滌綸/長絨棉/漢麻織物的熱舒適性研究

張紅梅+孫潤軍

摘要：選用 8 種不同混紡比、不同紡紗方式的滌棉麻混紡薄型織物，對其熱舒適性進行研究。采用美國西北公司的熱阻濕阻儀，利用恒溫恒濕箱控制，設計了11種溫濕度條件，模擬織物在不同穿著環(huán)境下的熱傳導性能。目的是為了得到不同混紡比和不同紡紗方式織物的熱阻值差異以及滌棉麻混紡織物的熱舒適使用條件。結果表明，外界溫濕度、原料混紡比及紡紗方式 4 個因素中，混紡比對織物熱阻影響較小，而紡紗方式的影響最大；不論在怎樣環(huán)境下，賽絡菲爾紡織物總是比賽絡紡織物熱阻小，表現更涼爽；溫度高于20 ℃，相對濕度低于70%環(huán)境下，滌棉麻混紡織物熱阻值小且穩(wěn)定，使用舒適。

關鍵詞：滌棉麻混紡織物；熱阻值；熱舒適性

中圖分類號：TS126，TS116 文獻標志碼：A

A Study on the Thermal Comfort of Polyester/Cotton/Hemp Blended Fabric

Abstract： Eight kinds of light-weight polyester/cotton/hemp blended fabric with different blending ratio and with yarns spun by different spinning methods were selected for investigating their thermal comfort. By using US-made humidity chamber and Sweating Guarded Hotplate， the thermal conductive property of the fabric was simulated under 11 designed temperature and humidity conditions. The objective of this study is to find the influence of blending ratio and spinning methods on the thermal comfort of multi-fiber blended fabric and the thermal comfort conditions of polyester/cotton/hemp blended fabric. The results indicate that among four major factors including temperature， humidity， blending ratio and spinning method， blending ratio has little effect on fabric thermal resistance， while spinning method is the most influential factor； whatever the condition is， the fabric made from sirofil-spun yarn is better than that made from siro-spun yarn in term of thermal transmission and the former is cooler than the latter； under the condition of temperature above 20 oC and relative humidity below 60%， the thermal resistance of the fabric is low and stable， which contribute to the fabric comfort.

Key words： hemp； polyester/cotton/hemp blended fabric； thermal resistance； thermal comfort

舒適性是一個多維而復雜的狀態(tài)，它是穿著者在心理、生理和社會文化方面綜合的基礎上做出的主觀感知和判斷。心理因素，因人而異；社會人文方面，不同國家、不同民族的生活方式和居住環(huán)境都有所差異；一直以來，令研究者比較熱衷的是狹義上的舒適性，即生理舒適性。生理舒適性主要包括熱濕舒適性、接觸舒適性、壓力舒適性和視覺舒適性。而熱濕舒適性在織物舒適性研究中占據著重要地位，有研究表明，熱濕舒適性對人體舒適感的貢獻率達到61.5%，緊跟其后的是接觸舒適性11.5%。美國暖氣及通風工程師學會（ASHRAE）將熱舒適性定義為“人體對熱環(huán)境感到滿意的意識狀態(tài)”，狹義地認為熱環(huán)境是影響人體熱舒適性的唯一因素。理想舒適的熱濕狀態(tài)與服裝或織物的熱濕傳遞性能密切相關。因此，本文對滌棉麻混紡織物的熱舒適性研究，順應新產品開發(fā)的趨勢，對多元混紡織物以及舒適性產品的開發(fā)具有一定指導意義。

1 實驗原料及織物規(guī)格

實驗選用 8 種滌棉麻混紡織物，織物組織都是平紋，織物原料為漢麻纖維、新疆長絨棉及差別化滌綸長絲和短纖，采用兩種紡紗方式，即賽絡紡和賽絡菲爾紡，將織物分為兩組，每組 4 種混紡比，兩組相同。并在紗線細度、織物組織、克重、織物厚度基本相同的情況下，對它們的熱舒適性展開討論，具體規(guī)格參數見表 1。兩組織物緯紗不同，以下以紗線差異命名作為區(qū)分，其中，1#至4#為賽絡紡織物，5#至8#為賽絡菲爾紡織物。

2 測試儀器及方法

2.1 測試儀器

實驗采用平板式散熱儀法，美國西北測試公司SGHP-10.5型出汗熱板，整個過程在一個恒溫恒濕環(huán)境箱內進行。模擬不同環(huán)境下織物的熱舒適性變化，主要測試指標織物熱阻值。實驗條件完全按照國標及ISO國際標準規(guī)定，風速波動控制在±0.1 m/s，環(huán)境溫度±0.1 ℃，相對濕度波動范圍控制在±4%。

2.2 測試方法

將樣品在（20±0.5）℃、65%±4%的標準環(huán)境下，預處理超過24 h。樣品大小50.8 cm × 50.8 cm，每個取樣兩塊，求平均值。實驗采用單因素變量法，觀察環(huán)境溫濕度對織物熱舒適性的影響，以及纖維混紡比和紡紗方式不同時的熱阻值變化規(guī)律。

