9.5. Определение пылепроницаемости и пылеемкости текстильных полотен

Цель работы. Изучение методики определения пылепроницаемости и пы-леемкости текстильных полотен.

Задание. 1. Определить пылепроницаемость и пылеемкость разных тек­стильных полотен.

2. Сравнить полученные результаты испытаний и объяснить их.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Пылепроницаемость и пылеемкость [9.1] характеризуют способ­ность текстильных полотен в первом случае пропускать пыль, а во втором — ее удерживать. Эти свойства являются нежела­тельными, так как вызывают загрязнения как самих полотен, так и пододежных слоев изделий. Кроме того, пылеемкость ухудшает воздухо- и паропроницаемость текстильных полотен.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Пылепроницаемость текстильных полотен определяют с. помощью бытовых пылесосов (ЭП-2, «Вихрь» и др.). Для испытания из полотен вырезают эле­ментарную пробу определенного размера (в зависимости от типа пылесоса), измеряют ее площадь и закрепляют вместо фильтра в каркас пылесоса. По­сле этого определяют массу пробы материала вместе с каркасом, а затем устанавливают их в пылесос. Далее берут навеску пыли массой 10 г, состоя­щей из 50 % апатитовой и 50 % известковой пыли, равномерно распределяют ее на дне стеклянной чашки, площадь которой примерно равна 1500 см², и включают пылесос. В течение 30 с пыль из чашки засасывают пылесосом. После этого вновь определяют массу пробы вместе с каркасом.

Коэффициент пылепроницаемости [г/(м²-с)] вычисляют по формуле

В_П = М₄/(FТ),

где М₄ — масса пыли, прошедшей через пробу, г; F — площадь пробы, м²; Т—время испытания, с.

Массу пыли, прошедшую через пробу, определяют по формуле

M₄ = М₁- (М₂ + Мз),

где M₁— масса пыли, взятой для испытания, г; М₂ — масса пыли, оставшей­ся в пробе, г (М₂ — М₆ — М₅, где М₅ — масса исходной пробы вместе с кар­касом; М_е — масса пробы вместе с каркасом после испытания); М₃ — масса пыли,'находящаяся в резервуаре пылесоса перед фильтром, г.

Коэффициент пылсемкости |г/(м²-с)] рассчитывают по формуле

В_ПC = М₂/(FТ).

Результаты подсчитывают с погрешностью 0,01 г/(м²-с).

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать; определение понятий пылепроницаемости и пыле-емкости; факторы, влияющие на пылепроницаемость материалов; методику определения пылепроницаемости; результаты испытаний (форма 9.8); анализ результатов испытаний и выводы.

Наименование материала

Р, м-

Т, с

Масса проб, г

Вп. г/(м2-с)

впе г/(м2-с)

м1

М2

м3

M4,

м5

м6

9.6. Определение теплозащитных свойств текстильных полотен

Цель работы. Изучение аппаратуры и методики определения теплозащит­ных свойств полотен.

Задание. 1. Изучить характеристики теплопроводности текстильных полотен, аппаратуру и методику испытаний.

2. Определить показатели теплозащитных свойств полотна методом регу­лярного или стационарного теплового режима.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Теплозащитные свойства полотен зависят от их теплопро­водности— способности проводить тепло от более нагретой среды к более холодной. Основными характеристиками тепло­проводности являются [9.1]:

коэффициент теплопроводности λ [Вт/(м-°С)], показывающий тепловой поток, который проходит за 1 ч через 1 м² полотна толщиной 1 м при разности температур ГС:

λ=Qb/(Sτ(T₁-T₂)]₎ (9-6)

где Q — тепловой поток, Вт*; В — толщина полотна, м; S — площадь по­лотна, м²; т — время прохождения теплового потока, ч; Т_ь Т_г — температура сред, °С;

коэффициент теплопередачи К [Вт/(м²-°С)], пока­зывающий тепловой поток, который проходит за 1 ч через 1 м² полотна при его фактической толщине и разности температур двух сред 1 °С:

К = Q/(Sτ(T₁,-T₂)]; (9-7)

* 1 Вт = 0,86 ккал/ (ч • м • °C)

удельное тепловое сопротивление ρ (м-°С/Вт) — характеристика, обратная коэффициенту теплопроводности; по­казывает, на сколько градусов охлаждается среда с более вы­сокой температурой при прохождении через 1 м² полотна услов­ной толщины теплового потока в 1 Вт:

