陸明艷,戴曉群,2
(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215006;2.南通蘇州大學(xué)紡織研究院,江蘇 南通 226018)
高性能運(yùn)動(dòng)服
陸明艷1,戴曉群1,2
(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215006;2.南通蘇州大學(xué)紡織研究院,江蘇 南通 226018)
運(yùn)動(dòng)休閑已成為人們現(xiàn)在生活方式的主流,而針對(duì)不同環(huán)境條件及運(yùn)動(dòng)形式,對(duì)運(yùn)動(dòng)服功能要求也不盡相同。功能性面料的開(kāi)發(fā)促進(jìn)了高性能運(yùn)動(dòng)服的發(fā)展,這些面料結(jié)合相應(yīng)的服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使運(yùn)動(dòng)服不僅能保護(hù)運(yùn)動(dòng)者的身體安全,還有助于提升運(yùn)動(dòng)者的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。本文分析了室內(nèi)鍛煉以及戶外運(yùn)動(dòng)的生理特點(diǎn),總結(jié)了相應(yīng)的功能性面料和服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn),并探討了高性能運(yùn)動(dòng)服的發(fā)展趨勢(shì)。
功能性面料;運(yùn)動(dòng)服;服裝結(jié)構(gòu);高性能
運(yùn)動(dòng)服是方便人們運(yùn)動(dòng)并且具備保暖、吸濕、透氣、易伸縮等功能的一類服裝[1],它主要針對(duì)兩方面來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的:一方面,能夠抵擋外界環(huán)境附加給人體的生理負(fù)荷,保護(hù)人們的身體安全;另一方面,根據(jù)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)生理變化,積極地提高人們的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。高性能運(yùn)動(dòng)服是集合多種紡織新技術(shù)、新材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)于一身的多功能高科技服裝,可以有效保護(hù)運(yùn)動(dòng)者的安全,積極幫助運(yùn)動(dòng)者取得更優(yōu)異成績(jī)。高性能運(yùn)動(dòng)服比一般的運(yùn)動(dòng)服更具有專業(yè)性,技術(shù)性和綜合性。根據(jù)運(yùn)動(dòng)條件和環(huán)境,本文將結(jié)合人體的熱平衡主要討論室內(nèi)常溫條件下的鍛煉、戶外的風(fēng)雨條件和極地條件下的三類運(yùn)動(dòng)服,探討這三類條件下的高性能運(yùn)動(dòng)服材料和服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并總結(jié)和預(yù)測(cè)高性能運(yùn)動(dòng)服的趨勢(shì)。
