防水透氣型膜復(fù)合面料應(yīng)用研究及分析

趙艷嬌，葛愛(ài)雄，張 偉

1.際華集團(tuán)股份有限公司系統(tǒng)工程中心，北京 100160；2.新興際華（北京）材料技術(shù)研究院有限公司，北京 100000；3.中國(guó)人民解放軍 65316部隊(duì)，遼寧大連 116000

0 前言

隨著市場(chǎng)的開(kāi)放，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，企業(yè)產(chǎn)品越來(lái)越注重功能性與時(shí)尚性的融合。雨衣、雨披的款式各式各樣，材料及質(zhì)量也參差不齊。來(lái)自實(shí)驗(yàn)室的面料理論數(shù)據(jù)，假人測(cè)試，以及消費(fèi)者的實(shí)際穿著效果[1-3]，是目前其質(zhì)量評(píng)價(jià)最有效、最直接的評(píng)定方式。

本文自研了“三明治”結(jié)構(gòu)的錦綸與防水透氣型PTFE膜復(fù)合制成的面料，為驗(yàn)證其綜合使用效果，以該復(fù)合面料為主材設(shè)計(jì)了雨衣、沖鋒衣款式的產(chǎn)品，對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行靜態(tài)假人淋雨性能測(cè)試及真人動(dòng)態(tài)淋雨性能測(cè)試，并組織進(jìn)行試穿試驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 材料

自研防水透氣型PTFE膜與錦綸復(fù)合面料；自研防水錦綸PTFE膠條；縫紉線；拉鏈；四眼扣等。

1.2 儀器及設(shè)備

高低溫復(fù)合環(huán)境艙，見(jiàn)圖1所示；環(huán)境艙通過(guò)模擬自然界的低溫、濕度變化、溫度變化、淋雨、噴水、結(jié)冰、降雪和大風(fēng)等復(fù)合環(huán)境條件，可開(kāi)展個(gè)體防護(hù)服裝單一或者復(fù)合環(huán)境條件下的性能測(cè)試，并可為其他試驗(yàn)提供測(cè)試環(huán)境條件；THTC-PSPL-013型暖體假人測(cè)試系統(tǒng)。

圖1 高低溫復(fù)合環(huán)境艙

1.3 款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

面料和膠條均采用自研的防水透氣型PTFE膜與錦綸復(fù)合面料、防水錦綸PTFE膠條，其他輔料依據(jù)設(shè)計(jì)圖實(shí)際采購(gòu)。

1.3.1 雨衣款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)0～40℃的真人試驗(yàn)區(qū)域設(shè)計(jì)雨衣，服裝款式結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。雨衣設(shè)計(jì)為中長(zhǎng)款，防風(fēng)雨立領(lǐng)，內(nèi)藏風(fēng)帽，風(fēng)帽有抽緊繩和帽深調(diào)節(jié)搭袢。下擺設(shè)有大容量?jī)?nèi)插兜，兩肋設(shè)置防水拉鏈開(kāi)口，便于內(nèi)掏物品。雨褲為松緊腰圍，兩腰為防雨斜插兜，小腿拉鏈開(kāi)合，便于雨靴的穿脫，褲腳可收緊。接縫處為壓膠處理，具有防水、透氣、阻燃及抗撕裂等性能。

圖2 雨衣款式結(jié)構(gòu)

1.3.2 沖鋒衣款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)-25～-15℃的真人試驗(yàn)區(qū)域設(shè)計(jì)沖鋒衣，服裝款式結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。設(shè)計(jì)采用防風(fēng)雨立領(lǐng)，內(nèi)藏風(fēng)帽設(shè)計(jì)。腋下處設(shè)有透氣拉鏈，兩前胸有斜兜、兩下擺有斜插兜、兩臂兜。魔術(shù)貼可貼徽章標(biāo)識(shí)等。高腰設(shè)計(jì)可采用腰帶、背帶2種固定方式。兩腿貫通拉鏈，便于快速穿脫。襠部、膝部和褲腳部位進(jìn)行防磨補(bǔ)強(qiáng)加固。搭配抓絨內(nèi)膽衣褲可增強(qiáng)保暖功效。兩腰設(shè)計(jì)了防雨斜插兜，兩腿部位設(shè)計(jì)了大容量前兜。