ρ = Sτ(T₁~T₂)/(Qb) = 1/λ (9.8)

тепловое сопротивление R (м²-°С/Вт) —характеристика, об­ратная коэффициенту теплопередачи; показывает, на сколько градусов охлаждается среда с более высокой температурой при прохождении через 1 м² полотна фактической толщины Ъ теп­лового потока в 1 Вт:

R = Sτ(Т₁-Т₂)/ Q =b/К. (9.9)

Удельное тепловое сопротивление ρ и тепловое сопротивле­ние R характеризуют способность полотен препятствовать про­хождению через них тепла, т. е. их теплозащитные свойства. Для текстильных полотен в качестве основной характеристики теплозащитное™ используют суммарное тепловое со­противление Rсум (м²-°С/Вт):

Rсум = R_в + R_M + R_П (9.10)

где R_в — сопротивление переходу гепла от более теплой среды к внутренней поверхности полотна; R_м — тепловое сопротивление полотна; R — сопротив­ление переходу тепла от наружной поверхности полотна в окружающую среду.

Коэффициент теплопередачи К определяют как обратную ве­личину суммарного теплового сопротивления: К = 1/ R..

Суммарное тепловое сопротивление определяют методами регулярного и стационарного режима.

Метод регулярного режима основан на измерении ско­рости (темпа) охлаждения- нагретого до заданной температуры тела, изолированного от окружающей среды испытуемой про­бой. Темп охлаждения v (с-¹) определяют по формуле

v = (lпN_i-lпN_к)/τ, (9.11)

где ln Ni,-, ln N_к— натуральные логарифмические функции показаний гальва­нометра, соответствующие перепадам температур; т—время охлаждения пла­стины прибора (Г] — У₂) в заданном перепаде температур, с.

На основании темпа охлаждения R_суM (м²-°С/Вт) рассчиты­вают в зависимости от применяемой аппаратуры по следующим формулам:

R_сум=1/(vФ); (9.12)

_Rсум = Е/ФК(v-ВЕ), (9.13)

где Ф — фактор прибора, Дж/(м²-°С); Е — коэффициент, учитывающий соот­ношение теплоемкостей пластины и полотна, Дж/°С; К — коэффициент, учи­тывающий рассеяние теплового потока в пробе; В — поправка на рассеяние теплового потока в приборе, с~'.

Коэффициент Е вычисляют по формуле

Е = 3 С₁/(3 С₁ + С₂),

где С1, С2 — полная теплоемкость соответственно пластины прибора и полот­на, Дж/°С (С₂ == 1,675-10³mS, где m — поверхностная плотность полотна, кг/м²; S — площадь пластины, м²).

Коэффициент К вычисляют по формуле

K = 0,4 + 0,6/[ 1 + 2 (b + bс)/d], (9.14)

_где ь — толщина пробы, мм; bс — толщина воздушной прослойки между пла­стиной и пробой, мм (при плотном прилегании bс = 0); d — диаметр пла­стины прибора, мм.

Метод стационарного режима основан на определении количества теплоты, необходимого для поддержания постоян­ной разности температур двух сред, изолированных друг от друга испытуемой пробой. Коэффициент теплопроводности λ, [Вт/(м-°С)] в стационарном режиме при работе на приборе ИТ-3 определяют из соотношения

λ = qb/ΔT, (9-15)

где q — плотность теплового потока, Дж/м² [q = e/К, где е_я — теплоэлек-тродвижущая сила (ТЭДС) теплового потока, мВ; К_л — коэффициент пре­образования теплового потока в ТЭДС, мВ-м²/Вт (паспортная характери­стика датчика)]; ДГ—разность температур поверхностей пробы, °С [ΔT = Δе/Kт, где Δе — разность ТЭДС термопар е_{ и е₂ «горячей» и «холодной» поверхностей пробы, мВ; Кг — чувствительность термопары, °С (паспортная характеристика термопары)].

Таким образом, формула для определения коэффициента теплопроводности полотна, испытанного на приборе ИТ-3, при­нимает вид

λ= bК_T/К_л(е_а/Δе). (9.16)

Тепловое сопротивление полотна определяют по формуле (9.9).

