模擬實際應用場景下羽絨服成衣保暖性能的測試與評價

蔡 濤

(石獅市中紡學服裝及配飾產業研究院,福建 泉州 362700)

保暖性是羽絨服服用性能中最基本性能指標。在現行的國家及行業標準體系中,評估羽絨服保暖效果主要從充絨量、含絨量以及羽絨蓬松度3個方面進行考量。采用平板法及蒸發熱板法測試織物或半成品的熱傳遞性能或從材料角度評價羽絨服保暖特性,無法全面、準確、直觀地體現實際使用過程中羽絨服成衣的整體保暖性能。暖體假人法是目前應用于羽絨服成衣保暖測試的常用方式,但現有的暖體假人未對性別及身體不同部位進行細致的區分[1-2],成衣保暖性測試數據并不全面。因而建立一套全面、準確、直觀地羽絨服成衣保暖性測試評價體系是當前科研工作者研究的熱點方向[3]。

本文采用不同類型的暖體假人(男款、女款)并對其身體不同部位進行分區,通過環境氣候倉模擬實際使用場景,對羽絨服成衣進行保暖性能測試。通過客觀數據測試、主觀效果評價以及紅外熱成像構建一套羽絨服成衣保暖性測試評價體系,系統評估不同環境條件下羽絨服成衣的保暖效果,為羽絨服成衣的開發和研究提供參考依據。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

實驗羽絨服分為黑色男款(175/96A)、黑色女款(165/88A),內部填充物為含絨量80%的白鴨絨,面料和里料均為100%滌綸織物,由特步(中國)有限公司生產,相關參數見表1。

表1 羽絨服樣品基本參數

1.2 儀器設備

1.2.1 暖體假人

暖體假人(分男、女款,自制)主體部位依據真人群體統計數據的平均值設計,可模擬人體與環境間熱交換過程。本文研究對象為羽絨服,因而只對暖體假人上半身各分區表面溫度進行研究,其基本參數見表2。暖體假人上半身各分區表面溫度可根據人體實際表面皮膚溫度進行獨立控制。

表2 暖體假人上半身基本參數

1.2.2 環境氣候倉

環境氣候倉(有效空間27 m3,自制)可控溫度范圍為-35～40℃,精確度2℃。

1.2.3 溫度傳感器

環境氣候倉內設環境溫度傳感器3個,置于距暖體假人周圍1.5 m的非等高間隔位置處,監測氣候倉內環境溫度,測量精度±0.2℃。

暖體假人選用的溫度傳感器為熱電偶式,每個分區設置有3個溫度傳感器,以平均溫度為最終顯示溫度數值,測量誤差小于0.2℃。

1.2.4 紅外熱成像儀

本文實驗采用FLIR T530紅外熱成像儀(美國FLIR公司)測試暖體假人在特定的環境下穿著不同充絨量的羽絨服時不同部位的表面溫度。

1.3 測試方法

1.3.1 羽絨服成衣降溫速率測試

1.3.1.1基本原理

暖體假人表面溫度從正常人體表面皮膚溫度降至一定恒定溫度過程中,人體-服裝-環境之間發生熱交換并趨于穩定。暖體假人表面溫度變化快慢稱為降溫速率,可表征熱交換的快慢,用以評價成衣保暖性能。降溫速率基本公式:

(1)

式中:V總為總降溫速率,℃/min;Cio為暖體假人第i分區的表面皮膚初始溫度,℃;Cni為暖體假人第i分區tn時間后表面皮膚溫度,℃;Ni為暖體假人第i分區的面積因子;tn為暖體假人停止降溫的時間,min。

1.3.1.2分區面積因子

按照三維立體裁剪的方法,獲取男、女款暖體假人上半身以及上半身各個分區部位的體表面積,由式(2)計算得到男、女款暖體假人上半身的各個分區面積因子。

(2)

式中:Ni為暖體假人第i分區的面積因子;An為暖體假人上半身表面凈表面積,m2;Ai為暖體假人第i分區部位的表面積,m2。

1.3.1.3測試步驟

羽絨服成衣除濕速率測試步驟為:①穿著樣品的暖體假人加熱至各部位溫度達到設定溫度且處于動態平衡后,停止輸入功率,之后每分鐘記錄1次各部位的顯示溫度數值,記錄時間不少于10min;②同一樣品重復測試3次,每次測試時間間隔不少于15min;③根據式(1)計算服裝總降溫速率V總。

