&TestingCo.,Ltd.,Tianjin300193,China)

In order to improve the accuracy of testing results of moisture-absorption and heat-generation properties of textiles, the uncertainty for moisture-absorption and heat-generation properties test of textiles was assessed, using the method of FZ/T 73036—2010 Moisture-Absorption and Heat-Generated Knitted Underwear Appendix A to test the moisture-absorption and heat-generation properties of knitted fabric. Analyzing and calculating the influencing factors including temperature sensor, timer, random effect during the test procedure, the uncertainty component of two important evaluation indexes which affect the maximum temperature rise value and average temperature rise value in 30 min was found out . And then the combined uncertainty and extended uncertainty were assessed. The results show that the combined uncertainty of the maximum temperature rise value is 0.35 ℃, and the combined uncertainty of the average temperature rise value in 30 min is 0.19 ℃. The uncertainties caused by temperature sensor and timer are less than that caused by the random effects during the testing process.The uniformity of the sample composition, the sampling position and other random factors are the main factors affecting the repeatability of testing.

textiles; moisture-absorption and heat-generated; uncertainty; heating value

TS 101.4

：A

2016-11-09

：2017-06-05

葛传兵(1976—)，男，博士生。主要从事纺织检测方面的研究。E-mail：gcbgcb@163.com。

10.13475/j.fzxb.20161102805