專利名稱：毛細液體對應(yīng)的柔性材料孔徑分布測定表征和疊加方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柔性毛細孔徑分布的測定方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)的材料孔徑測定方法主要有兩種真空吸附法和加壓法。真空吸附法基于低溫下高真空度下的惰性氣體在多孔表面的吸附。其測量范圍主要是微孔(0.35-2納米) 和介孔(2-50納米)，最大可測定500納米的大孔，但因受到該法原理及其測試條件制約 100-500納米范圍內(nèi)精度已經(jīng)明顯下降。由于與織物濕加工過程和穿衣的排汗過程密切相關(guān)的孔都在幾個微米到幾百微米間，這種方法不能測定故不適用。加壓法主要是汞壓法，盡管可以測定納米級孔徑，但此法的優(yōu)勢是測定微米級甚至毫米級的大孔。由于加壓法都必須施加大的氣體壓力織物會嚴(yán)重變形。例如測定1微米孔就需要加約1000公斤/平方厘米的壓力，即使100微米孔也需要大約10個大氣壓，織物早已嚴(yán)重變形，不再代表使用時的孔結(jié)構(gòu)?？椢锏臐櫇裥詫τ谄錆窦庸ず蜔釢袷孢m性都是至關(guān)重要的。作為兩端開口、部分有序的毛細孔集合體，織物的潤濕性通常與其毛細孔分布密切相關(guān)，因為無論是濕加工或者服用過程中，水分、有機溶劑及汗液的輸運都主要是在毛細孔中進行，其中涉及的吸附、 擴散、滲透、蒸發(fā)等過程都依賴于毛細孔的構(gòu)造(形狀、粗糙度、大小、分布等)。鑒于織物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前主要測量織物潤濕性的方法都是在較毛細孔更大尺度上的度量，主要包括毛細芯吸法、液滴法、沉降法等，由于沒能與織物的毛細孔結(jié)構(gòu)直接關(guān)聯(lián)，制約了深入研究織物潤濕行為的本質(zhì)和進一步定量化測定。國內(nèi)外雖然對孔尺寸進行了大量研究，但都是根據(jù)織物幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)由公式計算織物毛細孔半徑，或簡化為平均孔徑及最大、最小孔徑的處理，難以滿足定量表征種類紛繁的織物結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的潤濕行為的差異，因為即使同種平均孔徑的織物也可以對應(yīng)許多種紗線密度、經(jīng)緯密度和織造結(jié)構(gòu)。為解決這個問題，近五年來我們進行了一系列研究。此前齊宏進、狄劍鋒等先后申請了有關(guān)發(fā)明專利，包括‘采用質(zhì)量分級法對柔性多孔體系毛細孔徑分布的測定方法’(專利申請?zhí)?00910194353. 9)，標(biāo)題為‘在線電量分級法測定柔性孔材料孔徑分布的裝置和方法’(專利申請?zhí)?01010513361. 8)和標(biāo)題為用于織物孔徑測定的級分梯度浸濕和殘液合并標(biāo)示剪取法’(專利申請?zhí)?011100M845.幻，是基于單一液體毛細滲透達到平衡時進行測定的柔性材料孔徑分布數(shù)據(jù)。由于濕加工(上漿、退漿、煮煉、染色、涂層和后整理)過程經(jīng)常使用各種化學(xué)助劑和染化料使液體對材料的潤濕性能發(fā)生改變，接觸角在較大范圍內(nèi)變化。另一方面，人們在穿衣時排出的汗液，也是膽留醇、氯化鈉以及其他成分的水溶液， 改變了液體的潤濕性能。我們的研究發(fā)現(xiàn)，不同液體由于其接觸角不同，液體并不能進入該材料的全部孔范圍內(nèi)(這種孔是指在空氣中材料的空隙)，只能進入其中的一部分孔隙。液體潤濕性越好，進入的范圍越大。