人體具有很強(qiáng)的控制體溫的能力,在一定范圍內(nèi)能受冷與熱環(huán)境的變化。當(dāng)環(huán)境變冷的時(shí)候我們可以通過(guò)增強(qiáng)機(jī)體的產(chǎn)熱過(guò)程和多穿衣服來(lái)保持體溫;當(dāng)環(huán)境變熱時(shí),則可通過(guò)排汗、增加皮膚血流和減少衣著,加強(qiáng)散熱來(lái)保持體溫。當(dāng)人體出汗不多時(shí),汗液完全蒸發(fā),皮膚表面沒(méi)有殘留的汗液。但隨著出汗量增加,汗液來(lái)不及蒸發(fā),整個(gè)皮膚表面被汗液浸濕。此時(shí),一部分的汗液繼續(xù)蒸發(fā),有助于人體散熱,這部分汗量稱為有效汗量;當(dāng)附著在皮膚表面的汗量達(dá)到一定限度后,在重力作用下,汗液沿著人體體表向下流淌,流淌下來(lái)的汗量稱為流淌汗量;其余的汗量附著在人體體表,稱為附著汗量[2]。這些產(chǎn)生的附著汗量如果不能及時(shí)排除,會(huì)引起運(yùn)動(dòng)者的不適感,例如熱環(huán)境中的熱疲勞,冷環(huán)境時(shí)的體溫下降等,嚴(yán)重的可能會(huì)危及運(yùn)動(dòng)者的生命,這就直接影響了運(yùn)動(dòng)者的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)及生理健康。因而當(dāng)下如何積極維持運(yùn)動(dòng)環(huán)境下人體的熱平衡顯得尤為重要,而服裝作為人體的第二層皮膚越來(lái)越發(fā)揮它的重要作用。目前世界各國(guó)都積極開(kāi)發(fā)各種高科技的材料,運(yùn)動(dòng)服品牌也積極運(yùn)用這些材料,加上獨(dú)特的服裝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),使得高性能運(yùn)動(dòng)服裝更好地滿足人們運(yùn)動(dòng)對(duì)服裝的需求。
室內(nèi)鍛煉用的運(yùn)動(dòng)服,一般就是常溫條件,不需要考慮外界惡劣天氣所以相對(duì)而言需要解決的問(wèn)題就比較集中。在常溫條件下運(yùn)動(dòng),人體體溫升高并大量出汗,如何將身體表面的汗液快速排出而維持體溫穩(wěn)定是首要問(wèn)題,因而服裝的吸濕排汗性能尤為重要,主要通過(guò)吸濕排汗面料和服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決。
2.1 吸濕排汗面料
面料加強(qiáng)吸濕排汗的方法可從纖維材料、紗線結(jié)構(gòu)和后整理加工方面考慮。
纖維材料,主要有異形截面、中空纖維、超細(xì)纖維、親水性改質(zhì)。
a.異形截面纖維,由于其縱向產(chǎn)生許多溝槽,纖維透過(guò)這些溝槽的芯吸效應(yīng)起到吸濕排汗的功效。利用特殊異形截面的疏水性纖維,可快速的將汗水吸附于織物,并迅速移到織物外表而蒸發(fā),達(dá)到吸濕排汗、不積存熱氣的貼身舒適感[3,4]。美國(guó)杜邦的Coolmax為十字橫斷面的聚酯纖維,日本旭化成公司的Technofine為W型橫斷面的聚酯纖維,都是典型的吸濕排汗纖維。目前大部分運(yùn)動(dòng)品牌Nike、Columbia等使用此類材質(zhì)來(lái)達(dá)到吸濕排汗的效果。
b.中空纖維是利用纖維表面之微細(xì)孔洞,吸收人體皮膚所排出的汗液,再透過(guò)纖維的中空部分,并利用汗液本身的熱氣化成蒸汽,再?gòu)耐鈧?cè)纖維表面的微細(xì)孔洞蒸發(fā)。日本帝人公司開(kāi)發(fā)的聚酯中空微多孔纖維Wellkey Filament,及其系列產(chǎn)品Wellkey-MA, 其織物的吸濕排汗特性比普通聚酯纖維強(qiáng)很多[4,5]。
c.超細(xì)纖維,其織物比普通織物結(jié)構(gòu)細(xì)密,纖維間隙小,極易形成毛細(xì)現(xiàn)象而吸水?!靶疚笣裥?yīng)”是超細(xì)纖維織物特有的性能,因而汗水能快速排除,使身體內(nèi)保持干燥[5,6]。例如Nike的 Dri FIT超細(xì)纖維。
