服装保暖性的国内外检测技术研究现状与发展趋势

刘美娜+罗胜利+王府梅+刘刚中

摘要：文介绍了暖体假人的发展经历及最新研究成果，对比分析了服装保暖性检测的现有国际标准，指出了目前检测技术的主要不足和服装保暖性能测试课题的近期研究方向。

关键词：服装；保暖性；暖体假人；检测技术

中图分类号：TS941.79 文献标志码：A

The Study on Testing Technology of Clothing Thermal Property

Abstract： In this paper， developments and the latest research progress of thermal manikins are introduced. By analyzing the international evaluation criteria of clothing thermal insulation， it points out the deficiencies of testing technology and the research direction in the near future.

Key words： clothing； thermal property； thermal manikin； testing technology

關于平面状纺织品保温性的测试，国内外标准测试方法都采用平板式保温仪进行测试。而服装通常是由面料、里料、辅料和填充材料等缝制成的三维曲面状产品，其保暖性和热舒适性不但与各种原材料性能有关，还与其组合方式高度相关，因此必须测试考核服装成品的保暖性。20世纪以来，国内外学者就服装保暖性的检测技术进行了大量的研究工作。

1 服装保暖性检测设备分析

服装的热阻是衡量服装保暖性的一项重要指标。目前，国内外一直用“暖体假人”或“出汗假人”测试曲面状服装的热阻。

1.1 暖体假人的发展回顾

20世纪40年代人们开始研发暖体假人，试图通过一个近似人体形态的假人模拟人体与环境间的热湿交换。它的身型高度和三维尺寸和普通成年男子相似，由头、胸部、背部、腹部、臀部、上肢、手、下肢和脚等解剖段组成。暖体假人本体由铜、铝或玻璃钢制作而成，可采用内部加热、内表面加热和外表面加热，当采用内部或内表面加热方式时，为了保持外表温度均匀，必须用高热导率的材料制作外壳。

当前已经有三代暖体假人，第一代暖体假人为单段假人系统，不能反映人体温度分布，且不能活动，只能用于服装热阻的一般测试。第二代暖体假人为多段暖体假人（图 1），每段采用单独控制的加热系统，从而实现了每段体表温度的单独受控，而且假人可以模拟人体不同姿势，做一些简单运动。第二代暖体假人较第一代有了明显的改进，由简单的静态试验发展到了动态模拟的需求，仿真性更高。第三代暖体假人也叫出汗暖体假人，除了可以模拟人体比较复杂的动作以外，实现了假人出汗，能更真实、全面地反映人体、服装和环境的热湿交换过程，对服装的热湿传递性能做出综合评价。

1.2 暖体假人的最新进展

现阶段暖体假人只适合测试某些特殊职业装的保暖性，由于“假人”形体为特定尺码的男体，对于款式多变、大小号尺码分布很广的市场销售服装，“假人”的不适用性显而易见。再者，目前“假人”给出的保暖性指标与全身或半身或某些段（图 1）的单位面积的平均散热功率对应，多数衣服很难刚好覆盖其全身或半身的某些段，衣身和袖子长短、开领高低等款式变化对整件服装散热功率的影响都会被计入保暖性指标。因而结构复杂、造价昂贵的现有暖体假人却不能给出任意款式、尺码服装的有效保温部位的保暖性，应用价值不高。

2015年，东华大学和山东莱州电子仪器有限公司联合研制出LD-1型服装保温性能测试仪（图 2），是考虑服装三维空间结构和材料热阻测试条件的简化假体。仪器测试主机是由紫铜制作的恒温暖体，没有四肢，前后身为 2 台独立的曲面保温仪。凡是容易因服装款式变化引起测试误差的部位都设计为热护板，可保证测试板只向其法向的服装部位供热。热护板与测试板的表面温度都控制在“体温±0.1 ℃”范围，体温可设计为33、34或35 ℃。服装热阻只用测试板的散热量和面积计算，与热护板散热量和面积无关。并且考虑羽绒服等产品保温性的不均匀性，每块测试板与热护板都被划分为数个区域，各区域独立测温和进行恒温控制。考虑环境温度也参与试样热阻计算，假体外围距离测试板25 ～ 30 cm的法向空间内安装有 4 个环境温度测头，测量精度±0.1℃，测试时间段内 4 个环境温度测头的平均温度用于试样热阻计算。与传统暖体假人相比，该仪器结构大幅度简化，只测试上装代表性部位的传热性能，仪器造价低；试样适应范围广，假体三围可以增大1.0 ～ 10.0 cm，以便测试不同尺码的上装；结构设计可剔除开领高低、衣服长短、开衩大小、边缘效应等服装结构对保温性测试值的影响。

2 服装保暖性检测方法分析

对比研究用暖体假人测试服装保暖性的国际标准ASTM F 2732-2011与BS EN ISO 15831：2004，两者从适用对象、测试环境、仪器设备调试、试样准备、计算方法等方面介绍了热阻的检测方法，对比结果如表 1 所示。

从表 1 可以看出，这 2 个标准所采用的检测方法基本相同。适用对象都是人体穿着的整套服装，包括外套、衬衣、牛仔裤、男士内衣内裤、袜子、运动鞋、手套、帽子。而针对市场流通中单件服装，这样的检测方法无法标识其保暖性指标，也就是说现有的标准在实际产品测试评价中的可用性很低。

