氣凝膠保暖服裝面料濕舒適性的研究

倪璐妍 沈 為 張佩華 段宇晶

1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院(中國)

2. 北京中科海勢科技有限公司(中國)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對于服裝的要求越來越高，不僅要求蔽體保暖，更要求時(shí)尚美觀。就冬季服裝而言，臃腫、厚重、缺乏美感的服裝已無法滿足人們對于美的追求，服裝需求正在向既保暖舒適，又時(shí)尚美觀的方向發(fā)展。

氣凝膠是在納米量級的孔隙內(nèi)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中充滿氣態(tài)分散介質(zhì)的固態(tài)材料[1]。它是一種結(jié)構(gòu)可控的納米多孔類材料，具有納米孔洞結(jié)構(gòu)、大表面積、高孔隙率等特點(diǎn)[2]以及優(yōu)異的保溫隔熱性能，常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)最低為0.013 W/(m·K)，是保溫服飾的理想材料。但氣凝膠保暖服裝在穿著時(shí)常常會(huì)讓人感到悶熱不適，為改善這種悶熱的情況，需要降低服裝和人體之間微氣候的相對濕度。

本文擬通過兩種方式來達(dá)成此目的：增加服裝材料的吸濕性，通過吸收氣態(tài)水來降低人體與服裝間的微氣候的相對濕度；增加服裝的透濕性，通過增加水氣透過服裝材料的量來減小微氣候的相對濕度。

本文將氣凝膠層片與纖網(wǎng)復(fù)合，通過對相關(guān)的氣凝膠層片、保溫層進(jìn)行回潮率、透濕率測試與分析，對影響氣凝膠保暖服裝面料濕舒適性的主要因素進(jìn)行了分析探討。

1 試驗(yàn)材料

氣凝膠保暖服裝面料由保暖層與普通面料復(fù)合而成。其中保暖層主要確保最終成品的保暖性能、防止熱量散失；而表層面料分外層面料與里層面料，外層面料根據(jù)最終應(yīng)用場合的不同，達(dá)到外觀美感、質(zhì)感、觸感和易護(hù)理等功能，內(nèi)層面料實(shí)現(xiàn)吸濕、舒適等功能。

本研究的氣凝膠層片及由其制成的保暖服裝面料由北京中科海勢科技有限公司提供，該公司生產(chǎn)的氣凝膠層片能夠滿足服裝對保暖材料柔性及強(qiáng)度、舒適性等方面的綜合要求，可以用于保暖服裝的研發(fā)與應(yīng)用。氣凝膠服裝面料截面如圖1所示。

圖1 氣凝膠保暖服裝面料截面圖

本文探討氣凝膠保暖層包括氣凝膠層片和絮片兩部分濕舒適性的影響因素。氣凝膠層片包括無扎孔(W)和有扎孔(Y)兩種型號。扎孔的目的是為了改善面料的透濕性，扎孔時(shí)要保證扎孔密度均勻，且不影響該材料的強(qiáng)度。兩種氣凝膠層片可分別與絮片(纖維網(wǎng))結(jié)合形成保溫層BW或BY。試驗(yàn)材料及其基本物理參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)材料命名及其基本物理參數(shù)

2 氣凝膠及保暖服裝面料吸濕能力的測試

本試驗(yàn)采用Y802型八籃恒溫烘箱，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定 烘箱干燥法》進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 氣凝膠層片回潮率

從表2可以看出，氣凝膠層片吸濕性較差，試樣的回潮率均低于1.5%。

當(dāng)服裝吸濕性和透濕性都較差時(shí)，人體穿著時(shí)會(huì)感到悶熱不適，如若增加材料的吸濕性，則有利于降低服裝與人體間微氣候的相對濕度，從而提高人體的舒適度。因此，將氣凝膠層片與不同纖維絮片復(fù)合制成保溫層，對保溫層再進(jìn)行回潮率測試，測試結(jié)果如表3所示。

表3 保溫層回潮率

由表3可以看出，絮片面密度相同時(shí)，絮片成分對回潮率影響較大。在試樣BW1-1和BW1-2中，氣凝膠層片厚度相同，所含絮片面密度相同，但BW1-1回潮率大于BW1-2，是由于BW1-1中氣凝膠層片有一側(cè)為相變黏膠纖維絮片，另一側(cè)為聚酰亞胺纖維絮片，而BW1-2中氣凝膠層片兩側(cè)均為聚酰亞胺纖維絮片，黏膠纖維的回潮率為13%，而聚酰亞胺僅約為1.18%[3]，使得它們對應(yīng)的氣凝膠保溫層的回潮率產(chǎn)生差異。

