抵御严寒,维持人体正常体温是纺织品的一个重要功能,区别于传统被动式保暖服装,新型积极主动发热式保暖服表现出更好的温度控制效果,特别是电加热织物在温度可控性及供能稳定性方面有明显优势。但电热材料成本普遍较高,为降低设计及生产消耗的原材料成本,可以构建导电织物电热模型预测电热性能,优化发热材料使用效率和发热织物结构,提高发热效率。电热织物包括导电机织物和导电针织物,与针织物相比,机织物结构更加稳定。现有电热机织物发热模型主要从织物的宏观层面或实验测试角度进行分析,不能有效预测电热织物中的加热温度分布均匀性,在指导设计电热织物中发热元件的分布时存在一定局限性。为了系统阐释电热织物的加热温度分布均匀性的影响因素,有必要从纱线层面建立电热机织物加热模型,为电热机织物的设计与开发提供理论依据。针对电热机织物在加热模型及温度分布均匀性方面的研究不足,本文从纱线层面构建导电纱线及电热机织物的电加热温度预测模型,该模型可计算织物中温度。同时,针对导电纱加热单元在机织物中的两种基本排列方式,设计实验比较织物电阻与导电纱间距对织物电热性能的影响,验证并优化模型。具体研究内容如下:(1)以机织物纱线单元为基础,引入织物中导电纱和非导电纱的热传递差异,构建电热机织物的电加热模型,预测织物加热温度及其分布均匀性。以碳纤维纱为加热元件,构建其在空气中的电阻和电加热模型,以及织入织物后的电加热模型。根据温度在织物中的两种传递形式,将导电纱热量损耗分为与空气之间的热对流及织物内部的热传导,非导电纱热量损耗仅为与空气之间的热对流,当各部分热量传递平衡时,织物达到最大加热温度。通过模型发现,为了保持面内发热分布均匀,导电纱间距不能过大,而导电纱间距与织物密度及非导电纱间隔根数有关。串联式电热织物最大加热温度随织物总电阻的增大而减小,但并联式电热织物总电阻的增大不会引起织物最大加热温度的改变。(2)设计制备两种不同结构的电热织物,验证并优化模型,探讨模型假设合理性,结果证实构建的织物电加热模型可有效预测电热加热织物在不同电压条件下的温度。基于串联式和并联式两种结构设计并制备电热织物,在不同电压条件下进行电加热实验,验证模型。结果显示,构建的单根导电纱在空气中电热模型及串联式机织物电热模型与实际测量温度的偏差范围均在4.64%以下,拟合程度较高。可见该模型可以用作不同电压条件下导电纱及串联式电热机织物最大加热温度及织物温度均匀性的预测。通过在并联式导电机织物电热模型中加入温度对织物电阻的影响因素,对并联式导电机织物的电热模型进行优化。优化后的并联织物电热模型与实际测量值的偏差范围由原先的9.81%降低到3.41%以下,偏差值的标准差由4.31下降到2.11,拟合程度得到了明显的改善。(3)应用所建立的模型,优化电热织物结构,比较织物电阻与导电纱间距对织物电热性能的影响,发现加热单元被并联时的加热效率明显优于加热单元被串联时的加热效率,且为保持温度分布均匀,最大间距2mm(4根非导电纱)。为了评价织物电阻与导电纱间距对织物电热性能的影响,以棉纱做经纱,碳纤维纱和棉纱间隔排列做纬纱,制备串联式和并联式两种发热元件排列形式的电热织物。分别评价织物最大加热温度、加热速率、散热速率,温度分布均匀性,对比分析两种织物加热效率。结果表明:导电纱间距越小,电热织物最大加热温度越大,且升温速率越高,温度均匀性越好。相同电压条件下,织物电阻越大,串联式电热机织物最大加热温度越小,温度上升速率越慢,但织物电阻对并联式电热织物没有明显影响。加热单元被并联时的加热效率明显好于加热单元被串联时的加热效率,且为保持温度分布均匀,最大间距2mm(4根非导电纱)。综上所述,本课题从纱线层面构建了两种结构电热机织物电热模型,对织物中加热温度均匀性进行预测,论证了织物电阻及导电纱间距对两种不同结构电热织物电热性能的不同影响,为电热机织物开发提供了一定的理论依据。但是本课题缺少人体服用性能评价,针对模型中的温度均匀性,在今后的研究中,可针对人体不同部位对于温度的敏感性的不同,进行加热服装设计。