非標準條件下夏季服裝面料的透濕性能研究

王革輝 嚴靜雅

（東華大學(xué)服裝·藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海200051）

非標準條件下夏季服裝面料的透濕性能研究

王革輝 嚴靜雅

（東華大學(xué)服裝·藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海200051）

當環(huán)境溫度和人體活動水平提高時，人體的不感知蒸發(fā)量 (非顯汗量)增大，在標準條件下測得的織物透濕性不能充分解釋服裝穿著中的濕舒適性問題。本文選用7種常用的夏季面料，利用蒸發(fā)法，在透濕杯水溫分別為30℃、35℃和40℃的條件下對面料的透濕性能進行測試，以模擬不同環(huán)境溫度和人體活動水平下的不感知蒸發(fā)和服裝穿著情況。結(jié)果表明：隨著水溫的提高，水分蒸發(fā)量（“不感知蒸發(fā)量”）增加，織物的透濕率也隨之增加，但水汽透過織物的百分比逐漸減小，這將導(dǎo)致衣下微氣候濕度增大，使服裝濕舒適性降低；織物結(jié)構(gòu)對透濕性有較大影響，稀疏輕薄的面料透濕性好。

夏季面料；透濕性；蒸發(fā)法；濕舒適性

人體是一個開放的、具有較強適應(yīng)性的機體系統(tǒng)。當環(huán)境溫度升高時，人體最快的適應(yīng)性反應(yīng)是循環(huán)系統(tǒng)的變化，它把體內(nèi)產(chǎn)生的熱量攜帶到皮膚，通過水汽蒸發(fā)來增加散熱，保持人體舒適。服裝是周圍環(huán)境和人體之間熱濕交換的交互媒介，人體和周圍環(huán)境的熱交換在很大程度上受到服裝物理性能的影響[1]。環(huán)境溫度在25℃至29℃之間時，身體的熱平衡主要靠血管的規(guī)律舒縮完成；當環(huán)境溫度超過29℃后，有一小部分熱量開始通過對流散失，身體開始出汗且隨著環(huán)境溫度的升高出汗量持續(xù)增加，蒸發(fā)散熱成為身體維持熱平衡的主要途徑；當環(huán)境溫度超過35℃時，身體的熱散失基本全部靠蒸發(fā)完成[2]。此外，在不同的人體生理狀態(tài)下，人體的不感知蒸發(fā)量也不同[3]。服裝能和因運動狀態(tài)不同而變化的皮膚的熱調(diào)節(jié)功能相互作用，并對后者起到調(diào)節(jié)作用[4]。故在選擇夏季服裝面料時，應(yīng)該關(guān)注面料的透濕性能。

現(xiàn)有的織物透濕性測試標準中，測試方法分為蒸發(fā)法和干燥劑法兩類，蒸發(fā)法中透濕杯中水的溫度為20℃。因此，依據(jù)標準測試方法測試織物的透濕性，只能得到該條件下織物的透濕能力大小，不能很好地解釋不同溫度和人體活動水平下的服裝濕舒適性問題。本文將常用的測試織物透濕性能的蒸發(fā)法與智能數(shù)顯溫控儀相結(jié)合，運用溫控儀將透濕杯中水溫分別穩(wěn)定在30℃、35℃及40℃三種溫度下，進而改變透濕杯中水的蒸發(fā)速度，以模擬不同溫度和人體活動水平下的不感知蒸發(fā)量的變化，通過測試7種常用夏季服裝面料在3種水溫下的透濕率和水汽透過百分比，研究“不感知蒸發(fā)量”的變化對夏季服裝面料的透濕性能的影響，為人們夏季服裝面料的選擇提供依據(jù)。

1 實驗面料與方法

1.1 實驗面料

考慮到織物的纖維原料、組織結(jié)構(gòu)、織物緊密度對織物透濕性能的影響，在面料的選擇上，織物結(jié)構(gòu)選用平紋組織，纖維原料包含棉、毛、絲、滌綸，同種纖維原料的織物盡量挑選厚度和緊度有較大區(qū)別的織物。實驗最終確定了7種夏季面料：2種純棉織物、2種純滌綸織物、2種純絲織物、1種純毛織物。