d.親水性改質(zhì),主要是以物理改性和化學(xué)改性兩種方法為主。物理改性,通過(guò)改變噴絲板微孔的形狀,紡制具有溝槽的異形纖維,或采用與含有親水基團(tuán)的聚合體共混和復(fù)合共紡的方法,生產(chǎn)具有吸濕排汗功能的纖維?;瘜W(xué)改性,纖維表面改質(zhì)是利用化學(xué)藥劑處理或接枝的方法,使纖維表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變,并賦予親水性官能團(tuán)[4]。例如日本東洋紡開(kāi)發(fā)的會(huì)呼吸的滌綸織物“Ekslive”、國(guó)際羊毛局推出羊毛與人造纖維混紡的面料—Sportwool。2000年曼聯(lián)隊(duì)主場(chǎng)球衣就是Umbro采用Sportwool材料制作。
紗線結(jié)構(gòu),將纖維素系列的纖維與疏水性化學(xué)纖維的優(yōu)點(diǎn)相互結(jié)合所制成的纖維材料。如復(fù)合加工絲、多層結(jié)構(gòu)紗。東洋紡PRH50(聚酯/天然棉),其利用復(fù)合多層紗與多層構(gòu)造針機(jī),讓汗液由衣服吸收由內(nèi)向外排出。
后整理加工,將纖維表面或織物表面涂一層親水性加工劑或界面活性劑,然后經(jīng)過(guò)熱處理使加工劑固著在纖維表面,借加工劑的親水端提高纖維的親水性。
2.2 服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
此類運(yùn)動(dòng)服多采用寬松款式,有利于體內(nèi)汗液和汗汽能通過(guò)對(duì)流方式揮發(fā),對(duì)于易出汗的腋下、背、胸等部位,采用通風(fēng)的設(shè)計(jì)手法,主要是增加網(wǎng)眼能使汗汽快速揮發(fā),讓運(yùn)動(dòng)員保持身體舒適。運(yùn)動(dòng)服還可通過(guò)服裝的開(kāi)口設(shè)計(jì),如門襟、領(lǐng)口、袖口等處服裝結(jié)構(gòu)不能太緊,這能加大空氣的對(duì)流,達(dá)到換氣目的[3]。
外界環(huán)境復(fù)雜多變,最常見(jiàn)的就是風(fēng)雨條件,因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)者來(lái)說(shuō),服裝首先要能防風(fēng)防雨。而對(duì)登山、探險(xiǎn)、攀登等高強(qiáng)度戶外運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō),大量出汗要求服裝能具有良好的透濕性,因而同時(shí)滿足防水、防風(fēng)、透濕性能很重要。這主要依靠防水透濕面料和相關(guān)服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)滿足。
3.1 防水透濕面料
利用高支棉紗和超細(xì)合成纖維制成緊密的織物,通過(guò)對(duì)纖維或紗線間空隙的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)防水與透濕,一方面可以阻止水分子從外界進(jìn)入,另一方面又允許體內(nèi)的水汽散發(fā)到外界。目前,高密度織物型防水透濕面料最好的整理工藝是Nextec Applications公司的EPIC。這種整理工藝通過(guò)用聚合物將每條纖維獨(dú)立包裹成膠囊并進(jìn)行高密紡織來(lái)實(shí)現(xiàn)防水,而透濕則依然通過(guò)細(xì)微的空隙實(shí)現(xiàn)。Phenix和SportHill等品牌使用這種功能面料打造戶外領(lǐng)先沖鋒衣[7]。
涂層微孔膜類,其主要原理是將微孔直徑控制在比氣態(tài)水大、比液態(tài)水小的范圍內(nèi),允許氣態(tài)水通過(guò),而阻止液態(tài)水通過(guò)。目前應(yīng)用在戶外服裝上的微孔類薄膜原材料常見(jiàn)的是以下兩個(gè)類型:
PU(聚氨酯),例如The North Face的hyvent,這項(xiàng)技術(shù)是由三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。第一,針織外層非常耐磨,避免磨損使用者的皮膚;第二,中間層利用聚氨酯(pu)涂層和微孔結(jié)構(gòu)把水蒸氣從里層帶到外層,同時(shí)還具有優(yōu)良的防水性和透濕性;第三,舒適的排汗內(nèi)層設(shè)計(jì)達(dá)到吸濕目的,并通過(guò)微孔將濕氣排出。另外Marmot Precip面料也是這種薄膜類型。