此前沒有人提出過同一材料由于毛細滲透液體不同導(dǎo)致的與潤濕過程直接相關(guān)的孔徑分布顯著差異的現(xiàn)象，也沒見對應(yīng)不同液體的同一材料孔徑分布的測定方法和數(shù)據(jù)，也沒有人提出必須根據(jù)柔性材料使用環(huán)境中的液體，測定對應(yīng)的孔徑分布數(shù)據(jù)，而不是簡單的用水或氣體中測定孔結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)代替它們。因此，必須根據(jù)不同的液體，提供織物和其他柔性孔材料對控制加工參數(shù)最為直接有效的孔徑分布數(shù)據(jù)，也必須提供對人體排汗最為直接有效的孔徑分布數(shù)據(jù)，這樣才能更為精細和定量地控制上述過程。本發(fā)明就是提出測定這類孔徑分布的方法。另一方面，狄劍鋒、齊宏進等提出的質(zhì)量分級法，由于級分剪取操作的限制，不能無限縮小其寬度，因而孔徑數(shù)據(jù)較粗糙。特別是由于級分高度與半徑的反比關(guān)系導(dǎo)致較大孔徑區(qū)域數(shù)據(jù)跨度更大、更為粗糙。在線電測法雖然理論上可以無限縮小各個級分高度的間距，但由于織物一類柔性孔材料紗線和纖維間空隙分布不均，探頭接觸部位和接觸壓力只能在一定程度上保持穩(wěn)定，間距越大帶來的數(shù)據(jù)波動就越大。而且，對于導(dǎo)電性差的液體又不能使用電測法。所以，本發(fā)明人提出利用不同液體測定孔徑分布數(shù)據(jù)并將其疊加表征該材料孔徑分布的方法，可以得到更為完整和精細的該材料的孔徑分布圖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種毛細液體對應(yīng)的柔性材料孔徑分布測定方法和孔徑分布數(shù)據(jù)和圖形疊加方法，用來針對性表征不同液體滲透時的材料孔結(jié)構(gòu)特征；疊加圖能得到更精細、更均勻的孔徑分布數(shù)據(jù)。二者能進一步滿足柔性孔材料濕加工和服用性能的定量測定和精細控制，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明涉及的毛細液體對應(yīng)的孔徑分布測定裝置和方法與齊宏進等人的標(biāo)題為‘采用質(zhì)量分級法對柔性多孔體系毛細孔徑分布的測定方法’(專利申請?zhí)?100910194353. 9)標(biāo)題為用于織物孔徑測定的級分梯度浸濕和殘液合并標(biāo)示剪取法’(專利申請?zhí)?01110(^4845. 5)，的發(fā)明專利所述相同；對于導(dǎo)電液體，毛細液體對應(yīng)的孔徑分布測定裝置和方法與齊宏進等人的標(biāo)題為‘在線電量分級法測定柔性孔材料孔徑分布的裝置和方法’(專利申請?zhí)?01010513361.8)的發(fā)明專利所述基本相同。但是本發(fā)明提出對同一種柔性孔材料分別用不同液體測定其孔徑分布，做出直方圖，構(gòu)成該材料的孔徑分布圖系，較完整表征其孔結(jié)構(gòu)特征，必須分別應(yīng)用于相應(yīng)液體毛細滲透的孔結(jié)構(gòu)表征；還要通過直方圖疊加，形成更為細致、均勻的該材料的孔徑分布直方圖，更能夠表征其孔徑分布全貌。為達到此目的，在采用與標(biāo)題為用于織物孔徑測定的級分梯度浸濕和殘液合并標(biāo)示剪取法’(專利申請?zhí)?011100M845.5)相似的方法收集殘液，但是由于液體化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其沸點、粘度和與基底材料結(jié)合方式都不同，導(dǎo)致將液體從級分中除去進而得到級分小條干重的方法不同、計量和計算含液量的方法也不同。其方法包括如下步驟a.修剪布條邊緣，得到兩邊整齊的長10-50cm，寬3-35cm的布樣多塊。b.把剪好的干布樣懸掛固定于裝置中，用張力夾夾好，布的下端垂直浸泡在槽內(nèi)潤濕液體中。在恒溫恒濕條件下放置直至達到芯吸平衡。C.取下沿高度方向具有含液量梯度濕布條，在離開液槽后為了避免樣布內(nèi)液體梯度變化，須盡快在濕布條上每隔一定間距畫上明顯的標(biāo)記，標(biāo)示線平行于液面，可以是等間距的，也可是不等間距的，然后把濕布條晾干。 d.把晾干的布條重新掛于裝置中，用張力夾夾好，布的一端浸在液體中，在恒溫恒濕室中放置直至達到芯吸平衡后再剪布，此時布樣各部分張力與劃線時保持一致，所以尺寸變形最小。