為了對實驗面料的基本特性有初步的了解，本論文給每種織物編號，并且對面料的規(guī)格參數(shù)進行了測試，其中每種規(guī)格參數(shù)的測試結(jié)果均為3次測試取平均值所得，并在測得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算出織物的經(jīng)緯向緊度及總緊度，得到實驗面料的規(guī)格參數(shù)如表1。

1.2 不同水溫下透濕杯水分蒸發(fā)率的測試

將實驗用水放置在恒溫恒濕室（20℃，65%RH）平衡至少24h。通過反復(fù)的預(yù)實驗，我們發(fā)現(xiàn)，在環(huán)境溫度為20℃時，要使透濕杯內(nèi)的水溫穩(wěn)定在30℃、35℃和40℃，對應(yīng)的加熱板溫度應(yīng)分別為34℃、42℃和48℃。

實驗一：向透濕杯內(nèi)注入46ml水，通過溫控儀將加熱板的溫度控制在34℃，使透濕杯內(nèi)的水溫穩(wěn)定在30℃，平衡0.5h，使透濕杯內(nèi)水溫穩(wěn)定，采用JA3003A電子天平稱量透濕杯重量M1，并記錄下試驗的開始時間。保持加熱板溫度穩(wěn)定，繼續(xù)透濕1h，稱量透濕杯重量M2。為了方便后續(xù)數(shù)據(jù)對比分析，將空杯1h的水分蒸發(fā)量按照織物透濕率 WVP的計算公式[5]換算成無面料覆蓋時的水分蒸發(fā)率，記為WVP'，計算公式如下：

WVP'=24(M2-M1)/(A·t)

其中A=0.0054113㎡，t=兩次稱重的時間間隔（1h），M2-M1為測試時間內(nèi)的透濕杯的水分蒸發(fā)量。重復(fù)測試3次，并對WVP'值取平均值。

實驗二：向透濕杯內(nèi)注入46ml水，通過溫控儀將加熱板的溫度控制在42℃，使透濕杯內(nèi)的水溫穩(wěn)定在35℃，其余部分同實驗一。

實驗三：向透濕杯內(nèi)注入46ml水，通過溫控儀將加熱板的溫度控制在48℃，使透濕杯內(nèi)的水溫穩(wěn)定在40℃，其余部分同實驗一。

1.3 不同水溫下織物透濕性能測試

實驗四：每種面料裁剪直徑8.8cm的試樣3塊，將實驗用水和試樣放置在恒溫恒濕室（20℃，65% RH）平衡至少24h，向透濕杯內(nèi)注入46ml水，將三腳形支撐架放于透濕杯上，將試樣正面朝上放于三腳架上，蓋好透濕杯壓蓋，用膠帶沿透濕杯密封一圈。使透濕杯內(nèi)的水溫分別穩(wěn)定在30℃、35℃和40℃，平衡0.5h，使透濕杯內(nèi)水溫穩(wěn)定，采用JA3003A電子天平稱量透濕杯重量M1，并記錄下測試的開始時間。保持加熱板溫度穩(wěn)定，繼續(xù)透濕1h，稱量透濕杯重量M2。

此時織物的透濕率WVP（g/(㎡·day))計算公式如下：

WVP=24(M2-M1)/(A·t)

其中A=0.0054113㎡，t=兩次稱重的時間間隔（1h），M2-M1為測試時間內(nèi)通過織物的透濕量。

表1 實驗面料的規(guī)格參數(shù)

每種面料測試3塊試樣，取其WVP值的平均值作為該面料在這一水溫時的透濕率。

實驗五：向透濕杯內(nèi)注入46ml水，通過溫控儀將加熱板的溫度控制在42℃，使透濕杯內(nèi)的水溫穩(wěn)定在35℃，其余部分同實驗四。

實驗六：向透濕杯內(nèi)注入46ml水，通過溫控儀將加熱板的溫度控制在48℃，使透濕杯內(nèi)的水溫穩(wěn)定在40℃，其余部分同實驗四。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 水分蒸發(fā)率

不同水溫下透濕杯水分蒸發(fā)率測試結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，當透濕杯上不覆蓋面料時，隨著水溫的升高，透濕杯的水分蒸發(fā)率WVP'值增大，這是因為當透濕杯中水溫上升時，透濕杯中水的動能增大，水分的蒸發(fā)速率變大。且水溫從30℃上升至在35℃時，WVP'值由8306.5g/(㎡· day)升至13808.1g/(㎡· day)，WVP'增加值5772 g/(㎡·day)；水溫從35℃上升至40℃時，WVP'值由 13808.1g/(㎡· day)升至20854.1g/(㎡· day)，增加7046 g/(㎡· day)。這說明水溫越高，透濕杯的水分蒸發(fā)率變大的速率也在增加。

