吸湿凉爽针织服用面料的性能研究

高 婕 李 睿 苏佳佳 樊晨露 章为敬 张佩华

东华大学 纺织学院(中国)

近年来，随着人们生活水平的提高，特别是随着户外运动的流行普及，人们对服装舒适性的要求也越来越高[1]。服装的舒适性与生理、心理和物理环境等多方面因素相关，可分为热湿舒适性、触觉舒适性和体感舒适性[2]。本文主要针对服装的热湿舒适性进行研究，采用了物理指标评价法，对市面上所见的部分针织面料进行热湿舒适性能对比测试，进而为兼具轻薄柔软、透气和吸湿凉爽功能面料的设计、开发提供一定理论依据，并为大众在购买相关产品时提供有价值的购买建议[3]。

1 试验材料

本文选取了12种不同材质的面料，其基本结构参数如表1所示。

表1 试验材料基本参数表

2 试验方法

试验前将织物在温度(20±2)℃、相对湿度(65±3)%的环境下放置24 h，按照如下测试方法，测试织物透气率、芯吸高度、织物升温曲线、热阻湿阻和干燥速率。

2.1 织物透气率测试

采用YG461E/Ⅱ型数字式透气量仪，参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，设定压力200 Pa、喷嘴口径为6.0 mm，每块试样不同位置测量5次，取其平均值。

2.2 织物纵横向芯吸高度测试

采用由长方形的容器和试样夹组成的简易试验装置，参照FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》标准。沿织物纵向、横向，分别在每块织物的左、中、右部位各剪3块试样，试样尺寸为25 cm×2.5 cm，测试时在试样下端夹持2.55 g的张力夹，上端固定于仪器，在试样底部放置一盒蒸馏水，使下端浸入水中。30 min后在标尺上读取溶液上升的高度，测试3次，取平均值[5]。

2.3 织物升温曲线测试

织物升温曲线的测试可以表征织物的热传导性能，并且通过直观的实时数据与曲线变化，模拟动态人体热湿扩散。本文采用的测试仪器为添加了相应程序的YG606II型织物热阻湿阻测试仪。根据测试要求，对相应参数进行设置，使其能保持恒定功率对织物进行加热。试验设定功率为22.05 W，测试前需将仪器预热2 h，测试织物尺寸为35 cm×35 cm。

具体测试步骤如下所述。首先对待测织物进行预处理，干态测试需将被测织物置于标准温湿度的恒温恒湿环境下平衡24 h；湿态测试需将被测织物烘干后称质量，置于恒温恒湿室平衡24 h，之后向其中滴入水，使之均匀含水20 g。然后调试预热测试设备。根据试验需求设置恒温恒湿箱的温湿度为标准环境温湿度；测试板的初始温度为25 ℃。在测试前可将所述测试板的温度升至测试最终温度后，再降温至初始温度，以减小误差。接着进行试样测试，打开恒温恒湿箱，将被测织物水平置于测试板上，迅速夹持好织物，关上恒温恒湿箱，以恒定功率对测试板加热。温度升至设置温度时，测试结束。记录被测织物与测试板接触面温度随时间变化的数据。最后进行数据处理，对系统记录的干态、湿态升温数据进行平均处理。升温曲线到达某特定温度所需的时间越长，则织物升温速率越慢，其凉爽功能越好。对系统记录的数据做同一时刻的干态、湿态织物表面温差处理。同一时刻织物干态、湿态最大温差越大，其快干性、湿态凉爽功能越好。

2.4 热阻湿阻测试

热阻表征织物的隔热性，湿阻表示织物处于稳定的水蒸气压力梯度条件下，通过一定面积的蒸发热流量。选用YG606 II型织物热阻湿阻测试仪，参照GB/T 11048—2008《纺织品生物舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》标准，在稳态条件下，测得织物的热阻和湿阻，并计算出织物的导热系数λ、透湿率和透湿指数。

