汗?jié)駰l件下幼兒睡衣面料層間水傳遞性能研究

韓華偉 楊允出 劉瑩 董佳寧 盛玥曦

摘 要：為了分析在一定溫度和壓力下，幼兒睡衣面料中的層間水分向下傳遞性能，自行搭建了一種簡易測試裝置。通過控制恒溫加熱板調(diào)節(jié)模擬皮膚的溫度，利用重物調(diào)節(jié)織物上方所受的壓力，利用電子天平測量織物層間的含水量變化。使用該裝置測試了9種幼兒睡衣面料中的水分向下傳遞性能、不同壓力下織物層間水傳遞性能和不同時刻織物中的水分動態(tài)轉(zhuǎn)移率，并通過聚類分析、假設(shè)檢驗、曲線擬合等方法進行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果顯示：各層織物含水量百分比和總體水分轉(zhuǎn)移率等指標(biāo)可以有效地表征所測織物的層間水傳遞特性，施加重物壓力將對層間水傳遞有顯著性影響，水分轉(zhuǎn)移率與時間關(guān)系呈對數(shù)函數(shù)曲線特征。

關(guān)鍵詞：睡衣面料;模擬出汗;層間水傳遞;芯吸;濕舒適性

Abstract：In order to analyze the downward interlayer water transfer performance of childrens pajamas fabrics under certain temperature and pressure， a simple test device was built. The simulated skin temperature was regulated by controlling the heating plate， and the pressure above the fabrics was adjusted by the weight. Besides， the water content change between layers of fabrics was measured by the electronic balance. In the study， nine kinds of pajama fabrics were tested by this device， including the downward water transfer performance， water transfer performance between fabric layers under different pressures， and the dynamic water transfer rate in fabrics at different moments. Meanwhile， the data were analyzed through cluster analysis， hypothesis test and curve fitting， etc. The results showed that the percentage of water content in each layer of fabric and the overall water transfer rate could effectively characterize the interlayer water transfer performance of all samples. The weight pressure had a significant effect on the interlayer water transfer performance. And the relationship between water transfer rate and time presented the characteristic of logarithmic function curve.

Key words：pajama fabrics; stimulated sweating; interlayer water transfer; wicking; wet comfort