圖1 不同水溫下的水分蒸發(fā)率測試結(jié)果

圖2 不同水溫下的織物透濕率WVP

2.2 水溫和織物結(jié)構(gòu)對織物透濕率的影響

不同水溫下織物透濕率的測試結(jié)果如圖

2所示。

由圖2可以看出，透濕杯中水溫為30℃時，這7種面料的透濕率在3000～4000g/ (㎡· day)；透濕杯中水溫為35℃時，這7種面料的透濕率在 5000～ 6000 g/(㎡· day)；透濕杯中水溫為 40℃時，除了面料B2的透濕率小于7000 g/(㎡·day)，其余6種面料的透濕率都在7000～8000 g/(㎡· day)。表明:隨著透濕杯中水溫的升高，水分蒸發(fā)率增大，透過面料的水汽量也增大。這主要是因為這時面料兩面的水汽壓差的增大造成的。

由圖2還可以看出，在相同測試條件下，滌綸喬其紗B1的透濕率明顯大于滌綸緞B2的透濕率，原因是滌綸喬其紗B1比滌綸緞B2薄、稀疏；相同測試條件下，真絲喬其紗C1的透濕率明顯大于真絲雙縐C2的透濕率，原因是真絲喬其紗C1比真絲雙縐C2稀疏。

為了更加明確，對這7種實驗面料在30℃、35℃、40℃下測試得到的WVP值進行配對樣本t檢驗，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，30℃和35℃時的WVP差值序列的平均值為-2102.27，35℃和40℃時的WVP差值序列的平均值為-2065.94，t統(tǒng)計值分別為-17.69和-12.76，其相伴概率均為 0.000，小于顯著性水平0.05。因此，拒絕t檢驗的零假設(shè)。說明：隨著透濕杯水溫的升高，面料的透濕率WVP值有了明顯的變化，且隨著水溫的上升而增大。

2.3 水汽透過百分比

表2 不同水溫下織物WVP值的配對樣本檢驗

通過比較圖1和圖2可以看出，7種面料的透濕率WVP值均遠小于同一水溫下的透濕杯的水分蒸發(fā)率WVP'值，即當透濕杯上覆蓋面料時，水蒸氣透過面料的速率遠小于同一溫度下透濕杯上無面料覆蓋時的水分的蒸發(fā)速率。這說明所有覆蓋在透濕杯上的被測試面料均對透濕杯中水汽的擴散起到了明顯的阻礙作用。為了探討人體不感知蒸發(fā)量發(fā)生變化時的服裝面料的透濕能力的變化，我們來分析不同水分蒸發(fā)率條件下的織物透濕性能。