Средняя температура полотна (°С)

T = 0,5(T₁ + T₂),

где Т₁, T₂ — графические значения температур, полученные по ТЭДС термопар и соответствующие поверхностям пробы, обращенным к нагревателю и хо­лодильнику.

Для проведения испытаний по методу регулярного режима используют бикалориметр и прибор ПТС-225 (ГОСТ 20489—75) [9.4].

Бикалориметр (рис. 9.8) представляет собой полый стальной цилиндр 4, торцы которого изолированы эбонитовыми колпач­ками 3 с теплоизоляционным материалом. Термоизоляционные колпачки имеют крючки для подвески бикалориметра. Темпе­ратуру цилиндра и окружающей среды измеряют термопарой 2, рабочие спаи которой припаяны к внутренней стенке цилиндра; вторые спаи, вмонтированные в специальную трубку, находятся в окружающей среде. Концы термопары подключены к гальва­нометру /. Нагрев бикалориметра с надетой пробой 5 осуществ­ляется токами Фуко с помощью индукционной катушки до тем­пературы приблизительно 40 °С. В процессе охлаждения пробы по делениям шкалы гальванометра ведут отсчет разности тем­ператур бикалориметра.

Принципиальная схема прибора ПТС-225 показана на рис. 9.9. Пробу ткани 9 с помощью прижимного и игольчатого устройств закрепляют на передней крышке корпуса 2. В центре крышки расположена пластина 10 диаметром 225 мм, подогре­ваемая электронагревателем 11 до заданной температуры. Для образования между пробой и пластиной воздушного зазора до 5 мм используют текстолитовое кольцо. Прижимной механизм / служит для создания определенного давления на пробу (при испытании меха ворсом к пластине). При испытании проб на воздушном потоке определенной скорости используют аэроди­намическое устройство, состоящее из трубы 5 и вентилятора 6, частота вращения которых регулируется автотрансформато­ром 7. Температуру окружающей среды определяют термопа­рой 3, а для измерения перепада температур между поверх­ностью пластины и окружающим воздухом используют гальва­нометр 8 с термопарой 4.

Рис. 9.8. Схема бикало риметра

Рис. 9.9. Схема прибора ПТС-225 для определе­ния суммарного тепло­вого сопротивления

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Для испытаний на бикалориметре выкраивают единичную пробу, длина которой равна окружности бикалориметра плюс 20-миллиметровый припуск на шов, а ширина — высоте бикалориметра. Пробу сшивают в виде рукава и надевают на бикалориметр, который подвешивают в камеру спокойного воз­духа. Снизу на бикалориметр с пробой надевают индукционную катушку, подвешивая ее на крючки. Катушку подключают в электросеть для нагрева­ния бикалориметра и, включив осветитель гальванометра, проверяют нуле­вое положение его указателя. Проверку и установку нулевого положения указателя гальванометра производят перед каждым испытанием. После про­верки гальванометр подключают к бикалориметру.

Указатель гальванометра в виде светового квадрата фиксирует происхо­дящий процесс. Нагревание ведут до остановки указателя на делении шкалы «500». Затем индукционную катушку выключают из электросети и удаляют из камеры. Указатель начинает перемещаться в обратном направлении. При достижении им деления шкалы «450» включают секундомер и снимают его показания в 10 точках шкалы с интервалом между ними 10 мм.

Результаты первичных измерений записывают в таблицу (форма 9.9). По данным замеров строят график темпа охлаждения бикалориметра, отклады­вая по оси абсцисс время охлаждения (Т), а по оси ординат — натуральные логарифмические функции показаний гальванометра (1пN). По координатам двух наиболее удаленных друг от друга точек, лежащих на прямолинейном участке графика, определяют темп охлаждения бикалориметра как тангенс угла β наклона прямой к оси абсцисс, а затем по формулам (9.7) и (9.10) определяют коэффициент теплопередачи и суммарное тепловое сопротив­ление

Форма 9.9

Показания гальванометра		Время охлаждения Т, "С
деления шкалы, мм	lпN

.