幼兒由于新陳代謝旺盛，皮膚含水量較大，加上對環(huán)境冷熱的自我調(diào)節(jié)能力較差，故在睡眠時比成年人更易出汗。幼兒出汗一般集中在頭部、頸部和背部，當(dāng)其穿著睡衣入睡時，背部較易產(chǎn)生并積累汗液。當(dāng)幼兒仰睡時，在背部-睡衣-外部環(huán)境形成的體系中，其背部產(chǎn)生的汗液主要通過液相傳遞的方式向外排出[1]。若幼兒背部的汗液不及時排出，幼兒會產(chǎn)生不適感，易患感冒、濕疹等病癥。而在幼兒背部-睡衣-外部環(huán)境體系中，睡衣吸濕排汗等性能的優(yōu)劣將直接影響幼兒背部汗液排出效果的好壞，故研究汗?jié)駰l件下幼兒睡衣面料的水傳遞性能至關(guān)重要。關(guān)于織物中液態(tài)水傳遞的研究方面，許瑞超等[2]運用液態(tài)水管理系統(tǒng)（MMT）提取了織物正反面含水量的變化曲線，分析了織物對液態(tài)水的定向傳導(dǎo)能力。Troynikov等[3]采用MMT裝置對不同比例的羊毛/滌綸混紡針織物和毛竹混紡針織物的結(jié)構(gòu)和水分管理性能進行了評價。Meng等[4]根據(jù)MMT裝置得出的尿布含水率隨時間的變化曲線，從中提取了5個指標(biāo)來描述和預(yù)測尿布中的水傳遞性能。周立亞等[5]測試了4種雙層針織結(jié)構(gòu)織物的潤濕時間、吸水速率、潤濕半徑、水分?jǐn)U散速度等指標(biāo)，分析了層間的傳導(dǎo)擴散性能。于媛媛等[6]利用紡織品毛細(xì)效應(yīng)測試儀對1種純棉織物和6種竹漿纖維織物的液態(tài)水傳遞性能及透氣性進行了測試，結(jié)果表明，竹漿纖維織物的水傳遞性能好于棉纖維織物，并建立了織物緊度與透氣性的回歸方程。劉瑩等[7]自行搭建了能夠模擬織物顯性出汗的裝置，分別對單層織物進行了動態(tài)吸水?dāng)U散測試、動態(tài)水分蒸發(fā)量測試，對層間織物接觸后的水分轉(zhuǎn)移率進行了測量，從而分析了水分在織物中垂直向上的傳遞性能。Tang等[8]搭建了一種基于重力學(xué)和圖像分析技術(shù)的測量儀器，來表征織物的吸濕性能。該儀器能直接測量實時吸水量，監(jiān)測水傳遞方向，估算留在皮膚上的剩余水量。崔志英等[9]測試了Coolmax織物、棉、滌綸、滌棉織物的多種濕舒適性指標(biāo)，并進行了人體穿著主觀評價，采用灰色聚類分析對6種織物的濕舒適性能做了綜合評價。吳國輝等[10]選用10種針織面料，分別測試它們的透濕量、芯吸高度、干燥速率和濕阻，運用灰色關(guān)聯(lián)度分析了織物結(jié)構(gòu)和性能對濕傳遞的影響。綜上所述，關(guān)于織物水傳遞性能方面的研究，以往較少開展水分在織物層間向下傳遞時，各層水分質(zhì)量的動態(tài)分布特征和面料間接觸壓力對層間水傳遞性能的影響。

基于恒溫加熱板和動態(tài)電子天平測量系統(tǒng)搭建的一種測試織物層間水傳遞的簡易裝置，用于研究在一定溫度和壓力下，水分在織物層間向下傳遞性能及各層水分分布特征。通過此裝置，對9種不同織物中的水分向下傳遞性能、不同壓力下的織物層間水傳遞性能及不同時刻織物中的水分動態(tài)轉(zhuǎn)移率進行了測試和數(shù)據(jù)分析，以期為進一步對出汗?fàn)顟B(tài)下的織物及服裝熱、濕舒適性的測試和研究提供參考。

1 實 驗

1.1 實驗試樣

基于網(wǎng)絡(luò)平臺中夏季幼兒睡衣銷量排名，篩選本實驗9種面料的測試樣品，相關(guān)屬性參見表1，其中#1—#9為幼兒睡衣面料，#10為模擬皮膚面料。

幼兒睡衣面料及模擬皮膚面料皆裁剪為半徑為9 cm的圓形。因試樣表面的褶皺、灰塵等會對實驗結(jié)果造成影響，故在實驗前，需將試樣放入清水中浸泡30 min，并將浸泡后的試樣再用清水沖洗3遍，最后鋪平晾干。為了減少環(huán)境變化對實驗的影響，整個實驗過程在密閉的實驗室內(nèi)完成，環(huán)境溫度控制在（20±0.5） ℃，相對濕度為50%±2%。

1.2 實驗裝置

自制的織物中水分向下傳遞性能測試平臺的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該裝置可以用來測試在一定壓力下，水分在織物中向下傳遞的能力。通過控制厚度為0.5 cm、半徑為11 cm的圓形加熱鋁板（2）模擬人體體溫，利用恒溫控制器控制加熱板的表面溫度為（34±0.3） ℃。在模擬皮膚面料（3）中注入一定量的水模擬人體的汗?jié)駹顟B(tài)。待測面料（4）為常見的幼兒睡衣面料，水分從模擬皮膚面料向下傳遞至待測面料，再經(jīng)過待測面料傳遞至底層的濾紙（5）中。濾紙下方的亞克力板（6）可以減少水分向外部環(huán)境蒸發(fā)或者流失而引起的實驗誤差。通過更換不同質(zhì)量的重物（1），改變其與加熱板的質(zhì)量之和，從而調(diào)節(jié)織物上方所受壓力。通過電子天平（7），可精確地測量水分在模擬皮膚面料、待測面料及濾紙之間的含水量，并進一步計算各層材料的含水率。

