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产业用纺织品正反面水渗透性差异的实验研究

                   产业用纺织品正反面水渗透性差异的实验研究
                                     贾立霞1刘君妹1王璐2
    (1.河北科技大学纺织服装学院,石家庄,050031;2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室,上海,200051)
    摘要:采用新型纺织品渗透性测试仪,对四种组织结构不同的织物的正反面水渗透性进行了测试研究,结果显示织物结构对织物正反面水渗透性差异影响很大,在进行产业用纺织品的设计、测试和选用过程中需予以注意。
    关键词:纺织品,渗透性,织物结构,差异,统计分析
    中图分类号:TS101.923文献标识码:A文章编号:1004-7093(2010)10-0015-03对于传统的服装用织物和装饰织物,透气性是一个重要的指标;而对于许多产业用纺织品,如人造血管、医用手术服、过滤材料、隔离材料、土工布等,需要考察其液体渗透性,如水渗透性即是产业用纺织品的一项主要性能评价指标。纺织品的液体渗透性在很大程度上影响产品的液体排出和过滤效果,而织物的结构对其渗透性有很大的影响。本文采用新型纺织品渗透性测试仪,对四种不同组织结构织物的正反面水渗透性能进行了测试和分析。
    1·实验样品与测试方法
    水渗透性,其定义为在一定静压力下,单位时间内透过样品单位面积上的水的流量。从理论上讲织物的水渗透性能主要与测试压力和测试试样的夹持面积有关系,而在实际测试过程中,发现对于某些样品装样的正反面不同测试所得的水渗透性有很大差异。为了进一步对织物正反面水渗透性差异进行验证,本文选取了四种不同组织结构的织物,分别进行了正反面水渗透性测试与分析。
    1.1实验样品
    为了清晰了解织物结构对织物正反面水渗透性差异的影响,依据人造血管、过滤材料的组织结构特点,选择了四种组织结构差异较大的涤纶织物样品,织物规格如表1所示。
            
    1.2测试方法
    目前纺织实验室多采用水压式织物透水性实验机测定织物水渗透性能(如YG812型织物透水仪),即在织物的一面连续增加水压,到织物另一面出现水渍时,测定水柱高度[1]。这种方法只适用于透水性较小的防水织物的测试,对于水渗透性较大的织物,当水一旦接通就会从织物的另一面渗出,无法掌握所要测试的临界透水压力。本文采用自行设计的纺织型人造血管水渗透性测试仪(专利号:ZL03129179.1),对所选用的各种样品进行了水渗透性测试。依据所设计仪器的测试要求,每种样品测试10个试样。这一方法测试的指标就是水渗透性,单位用ml/(cm2·min)[2]。
    2·实验结果与分析
    2.1织物正反面水渗透性测试
    采用纺织型人造血管水渗透性测试仪,测试压力选1.60×104Pa[3],对所选用样品的正反面水渗透性进行测试,测试结果见表2。
            
    2.2测试结果对比分析
    由表2中水渗透性均值可以看出,1#、2#样品的正反面的水渗透性有较大差异,而3#和4#样品的差异较小。若取正反面水渗透性差异较大的1#样品和正反面水渗透性差异较小的4#样品的测试数据绘制对比曲线,可直观看出1#样品正反面透水性测试数据两条曲线明显分开,处于两个不同水平,说明两者有较大差异;而4#样品正反面两组数据曲线相互交缠,没有明显分开,说明该样品正反面水渗透性没有太大差异。
    2.3测试结果统计分析
    为进一步对测试结果进行分析,采用Excel统计功能对上述四种样品的原始测试数据进行了两个正态总体均值差的T检验[4],检验原假设为假设织物的正反面水渗透性相等,即渗透性均值差等于0。检验结果如表3所示。
    表3中sig为由Excel求出的临界值拒绝概率,α为选择的检验显著水平。当sig<α/2时h=1,表示拒绝原假设,从统计意义上可认为正反面水渗透性不相等;若sig≥α/2则h=0,表示接受原假设,从统计意义上可认为正反面水渗透性是相同的。
            
