纺织品远红外发射率测试条件研究

摘要：

通过对远红外发射率内在和外在因素的讨论，以及试验环境中温湿度对远红外发射率测试的结果进行双因素方差分析，证明了温度对远红外发射率影响显著，而湿度对远红外发射率基本无影响，从而为纺织品远红外发射率的测定方法标准在制定试验环境条件时，提供数据支持。

关键词：远红外发射率；测试条件；双因素方差分析；远红外纺织品

在光谱中波长为0.76μm～400μm的一段被称为红外线。而红外线可分为两类：近红外线与远红外线。近红外线或称短波红外线，波长0.76μm～1.5μm；远红外线或称长波红外线，波长4μm～400μm。但在实际应用中通常把2.5μm以上的红外线统称为远红外线[1]。

纺织品都具有红外辐射功能，一般用远红外发射率来表征，大多数是远红外的法向发射率。目前国际上通行的方法是通过测定样品在接受外界能量时其辐射远红外光的法向发射率。在中国标准化协会标准CAS 115—2005保健功能纺织品中规定，远红外纺织品应符合以下要求：远红外波长范围在4μm～16μm；远红外法向发射率大于80%，且法向发射率提高值≥8.0%；洗涤30次后，法向发射率提高值应不小于6%[2]。由此可见远红外发射率对判定纺织品远红外功能的重要性。

1 试验原理

试样放到规定温度的加热板上后其辐射电磁波增强，以吸收波长主要在5μm～14μm波段的远红外检测传感器分别测试校准黑体板和试样在规定条件下的辐射强度，以试样与校准黑体板的辐射强度之比来表示其远红外发射率[3]。

2 影响因素

影响远红外发射率的主要因素包括：内在因素和外在因素。内在因素包括：材料本身结构，原材料预处理工艺、表面状态和材料的体因素等。外在因素包括测试过程中大气的温湿度条件[4]。

2.1 内在因素

（1）材料本身结构

一般地，金属导电体（铝）的远红外发射率较小，电介质材料（氧化硅、碳化硅）的发射率较高。存在这种差异的原因与构成金属和电介质材料的带电粒子及其运动特性直接有关。带电粒子的特性不同，材料的电性和发射率红外辐射性能就不一样，而这往往与材料的机体结构有关。

（2）原材料预处理工艺

同一原材料因预处理工艺条件不同会导致不同的发射率。比如：经700℃空气气氛处理与经140℃煤气气氛处理的氧化钛的常温发射率分别为0.81和0.86[5]。

（3）表面状态

材料表面越粗糙，其发射率值越大。例如：通常暖气片表面是不光滑的，就是为了增加暖气片热量发射率。

（4）材料的体因素

材料的体因素包括：材料的厚度、填料的粒径和含量等等。一般随着厚度的增加，发射率增大。

2.2 外在因素

本文主要研究外在因素，即在测试过程中大气温湿度对远红外发射率的影响，分别在3种不同的温度和湿度的组合（表1）条件下对同一块竹炭纤维/棉（30/70）混纺的针织布料进行远红外性能测试，其试样尺寸为70mm×70mm，选用EMS302M远红外发射率测定仪。

EMS302M远红外发射率测定仪，是对具有远红外线功能之物体，测量物体材料的发射率功能的测定仪器，并能精确测量物体的红外线放射率，以34℃符合人体表体温度条件下检测的远红外线发射率，其数据具有客观性、公正性和可靠性。

该仪器符合以下要求：a）试验热板和远红外检测传感器均处于黑体仓内，黑体发射率达到0.95以上；b）试验热板有效面积不低于φ60mm，温度（34±0.1）℃；c）远红外检测传感器检测波长范围满足5μm～14μm；d）远红外辐射强度测定精度±0.1%，发射率测定精度±0.1%；e）环境温度（25±1）℃。

通过EMS302M远红外发射率测定仪对同一块竹炭纤维/棉（30/70）混纺布试样在9种不同的温湿度条件下进行测试，所得的远红外发射率见表2。

表2是一个双因素单独观测值试验数据，现做双因素单独观测值试验数据的方差分析。A因素（温度）有3个水平，即a=3；B因素（湿度 ） 有3个水平，即b = 3，共有a×b=3×3=9个观测值。方差分析如下：

计算平方和与自由度：

矫正数：C=x..2/ab=7.385712

总平方和：SST=∑∑x2ij-C=（0.8962+0.8942+…+0.9152+0.9172）-c=0.000859；

A因素平方和：SSA=—∑x2i-C=—（2.6792+2.7292+2.7452）7.385712=0.00079；

B因素平方和：SSB=—∑x2j-C=—（2.7142+2.7222+2.7172）-7.385712=0.000011；

误差平方和：SSe=SST-SSA-SSB=0.0000578。

而：总自由度：dfT=ab-1=9-1=8；

列出方差分析表，进行F检验，表3为数据方差分析表。

根据df1=dfA=2，df2=dfe=4 查临界F值，F0.01（2，4）=18.00；根据df1=dfB=2，df2=dfe=4查临界F值，F0.01（2，4）=18.00。

因为 A 因素 的 F 值 27.34 > F0.01（2，4），P<0.01，表明不同温度条件下差异极显著；B因素的F值0.38

3 结论与展望

随着人们对生活质量要求的提高，远红外产品在日常生活中的应用越来越广泛。远红外产品的应用包括：

（1）用于航天领域航天器用远红外辐射涂层是一种高温高发射率涂层、涂在航天器蒙皮表面上，作为辐射防热结构。

（2）热能利用方面：红外加热、作为耐火材料。

（3）用于军事目的：防红外伪装涂层、红外诱饵器。

（4）用于医疗保健的远红外纺织品。具有医疗预防作用，可改善临床症状和预防疾病，提高健康水平[6]。

正是远红外纺织品如此广泛的应用，要求我们对远红外纺织品的检测更加严格和精确。所以在远红外纺织品远红外发射率检测过程中，应制定统一的、最符合实际使用的检测环境条件，将远红外发射率的测试误差控制在最小范围内。而通过上述不同温湿度条件下对远红外发射率的影响进行的双因素方差分析，得出在纺织品远红外发射率测试过程中，温度的改变对远红外发射率的数值具有显著影响，而湿度对远红外发射率基本无影响。通过试验数据分析，得到最佳测试环境为（25±1）℃，湿度无需严格要求，与EMS302M远红外发射率测定仪的要求一致。因此，建议使用该设备进行远红外发射率的测试时，应将环境温度控制在（25±1）℃，湿度建议在日常空气环境即可，使远红外发射率的测试误差最小化，从而增加数据的真实可靠性。

因此在制定纺织品远红外发射率测试方法标准时，应把温度作为重要的外界考虑因素。关于不同设备，在不同的温度环境中，测试纺织品远红外发射率更具有准确性，有待于我们更进一步的研究和探讨。

参考文献：

[1]雷绍南.红外物理与技术[M].华中工学院红外技术专业教材.1986.

[2]CAS 115—2005保健功能纺织品[S].

[3] FZ/T 64010—2000远红外纺织品[S].

[4]邹南智，朱又迈.关于红外半球全发射率与温度关系的讨论[J].红外技术，1997（5）：1-4.

[5]Tichmond J C. Symposium on thermal radiating on solids. San Francisco Colif， 1964：157.

[6]珊峦.远红外纺织品[J].上海丝绸，2011（1）：10-13.

（作者单位：广州市纤维产品检测院）

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