1.3 實驗測試

首先，利用電子天平測得模擬皮膚面料干重M1、待測幼兒睡衣面料干重M2、濾紙和亞克力板的干重之和M3。用另外兩片充分吸水的濾紙上下夾住模擬皮膚面料，待模擬皮膚面料充分吸水后，將恒溫加熱板置于電子天平托盤上，再將模擬皮膚面料置于恒溫加熱板上預(yù)熱、蒸發(fā)，保證其初始含水量為（8.2±0.1）g。接著，先將恒溫加熱板和模擬皮膚面料一起從電子天平上移開，再快速將亞克力板、濾紙和待測面料從下往上依次置于電子天平托盤上，再迅速將吸水后的模擬皮膚面料置于待測面料上，將恒溫加熱板蓋在模擬皮膚面料上，最后在恒溫加熱板上壓上重物，整個放置過程在10 s內(nèi)完成。10 min后，移開恒溫加熱板及重物，記錄亞克力板、濾紙、待測面料及模擬皮膚面料的整體重G1;移開模擬皮膚面料，記錄剩余整體重G2;移開待測面料，記錄剩余整體重G3，整個移開過程在10 s內(nèi)完成，則：

通過更換重物質(zhì)量，分別設(shè)定織物所受壓力300、600 g和900 g，研究不同壓力下織物層間水傳遞性能。將上述實驗的時長分別設(shè)置為1、2 min…10 min，得到不同時刻模擬皮膚面料、待測面料和濾紙的含水量情況，研究不同時刻水分在織物中向下轉(zhuǎn)移的情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物中水分向下傳遞性能

在織物中水分向下傳遞性能測試中，設(shè)定施加的重物質(zhì)量為300 g，各層面料含水量及水分轉(zhuǎn)移率見表2，各層面料含水量占比見圖2。

由表2和圖2可知，實驗中各層面料含水量百分比存在不同的分布特征。根據(jù)P1、P2、P3將9種幼兒睡衣面料的實驗樣本進行聚類分析，可分為4類。第1類為面料#2、#3的實驗，總體水分轉(zhuǎn)移率η值相對較高，分別為53.44%和61.88%，但這些轉(zhuǎn)移的水分主要保留在中間層面料#2或#3中，而轉(zhuǎn)移至濾紙中的水分含量的比率P3值相對較小，分別為16.38%，15.87%;第2類為面料#7和#8，總體水分轉(zhuǎn)移率η值相對較高，分別為55.51%和50.01%，且透過中間層面料轉(zhuǎn)移至濾紙的水分比率P3也相對較高，分別是28.51%和21.83%;第3類為面料#4，總體水分轉(zhuǎn)移率η為43.53%，透過中間層面料轉(zhuǎn)移至濾紙的水分比率P3值為24.38%;第4類為面料#1、#5、#6、#9，總體水分轉(zhuǎn)移率η相對較低，分別為19.13%、12.61%、15.12%和22.09%。進一步采用單因素方差檢驗，4類面料對應(yīng)的測試中各層面料的含水量百分比具有顯著性差異，見表3。水分在面料各層間傳遞過程非常復(fù)雜，將受纖維成分、纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)、紗線結(jié)構(gòu)形態(tài)、各層織物結(jié)構(gòu)形態(tài)、模擬皮膚織物的初始含水量、施加壓力、時間等多因素的綜合作用。本文將進一步通過實驗，研究施加重物壓力因素對層間水傳遞性能的影響和不同時刻的各層水分分布的動態(tài)變化。