PTFE(聚四氟乙稀),比如GORE-TEX 和BHA Technologies 研發(fā)的event面料,都是屬于PTFE膜類產(chǎn)品,防水透濕原理都是表膜中含有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的毛細(xì)透濕孔,既防水又有良好的透濕性。但后期處理不同,GORE-TEX采用的是PU涂層,EVENT采用直接處理,無(wú)PU涂層。采用GORE-TEX面料的戶外運(yùn)動(dòng)品牌比較多,ArcTeryx、Phenix和Millet等使用其最高端的Pro Shell產(chǎn)品,可以應(yīng)對(duì)外界惡劣多變的風(fēng)雨氣候[7,8]。
致密親水膜類,這一類薄膜是以高分子聚合物為基材,在其中導(dǎo)入親水性分子,通過(guò)分子的親水運(yùn)動(dòng)將水分由高濃度一側(cè)導(dǎo)向低濃度一側(cè)。這一類薄膜防水性能好,且由于不存在堵塞透濕孔的問(wèn)題而較好養(yǎng)護(hù),但其缺點(diǎn)是透濕速率不高。典型的薄膜是Sympatex,一種無(wú)孔、親水性、無(wú)色、透光的共聚多醚酯膜,不需在內(nèi)側(cè)覆蓋聚氨酯涂層,因而能夠比較好的在成品中利用薄膜的透濕能力,是一種環(huán)保的合成膜。正因?yàn)樗且环N防風(fēng)、防水、透濕的高科技且環(huán)保產(chǎn)品,這給它帶來(lái)很高的長(zhǎng)期價(jià)值,價(jià)格昂貴。使用這類材料的品牌有Cayale、Kolumb 等[8]。
3.2 服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
首先,這類運(yùn)動(dòng)服在結(jié)構(gòu)上應(yīng)符合戶外活動(dòng)的要求,方便大幅度運(yùn)動(dòng),一般衣服的后片比前片略長(zhǎng),袖管略向前彎,以補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。領(lǐng)型一般為貼身立領(lǐng),以防止風(fēng)雨進(jìn)入;運(yùn)動(dòng)服袖口和腰部一般應(yīng)束緊,下擺或腰部加有防風(fēng)裙或抽繩,可防止風(fēng)雨進(jìn)入服裝內(nèi)部;同時(shí)門襟及口袋拉鏈采用防水設(shè)計(jì),避免雨水進(jìn)入服裝內(nèi)部;這類運(yùn)動(dòng)服大多數(shù)帶有可折疊收進(jìn)衣領(lǐng)的帽子,這更能方便運(yùn)動(dòng)者自由處理帽子;同時(shí)肩肘部有增強(qiáng)耐磨性的加厚;為增強(qiáng)透汽性,腋下設(shè)有透汽拉鏈,在出汗較多時(shí)可拉開(kāi)直接透汽[9]。
極地條件下的運(yùn)動(dòng)服主要是針對(duì)登山、滑雪等極寒運(yùn)動(dòng)而言的,這些戶外運(yùn)動(dòng)除了對(duì)運(yùn)動(dòng)者身體素質(zhì)有較高要求外,還需要運(yùn)動(dòng)服裝能夠適應(yīng)這類惡劣環(huán)境保護(hù)運(yùn)動(dòng)者的人身安全。極寒運(yùn)動(dòng)服除了同時(shí)具備戶外條件下?lián)躏L(fēng)、擋雨和透濕的特點(diǎn),最主要就是保暖,這主要采用填充材料增加厚度來(lái)解決。同時(shí)這類運(yùn)動(dòng)不允許服裝過(guò)于厚重, 輕便的材料能讓運(yùn)動(dòng)者減少不必要的能量損耗,因此既保暖又輕便才符合這類運(yùn)動(dòng)服裝的特殊要求。
4.1 質(zhì)輕保暖材料
加強(qiáng)服裝的質(zhì)輕保暖性主要從填充的纖維材料和其構(gòu)造方式加強(qiáng),另外還有作為里料或外部材料的保溫蓄熱材料。
