【集萃網(wǎng)觀察】摘要：借鑒BET多分子層吸附模型，建立了織物吸濕多分子層模型。采用c++編程.使用鮑威爾算法對(duì)該模型進(jìn)行求解，得出模型中各個(gè)參數(shù)值，如水分在織物上的吸附層數(shù)、材料的吸濕性能，以及材料吸濕后的干基含水率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)出不同材料在一定條件下的干基含水率。比較模擬值與實(shí)測(cè)值之間的差距，發(fā)現(xiàn)該模型能較好的與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合。最后比較分析了不同組織結(jié)構(gòu)織物之間吸濕性能的差異。
吸濕能力對(duì)熱濕傳輸過(guò)程有重要影響，因此對(duì)織物熱濕傳輸模型的研究也都圍繞織物的吸濕特性展開(kāi)。Henry提出一個(gè)描述織物中熱濕傳輸過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)假定纖維中的吸濕量線性依賴于溫度和空氣的濕度，并且纖維與鄰近空氣達(dá)到平衡是瞬問(wèn)的，得到了一個(gè)解析解。。但該假設(shè)離實(shí)際的纖維吸附過(guò)程太遠(yuǎn)，限制了它的應(yīng)用。為了改進(jìn)上述模型，Nordon和David提出了纖維中濕含量與周圍相對(duì)濕度的實(shí)驗(yàn)表達(dá)式，并結(jié)幾個(gè)被Henry忽視的因素給出了方程的數(shù)值解，但這些表達(dá)式忽略了纖維的吸附動(dòng)力學(xué)原理。Li和Holcombe發(fā)展了一個(gè)新的吸附率方程，該方程考慮到羊毛纖維的兩階段吸附特性并且結(jié)合了更實(shí)際的邊界條件來(lái)模擬羊毛織物的吸附行為。Li和Luo改進(jìn)了纖維中濕吸附過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬方法，羊毛纖維的兩階段吸附過(guò)程通過(guò)1個(gè)統(tǒng)一的擴(kuò)散方程和2套變化的擴(kuò)散系數(shù)來(lái)模擬。本文借用BET方程的思想建立了多分子層的織物吸濕平衡模型，并比較了不同結(jié)構(gòu)的織物之間吸濕性能的差異。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1材料與儀器
含滌綸65%、棉35%的13tex雙股滌棉混紡紗線，保定依棉集團(tuán)生產(chǎn)。
滌棉混紡紗線采用梭織法，織成結(jié)構(gòu)緞紋和斜紋織物。緞1：400根/10cm×l80根/10cm：緞2：400根/10cm×220根/10cm：緞3：400根/10cm×260根/l0cm;緞4：400根/10cm×300根/10cm的5枚2飛緞紋織物;緞6：400根/10cm×220根/10cm的5枚3飛緞紋織物。斜2：400根/10cm×220根/l0cm的2上l下右斜紋織物，斜6：400根/10cm×220根/l0cm的3上l下右斜紋織物。
Adventeue啪AR2140電子分析天平;YG601型電腦式織物透濕儀，寧波紡織儀器廠生產(chǎn)。
1.2吸濕實(shí)驗(yàn)
按照GB/T9995--1997的《紡織材料含水率和回潮率的測(cè)定一烘箱干燥法》，在恒溫恒濕箱內(nèi)進(jìn)行滌棉織物的吸濕平衡實(shí)驗(yàn)，溫度設(shè)定為20℃，相對(duì)濕度依次為20%、25%、35%、45%、50%、60%、70%、75%、85%。
2結(jié)果與討論
2.1測(cè)試結(jié)果
2.1.1織物的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
表l列出了7種織物的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。可以看出這7種織物的厚度與密度均相差不大，可以認(rèn)為織物的厚度與密度對(duì)比較的結(jié)果產(chǎn)生的誤差很小，因此在分析比較時(shí)，可以忽略不計(jì)。
2 . 1 . 2 織物的平衡含水率
表2列出所測(cè)織物在不 同條件下的干基 含水率。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，無(wú)論哪種織 物均是隨濕度的
增大，其吸濕性增大，干基含水率也變大。
2.1.3密度對(duì)吸濕性的影響