當(dāng)復(fù)合的絮片成分及面密度均相同時(shí)，與W2復(fù)合的保溫層(BW2)回潮率均小于與W1復(fù)合的保溫層(BW1)回潮率，原因在于W2的厚度與面密度大于W1，在復(fù)合材料中回潮率較小的組分所占比重增加，因此復(fù)合材料總體回潮率降低。同理，絮片面密度增加時(shí)，保溫層中回潮率較高的成分比重增加，如BW2-3中絮片的面密度大于BW2-2中絮片的面密度，因此BW2-3回潮率高，即吸濕性好。

3 氣凝膠保暖服裝面料透濕能力的測試

3.1 孔隙率對氣凝膠層片透濕率的影響

本實(shí)驗(yàn)采用YG601H型電腦式織物透濕儀，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12704.1—2009 《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》，對氣凝膠層片進(jìn)行透濕性測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 氣凝膠層片透濕率

從表4可以看出，隨著氣凝膠層片厚度增大，氣凝膠層片的透濕率逐漸減小。對氣凝膠層片Y2、Y3再次進(jìn)行扎孔，增加其孔隙率，分析透濕率的變化情況。測試數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 氣凝膠層片不同孔隙率時(shí)所測透濕率

從表5可以看出，對氣凝膠進(jìn)行扎孔處理后，隨著孔隙率的增大，氣凝膠層片的透濕率有明顯提高，說明采用扎孔方法可改善氣凝膠保暖面料的透濕性能。為探究在服裝制作后續(xù)過程中所使用的黏結(jié)劑是否會(huì)對氣凝膠層片孔隙造成影響，將氣凝膠層片和黏結(jié)劑進(jìn)行結(jié)合，對結(jié)合后的面料進(jìn)行了透濕性測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Y1在和黏結(jié)劑結(jié)合之后的透濕率為31.80 g/(m2·h)。黏結(jié)劑對氣凝膠層片透濕性的影響較小，原因在于氣凝膠層片和黏結(jié)劑結(jié)合時(shí)采用了將黏結(jié)劑點(diǎn)涂在氣凝膠層片上的方式，縮小了可能會(huì)對氣凝膠層片的孔隙和結(jié)構(gòu)所造成的影響。

3.2 絮片材料對保溫層透濕率的影響

將氣凝膠層片與不同絮片進(jìn)行復(fù)合，測試復(fù)合后材料的透濕率，結(jié)果如表6所示。

表6 不同保溫層透濕率

由表6可知，氣凝膠層片和絮片復(fù)合后的透濕率高于復(fù)合前氣凝膠層片的透濕率(表4)，原因在于在透濕性測試過程中，水氣一部分透過試樣進(jìn)入試驗(yàn)杯中，也有一部分水氣被試樣吸收。由表2和表3可知，復(fù)合保溫層的回潮率大于氣凝膠層片的回潮率，因此復(fù)合保溫層吸收的水氣含量也大于氣凝膠層片吸收的水氣含量。絮片相同時(shí)，與W1復(fù)合的保溫層(BW1-1)透濕率大于與W2復(fù)合的保溫層(BW2-1)透濕率。氣凝膠層片相同時(shí)，含120 g/m2聚酰亞胺絮片的保溫層(BW1-3，BW2-3)透濕率最高，原因在于面密度為120 g/m2的絮片蓬松度比面密度為60 g/m2的絮片蓬松度好，水氣容易透過織物，因此透濕性較好[4-5]。絮片面密度和氣凝膠層片厚度相同時(shí)，氣凝膠層片兩側(cè)均為相變黏膠纖維絮片時(shí)(BW1-1，BW2-1)，比一側(cè)為相變黏膠纖維絮片，另一側(cè)為聚酰亞胺絮片的保溫層(BW1-2，BW2-2)透濕率高，原因在于相變黏膠纖維吸濕能力較好，水氣更容易進(jìn)入保溫層。

4 結(jié)論

針對由氣凝膠層片與織物復(fù)合后得到的氣凝膠保暖服裝面料在穿著過程中出現(xiàn)較為悶熱不適的問題，本文對氣凝膠保暖服裝面料的保暖層成分，即氣凝膠層片和絮片的濕舒適性的影響因素進(jìn)行了探究。

氣凝膠層片本身的回潮率和透濕率較小，可以采用扎孔的方式，增加氣凝膠層片的孔隙率、適當(dāng)減小氣凝膠層片厚度的方式來提高氣凝膠保暖服裝面料的透濕性。在氣凝膠層片和絮片復(fù)合時(shí)，保溫層的透濕性能隨絮片材料回潮率的增大而提高；當(dāng)采用相同絮片材料時(shí)，含蓬松度較大的絮片的復(fù)合材料的透濕率較大。因此可通過采用回潮率較高或蓬松度較大的纖維絮片與氣凝膠層片復(fù)合來改善其悶熱感。