(1)填充材料,主要有天然纖維羽絨以及超細(xì)纖維、中空纖維等化學(xué)纖維
天然纖維羽絨,其中空纖維使羽絨本身富含大量靜止空氣,立體多級(jí)羽狀結(jié)構(gòu),將羽絨產(chǎn)品自然地分成若干均勻的立體小空間,在羽絨絮氈的三維空間中數(shù)百萬(wàn)根輕細(xì)的絨絲交疊在一起形成數(shù)百萬(wàn)只靜止空氣儲(chǔ)存器。羽絨保暖程度的重要指標(biāo)是蓬松度,蓬松度越高,羽絨的保暖性越好[10]。目前全球最高900蓬松度羽絨,是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的保暖性能最好,戶外品牌Marmot使用其制作的外套能滿足多種極限條件。
超細(xì)纖維,直徑較常規(guī)纖維小,比表面積大, 可以吸附更多的靜止空氣, 因而保溫效果較好。像美國(guó)3M公司的Thinsulate和Albany 國(guó)際公司開(kāi)發(fā)的超細(xì)聚酯纖維Primaloft,直徑很小,在同樣大小的空間內(nèi),可以充塞更多的纖維,因此能更多更有效地反射人體熱輻射。同時(shí)他們較羽絨相比,在潮濕的狀態(tài)下具有更好的保暖性[11,12]。目前大部分運(yùn)動(dòng)品牌都在使用這類材料做極寒條件下的服裝。
空纖維的中空結(jié)構(gòu)減少了纖維的重量,包含大量靜止空氣,從而保暖性大大提高。杜邦Thermolite Extra,三孔中空,比實(shí)心纖維飽含更多的空氣,具有更強(qiáng)的保暖。Ozark等戶外品牌外外套采用此科技材料能滿足極限條件下的探險(xiǎn)和登山。
(2)填充材料構(gòu)造方式
對(duì)于極寒服來(lái)說(shuō),構(gòu)造方式的改變是為了擁有更大的孔隙率,從而鎖定更多的空氣達(dá)到最佳的保暖效果。以受其影響較大的羽絨為例,羽絨的的構(gòu)造方式指其充絨結(jié)構(gòu),就是面料包圍羽絨而形成的小空間,主要可分為立體盒狀結(jié)構(gòu)和雙層夾片結(jié)構(gòu)。
立體盒狀結(jié)構(gòu), 面布及里布之間先縫成一條條立體盒裝,然后再填入羽絨。優(yōu)點(diǎn)是羽絨分布均勻,沒(méi)有冷橋效應(yīng)。缺點(diǎn)是制作工藝煩瑣,增加服裝重量。
雙層夾片結(jié)構(gòu),直接將里外料縫合,形成管狀空間。優(yōu)點(diǎn)是服裝重量降低,缺點(diǎn)是里外料直接縫合,在縫合處羽絨分布較少,容易讓風(fēng)吹透,易產(chǎn)生冷橋效應(yīng)。
這兩種結(jié)構(gòu)較一般服裝的單層縫合而言,結(jié)構(gòu)空間更集中,羽絨分布更均勻,保暖性能更好,可用于極寒地帶穿著的探險(xiǎn)級(jí)外套。
(3)保溫蓄熱材料
一件好的保暖服裝,既有保暖填充材料也有保溫蓄熱里料或外部材料。一般來(lái)說(shuō),是在滌綸等合成纖維紡絲液中加入含氧化鉻、氧化鎂等特殊陶瓷粉末,特別是納米級(jí)的微細(xì)陶瓷粉末,它能夠吸收太陽(yáng)光等可見(jiàn)光并將其轉(zhuǎn)化為熱能,還可反射人體自身發(fā)射出的遠(yuǎn)紅外線,因此具有保溫、蓄熱性能[4]。X-Static是一種可用于非織造生產(chǎn)、前景廣闊新型纖維,其基體材料是尼龍纖維,表面固結(jié)有99.9%純度銀質(zhì)層。由于銀獨(dú)特的傳熱導(dǎo)電性,這種材料能抗靜電、有效消散電荷、反射紅外熱量,制成的服裝等還可抗微生物。X-Static能很好地把人體熱量反饋皮膚,使熱輻射損失降至最低。Spyder防寒服內(nèi)里采用X-STATIC絕緣隔熱技術(shù),保暖性能優(yōu)越。
4.2 服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
