基于皮肤耦合作用的多孔聚合物材料红外管理特性测评与表征

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热功能性多孔聚合物作为功能性材料的代表,与服装及各类拓展产品的舒适性紧密相关,正向更加智能化、人性化、多功能化方向发展迈进。红外管理特性,定义为多孔聚合物材料和皮肤的耦合作用体对红外辐射的吸收、反射、透射和释放的总体特性,是多孔聚合物材料一项非常重要的物理特性及评价功能性服装的一项重要指标。但目前国内外关于多孔聚合物材料红外管理特性的动态检测技术、评价及表征方法尚未成熟,虽然现有的测试方法可以用来确定多孔聚合物材料的红外辐射性能,但都限于静态指标或平衡态指标比如发射率等的测试,无法描述多孔聚合物材料从接收红外辐射到达到稳态平衡的红外管理能力,自然很难用以区别不同的红外功能性能要求的多孔聚合物材料。更重要的是现有技术没有建立集成动态测试、定量描述及综合评价多孔聚合物红外管理性能的方法;且没有考虑多孔聚合物和皮肤对红外辐射的动态耦合作用。
  本文基于国内外研究现状及课题组前期研究成果的基础,研究了皮肤耦合作用下的多孔聚合物材料红外辐射性能的评价指标、客观测试、评价方法、评价指标的分级和表征方法。提出了使用机械测试系统模拟多孔聚合物材料和皮肤之间对红外辐射的耦合作用,以及耦合作用体与外界的动态相互作用过程,获取作用过程中的动态变化信息,对多孔聚合物材料红外管理特性进行动态测试的方法。基于提出的测试方法,搭建了包括仿生皮肤模型、测试仪器机械装置、测控软硬系统的多传感测试系统。
  基于红外辐射基础理论,以及通过对预测模型中皮肤耦合作用下典型红外管理特性曲线的分析,对有无皮肤及皮肤是否出汗下分阶段建立了基于皮肤耦合作用的多孔聚合物材料红外管理特性的评价指标系统,包括反射端即刻红外反射强度、透射端即刻红外透射强度、反射端红外发射强度、透射端红外发射强度、反射端红外强度动态变化速率、透射端红外强度动态变化速率、稳态红外反射强度、稳态红外透射强度、反射端红外强度动态变化率皮肤影响比、透射端红外强度动态变化率皮肤影响比、皮肤出汗与不出汗反射端红外反射强度最大差值、皮肤出汗与不出汗透射端红外反射强度最大差值,共12项评价指标。
  为验证测试系统及评价指标的有效性,本文对12种典型多孔聚合物样本在自制的测试系统上分有无皮肤及皮肤是否出汗等情况进行了客观测试实验,并对两项可对比的平衡态指标稳态红外反射强度、稳态红外透射强度的测试结果与国际上认可度较高的FTIR(傅氏转换红外线光谱仪)测试结果进行相关性分析。结果表明所定义的评价指标有效,平衡态指标与FTIR的测试结果具有一致性,所研制的测试系统及定义的评价指标体系可用于多孔聚合物材料红外管理特性的综合测试与评价。
  为直观有效表征及区分多孔聚合物材料的红外管理特性,进行了评价指标分级研究,通过对150组大样本实验结果分析,根据每项指标分布规律确定指标特性,得到了指标分级表;并根据每个样本对应指标分级表中各个指标对应的特性值,研究了红外管理特性指标分级指纹图表征方法。
  采用扫描电镜对多孔聚合物材料的微观表面形貌进行了测试,求得孔隙率,并与本测试系统得到的各项指标结果进行相关分析,对多孔聚合物材料的红外管理特性进行了微观表征,得到了多孔聚合物材料的微观结构参量对其红外管理特性的影响规律。
  本文提出了一种基于皮肤耦合作用的多孔聚合物材料的动态的、整体综合的红外管理特性测试与表征方法及评价指标体系,可为该领域新产品的开发及测试提供依据。
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