根據GB T11048 — 2008和ASTM D1518 — 2003標準，模擬人體皮膚表面溫度，測試熱板及其熱護環(huán)溫度設置為35 ℃、風速（1±0.1）m/s。首先保持環(huán)境溫度25 ℃不變，使人體與外界保持10 ℃溫差，在相對濕度30%、40%、50%、60%、70%、80%下測試織物熱阻值；然后維持相對濕度65%，測試15、20、25、30、34 ℃溫度下的熱傳導情況。

3 測試結果分析

3.1 不同相對濕度下的織物熱傳導性

圖 1 所示為環(huán)境溫度25 ℃、相對濕度30% ～ 80%下的滌棉麻混紡織物熱阻值變化曲線。其中，1#至8#織物含麻量從低到高。

由圖 1 可以看出，隨著相對濕度的增大，織物熱阻值呈現略微上升趨勢。當外界濕度越大，纖維回潮率越大，織物吸濕也就越多，而水的導熱系數比一般紡織纖維都大，隨著濕度的增大，織物熱阻值理應呈下降趨勢。但是，相對濕度的增加也引起空氣水汽分壓的增大，水分子濃度及水汽分壓的共同作用促使水分不斷向含濕較低的織物靠近，并進入織物內部。纖維吸濕后膨脹收縮，直徑增大，同時纖維與纖維間空氣也被水分子取代，直徑增大，織物的屈曲波高增加，厚度增大，密度增大。因此，雖然水的介入有利于熱的傳遞，但織物厚度和密度的增加對熱阻的影響更大。這種現象可以在棉纖維含量較高的1#和5#織物上得到驗證。滌棉麻 3 種原料中，棉纖維的吸濕膨脹系數最大，膨脹率最高，因此棉含量越高的織物，吸濕后的厚度和緊密程度變化越明顯，對熱阻值的影響也就越大。而1#和5#織物熱阻值隨相對濕度增加趨勢明顯，說明吸濕膨脹確實對熱阻值存在影響。棉纖維含量相對較少的其它 6 種織物，熱阻值增加趨勢則并不明顯。濕度小于70%時，熱阻值上下波動劇烈，說明吸濕膨脹作用與水分子介入導熱引起的熱阻變化相當；當相對濕度大于70%時，熱阻值增加趨勢逐漸明顯，這是空氣濕度增大引起吸濕膨脹加強的結果。

觀察不同含麻量帶來熱阻值差異。圖 1 所示1#至4#賽絡紡織物，含漢麻量依次為0、10%、15%、20%，熱阻值基本隨含麻量增加而減小。這是原料導熱系數不同引起的差異。滌棉麻 3 種原料，麻的取向度、結晶度和聚合度均較高，不論是軸向還是徑向導熱系數均較大，因此漢麻含量越高，熱阻值越小，導熱性越好，織物越涼爽。5#至8#賽絡菲爾紡織物也符合這個規(guī)律，隨著漢麻增加，熱阻值逐漸減小。

圖 2 所示，5#至8#賽絡菲爾紡織物的熱阻值總體比1#至4#賽絡紡織物小。兩組織物原料、厚度、織物克重基本相同，經紗密度相同時緯紗密度賽絡紡平均比賽絡菲爾紡織物高30根/10 cm，這就意味著接觸點的增加。按照熱阻影響規(guī)律，織物與皮膚接觸點越多，熱傳導越好，熱阻值越小，即賽絡紡織物熱阻值小，而實驗結果卻恰恰相反。這說明還存在其它比經緯密影響大的因素，對熱阻值起著決定作用。排除原料、織物以及外界環(huán)境影響，還有可能是紗線本身的差異。賽絡紡紗是一種由兩根短纖粗紗并和牽伸加捻而成，賽絡菲爾紡紗則是由一根短纖粗紗和長絲復合而成。在捻度基本相同的情況下，短纖紗由于纖維短且多，沿軸向排列的取向度和均勻度很難完全一致，因此結構蓬松，含氣量高，熱阻值相對較大。賽絡菲爾紡由于復合了一根長絲，纖維沿軸向取向度好，結構緊密，導熱性更好，熱阻值小。因此就熱傳導而言，賽絡菲爾紡織物的性能更優(yōu)異，表現更涼爽。

3.2 不同溫度下的織物熱傳導性

圖 3 為相對濕度65%、測試熱板（皮膚）溫度35 ℃時，1#至4#賽絡紡織物和5#至8#賽絡菲爾紡織物織物熱阻值隨外界溫度變化曲線。

可以看出，相對濕度一定時，隨著外界溫度升高，皮膚與外界溫差逐漸減小，織物熱阻呈現減小趨勢。外界溫度小于20 ℃時，溫差較大，減小趨勢最明顯，溫度高于20 ℃后，減小趨勢比較平緩，整體處于上下波動狀態(tài)。溫度越高，各種傳熱載體運動劇烈，導熱速率快，織物熱阻值越小。雖然織物內外存在的溫差會使空氣在織物孔隙及織物表面產生對流，加速熱量的傳輸，但是在風速一定情況下，自然對流非常微弱。另外，隨著外界溫度的升高，同樣相對濕度下，單位體積空氣水分子含量增加，織物回潮率增大，含水量增加，熱阻值減小。