圖l為在20℃，相對(duì)濕度60%的條件下緞紋組織的吸濕曲線�？梢钥闯觯N材料、相同織法的織物在緯密不同時(shí)，其吸濕性能隨密度的變化呈現(xiàn)一定的變化。在一定范圍內(nèi)，織物的吸濕性隨密度的增大而變大，當(dāng)密度達(dá)到一定程度時(shí)，吸濕性能反而下降。圖中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)在緯密220根/10cm左右。由織物的吸濕機(jī)制可知，織物疏松時(shí)，吸濕主要反映的是材料本身的吸濕性，類似紗線的吸濕;當(dāng)密度達(dá)到一定程度時(shí)，織物表面就會(huì)產(chǎn)生凝聚現(xiàn)象，主要原因是排列緊密的紗線出現(xiàn)了毛細(xì)管現(xiàn)象，濕汽會(huì)凝聚，反映出的宏觀現(xiàn)象就是織物的吸濕性能提高，但當(dāng)織物過(guò)于緊密時(shí)，凝聚現(xiàn)象就會(huì)降低，吸濕性能就會(huì)減弱。
2.2模型概述
1938年，Brunauer、Emmett、Teller等人將單分子層吸附的Langmuir理論加以擴(kuò)展，提出了多分子層吸附理論，它包括單分子層和多分子層吸附。
多分子層吸附理論的基本假設(shè)為：1）固體表面是均勻的，即吸附活性點(diǎn)分布均勻，吸附能力相同;2）被吸分子之間無(wú)作用力，吸附可以是多分子層的，但第1層的吸附與以后各層的吸附有本質(zhì)的不同，第1層的吸附熱也與以后各層的吸附熱不同，即第2層以后的各層吸附熱接近于氣體分子的凝聚熱;3）每層的吸附與脫附處于動(dòng)態(tài)平衡。
根據(jù)多分子吸附理論，可使用下面的模型對(duì)織物吸濕平衡時(shí)的吸濕量進(jìn)行描述：
2.3模型參數(shù)估算
使用鮑威爾算法，對(duì)模型的3個(gè)參數(shù)進(jìn)行估算。使用C++代碼編寫(xiě)程序，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用織物進(jìn)行多分子層吸附模型的非線性回歸，估值結(jié)果如表3所示，其中R2為將估算的參數(shù)代入模型(1）的模擬值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)。
從表3的數(shù)據(jù)可以看出面料水分吸濕的層數(shù)都在1左右。C值在0.2～0.3之間，彼此相差不大，因?yàn)镃值在理論上只與材料的性質(zhì)有關(guān)。表4是計(jì)算出來(lái)的模擬值。
圖2比較了7種織物實(shí)測(cè)值與模擬值的關(guān)系�？梢钥闯瞿M值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，兩者變化趨勢(shì)相同，吸濕性能呈曲線變化。從以上各個(gè)織物的吸濕性能來(lái)看，在溫度為20℃、相對(duì)濕度為85%的條件下織物的干基含水率只在10%左右，可見(jiàn)織物的整體吸濕性能比較弱。其原因是：以上各個(gè)織物所用的材料是滌棉混紡紗線，材料的固有吸濕性能對(duì)織物的吸濕性有重要影響。
由圖3可看出相同材料的織物在經(jīng)緯密度一致(400根/10cm×220根/10cm），組織結(jié)構(gòu)不同時(shí)，平衡時(shí)緞紋的干基含水率比斜紋要高。這說(shuō)明緞紋組織具有較好的吸濕性能，斜紋組織相對(duì)較差。
該模型能夠較好的模擬某類織物在給定條件下的吸濕性，且能夠預(yù)測(cè)出一定溫度和相對(duì)濕度下的平衡含水率。該模型的機(jī)制應(yīng)用了BET多分子層吸附理論來(lái)研究織物吸濕性能，認(rèn)為織物的吸濕符合多分子層吸附理論，通過(guò)模擬得知，該模型能較好的與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合�？椢锏慕Y(jié)構(gòu)一致時(shí)，織物的經(jīng)緯密度也是影響織物吸濕性能的重要因素。
3結(jié)語(yǔ)
模型的選取與建立是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，要考慮很多因素，織物吸濕多分子層模型是借助BET模型思想而建立的，認(rèn)為織物的吸濕滿足多分子層吸附理論。
1）該模型的模擬值與實(shí)測(cè)值吻合較好。
2）給出了模型中3個(gè)未知量的具體數(shù)值，其值因織物的不同而不同。
3）織物平衡時(shí)的干基含水率與織物的經(jīng)緯密度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，密度越大，平衡時(shí)的干基含水率越高，密度達(dá)到一定值后，干基含水率反而下降。
4）織物的經(jīng)緯密度相同時(shí)，在相同條件下緞紋組織明顯比斜紋組織的吸濕性能高。
借鑒BET方程而建立的織物干基含水率模型，能夠較好地反應(yīng)客觀實(shí)際，是研究織物吸濕性能的一種重要方法。今后可以從不同機(jī)制來(lái)建立相關(guān)模型，綜合考慮各種因素，建立更加完善的吸濕模型。
來(lái)源 劉凌杰，杜迎春
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