織物的熱舒適性測試與分析

孟 媛 王進美

西安工程大學 紡織科學與工程學院(中國)

隨著人們生活水平的提高，對織物熱舒適性的要求也越來越高。目前，已有許多研究者對織物的熱舒適性進行了相關研究，評價方式也由主觀評價過渡到客觀評價[1]。以往研究表明，織物的熱舒適性與織物的規格有關[2]。Kawabata等搭建了可測量人體感知織物表面冷暖的儀器，這種儀器通過測量瞬間熱流量，模擬人手觸摸織物時的冷暖感受。楊明英等的研究指出，織物熱舒適性取決于織物的導熱系數與比熱容等[3]。本文主要分析織物熱舒適性中接觸最大熱流量、織物熱阻與織物規格之間的關系。

1 試樣與測試儀器

1.1 試樣

在恒溫恒濕的實驗室中，選取6塊織物試樣，對其厚度、經緯密度及紗線線密度進行測試。試樣的基本規格參數如表1所示。

表1 織物試樣的基本規格參數

(續表1)

1.2 試驗儀器

對織物試樣的厚度、熱阻及觸感進行測試。試驗儀器如下：YG141D型數字式織物厚度儀，溫州際高檢測儀器有限公司；創新型織物觸感測試儀(FTT)，錫萊亞太拉斯(SDL Atlas)有限公司；SGHP-10.5型熱阻濕阻測試儀，寧波紡織儀器廠。

2 測試方法

2.1 織物熱阻測試

在織物試樣的不同位置處，裁剪大小為30 cm×30 cm的試樣各3塊。調節熱阻濕阻測試儀的試驗板表面溫度為35 ℃，氣候室空氣溫度T0為20 ℃，相對濕度為65%，空氣流速為1 m/s。待試樣板表面溫度(Tm)、空氣溫度(Ta)、相對濕度及空氣流速(va)達穩定后，記錄相應織物的總熱阻(RCT)、空氣熱阻(RCT0)并計算織物的熱阻(RCF，RCF=RCT-RCT0)。通常不超過3 min記錄一次測定值，試驗時間至少需30 min才可達到穩定(不包括預熱時間)。待Tm、Ta和相對濕度達穩定值后，記錄RCT和RCT0，計算RCF。每種織物各測試3塊試樣，結果取平均值。

2.2 織物觸感測試

在溫度為20 ℃、相對濕度為46%的恒溫恒濕的實驗室中，對織物的觸感進行測試。每種織物各裁取3塊試樣，先裁取大小為30 cm×30 cm的織物試樣，再將織物試樣裁剪成寬11 cm的L形。織物觸感測試儀(FTT)可測試織物的厚度、壓縮性能、彎曲性能、表面粗糙度、表面摩擦特性及熱特性等18項指標[4]。本文主要對織物試樣觸感中的正、反面最大熱流量(Qmax)及摩擦因數進行測試與分析。

3 結果與分析

3.1 織物的觸感中的最大熱流量分析

織物的舒適度為一種非常主觀的感受。目前，已有很多研究者開發出各種客觀測量方法，以量化人們接觸織物的感受。人們對織物的感受被描述為“手感”。多年來，手感這個詞已成為紡織服裝行業用于表達織物質量及其預期表現的一種方式。人體皮膚的表層有很多感受器，因此對壓力、摩擦及熱傳導等都較為敏感[5]。通過模擬人體穿著服裝時織物與皮膚的接觸過程，以衡量織物的觸感非常必要。皮膚在與面料接觸時，因兩者存在溫度差，皮膚與面料間會產生熱交換，導致接觸部位的皮膚與人體其他部位的皮膚間存在一定的溫度差。這種溫度差異經人體神經傳至大腦，會使人體產生一種接觸冷感或接觸暖感的判斷。因此，皮膚與面料之間的溫度差異導致接觸的冷暖感。近年來，人們已成功開發出織物觸感測試儀以測試織物的冷暖感。本文采用最新的織物觸感測試儀(FTT)測試織物試樣的冷暖感。由該測試儀可獲得織物最大接觸熱流量Qmax、壓縮熱傳導率TCC及回復熱傳導率TCR3個衡量指標。其中，兩個有溫差的熱板在壓縮時，織物熱流量的最大值用Qmax表征，Qmax值越大，表示人體接觸織物時散失的熱量越多，冷感越強。TCC和TCR分別表示織物在標準壓力(0.41 N/cm2)下壓縮或回復過程中的熱導率。TCC或TCR值越大，織物傳遞熱量的能力越強，人體散失熱量越容易，冷感越強。6種織物試樣的接觸冷暖感測試結果如表2所示。

