羽絨服面料的綜合舒適性能評價方法

潘依諾， 向玲杰，杜趙群，劉 貴，林 旭

(1.東華大學紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海 201620；2.福建省紡織產(chǎn)品檢測技術(shù)重點實驗室(福建省纖維檢驗中心)，福建 福州 350026)

羽絨服作為秋冬保暖服裝受到消費者的青睞，而羽絨服面料的選擇對穿著舒適性起到了至關(guān)重要的作用。 作為一種常見的保暖功能紡織品，在研發(fā)與生產(chǎn)過程中對其舒適性能和保暖功能有著較高的要求，一般要求羽絨服面料是高支高密織物，要具有良好的物理機械性能、耐摩擦、抗靜電、色牢度高和防鉆絨等，同時需要具有良好的透氣性能和防水透濕性能，既要滿足寒冷天氣條件下保暖，又要穿著舒適[1]。 影響羽絨服面料導熱性的因素很多，除了材料和緊度外，還有厚度和平方米克重[2]。為了使人體穿著舒適，同時保證羽絨服的保暖性以及外觀特性，還需具有良好的防鉆絨性[3]。 羽絨服面料的各項性能間存在著一定的相關(guān)性，追求某一方面性能提高難以兼顧其他指標，影響羽絨服面料的穿著舒適性。 在當前羽絨服面料的檢測標準中，有對單一性能提出的檢測標準，但是缺乏各方面舒適性能的綜合參考指標。 因此，尋找一種能夠?qū)τ鸾q服面料舒適性能進行綜合評價的方法就十分有必要了。

為了方便人們更好的對服裝面料的性能進行表征，20 世紀60 年代末，美國學者Goldenman[4]等人研制出第一代暖體假人。 之后研究者不斷改進，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了三代[5－7]，它可以模擬真人和環(huán)境的熱濕交換并用于各種不適于真人的測試。 暖體假人的實驗可重復(fù)性好，準確度高，廣泛應(yīng)用于紡織服裝學、生態(tài)學、計算機和航空航天方面。 目前對于羽絨服面料舒適性的評價方法包括主觀和客觀評價法。 主觀評定易受個人喜好或環(huán)境影響，結(jié)果偏差大。 而客觀評價方面，在現(xiàn)行國際標準中，沒有針對羽絨服面料舒適性能做出綜合評價的方法和標準，大多為單一性能的評價[8]。

本文選取了市面上流行的49 塊面料試樣，對其克重、厚度、透氣性、沾水性能、抗靜水壓和透濕性能進行了測試，同時還自制簡易的出汗暖體假人裝置，模擬人體出汗，測試試樣的熱濕舒適性能，最后采用模糊綜合評價的方法對試樣的綜合舒適性能進行了評價[9]，可為羽絨服面料的生產(chǎn)及綜合舒適性能的評價方法提供科學指導。

1 實驗

1.1 試樣準備

選擇市面上常見的49 塊不同風格的羽絨服面料作為試樣。 面料的基本參數(shù)如表1 所示。 試樣平整且在標準大氣下進行預(yù)調(diào)濕處理。 厚度每塊試樣測試5 次取平均值。 從每塊試樣距離布邊10厘米以上且沒有褶皺的地方裁剪3 個100 cm2試樣，用于平方米質(zhì)量測試。

表1 面料基本參數(shù)

1.2 物理性能測試

1.2.1 透氣性能

依據(jù)GB/T 5453－1997?紡織品 織物透氣性的測定?，采用YG461E 透氣性測試儀，設(shè)置壓差為200Pa 測試試樣的透氣率。 測試面積20 cm2，每塊試樣測試三個不同位置，結(jié)果取平均值。

1.2.2 沾水性能

依據(jù)GB/T 4745－2012?紡織品 防水性能的檢測和評價 沾水法?，采用Y813 織物沾水度測試儀，試樣調(diào)濕后測試其沾水度并進行1 至5 級的評級，測試面積180 mm×180 mm，每個試樣測3 次，結(jié)果取平均值。

1.2.3 滲水性能

依據(jù)GB/T 4744－2013?紡織品 防水性能的檢測和評價 靜水壓法?，采用YG812E 滲水性能測定儀，測試試樣的靜水壓。 每個試樣測5 次，結(jié)果取平均值。

1.2.4 透濕性能

依據(jù)GB/T 12704 2009?紡織品 織物透濕性試驗方法 第1 部分:吸濕法?，采用YG601H 電腦型織物透濕儀，測試試樣的透濕率。 環(huán)境相對濕度為(50±2)%，溫度為38℃。 每個試樣測試3 次，結(jié)果取平均值。