e.剪布應(yīng)快速進行，以保持布樣內(nèi)液體梯度不變，即各部分張力與劃線時保持一致，二者尺寸變形最小。f.剪取級分從布樣上部含液量最少處開始逐步向下剪取，因為處于布樣上方較干部分的液體蒸發(fā)快，利用這種順序可盡量減少布上較干部分的液體蒸發(fā)量從而減少誤差。g.為消除剪取級分時剪刀和夾子上沾有的殘液致使含液量偏少帶來的誤差，對各個級分剪取時必須采用殘液合并法，盡量減小液體流失帶來的誤差。對于純的、非油性、易揮發(fā)液體和水溶性溶液，如人造汗液(主要為膽留醇、氯化鈉水溶液)、汗液等殘液合并法步驟采用一小塊干紙巾，恒重后稱其干重為M1備用。剪取級分小布條后先稱出小布條的濕重為N2及烘箱中干燥后的干重N1，再迅速用干紙巾把剪刀和夾持布樣和級分小條的夾子上殘留的液體擦干，稱出濕紙巾的重量為M2,則濕布條上擠出的水的重量為M2-M1，所以該級分布條的總濕重為N2+M2-M1;該布條含液量為總濕重減去總干重=N2-NJM2-Mlt5由于剪取誤差，得到的級分小布條的實際干重N1各不相同，設(shè)定該尺寸范圍內(nèi)一個干重為標(biāo)準(zhǔn)干重Ns，各個級分布條的校正含液量按下面公式折算Gj = (N2-N1) N1ZN^M2-M1h.對于易揮發(fā)有機液體，剪取級分操作(包括剪樣、擦拭殘液和稱重)與1方法相同，但必須在密閉恒溫恒濕操作箱中進行，使該樣片在該液體100%相對濕度環(huán)境中達到蒸發(fā)和凝聚平衡，保證汗液量的準(zhǔn)確性。i.所得的樣片級分，從下往上測試小條序號遞增，共n+1個測試小條，通過將各
測試小條的濕重減去干重，得到測試小條所含液體重量分別為Hi1, m2...mn，mn+1，通過公式 _ m - /n .,
C =-^“進行數(shù)據(jù)處理，得到各段紗線級分內(nèi)孔中液體量占整個樣片總含液量的
百分比Cn，式中mn、mn+1分別為相鄰兩段測試小條中下方和上方測試小條的含液量。j.建立孔徑和測試小條對應(yīng)高度間的關(guān)系式A求出對應(yīng)高度測試小條
Pgh
內(nèi)含液體。k.的孔的半徑R，式中Y、θ、p、h和g分別為液體表面張力、接觸角、密度、各個測試小條在懸掛樣片中的高度和重力加速度。1.根據(jù)步驟1的數(shù)據(jù)處理結(jié)果得出的樣片不同高度測試小條含液量百分比Cn，再結(jié)合步驟m中公式求得測試相應(yīng)高度小條內(nèi)含液體孔的對應(yīng)孔徑，二者對畫作圖，得到樣片按體積計算的毛細孔徑分布直方圖，并進一步得到孔徑連續(xù)分布的曲線圖和累積圖。m.根據(jù)上述各組權(quán)重數(shù)據(jù)Cn和對應(yīng)的孔半徑數(shù)據(jù)，通過加權(quán)平均公式
r = Σ i^eK十算得到樣片的平均孔徑。a.對于同一柔性孔材料，針對各種毛細滲透液測定各自對應(yīng)的孔徑分布數(shù)據(jù)和直方圖、曲線圖及累計圖，用于對各自毛細過程的濕加工和服用熱濕舒適性相關(guān)參數(shù)的定量評價和控制。b.體利用不同液體重復(fù)上述a_p的操作，得到不同液體對應(yīng)的該樣片的孔徑分布數(shù)據(jù)和直方圖、曲線圖以及累積圖。將各個直方圖疊加于同一圖中，給出涵蓋各種液體數(shù)據(jù)的較為完整的和精細的該材料的孔徑分布直方圖。c.配置不同濃度表面活性劑水溶液，最低濃度以其表面張力為蒸餾水的95%左右為起點，逐漸增加濃度，直至該活性劑的臨界角團濃度。