1.3.2 羽絨服成衣主觀評價測試

1.3.2.1主觀評價

試驗前根據個體熱感覺特征建立熱感覺評價量表,共分為7級量度,中點為中性點,具體分級如表3所示。在不同環境溫度下,按照熱感覺量表對羽絨服成衣進行主觀評價。

表3 熱感覺量表

1.3.2.2受試對象

本文實驗選取年齡23～28周歲的男性(身高(175±5) cm、體重(75±2) kg)和女性(身高(160±5) cm、體重(50±2) kg)各7名作為受試個體,試驗前進行熱感覺測試及培訓,統一評價標尺。

1.3.2.3測試步驟

受試個體穿著成衣樣品進入可控環境氣候倉緩沖區靜止站立5min,待受試個體表面皮膚溫度穩定后進入氣候倉開始主觀測試,每隔5min按照熱感覺量表記錄1次主觀評價結果,測試時間30min,期間若出現熱感覺量表中的兩極情況則立即停止測試。

1.3.3 羽絨服成衣紅線熱成像測試

VRIO模型最早由杰恩·巴尼提出[12]。在《從內部尋求競爭優勢》一文中，巴尼概括了該模型的核心思想：可持續競爭優勢不能通過簡單地評估環境機會和威脅，然后僅在高機會、低威脅的環境中通過經營業務來創造，它還依賴于獨特的資源和能力，企業可把這些資源和能力應用于環境競爭中。他認為，判斷企業特定的資源和能力是優勢還是劣勢需要回答以下四個問題：(1)企業的資源和能力通過開發機會和抵御威脅能否增加價值？(2)有多少競爭企業已經獲得了這些有價值的資源和能力？(3)與已經獲得資源和能力的企業相比，不具有某些資源和能力的企業是否面臨獲取它的成本劣勢？(4)企業是否被組織起來開發利用其資源和能力？

1.3.3.1基本原理

暖體假人表面皮膚溫度從正常人體表面溫度降至一定恒定溫度過程中,其發出的紅外輻射經過羽絨服成衣到達表面,紅外熱成像儀根據輻射與物體表面溫度的函數關系計算并顯示出羽絨服成衣表面溫度,判別羽絨服成衣保暖性。

1.3.3.2測試步驟

暖體假人穿著不同充絨量的羽絨服成衣,設定不同部位加熱溫度。暖體假人表面皮膚溫度達到穩定后,停止輸入功率,保溫30min后,用紅外成像儀拍攝羽絨服成衣不同部位表面的紅外熱成像圖。

2 結果與討論

2.1 羽絨服成衣不同環境溫度下降溫速率客觀測試分析

當環境溫度低于人體正常表面皮膚溫度時,人體的熱量會流失,溫差越大,熱量流失速度越快,人體感覺越冷。當人體-服裝-環境三者的熱交換達到平衡時,人體感覺最為舒適。在一定環境溫度下,羽絨服想要達到保暖又舒適的效果,對其充絨量有一定要求。

通過對冬季全國各地平均氣溫分布數據的分析,選取4個特征性環境溫度點,分別為-25、-15、-5和5℃。依照1.3.1節降溫速率測試方法,探究在不同環境溫度下,羽絨服充絨量對羽絨服成衣降溫速率的影響,即對成衣保暖性效果的影響,實驗結果如圖1所示。

圖1 不同環境溫度下羽絨服成衣降溫速率

環境溫度的降低使得同一羽絨服的降溫速率增大,這是由于環境與表面皮膚間溫差較大,熱量損失較快,從而使得降溫速率加快。在不同環境溫度下,隨著羽絨服充絨量的增加,降溫速率逐漸減小并趨于穩定,這是由于羽絨服充絨量增加使得單位面積內含有羽絨量增加,單位時間內皮膚表面溫度下降幅度減小,即羽絨服成衣降溫速率減小,人體與環境間的熱交換速率減小,成衣保暖效果提升。但在充絨量達到一定數量后,再增加羽絨充絨量對成衣降溫速率的影響較小。在環境溫度為5、-5、-15、-25℃時,男款羽絨服在羽絨充絨量分別對應為120、240、300、360 g時,降溫速率達到最小,成衣保暖性能較好;同理女款羽絨服在羽絨充絨量為120、220、320、380 g時,降溫速率達到最小,成衣保暖性能較好。

2.2 羽絨服成衣不同部位降溫速率客觀測試分析

為進一步研究羽絨服成衣保暖性,實驗選取2.1節特征溫度下保暖性較好的男、女款羽絨服成衣,依照上述1.3.1節所述的降溫速率測試方法,對羽絨服成衣不同部位的降溫速率進行測試,實驗結果如圖2所示。