2.2 不同壓力下織物層間水傳遞性能

不同壓力下#1—#9面料的水分轉(zhuǎn)移率見表4。

由表5，根據(jù)配對樣本T檢驗，300 g與600 g，900 g壓力下各面料的水分轉(zhuǎn)移率之間皆有顯著性差異，而600 g與900 g壓力下各面料的水分轉(zhuǎn)移率之間無顯著性差異。

9種面料在600 g重物的壓力下的水分轉(zhuǎn)移率較在300 g的壓力下的水分轉(zhuǎn)移率有所增加，且變化較大，說明隨著壓力的增大，可以改善模擬皮膚面料與幼兒睡衣面料以及濾紙之間的均勻接觸，促進了水分在各層織物間的傳遞。但900 g的壓力較于600 g的壓力，水分轉(zhuǎn)移率雖有所增加，但變化較小，是因為繼續(xù)增加壓力，面料結(jié)構(gòu)變得更緊密，水分在織物中的傳遞可能會受阻。

2.3 不同時刻織物層間水傳遞性能

選用面料#3作為本實驗測試面料，測試其在10 min內(nèi)不同時刻織物中水分的轉(zhuǎn)移率。由圖4可知，初始階段織物層間水分轉(zhuǎn)移速度較快，之后逐漸趨緩。在材料確定的情況下，織物層間動態(tài)水分轉(zhuǎn)移可能還會受到各層織物的水分濃度分布、溫度梯度分布、以及吸水后織物材料的形態(tài)變化等因素的影響。在第1 min內(nèi)，平均水分轉(zhuǎn)移速率最快，為34.25%/min，這是因為剛開始時，面料#3處于干燥狀態(tài)，紗線間及纖維間的孔隙較大，且模擬皮膚面料與幼兒睡衣面料兩側(cè)的水分濃度差最大，水分能夠通過芯吸作用以最大速率從模擬皮膚面料中轉(zhuǎn)移出來;水分在第1 min至2 min時間段，平均水分轉(zhuǎn)移速率下降為10.08%/min，2 min至10 min時間段水分轉(zhuǎn)移速率繼續(xù)趨緩，約為2.19%/min，主要由于織物層間水分濃度差和溫度差逐漸減小，同時可能織物中纖維素纖維吸水后會產(chǎn)生的膨脹，紗線間及纖維間的孔隙逐漸變小，故平均水分轉(zhuǎn)移速率水隨時間動態(tài)下降、并趨于穩(wěn)定。

進一步將不同時刻的水分轉(zhuǎn)移率數(shù)據(jù)采用SPSS軟件進行曲線擬合，得到對數(shù)曲線模型η=0.349×0.116ln（t），模型的擬合優(yōu)度R2為0.994，如圖3所示。

3 結(jié) 論

a）基于恒溫加熱板和電子天平搭建了一種可測試多層織物層間水傳遞性能的簡易裝置，并通過各層織物含水量占總含水量百分比和總體水分轉(zhuǎn)移率等指標(biāo)來表征所測織物的層間水傳遞特性。

b）利用該裝置模擬仰睡出汗條件，測試9種不同幼兒睡衣面料的水分向下傳遞性能，進一步對所有測試數(shù)據(jù)進行聚類分析和方差分析，結(jié)果顯示4 類面料的各層含水量百分比值具有顯著性差異。

c）通過配對樣本檢驗，300g與600、900 g壓力下幼兒睡衣面料的水分轉(zhuǎn)移率之間皆有顯著性差異，而600 g與900 g壓力下各面料的水分轉(zhuǎn)移率之間無顯著性差異。

d）織物層間水分轉(zhuǎn)移率與時間關(guān)系呈對線函數(shù)的曲線特征，第1 min內(nèi)，平均水分轉(zhuǎn)移速率最快，為34.25%/min，在第1 min至2 min時間段，平均水分轉(zhuǎn)移速率下降為10.08%/min，2 min至10 min時間段水分轉(zhuǎn)移速率繼續(xù)趨緩，約為2.19%/min。

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