重復(fù)上述a_g的操作，得到一系列該表面活性劑溶液對該柔性孔材料的孔徑分布直方圖，將其疊加在同一直方圖中，得到水系精細和較為完整的孔徑分布直方圖。用于水系液體毛細滲透對該孔材料的孔結(jié)構(gòu)定量評價。d.利用各種有機溶液重復(fù)上述a_g的操作，得到一系列有機液體對該柔性孔材料的孔徑分布直方圖，將其疊加在同一直方圖中，得到油系精細和較為完整的孔徑分布直方圖。用于油系液體毛細滲透對該孔材料的孔結(jié)構(gòu)定量評價。本發(fā)明的有益效果是針對不同液體對柔性孔材料的毛細滲透，給出其對應(yīng)的微米級孔結(jié)構(gòu)，使之能針對性地評價和控制涉及該液體與柔性材料相互作用過程的孔徑分布變化，能進一步定量控制該過程，更精確控制織物濕加工和熱濕舒適性以及更精確地設(shè)計舒適型面料。還可以提供常規(guī)質(zhì)量分級法和在線電側(cè)法無法提供的更為精細的完整的孔徑分布直方圖、曲線圖和累積圖。能夠根據(jù)需要，通過采用相應(yīng)液體，靈活測定所關(guān)注區(qū)間的孔徑分布細節(jié)。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖1是本發(fā)明實施例中蒸餾水對布樣1滲透的的孔徑分布圖；圖2是本發(fā)明實施例中調(diào)和油對布樣2滲透的孔徑分布圖；圖3是本發(fā)明實施例中液體石蠟對布樣3滲透的孔徑分布圖；布樣均為346 X 230經(jīng)緯密的28支純棉機織物坯布。
具體實施例方式申請人:前期的標(biāo)題為“采用質(zhì)量分級法對柔性多孔體系毛細孔徑分布的測定方法”的中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00910194353.9)和標(biāo)題為‘用于織物孔徑測定的級分梯度浸濕和殘液合并標(biāo)示剪取法’(專利申請?zhí)?011100M845.5)中，公開了用于測定柔性孔材料孔徑分布的新裝置和新方法，這些申請所公開的大部分內(nèi)容在此被以引用的形式包括進來。下面對本發(fā)明的實施例做詳細說明，本實施例在本發(fā)明技術(shù)方案前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限於下述的實施例。本發(fā)明大部分操作根據(jù)“采用質(zhì)量分級法對柔性多孔體系毛細孔徑分布的測定方法”的中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00910194353. 9)和標(biāo)題為用于織物孔徑測定的級分梯度浸濕和殘液合并標(biāo)示剪取法’(專利申請?zhí)?011100M845.5)公開的裝置和方法，只在關(guān)鍵的獲取級分液體干重的方法和孔徑分布圖疊加步驟采用本發(fā)明提出的方法，另外對同一柔性孔材料還給出與液體一一對應(yīng)的系列孔徑分布。實施例1經(jīng)緯密為346X230的觀支純棉機織物坯布作為樣布，每組試驗用三塊，求其平均值得到最終數(shù)據(jù)。把坯布退漿并晾干，所用浴比為1 30。退漿配方如表1所示。表 權(quán)利要求
1.液體針對性孔徑分布測定和表征方法。對于同一柔性孔材料，測定和表征不同液體對其滲透的孔徑分布。針對各種毛細滲透液體測定各自對應(yīng)的孔徑分布數(shù)據(jù)和直方圖、曲線圖及累計圖，針對性地用于對各液體毛細滲透過程(包括濕加工和服用熱濕舒適性)相關(guān)參數(shù)的定量評價和控制，而不是僅用一種液體得到的數(shù)據(jù)粗糙地表征所有液體滲透的該材料的孔徑分布。