圖3 沖鋒衣款式結(jié)構(gòu)

1.4 測(cè)試方法

1.4.1 靜態(tài)假人淋雨性能測(cè)試

（1）測(cè)試依據(jù)

將設(shè)計(jì)的雨衣產(chǎn)品在高低溫復(fù)合環(huán)境艙進(jìn)行試驗(yàn)。其環(huán)境溫度范圍-40～35℃，環(huán)境相對(duì)濕度范圍30%～95%，具備淋雨、覆冰和降雪功能，淋雨雨量范圍為0～40 mm/h，雨量可調(diào)。

據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GBT 28592—2012《降水量等級(jí)》，降雨按雨量大小分為7個(gè)等級(jí)，雨量＜0.1 mm為微量降雨、雨量在0.1～9.9 mm為小雨、10.0～24.9 mm為中雨、25.0～49.9 mm為大雨、50.0～99.9 mm為暴雨、100.0～249.9 mm為大暴雨，雨量≥250.0 mm為特大暴雨。降水量一般按24 h、12 h兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行劃分。為了加強(qiáng)模擬使用環(huán)境，以24 h降水量為測(cè)試依據(jù)。

（2）測(cè)試方案

采用假人穿著被測(cè)樣品服裝，并置于低溫環(huán)境艙降雨噴頭下方。設(shè)置環(huán)境溫度為10℃、20℃和35℃這3種測(cè)試溫度工況。本次測(cè)試降雨強(qiáng)度采用中雨強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。本次對(duì)被測(cè)樣品帽子、肩部、袖子、大身及褲子等服裝部位進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)為12 h不間斷測(cè)試。在開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試后，每隔2 h進(jìn)行1次數(shù)據(jù)記錄，每個(gè)測(cè)試工況連續(xù)開(kāi)展4 h。數(shù)據(jù)重點(diǎn)關(guān)注服裝內(nèi)層滲透潤(rùn)濕情況，如是否有淌水、水珠、滲透和潤(rùn)濕等狀況出現(xiàn)[4]。

測(cè)試方案示意圖見(jiàn)圖4所示。

圖4 測(cè)試方案示意圖

1.4.2 動(dòng)態(tài)真人淋雨性能測(cè)試

在模擬中雨環(huán)境下，由專業(yè)人員按照作業(yè)工況下的填埋、行進(jìn)等常用動(dòng)作展開(kāi)連續(xù)2 h測(cè)試，每隔10 min觀測(cè)所穿樣衣的帽子、肩部、袖子、大身和褲子等其他服裝部位的內(nèi)層滲透潤(rùn)濕情況，如是否有淌水、水珠、滲透和潤(rùn)濕等狀況出現(xiàn)。

1.4.3 沖鋒衣暖體假人性能測(cè)試

暖體假人試驗(yàn)方案由項(xiàng)目組組織東華大學(xué)在清華大學(xué)合肥公共安全研究院檢驗(yàn)檢測(cè)中心完成。試驗(yàn)采用THTC-PSPL-013型暖體假人測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)分別模擬寒區(qū)（-25～-15℃）環(huán)境氛圍，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18398—2001《服裝熱阻測(cè)試方法暖體假人法》，測(cè)試分析了錦綸防水透氣型PTFE膜沖鋒衣。錦綸防水透氣型PTFE膜沖鋒衣測(cè)試環(huán)境溫度為-25℃。在溫度（-25±1）℃、相對(duì)濕度30%～50%、動(dòng)態(tài)熱平衡后穩(wěn)定時(shí)間≥30 min、假人狀態(tài)為靜態(tài)站姿的測(cè)試條件下，該沖鋒衣（配冬服）的空氣層熱阻為0.52 clo，總熱阻為3.75 clo，基本熱阻為3.75 clo，相對(duì)熱阻為3.99 clo。配套層次為內(nèi)衣褲或保暖內(nèi)衣褲、絨背心、絨衣褲、棉衣褲和冬服。