表2 織物試樣的接觸冷暖感測試結果

6種織物試樣的正、反面最大熱流量測試結果如圖1所示。由圖1可以看出，織物的正面最大熱流量高于織物反面的最大熱流量，因此人體接觸織物正面時散失的熱量較多，冷感強。這主要是因為織物正反面形態、表面粗糙度不同所致。織物反面的絨毛較多，人體與其接觸的面積大且摩擦因數較大，導致織物表面散失熱量較少，接觸冷感小。

圖1 織物試樣的正、反面最大接觸熱流量

影響面料接觸冷暖感的另一主要因素是織物的表面形態。若織物表面平整光滑，則其冷感強，因此，磨毛、起絨等后整理方式可在一定程度上增強織物的接觸暖感。由表2可知，拉絨織物(試樣3和試樣5)相比對應的普通織物(試樣4和試樣6)，其正、反面最大熱流量小，暖感強。毛巾組織面料相比緞紋面料，其暖感更強；毛圈組織面料相比緯平針(汗布)組織的面料，其暖感更強。此外，纖維的導熱系數和比熱也會對織物的接觸冷暖感產生影響。一般而言，導熱系數決定了物質傳遞熱量的能力，導熱系數越大，傳導熱量的能力越好。在其他條件相同的情況下，纖維的導熱系數越大，則織物的接觸冷感越強。

3.2 織物的熱阻分析

熱阻指當熱量在物體上傳輸時，物體兩側的溫度差與熱源的功率之間的比值。當熱量經過兩個相接觸的固體的交界面時，界面本身對經過的物體表現出明顯的熱阻，稱為接觸熱阻。熱阻與織物的保暖性息息相關的，織物熱阻大，其保暖性好[6]。6種試樣的熱阻測試結果如表3所示。

表3 織物試樣的熱阻測試結果

由表3可以看出，試樣1的熱阻大于試樣2，這是因為試樣1的厚度和經、緯密均大于試樣2，而較大的織物厚度和經、緯密影響織物的散熱，從而造成其熱阻增大。分別對比試樣3和試樣4及試樣5和試樣6可以看出，同等情況下，因試樣3和試樣5為拉絨織物，其表面絨毛較多，導致熱阻較大，熱導率較低，從而保暖性較好。

多重線性回歸方法常用于分析一個因變量與多個自變量之間的線性依存關系。本文采用多重線性回歸方法，分析獲得織物熱阻與織物厚度、經密、緯密及紗線線密度間的關系如式(1)所示。

R1=0.037 00+0.163 00R2+0.000 11R3+0.000 02R4+0.001 00R5

(1)

式中：R1——織物熱阻；

R2——織物厚度；

R3——經密；

R4——緯密；

R5——紗線線密度。

由式(1)可知，與經、緯密相比，織物的熱阻與織物厚度和紗線線密度間的關系更密切。且織物的熱阻與其厚度和纖維線密度呈正相關，即織物厚度和紗線線密度越大，織物的熱阻越大，暖感越強。

4 結論

對織物熱阻和織物最大熱流量進行測試和分析，并對織物熱阻與織物最大熱流量和織物摩擦因數之間的關系進行探討。研究結果表明，織物的熱阻與織物厚度、紗線線密度和織物表面摩擦因數的關系較密切，織物的厚度和紗線線密度越大，織物的熱阻越大，其暖感越強；由于織物的反面摩擦因數大于織物正面摩擦因數，織物的反面最大接觸熱流量小于正面最大接觸熱流量，暖感更強。