Для определения теплозащитных свойств изделия на приборе ПТС-225 выкраивают пробу размером 300 X 400 мм. Испытания можно проводить как в условиях естественной конвекции воздуха, так и при действии воздушного потока со скоростью 5 м/с, направленного по отношению к поверхности про­бы под углом 45°. Пластину нагревают до перепада температур 60 °С между пластиной и окружающим воздухом, затем электронагреватель отключают. При испытании в воздушном потоке включают вентилятор. Пластину охла­ждают до перепада температур 55 °С, а затем замеряют ее время охлажде­ния до перепада температур 45 °С. Расчеты проводят по формулам (9.9), (9.11), (9.13), (9.14). Полученные данные записывают в отчетную таблицу (форма 9.10).

Форма 9.10

Темп охлаждения v, c^-1

Суммарное тепловое сопротивление R_СУМ' м²-с/Вт

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²-°С)

При испытаниях по методу стационарного режима используют прибор ИТ-3. На приборе моделируются реальные условия эксплуатации текстильных материалов, которые в процессе носки изготовленных из них изделий одежды и обуви контактируют одной стороной с нагретой поверхностью тела чело­века, передавая тепло более холодной окружающей среде.

Прибор ИТ-3 (рис. 9.10, а) состоит из двух пластин 2 и 7 с резиновыми прокладками, в которые вмонтированы термопары. Испытуемую пробу 5 за­кладывают между резиновыми прокладками 4 и 6 так, чтобы рабочие спаи 13 и 14 термопар касались поверхностей пробы. Термопара 15 служит для замера температуры нагретой поверхности пробы, а термопара 16 — холод­ной поверхности пробы. «Холодные» спаи термопар помещены в термостат 17 с тающим льдом, который поддерживает нулевую температуру с точностью ±0,5 °С.

Рабочая проба имеет диаметр 100 мм при толщине не более 10 мм. Опу­скание и подъем верхней пластины на пробу 5 осуществляется маховиком 10.

Рис. 9.10. Схема прибора ИТ-3 для определения коэффициента теплопровод­ности текстильных полотен (а) и тарировочная кривая для определения тем­пературы пробы на приборе ИТ-3 (б)

Форма 9.11

№ ПГП	Показатели	Числовые значения
1	Наименование полотна
2	Температура окружающего воздуха, °С
3	Мощность нагревателя, Вт
4	Толщина пробы, м
5	Температура воды в ультратермостате, °С
6	ТЭДС датчика ел, мВ
7	ТЭДС «горячей» термопары е^, мВ
8	ТЭДС «холодной» термопары е2, мВ
9	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м-°С
10	Тепловое сопротивление К, м2-°С/Вт
11	Средняя температура пробы, °С

Ультратермостат / подает к нижней пластине 2 воду, нагретую до темпера­туры окружающего воздуха. Верхняя пластина 7 обогревается электрическим нагревателем от стабилизированного источника напряжения 12. Мощность тока, подаваемая на пластину, регулируется в пределах 5—15 Вт.

С помощью съемных грузов 11, расположенных на маховике, устанавли­вают давление верхней (горячей) пластины на рабочую пробу, толщину ко­торой определяют толщиномером 9, вмонтированным в корпус прибора. Проверку и установку толщиномера на нуль производят с помощью кольца 8 до заправки пробы.

Тепло от нагретой пластины 7 через пробу с прокладками передается на нижнюю пластину 2 и с помощью датчика теплового потока 3 регистрируется на шкале потенциометра 19. Вода, циркулирующая с помощью ультратермо­стата, поглощает тепло, охлаждает нижнюю пластину. Стабилизированный ис­точник напряжения и ультратермостат автоматически поддерживают постоян­ную разницу температур нагретой и холодной поверхностей пробы. Через 30 мин после включения нагрева верхней пластины с потенциометра пооче­редно снимают показания ТЭДС термопар и датчика теплового потока. При этом подача соответствующих напряжений на потенциометр осуществляется переключателем 18.

Зная значение ТЭДС е\ и е₂ (мВ), по рис. 9.10,6 находят соответствую­щие им значения температур Т₁ и Т₂, а также среднюю температуру пробы. Затем по формулам (9.6) и (9.9) определяют коэффициент теплопроводности и тепловое сопротивление полотна. Полученные данные и результаты расчетов заносят в таблицу (форма 9.11).

УКАЗАНИЯ ПО ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать: определение характеристик теплопроводности; крат­кое описание температуры и методики определения теплозащитных свойств полотна; результаты испытания полотен одним из методов; график темпа охлаждения, первичные результаты и расчеты.