2.5 干燥速率的测试

根据美国AATCC201测试标准，采用RF4008HP型干燥速率测试仪，测试织物的干燥曲线与干燥速率。取织物左、中、右均为15 cm×15 cm的试样，放置在恒温37 ℃的加热板上，在加热板中央滴入0.2 mL的水，试样上方设置1.3 m/s的风速对试样进行干燥，通过红外温度传感器测试试样温度的变化，判断干燥是否结束，根据测试干燥时间得到干燥速度。

3 结果和讨论

面料透气率、芯吸高度、热阻、克罗值、传热系数、湿阻、透湿率和透湿指数测试数据如表2所示。

表2 测试数据

3.1 透气率

织物透气率与织物厚度成反相关、与孔隙成正相关，即越薄、空隙越多的织物透气率越好。而织物空隙与织物所用纤维密度、织物结构和厚度有关，即织物越厚，织物透气性越差，在相对湿热条件下，其舒适性越差。图1为试样透气率的测试结果。

图1 织物透气率数据对比图

由图1可知，在喷嘴口径一致的前提下，试样F2、F3、F5和F7的透气量值最大，均超过1 730 mm/s，F8最小，仅为830.5 mm/s，因此可知，试样F2、F3、F5和F7具有相对较高的透气性，试样F8的透气性最差。

3.2 芯吸高度

图2是各织物纵横向芯吸高度的测试结果。由图2可知，试样F2、F4、F5和F11的横、纵向芯吸高度为所有织物中最高的，均在15～21 cm范围内，其吸湿、导湿性能较好。试样F1的芯吸高度不足9 cm为最小，导湿性最差。试样F8、F9和F12几乎不吸水，需特殊处理，在该测试中无法测得。

图2 织物芯吸高度数据对比图

3.3 升温曲线

织物试样干态升温曲线测试结果如图3和图4所示，其中图4表示干态升温值与不加织物的空板升温值的差值变化。干态升温曲线表示人体在未出汗的情况下织物的温度变化，由于此时织物会阻碍人体散热，所以在同种测试条件下，织物达到同一温度的时间越长，或相同加热时间内织物表面温度越低，其导热性能越好。

图3 干态升温曲线

图4 干态-空板升温曲线

由图3和图4可知，干态下，试样F2、F3、F4和F5达到同一温度所需的时间最长，其升温速率最小；试样F9、F10、F11和F12达到同一温度所需的时间最短，其升温速率最大，且升温不超过0.8 ℃。所以干态下，试样F2、F3、F4和F5的导热性能良好，即在外界环境温度低于人体体表温度的情况下，其能较好地将人体热量传导到外界，降温凉爽性能较好。而试样F9、F10、F11和F12的导热性能较差。

湿态升温曲线测试结果如图5和图6所示，其中图6表示湿态升温值与不加织物的空板升温值的差值变化。湿态升温曲线表示人体在出汗条件下织物的温度变化，在同种测试条件下，织物达到同一温度的时间越长，或相同加热时间织物表面温度越低，人体出汗后织物的凉爽性能越好。

图5 湿态升温曲线

图6 空板-湿态升温曲线

由图5和图6可知，织物吸湿后水分的蒸发有利于散热，从而使人体降温。在加热功率一定时达到同一温度所需的时间，湿态下，试样F9、F12、F1和F7最短，试样F2、F3、F4和F5最长。故湿态下试样F2、F3、F4和F5具有良好的导热散热性，尤其是试样F2、F5，其最大温差可达8.0 ℃，在人体出汗后的凉爽性能较好，试样F1、F7、F9和F12较差。

3.4 热湿阻

影响织物热湿阻的因素主要有纤维材料本身性能、纱线结构和织物结构等。而良好的吸湿散湿性能有利于提高织物导热性能，织物面密度越大、厚度越大，织物热湿性能越差。对于不同的织物，其内部含相对静止空气的量影响其吸湿、散热性能。相对静止空气含量越多，热湿传递性能越差。图7是织物热阻与传热系数的测试结果，图8为织物湿阻与透湿率的测试结果。