為了更好的衡量面料的濕舒適性，我們引入了水汽透過百分比P（%）的概念，來量化面料對水汽透過的這種阻礙作用。計算公式如下：

P=（WVP/WVP'）·100%

其中，WVP為織物透濕率，WVP'為同一水溫下透濕杯的水分蒸發(fā)率。P值越大，說明面料對水汽透過的阻礙越小，則面料的濕舒適性越

好。根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算得出7種面料在

不同的透濕杯水溫下的水汽透過百分比

P（%）值如圖3所示。

圖3 不同水溫下織物的水汽透過百分比P（%）

由圖3可以看出，隨著透濕杯中水溫的升高，織物的水汽透過百分比P值均呈下降趨勢，這將使得衣下微氣候中的濕度增大，導(dǎo)致服裝穿著過程中濕舒適性降低。

其中，滌綸喬其紗B1和滌綸緞B2在水溫由30℃升高至35℃時，P值迅速下降，說明當透濕杯中水汽蒸發(fā)率由8036.5 g/(㎡· day)增加至13808.1 g/ (㎡· day)時，這兩種滌綸滌綸面料的濕舒適度都下降非常明顯；純棉細布A1、純棉府綢A2和真絲雙縐C2在水溫由30℃升高至35℃時，P值幾乎沒有變化，在水溫由35℃升高至40℃時，其P值下降才十分明顯；而真絲喬其紗C1和毛凡立丁E1在透濕杯中水溫不斷上升的過程中，P值始終變化不明顯。這可能與纖維的吸濕性有關(guān)，這幾種纖維的公定回潮率：滌綸纖維僅為0.4%，棉纖維為8.5%，蠶絲為11%，羊毛為15%[5]。這說明在人體的不感知蒸發(fā)量不斷上升的過程中，公定回潮率低的滌綸織物濕調(diào)節(jié)功能較差，水汽透過百分比最快表現(xiàn)出下降趨勢然后趨于穩(wěn)定。公定回潮率較高的棉織物和絲織物濕調(diào)節(jié)功能稍好，在人體的不感知蒸發(fā)量少量上升時，濕舒適度不會發(fā)生明顯的變化，在人體的不感知蒸發(fā)量大量上升時，濕舒適度才會明顯下降。在實驗面料中，纖維公定回潮率最大的羊毛織物濕調(diào)節(jié)功能最好，在“人體不感知蒸發(fā)量”逐漸上升的過程中該織物的水汽透過百分比變化很小，濕舒適性能十分穩(wěn)定。這一點與楊凱等[6]在2010年織物動態(tài)熱濕舒適性能的評價研究中得出的結(jié)論一致，回潮率較大的織物其動態(tài)濕舒適性能較好。

3 結(jié)論

通過以上分析，得到以下結(jié)論：

1）隨著透濕杯水溫的提高，水分蒸發(fā)率增加，織物的透濕率也隨之增加，但織物的透濕率的增加速率小于水分蒸發(fā)率的增加速率，使得織物的水汽透過百分比減小，將造成服裝穿著過程中的濕舒適性降低。

2）纖維原料相同的織物，織物的緊密程度和厚度對織物的透濕性有明顯影響，薄而稀疏的面料透濕性好。

3）在織物結(jié)構(gòu)相近的情況下，纖維原料的公定回潮率越大，相應(yīng)織物的動態(tài)濕舒適性能越好.

[1]Farnworth B.Anumerical model of thecombined diffusionofheatandwater vapor throughclothing[J]．Textile research journal．1986，56(11)：653-665.

[2]Chao K.N,Esiley J.G,Yang W.Heat and water migration through normal skin：part 1-steady state[J].Medical&biological

engineering&computing．1979，17(3)：301-310.

[3]Tokura H,Shimomoto M,Tsurutani T.and Ohta T..Circadian variation of insensible perspiration in man[J].International journal of biometeorology.1978,22(4)：271-278.T.

[4]Fourt L，Hollies NRS．Clothing Comfort and Function[M].1970：Marcel Dekker,New York，31.

[5]王革輝.服裝材料學(xué)[M].第一版.北京：中國紡織出版社，2006.

[6]楊凱，鄭瑾，張渭源.織物動態(tài)熱濕舒適性能的評價及預(yù)測[J].東華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，36(2)：136-139.

A Study on Water Vapor Permeability of Summer Clothing Fabrics under Non-standard Conditions

WANG Ge-hui YAN Jing-ya (School of Fashion and Art Design,Donghua University,Shanghai,200051,China)

With the rising of ambient temperature and human body activity levels，the amount of insensible evaporation increases.The wet comfort of clothing cannot be well explained by the water vapor permeability (WVP)of fabrics measured under standard conditions.In this paper，7 common summer clothing fabrics have been selected and their water vapor permeability has been measured at the temperatures of 30℃、35℃and 40℃respectively by using evaporation method to simulate the insensible evaporation and wearing status at different ambient temperature and human body activity levels.The result shows that with the rising of water temperature，the amountof water evaporation---“the amountof insensible evaporation”increases，so does thevalueof fabricWVP，whilethe percentage of water vapor transmitting through the fabrics decreases.This will cause the increase of humidity of the under clothing microclimate and lead to the decrease of clothing wet comfort.Fabric structure has great influence on water vapor permeability and the loose and thin fabrics have good water vapor permeability.

summer clothing fabric;water vapor permeability;evaporation method;wet comfort

TS101.92

B

1674-2346(2015)01-0004-05

（責(zé)任編輯 田 犇）

2014－10－08

王革輝，女，教授，博士。研究方向：服裝材料與服裝舒適性。