針對(duì)這類惡劣環(huán)境,服裝應(yīng)先滿足戶外條件下的設(shè)計(jì),例如運(yùn)動(dòng)服袖口和腰部應(yīng)束緊,下擺或腰部加有防風(fēng)裙或抽繩,這可防止風(fēng)雪進(jìn)入服裝內(nèi)部;領(lǐng)部開(kāi)口多采用閉合的立領(lǐng)或可立起的翻折領(lǐng)來(lái)減少熱量的散失;腋下增加透汽孔或設(shè)有透汽拉鏈,能促進(jìn)汗液排出,增加舒適性。同時(shí)不同運(yùn)動(dòng)也會(huì)有一些專業(yè)化的設(shè)計(jì),登山服應(yīng)易于肢體伸展、方便活動(dòng)、易于穿脫;而滑雪服會(huì)采用貼體的流線型連體服,減小服裝阻力,提高運(yùn)動(dòng)速度[9]。
5.1 生產(chǎn)生態(tài)
21世紀(jì)倡導(dǎo)綠色環(huán)保,高性能運(yùn)動(dòng)服也不例外。為了實(shí)現(xiàn)多種性能,在其發(fā)展的最初狀態(tài)就要考慮環(huán)保理念,從原料使用到后整理都要考慮所使用的纖維、染料、助劑等對(duì)人體、對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。隨之也要求我們充分開(kāi)發(fā)利用新材料、新科技來(lái)減小或消除這些生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的污染,使得高性能運(yùn)動(dòng)服生產(chǎn)生態(tài)化。
5.2 功能復(fù)合
高性能運(yùn)動(dòng)服功能的復(fù)合化,是指運(yùn)動(dòng)服裝集多個(gè)功能包括質(zhì)輕保暖、吸濕排汗、防水透濕、緊身壓力等功能于一體。目前高性能運(yùn)動(dòng)裝中,無(wú)論是功能性面料還是運(yùn)動(dòng)裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有多種功效。正如上文所說(shuō)的戶外運(yùn)動(dòng),無(wú)論是極寒條件還是風(fēng)雨環(huán)境下,運(yùn)動(dòng)服除了必須的質(zhì)輕保暖和防水透濕性能,對(duì)于具有很大運(yùn)動(dòng)量的人來(lái)說(shuō),吸濕排汗、耐磨舒適等性能也是不可缺少的。
5.3 服裝智能
隨著世界各國(guó)體育比賽競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈以及人們對(duì)生活水平的要求越來(lái)越高,一些運(yùn)動(dòng)裝已經(jīng)滿足不了運(yùn)動(dòng)者高強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)者更希望服裝是集適用、美觀和智能于一體的服裝。例如日本推出的自動(dòng)調(diào)溫運(yùn)動(dòng)服,原理是經(jīng)過(guò)溫度應(yīng)變性工藝處理后的纖維織物來(lái)調(diào)溫。這種運(yùn)動(dòng)服使用的材料是隨天氣狀況具有“記憶功能”的聚合物包著的尼龍及聚酯纖維,天熱時(shí),針織面料會(huì)張開(kāi)以便汗水排出,讓人體倍感涼爽;在天氣變冷時(shí),針織面料緊閉產(chǎn)生保暖功能。
伴隨著人們生活水平的提高以及對(duì)身體健康的愈發(fā)關(guān)注,越來(lái)越多的人參與到各種運(yùn)動(dòng)中。運(yùn)動(dòng)服,在其功能性及專業(yè)化方面都將面臨愈來(lái)愈高的要求。在運(yùn)動(dòng)服的研發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中,需要摒棄傳統(tǒng)的觀念,在面料功能性、環(huán)境適應(yīng)性的研究方面更加細(xì)致和投入,使得高性能運(yùn)動(dòng)服能更好的滿足廣大消費(fèi)者的需求。
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2014-11-07