测试环境包括温度、相对湿度和风速 3 个因素。对于服装保暖性测试的环境温度，2 个标准给出的是一个范围，更注重的是对温度稳定性的控制。而研究结果表明，服装内外温差的大小势必影响其对流散热和辐射散热，服装热阻随着环境温度的升高有较为显著升高趋势。所以服装热阻的测试必须界定在一定的环境温度上，仅仅给出温度的取值范围是不科学的。对于服装保暖性测试中相对湿度的控制，2 个标准都只是对控制的精度有一定的要求，这是因为在推荐范围内相对湿度对服装热阻的影响不明显。对于服装保暖性测试的环境风速，2 个标准的要求相同，都是给出的固定值。实际上外界的有风环境会扰乱边界空气层与织物内部的含气量，并增强对流散热，最终导致服装热阻下降。在软风风力范围内，随着风速的增大，服装热阻呈线性下降趋势。对保暖性要求较高的服装往往是在寒冷冬季穿着，风力是其中一个很重要的环境因素，尤其是在沿海和高原地区。2 个标准设定的0.4 m/s的风速相当于 1 級风的风力，这样的测试条件与服装的实际穿着使用环境大相径庭，其测试结果不能很好地反映实际使用中的保温性。

暖体假人的体表温度实际上是模拟人体的体表温度。实验研究表明，在正常生活、工作状态下，体表温度在32 ～ 35 ℃时，人的感觉都是比较舒适的。服装保暖的目的就是要维持人体的体表温度使其处于舒适状态，所以暖体假人的体表温度应该是人体的舒适体表温度，取值在32 ～ 35 ℃之间即可。

测试服装的尺码要求是合身，与穿着情况相符，这实际上是模拟人体在真实环境中的穿着状态。但是“合身”只是一个定性描述，它没有给出服装与暖体假人配合的准确宽松度，而宽松度的数值决定了暖体假人与服装间的空气含量。在无风情况下，静止空气的含量会影响服装的热阻测量值；在有风的情况下，流动的空气层会形成风洞效应，从而影响服装的保温性。所以定性描述的服装尺寸势必导致测试误差。

服装热阻的计算方法已经形成了一定的理论体系，但是也存在一些应用困难的问题。一方面，目前国内外的服装热阻表征的是服装单位面积的隔热效果，不能直接反映服装对人体单位面积的保温效果，因为同一人体穿着同一尺码服装时表面积因款式而变化，在传统定义下不同款式服装的热阻值之间失去了可比性，不利于消费者理解和运用。另一方面，服装试样的表面积计算非常繁琐。ASTM F 2732-2011与BS EN ISO 15831：2004都采用服装面积系数fcl完成暖体假人体表面积与服装试样表面积的换算，而fcl的准确测量需要采用图像处理的方法，非常耗时。所以ASTM F 2732-2011为了方便起见，就对fcl的取值做了明确的规定，1#套装、2#套装（标准规定的套装组成）和冬季套装fcl分别取值1.25、1.30和1.35，这样计算数值的准确性势必下降。上述 2 个问题都与试样面积相关，东华大学的发明专利“一种模拟体形的成衣保温仪的热阻计算方法”很好地解决了这 2 个问题。它将热阻定义为：标准人穿上合适尺码的服装试样由瞬态传热转变到稳态传热以后，标准人的体表温度和服装外围20 ～ 60 cm处空气层温度的差值与体表单位面积散失的气态热流功率之比。这一新的表述既避免了服装表面积的繁琐测量，又使得热阻的实用意义增强。

3 今后的研究方向

服装保暖性的科学评价体系主要包括 2 个方面，一是精确实用的检测仪器，二是科学合理的检测方法。通过以上分析可以看出现有的检测仪器和检测方法都存在一些不足，同时也指明了今后的研究方向。

3.1 暖体假人的设计改进

传统意义的暖体假人由头部、胸部、腹部、背部、臀部、手、腿、脚组成，至少需要15个模块构成假体，结构非常复杂，且尺码或型号单一，只能测试某一规格型号的服装，再者测试时必须穿着内外、上下全套服装，测试步骤繁琐。LD-1型服装保温性能测试仪克服了暖体假人结构复杂、型号单一的缺点，但它只是针对上装保暖性测试的简化假人，仅是服装保暖性测试设备的一个组成部分。一套完整的服装保温性能测试仪还须进一步研发下装或裤类、袜类服装的保温性能测试仪。

3.2 服装保暖性的检测方法研究

为形成全面、客观、公正和科学的评价方法，需解决以下 3 方面问题。首先，研究确定服装保暖性测试的标准环境。测试环境中温度、相对湿度和风速都会影响服装保暖性的测试结果，尤其是温度和风速 2 个因素。确定这些因素的关键应该是明确服装的实际使用环境，只有在接近使用环境的人工气候室（控制温度、相对湿度和风速）测试服装热阻方能给出科学合理的评价。所以防寒服必须在低温下测试，户外服应该在比较强的风速下测试。定性描述是不够的，必须确定出一个合理的标准环境条件，这需要调研全国范围内代表性地区在冬季的温湿度、风速等环境条件。

第二，需要定量规范服装与暖体假人配合的宽松度。宽松度因人而异，因服装类型而异，例如正装和休闲装，在实际穿用中的宽松度不同。合理的评价体系应该结合人和服装的各种因素进行综合考虑，在调研的基础上确定合理的数值。

第三，需要推算服装热阻与使用环境温度的对应关系，在服装或其产品介绍上标识其适合的使用环境温度。服装热阻应该能给人们出行给出合理性建议，热阻与环境温度的对应关系就尤其重要。这需要调研分析人体生理学领域的研究资料，汇总分析出中等运动和轻微强度下的健康中年人、儿童、老人体表单位面积的散热量，根据不同人的体表散热量，计算出所需服装热阻与使用环境温度的图表对应关系。

4 小结

目前国内外服装保暖性检测的设备和方法尚不健全，不能给出科学合理的评价。通过研制科学实用的服装保暖性测试仪器和测试方法，可帮助企业科学评价产品性能，有利于研究开发防寒服、户外服、舒适内衣等高档服装，提升我国纺织服装企业的竞争力。

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