圖2 特征溫度下羽絨服成衣不同部位降溫速率

由圖2可知,在不同特征溫度下,穿著男、女款羽絨服成衣的暖體假人上半身各部位降溫速率不同,其中男款羽絨服成衣前腹、肩部、后腰、大臂、小臂部位降溫速率較大;女款羽絨服成衣肩部、后腰部位降溫速率較大。這是由于肩部、大臂、小臂等部位范圍小,較其他部位的充絨量少,使得降溫速率較大;前胸部位與暖體假人貼合緊密,中間空氣層薄,造成降溫速率的差異;后腰部位靠近暖體假人下部,熱量散失并不完全經由成衣進行,同時版型設計上的差異也是影響降溫速率的因素。

綜上所述,羽絨服版型的設計以及各部位充絨量的大小均會對羽絨服成衣降溫速率造成影響[4],通過羽絨服成衣不同部位降溫速率客觀測試分析,可較為全面、準確地體現羽絨服成衣不同部位的保暖性,同時可為羽絨服版型的設計和制作提供指導性建議。

2.3 羽絨服成衣不同環境溫度下保暖性能主觀評價分析

成衣保暖性主觀評價是指在特定環境下受試者穿著不同種類羽絨服成衣,根據其生理參數的變化對保暖性能做出主觀評定。主觀評價能夠直接真實反映消費者實際穿著體驗[5]。實驗共選取男、女受試者各7名,受試對象的身體條件(包括年齡、身高、體重等)均控制在一定條件范圍內。依照1.3.2節測試方法,在4個特征性環境溫度下,按照制定的熱感覺量表對不同充絨量的羽絨服成衣進行保暖性能主觀評價,測試結果如圖3所示。

圖3 不同環境溫度羽絨服成衣主觀評價

由圖3(a)可知,受試者穿著男款羽絨服成衣,在環境溫度為5℃時,羽絨服成衣充絨量不少于120 g時,受試者均感覺舒適。同理,當環境溫度分別為-5、-15、-25℃時,受試者感覺舒適時對應的羽絨服成衣充絨量分別不少于240、300、360 g。由圖3(b)可知,受試者穿著女款羽絨服成衣,環境溫度分別為5、-5、-15、-25℃時,受試者感覺舒適時對應的羽絨服成衣充絨量不少于120、220、320、380 g。羽絨服成衣保暖性能主觀評價結果與客觀測試分析結果基本一致。

2.4 羽絨服成衣紅外熱成像測試分析

羽絨服成衣紅外熱成像測試是指在特定環境下,通過測試人體穿著不同羽絨服時服裝表面溫度來評價服裝成衣保暖性能[6]。實驗選取充絨量為320、360、400 g的羽絨服成衣(男、女),在環境溫度為-15℃下,按照1.3.3節測試方法進行實驗,實驗結果如圖4、5所示。

圖4 男款羽絨服成衣紅外熱像圖

圖5 女款羽絨服成衣紅外熱像圖

由圖4、5可知,保溫30min后,隨著羽絨服成衣充絨量的增加,不同部位的羽絨服成衣表面溫度降低。由于羽絨服成衣充絨量的增加,暖體假人皮膚表面溫度發出的紅外輻射經過羽絨服成衣到達表面的較少,即到達成衣表面的熱量較少,因而顯示的溫度較低,羽絨服成衣保暖性較好[7-8]。其中充絨量為320 g與360 g的羽絨服成衣不同部位的表面溫度基本一致,可能原因是測試部位充絨量差異較小,經由羽絨服逸散到成衣表面熱量相對穩定[9-10]。

通過上述實驗說明客觀測試與主觀測試中差異較小或不明顯的羽絨服成衣可進一步通過紅外熱成像的方式判別羽絨服成衣的保暖性,同時也可對羽絨服成衣設計和制作提供指導。

3 結 論

本文采用降溫速率法結合主觀測試與紅外熱成像測試對羽絨服成衣在模擬實際應用場景下的保暖性能進行測試和驗證,可得如下結論:

①羽絨服成衣在不同環境溫度下的保暖性能和降溫速率呈反比關系,降溫速率隨著羽絨服充絨量的增加而減小。當羽絨充絨量增加到一定程度時,再增加羽絨克重對降溫速率影響不大,此時保暖性能較好。羽絨服成衣在特征溫度下不同部位的降溫速率有所差異,形成差異的主要原因包括羽絨服版型設計和各部位充絨量的大小。受試個體穿著羽絨服成衣在不同環境溫度下進行主觀性能評價,其結果與前述的客觀測試結果基本一致。

②在特征溫度下對不同充絨量的羽絨成衣不同部位進行紅外熱成像測試,可進一步判定羽絨服成衣的保暖性,并根據不同部位的測試結果對羽絨服成衣版型及各部位充絨量提出可行性建議。

③本文構建的評價體系可直觀、全面、準確地反映羽絨服成衣在不同環境條件下的保暖性能,滿足生產者、消費者對服裝保暖的具體要求,具有較強的理論意義和實踐意義。