1.4.4 批量真人試穿試驗(yàn)

為驗(yàn)證評(píng)價(jià)上述面料及服裝的功能、款式結(jié)構(gòu)和適用性總體效果，對(duì)本文研制的產(chǎn)品組織了批量真人試穿試驗(yàn)，試穿試驗(yàn)方案見(jiàn)表1。本次試穿試驗(yàn)服裝配套層次，大體按“從內(nèi)至外”層次配套，具體穿著配套層次建議見(jiàn)表2，表中所列為推薦的全套配套層次。

表1 試穿試驗(yàn)表

表2 試穿服裝穿著配套建議表

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)假人淋雨性能測(cè)試

雨衣靜態(tài)防雨性能測(cè)試通過(guò)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)試完成。在開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試后，每間隔1 h進(jìn)行1次數(shù)據(jù)記錄，每個(gè)測(cè)試工況分別連續(xù)開(kāi)展3 h、4 h、5 h。重點(diǎn)關(guān)注服裝內(nèi)層滲透潤(rùn)濕情況的數(shù)據(jù)。在室溫為15.3℃，相對(duì)濕度為66%條件下，對(duì)服裝部位包括帽子、肩部、袖子、主身、褲子和其他部位進(jìn)行防雨性能測(cè)試。結(jié)果表明，在雨強(qiáng)為（20±2）mm/24 h條件下，當(dāng)溫度為（10±1）℃時(shí)，上述服裝部位在1 h、2 h、3 h后無(wú)漏雨現(xiàn)象；當(dāng)溫度為（20±1）℃，上述服裝部位在4 h、5 h、6 h、7 h后無(wú)漏雨現(xiàn)象，當(dāng)溫度為（35±1）℃時(shí)，上述服裝部位在8 h、9 h、10 h、11 h、12 h后，無(wú)漏雨現(xiàn)象。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，在測(cè)試過(guò)程中，雨衣并未出現(xiàn)淌水、水珠、滲透和潤(rùn)濕等狀況，測(cè)試結(jié)果為無(wú)漏雨現(xiàn)象。

2.2 動(dòng)態(tài)真人淋雨性能測(cè)試

項(xiàng)目組組織專業(yè)人員在淋雨棚中進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試當(dāng)天氣溫為-2～6℃，降雨量為（20±3）mm/24 h，按照日常真人作業(yè)工況下的填埋和行進(jìn)等動(dòng)作展開(kāi)連續(xù)2 h測(cè)試，每隔10 min觀測(cè)并記錄所穿樣衣內(nèi)層滲透潤(rùn)濕情況。3名受試者的穿著體驗(yàn)表明，該雨衣挺闊、手感平滑、穿著舒適，不影響動(dòng)作靈活性（如行走、下蹲、彎腰等），能夠有效防雨。此外，該雨衣面料及款式設(shè)計(jì)具有一定的防風(fēng)保暖能力，穿著時(shí)無(wú)漏風(fēng)現(xiàn)象。對(duì)服裝部位包括帽子、肩部、袖子、主身、褲子及其他分別進(jìn)行連續(xù)2 h，每隔10 min觀測(cè)記錄的防雨性測(cè)試，結(jié)果均無(wú)漏雨現(xiàn)象。

2.3 沖鋒衣暖體假人性能測(cè)試

錦綸防水透氣型PTFE膜復(fù)合面料沖鋒衣測(cè)試示意見(jiàn)圖5。-25℃環(huán)境下的PTFE沖鋒衣熱阻測(cè)試結(jié)果：空氣層熱阻0.52 clo，總熱阻3.75 clo，基本熱阻3.32 clo，相對(duì)熱阻3.99 clo。沖鋒衣的總熱阻較高，其隔熱性能及保暖性較好。