    由表3中的检验结果可知1#和2#样品的临界值拒绝概率很小,h始终等于1,所以从统计意义上可认为这两种样品正反面水渗透性不相等。3#样品的临界值拒绝概率较小,当显著水平α=0.05时3#样品的检验结果h=1,当α=0.01时3#样品的检验结果h=0,可从统计意义上认为这种试样正反面水渗透性是相同的。4#样品的临界拒绝概率很大,显著水平α=0.05时检验结果为h=0,甚至α=0.1时检验结果仍为h=0,所以从统计意义上可认为4#样品的正反面水渗透性没有差异。
    2.4测试结果讨论
    由以上分析可知,在测试条件相同时,不同织物结构的织物样品正反面水渗透性的差异是不同的,所以造成这种差异的原因主要在于织物结构的影响。
    如图1所示,在测试过程中,水流冲击试样,试样总在一定程度上发生弯曲,使得试样中孔隙有增大的趋势,而上表面织物变形比下表面小。同时对于上下层结构不均匀的织物,其水渗透性的大小主要决定于结构较紧密的、孔隙较小的一层的渗透能力。组织结构为经平绒组织的1#和组织结构为经斜平组织的2#样品,两者都是双层针织物,正反面纱线紧密程度差异较大,尤其是1#样品这种差异最为明显。当测试1#样品的水渗透性时,较紧密的反面作上表面时,在水流作用下其纱线间的空隙更小(更紧密),小于其装在下表面时的空隙,而水渗透性的大小又主要由这一层决定,这就造成了其测得的水渗透性明显偏小。3#和4#样品是机织物,其中3#样品为5枚2飞的经面缎纹,属于异面组织,经纱用并合长丝纱,纬纱用加捻长丝纱,使得织物正面比反面结构紧密,由以上的分析可知其正面的水渗透性应大于反面的水渗透性,与测试结果相符。而4#样品为平纹组织,属于同面组织,织物的正反面结构没有差异,因此水渗透性的测试不受试样正反面的影响,织物正反面的水渗透性是基本一致的。
             
    以上仅对织物正反面水渗透性差异的成因进行了简单的宏观分析,对于水流从织物不同表面进入并透过织物时,织物孔隙结构的参数对水流的影响所造成的差异需进行更进一步的研究探讨。
    3·结论
    对于某些用途的产业用纺织品,水渗透性能是一项主要的水力学指标,本文采用新型纺织品渗透性测试仪,对不同组织结构织物的正反面水渗透性能进行了测试和分析。由以上的测试和分析可得如下结论:
    (1)织物的组织结构对其正反面的水渗透性影响较大,正反面结构差异越大,则正反面水渗透性差异越大。
    (2)对织物水渗透性进行测试时,结构紧密的一面作上表面,织物的水渗透性较小。因此在采用水渗透性测试仪测试织物的水渗透性时应注意装样的正反面,尤其是对于正反面结构有差异的试样,否则会造成较大的随机误差。
    (3)为了保证产业用纺织品水渗透性能达到使用要求,须合理设计织物的正反面结构,并在使用正反面组织结构差异大的纺织品时,注意安装的方向。同理,除了水渗透性,不同组织结构的纺织品的其他液体渗透性正反面亦会有差异。在进行人造血管的组织设计时,在不影响其他性能的前提下,为了增加人造血管产品的抗血液渗透性,对于内外表面结构差异较大的置换型人造血管和采用异面组织的腔内隔绝术用人造血管织物,应将织物较紧密的一面设计为血管的内表面。对于过滤材料的结构设计,可通过改变织物结构达到合理的渗透性;过滤材料安装使用时,对于正反面组织结构差异大的织物材料应依据测试时选定的正反面进行安装,防止对过滤性能造成影响。
参考文献
[1]赵书经.纺织材料实验教程[M].北京:中国纺织出版社,1989.
[2]王璐,贾立霞.纺织型人造血管水渗透性测试装置及其测试方法:中国,ZL03129179.1[P].2005-1-26.
[3]ISO.ISO 7198:1998 Cardiovascular implants-tubularvascular 
prostheses[S].USA:American NationalStandards Institute,1998.
[4]杨世莹.Excel数据统计与分析范例应用[M].北京:中国青年出版社,2005:330-336.


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