2.精細程度可調(diào)節(jié)的孔徑分布測定和表征方法。利用不同液體，按照質(zhì)量分級和在線電側(cè)法分級分的操作，得到不同液體對應(yīng)的該樣片的孔徑分布數(shù)據(jù)和直方圖、曲線圖以及累積圖。再將各個直方圖疊加于同一圖中，給出涵蓋各種液體數(shù)據(jù)的、較為完整的和精細的該材料的孔徑分布直方圖。
3.利用不同潤濕性液體針對性調(diào)節(jié)部分孔區(qū)間精度的方法。對于特定孔尺寸區(qū)間，可以利用與之匹配的潤濕液體，采用本發(fā)明提出的方法測試其孔徑分布，得到該孔區(qū)間的精細孔徑分布數(shù)據(jù)和圖形。調(diào)節(jié)區(qū)間的孔尺寸越小，液體潤濕性須越好，接觸角越??；孔尺寸越大，則反之。
4.測定和繪制水系孔徑分布圖方法。配置低表面張力水溶液系列不同濃度表面活性劑水溶液，最低濃度以其表面張力為蒸餾水值的99%左右為起點，逐漸增加濃度，直至該活性劑的臨界角團濃度。配置高表面張力水溶液系列配制各種無機鹽水溶液，不同濃度和不同種類無機鹽的蒸餾水溶液，其種類和濃度以盡量擴大其表面張力及接觸角變化范圍為依據(jù)。按照質(zhì)量分級和在線電側(cè)法分級分的操作，得到上述液體對應(yīng)的一系列該柔性孔材料的孔徑分布直方圖；將其疊加在同一直方圖中，得到水系精細和較為完整的孔徑分布直方圖。進而得到疊加的曲線圖和累積圖，用于水系液體毛細滲透對該孔材料的孔結(jié)構(gòu)定量評價。
5.測定和繪制油系孔徑分布圖方法。利用各種有機溶液，以盡可能加大其表面張力及接觸角變化范圍為依據(jù)，按照質(zhì)量分級和在線電側(cè)法分級的操作，得到一系列有機液體對該柔性孔材料的孔徑分布直方圖，將其疊加在同一直方圖中，得到油系精細和較為完整的孔徑分布直方圖、曲線圖和累積圖。用于油系液體毛細滲透對該孔材料的孔結(jié)構(gòu)定量評價。
6.用于易揮發(fā)有機液體的級分剪取方法。剪取級分操作(包括剪樣、擦拭殘液和稱重)與發(fā)明專利‘用于織物孔徑測定的級分梯度浸濕和殘液合并標(biāo)示剪取法’(專利申請?zhí)?01110054845. 5)方法相同，但必須在密閉恒溫恒濕操作箱中進行,使該樣片在該液體 100%相對濕度環(huán)境中達到蒸發(fā)和凝聚平衡，保證含液量的準(zhǔn)確性。
7.用于水溶性溶液的級分剪取方法。如人造汗液(主要為膽留醇、氯化鈉水溶液)、汗液、無機鹽溶液等，剪取的級分樣片需用表面活性劑溶液洗凈除去，再用蒸餾水多次沖洗， 去除化學(xué)成分，再烘干，直至樣片表面電阻與浸液前一致，證明表活劑殘留除去，得到干重
8.用于表面活性劑和洗滌劑溶液，剪取的級分樣片需用蒸餾水多次沖洗，去除表面活性劑和其他助劑，再烘干，直至樣片表面電阻與浸液前一致，證明表活劑殘留除去，得到干重N10
全文摘要
一種毛細液體對應(yīng)的柔性材料孔徑分布測定表征和圖的疊加方法。包括對多個液體分別實施的孔徑分布測定和表征的方法和針對特定孔尺寸區(qū)域以及覆蓋全部孔徑區(qū)域的精細程度可調(diào)節(jié)的多液體孔徑數(shù)據(jù)疊加方法。利用質(zhì)量分級和在線電測分級法，改進級分剪取操作，采用不同液體得到各自對應(yīng)的孔徑分布數(shù)據(jù)和直方圖、曲線圖及累計圖，針對性地用于對各個液體毛細滲透過程相關(guān)參數(shù)的定量評價和控制，可顯著提高測控精度。將各個液體孔徑分布數(shù)據(jù)疊加為水系和油系孔徑分布圖，可更精確表證柔性孔材料微米級孔結(jié)構(gòu)，還可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)圖中各個尺寸區(qū)域的精度。有助于進一步精確控制織物的濕加工和熱濕舒適性能。
文檔編號G01N15/08GK102539297SQ201110187268
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者杜文琴, 狄劍鋒, 齊宏進 申請人:五邑大學(xué)