含麻量對織物在不同溫度環(huán)境中的熱傳導貢獻并不大，可以看出，不同含麻量織物的熱阻值并沒有呈現出一定規(guī)律。這是因為在一定溫濕度環(huán)境下，織物是一個纖維、空氣和水的集合體，導熱性受這 3 種因素影響。而纖維、空氣和水的導熱系數，以水最高，纖維次之，空氣可以看做熱絕緣體。因此含濕量和纖維導熱系數成為導熱性良好與否的決定因素。15 ～ 34 ℃的空氣飽和濕度分別為12.721、17.117、22.795、30.036和37.183 g，以相對濕度65%計算，每立方米空氣含濕量從8.26 g增加到24 g，增幅非常大，這也意味著各織物含濕量比較大。漢麻纖維與棉纖維相比，吸濕性基本相同，回潮率相差不大，而漢麻雖然比棉和滌綸的熱傳導系數高，但在含濕較大情況下，纖維導熱與水相比微不足道。因此，雖然漢麻纖維導熱系數比滌棉大，含濕較高情況下幾乎表現不出來。相對濕度穩(wěn)定，溫度波動較大的熱環(huán)境中，漢麻含量的增加對織物熱傳導性能的影響不大。

由圖 4 可以看出，不論環(huán)境溫度怎么變化，相同混紡比的賽絡紡織物總是比賽絡菲爾紡織物熱阻大。這是因為，在紗線細度和捻度基本相同的情況下，賽絡紡紗由兩根短纖粗紗捻合而成，短纖維數量多，沿軸向排列均勻度一致性較差，因此蓬松多氣，熱阻值較大，且受溫度影響大。經緯紗配置方面，兩組織物經紗密度相同，緯紗賽絡紡比賽絡菲爾紡細度小，緯紗配置密度大，接觸點多，平均厚度比賽絡菲爾紡織物小0.01 mm，因此傳輸通道短，熱阻值理應比賽絡菲爾紡織物小。但是由于溫度差的影響，賽絡菲爾紡織物緯紗排列密度小，在克重基本相同的情況下，孔隙率自然比賽絡紡織物的大，對流作用明顯，導熱性好，熱阻值較小。

3.3 相關性分析

通過不同溫濕度下的織物熱阻值對比，影響織物熱阻值的因素主要有4 個：外界溫度、相對濕度、織物原料混紡比和紡紗方式。為了更好地反映4 個因素對熱阻值的影響程度，課題使用Pearson相關分析法，對它們的相關性和顯著性進行對比。置信度95%、99%時，各因素與熱阻值的相關性情況如表 2 所示。由表 2 數據可以看出，顯著性水平α=0.05時，外界溫度、相對濕度和混紡比與熱阻值的相關系數分別為-0.401 31、0.242 92、-0.200 54，相關性并不是很大。其中熱阻與外界溫度呈負相關，與相對濕度負相關，隨著含麻量增加，織物熱阻值越來越小，這與前面分析一致。顯著水平α=0.01時，紡紗方式與熱阻值的相關系數0.536 68，相關性最大。由此可以判定，各主要因素對熱阻值影響的主次關系分別是：紡紗方式影響最大，外界溫度次之，相對濕度和原料混紡比影響較小。

4 結論

（1）相對濕度與熱阻值呈正相關，濕度越大，織物熱阻值越大。當相對濕度小于70%時，熱阻值上下波動劇烈，增加趨勢并不大，濕度高于70%后，上升趨勢明顯。此外，不同混紡比也表現出明顯差異，漢麻含量越高，熱阻值越小。

（2）外界溫度與織物熱阻值呈負相關，溫度越高，熱阻值越小。溫度小于20 ℃時，熱阻值下降明顯，高于20℃后，熱阻值減小趨勢平緩。皮膚與外界溫差越大，熱阻值減小趨勢越明顯。在相對濕度相對穩(wěn)定，溫度波動較大環(huán)境中，漢麻含量的增加對織物熱傳導性能的影響不大。

（3）各主要因素對熱阻值影響的主次關系分別是：紡紗方式影響最大，外界溫度次之，相對濕度和原料混紡比影響較小，幾乎不相關。

（4）相對濕度雖然對織物熱阻值影響不大，但卻能夠使不同含麻量的織物表現出差異，溫度則不能。

（5）不論在怎樣熱濕環(huán)境下，同樣混紡比賽絡菲爾紡織物總是比賽絡紡織物熱阻值小，表現更涼爽。

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