圖5 沖鋒衣測(cè)試示意圖

原因可分為兩方面：一方面，透氣型膜復(fù)合面料本身就具備優(yōu)良的耐寒性能，作為服裝面料可以有效地減少熱量散失，但是熱阻較高會(huì)導(dǎo)致其散熱性較差；另一方面，基于以上問(wèn)題，該沖鋒衣還在上衣口袋以及下裝褲子進(jìn)行了通風(fēng)開(kāi)口設(shè)計(jì)，而沖鋒衣的相對(duì)熱阻較高也是基于其服裝的特殊設(shè)計(jì)。人體胸部是主要的散熱部位之一，沖鋒衣對(duì)前胸口袋角度設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整，減少了覆蓋面積，可以加快外界環(huán)境和服裝之間的空氣流動(dòng)，便于散熱散濕，同時(shí)口袋結(jié)合了拉鏈設(shè)計(jì)，需要通風(fēng)透氣時(shí)可打開(kāi)拉鏈，需要保暖保溫時(shí)則可閉合拉鏈。內(nèi)外層協(xié)調(diào)作用可以起到防風(fēng)保暖的效果，能夠達(dá)到腰腹、前襠以及小腿部位的熱濕平衡要求?？傮w而言，使用者可以根據(jù)自身情況對(duì)該沖鋒衣進(jìn)行自由調(diào)節(jié)，該沖鋒衣兼具較好的保暖和散熱透氣性能，能夠保持人體的熱舒適性。

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的沖鋒衣保暖性較好，在服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面也有所創(chuàng)新，兼具保暖性和透氣性。

2.4 批量真人試穿試驗(yàn)結(jié)果及改進(jìn)建議

（1）雨衣試穿試驗(yàn)結(jié)果

將雨衣在0～40℃地區(qū)進(jìn)行日常作業(yè)穿著試驗(yàn)。試穿結(jié)果總體評(píng)價(jià)是穿著舒適度較好，材質(zhì)面料滿足野外作業(yè)任務(wù)的需要及防雨需求。雨衣款式簡(jiǎn)潔、穿脫方便，有良好的防雨效果，在作業(yè)過(guò)程中可以起到很好的防雨防風(fēng)作用，整體效果良好。針對(duì)反饋的建議，項(xiàng)目組組織技術(shù)人員及時(shí)進(jìn)行分解與意見(jiàn)清零，反饋建議與解決措施見(jiàn)表3。

表3 雨衣試穿反饋建議與解決措施

（2）沖鋒衣試穿試驗(yàn)結(jié)果

將本文研制的沖鋒衣在-25～-15℃地區(qū)進(jìn)行日常生活和室外作業(yè)狀態(tài)下的試穿，試穿結(jié)果反饋如下：服裝穿著舒適度較好，材質(zhì)面料能夠滿足作業(yè)的需要。該沖鋒衣夏季可以防雨，冬季可以避風(fēng)雪，在作業(yè)任務(wù)中可以起到很好的保暖防風(fēng)作用。相比較普通的服裝，其抗風(fēng)雪的能力有顯著提高，整體效果良好。針對(duì)反饋的建議，項(xiàng)目組組織技術(shù)人員及時(shí)進(jìn)行分解與意見(jiàn)清零，反饋建議與解決措施見(jiàn)表4。

表4 沖鋒衣試穿反饋建議與解決措施

3 結(jié)論

綜上所述，錦綸防水透氣型PTFE膜復(fù)合面料因其擁有“三明治”結(jié)構(gòu)，上層為錦綸66，中間層為防水透氣型PTFE膜，里層為20 D錦綸針織布，其整體具有較好的防中雨性能和一定的保暖性能。在此基礎(chǔ)上，所研發(fā)的雨衣、沖鋒衣款式結(jié)構(gòu)基于人體作業(yè)動(dòng)作，符合人體工學(xué)設(shè)計(jì)，穿脫方便，基本已滿足日常作業(yè)時(shí)的穿著和使用。此外，其面料和款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等綜合性能都達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。