图7 织物热阻与传热系数对比图

图8 织物湿阻与透湿率对比图

由图7可知，试样F2、F3、F4、F5具有相对较小的热阻值和相对较大的传热系数，热阻均小于14×10-3(m2·K)/W。试样F9、F12具有相对较大的热阻和相对较小的传热系数，热阻达到了40×10-3(m2·K)/W，表明试样F2、F3、F4和F5具有良好的导热性能，试样F9和F12的导热性能较差，即当人体所在环境温度低于皮肤温度时，试样F2、F3、F4和F5有较好的凉爽效果，而试样F9和F12的凉爽效果则较差。由图8可知，试样F2、F3、F4和F5湿阻较小，均小于3(m2·Pa)/W，透湿率较大，即当人体未出汗的情况下，试样F2、F3、F4和F5具有较好的透湿性能，能减少织物的粘体感和湿感，故而具有良好的舒适性。试样F1、F7、F9、F11和F12的湿阻较大，超过3.7(m2·Pa)/W，透湿性较差。

3.5 干燥速率

织物干燥速率测试结果如图9和图10所示。由图9可知，织物的干燥过程可分为3个阶段：首先织物接触水分，温度快速下降；然后织物的温度缓慢下降，热湿传递达到动态平衡，水在织物内部迁移以维持纤维表面的饱和状态；最后织物温度上升，迁移到织物表面的水分不足以维持饱和状态，织物内部水分开始蒸发，织物吸收热量，逐渐恢复为干态[7]。由图9可知，试样F1的干燥时间最长，所以其干燥速率最慢，凉爽性较差，其次是试样F7。试样F2、F5和F10的干燥用时最短，干燥速率最快，降温温度最低达27.75 ℃。

图9 织物干燥速率曲线

图10 织物干燥速率关系

由图10可知，试样F2、F5和F10的干燥速率最大，尤其是试样F2和F5，可达1.803 6 mL/h以上，凉爽性较好。试样F1和F7的干燥速率小于0.91 mL/h，水分蒸发扩散最差。其余织物的干燥速率较接近。此外试样F8、F9和F12由于材料组成与其他织物有较大差异，需要特殊处理才可测其干燥速率，在该测试中无法测得。

4 结论

通过对12种针织面料的透气率、芯吸高度、热湿阻、干燥速率等的测试评价，得出试样F2、F3、F4和F5的凉爽较好，其中试样F2和F5尤佳，试样F1、F7、F8、F9和F12的凉爽性较差。

理想的具有吸湿排汗性能的纺织品应具有吸湿性高、水分传导快、透湿性好、保湿性低、水分蒸发快的特点。试样F2和F5就具有这些优良性能，其化学成分均为含有轻网成分的聚酯纤维。本文测试的棉织物试样F1和F7的透湿性导湿性较改性聚酯稍差，凉爽性差，同时棉和氨纶混纺的试样F8凉爽性也较差。含有较多羊毛成分的试样F9和F12的吸湿导热性较差，同样含有羊毛纤维的试样F10和F11，因含有较多的聚酯成分，其吸湿凉爽性优于试样F9和F12。本文中含有锦纶、氨纶等化纤的织物的凉爽性也稍逊于改性聚酯。此外，试样F2、F3、F4和F5的网眼布、花式网格布、双面竖条布、秒干凹凸格等花色织物组织相比传统的纬平针织物，在吸湿凉爽方面也具有优势。通过本文所选面料可推断出，加入凉爽成分的聚酯纤维在吸湿凉爽方面较出色。棉和羊毛均为天然纤维，其物理化学性质难以发生根本改变，在制作吸湿凉爽的夏季针织服装面料时面临诸多挑战，可通过改变织物组织结构、与凉感功能纤维交织或功能整理以优化其性能。