仿生树形结构针织物液态水传导机理

Biomimetic branching structure is an innovative fabric structure for simulating tree-shaped networks at the transverse section, to improve the liquid water transport to provide comfortable feeling to human. The initial work conducted by applicant proved this structure had fast liquid water transport property, but it is not clear to explain the mechanism of biomimetic branching structure to accelerate liquid water at the transverse section, and it is needed to do further study. Hence, this project is aimed to study biomimetic of branching structured knitted fabrics, establish the micro-structural model of biomimetic branching structured knitted fabrics; to measure the liquid water transport property of biomimetic branching structured knitted fabrics under the gravity and anti-gravity conditions, analyze the difference between biomimetic branching knitting structure and traditional knitting structure; explain the influence of structure parameters on biomimetic branching knitted fabric water transport property; explore liquid water transport mechanism of biomemitics of branching structured knitted fabrics, the difference of liquid water transport property between inner surface and outer surface; apply numerical method to simulate liquid water transport and diffusion on the transverse section. Through the study of three-dimensional structure of biomimetic branching structured knitted fabric and liquid water transport mechanism, it has important significance to improve the comfort of knitted fabrics.

仿生树形结构是创新地在纺织材料厚度方向上模拟树形分支的新型织物结构，用以提高液态水在厚度方向上的单向吸水导水速率，最终提高服装的舒适性。申请人在首创的前期研究中证实此种结构具有快速液态水传导的特性，但是仿生树形结构能够加速液态水在织物厚度方向上传导速率的机理仍不清楚，需要进行更深层次的探究。因此，本项目以仿生树形结构针织物为研究对象，将建立仿生树形针织物的细观结构模型；开展测量仿生树形针织物的液态水传导的实验，考虑重力和克服重力因素条件下测量织物厚度方向上液态水传导速率，分析仿生树形针织结构和传统针织结构的差异；解释仿生树形针织结构参数对织物吸水导水性能的影响；揭示仿生树形结构针织物的吸水导水机理，织物正反面吸水导水的差异；运用数值模拟液态水在织物厚度方向上的传导和扩散。该项目通过研究仿生树形针织物的三维结构和其吸水导水机理，对于提高纺织材料或其他多孔材料的导水性能具有理论价值和现实意义。

仿生树形结构是创新地在纺织材料厚度方向上模拟树形分支的新型织物结构，用以提高液态水在厚度方向上的单向吸水导水速率，最终提高服装的舒适性。本项目分别采用了纬编和经编针织结构，在织物厚度上建立了树形分叉结构，研究了仿生树形结构针织物导湿性能，完成了对仿生树形织物和服装的整体评价。开展了测量仿生树形针织物的液态水传导的实验，考虑重力和克服重力因素条件下测量织物厚度方向上液态水传导速率，分析了仿生树形针织结构和传统针织结构的差异；解释了仿生树形针织结构参数对织物吸水导水性能的影响；揭示了仿生树形结构针织物的吸水导水机理，织物正反面吸水导水的差异；分析了仿生树形结构导湿机理研究，包括毛细管力，树形分叉结构的最小传输阻力。纯棉/纯涤仿生树形针织物比纯棉常规结构织物在芯吸高度经向和纬向提高了10-20%，在芯吸速率上经向和纬向提高了12-28%, 分别达到21.25 cm芯吸高度和4.5mm/s；纯棉/纯涤仿生树形结构织物比对比纯棉/纯涤织物吸水速度增加15-36%，证明了树形网络加速毛细管流动，优化结构中的液体吸收比正常结构快38%。虽然仿生树形结构织物的线圈数量较少，但是没有影响吸水速度。纯棉/纯涤仿生树形结构织物分别比对比织物空气阻力低40-93%；在静态和动态真人服装测试中，胸部、肩部、背部和腿部的温度要比对比服装低0.4℃ ，湿度低5-10%。该项目通过研究仿生树形针织物的三维结构和其吸水导水机理，对于提高纺织材料或其他多孔材料的导水性能具有理论价值和现实意义。基于本项目研究成果，共发SCI论文7篇，申请发明专利3件。