1.3 熱濕舒適性能測試

1.2.5 暖體假人模型

選擇合適的假人模型，在假人體表均勻敷設(shè)合金Cr20Ni80 電阻絲，直徑為0.4 mm，間距為10 mm。 在假人體表刷2:1 的環(huán)氧樹脂快干膠，模擬人體皮膚，不僅可以固定電阻絲而且能使散熱均勻。 模擬真人出汗的內(nèi)部蒸汽裝置放置于假人體內(nèi)，電阻絲接通電源，調(diào)節(jié)輸出電壓為12 V，使假人溫度穩(wěn)定在30℃左右，電壓在安全范圍之內(nèi)。

1.2.6 羽絨服面料熱濕舒適性能測試

每塊試樣取20 cm×90 cm 的長條。 接通電源，待假人體表溫度穩(wěn)定的同時打開加濕裝置模擬人體出汗，然后將長條纏繞在假人體表并固定，關(guān)閉加濕裝置。 將溫度濕度記錄儀的探頭放置于面料與假人之間，實時測量問濕度值，每10 s 采集一次數(shù)據(jù)，采集20 min 后導出溫濕度變化數(shù)據(jù)。

1.4 舒適性能模糊綜合評價

模糊綜合評價是模糊數(shù)學中的一個重要的數(shù)學分析方法[9]，適用于評價因素的多樣性和不確定性，可以對某一個受到多種因素共同影響的事物做出一個綜合評價，給出0～1 的評價值；并可以對評價對象進行比較，以模糊數(shù)學的方法將對某事物的定性評價轉(zhuǎn)化為定向評價。 在羽絨服面料的舒適性能的綜合評價中，由于受多個因素的影響，又缺少一個統(tǒng)一的定量的指標，采用模糊綜合的評價方法來進行處理。

評價的基本步驟如下:

(4)計算最終評價結(jié)果。 評價結(jié)果B ＝AYi，面料最終評價結(jié)果為面料各項性能的值與其對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)的乘積之和。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本性能測試

49 種羽絨服面料的基本性能測試結(jié)果統(tǒng)計見表2。

表2 試樣基本性能測試結(jié)果統(tǒng)計表

由表2 可知，面料透氣率之間的差別較大，最大的超過1000 mm/s，而最小的無法測出。 現(xiàn)行的羽絨服透氣性標準中提出“不允許使用不透氣的織物和薄膜”，提出在200 Pa 壓強條件下，應(yīng)要求羽絨服面料透氣率在10 mm/s 以上。 故羽絨服面料透氣性達到10 mm/s 以上則滿足基本的透氣性要求，又因為防鉆絨性與透氣性是負相關(guān)的，因此在滿足基本透氣性的基礎(chǔ)上值越小越好。

沾水性是指將水噴淋到織物表面的潤濕性能?？?jié)B水性能是指面料抵抗被水滲透的性能，一般用面料的靜水壓來表示。 從表2 可以看出，所選試樣的沾水度在1～5 級之間都有分布，差距較大。 為了在冬季穿著時給人體提供防護作用，避免液滴水滲透進織物內(nèi)部，影響穿著舒適性，要求羽絨服面料具有一定的防水性能。 因此，在測試中面料的沾水度等級越高越好。 所選面料滲水性能差距較大，有防滲水性能好的面料，壓力值超過50 kPa。 也有的滲水性能較差不到1kPa。 經(jīng)滲水測試得到的壓力值越大，則表示該面料越不易滲透，防水性能越好。

由表2 知，面料透濕率最大的接近360 g/(m2· h)，最小的僅有5.8 g/(m2·h)。 人體在靜止時無感出汗大約是15 g/(m2·h)，而在活動之后有感出汗則超過100 g/(m2·h)，要是人們出汗時產(chǎn)生的水分能快速蒸發(fā)到外部環(huán)境中，避免穿著潮濕不適和滋生細菌，則需要羽絨服面料的透濕率至少大于15 g/(m2· h)。 上述性能數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析表明，羽絨服面料的透氣性與透濕性能呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.713；面料的透濕性能與抗?jié)B水性能呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.621。

2.2 暖體假人熱濕舒適性

羽絨服面料典型的溫濕度變化曲線如圖1所示:

圖1 典型溫濕度變化曲線

由圖1(a)可知，試樣9 的溫濕度變化曲線是濕度先上升后下降，是因為模擬人體出汗時，濕度探頭檢測到的濕度上升，當濕度上升到達最大值之后，由于面料的透濕性能較好，水分透過面料擴散到空氣中，濕度開始下降，直到回復(fù)到初始值。 溫度值在初始階段有小幅度上升，這是由于模擬人體出汗的水蒸氣被面料吸收所釋放出的熱量造成的，其中還包括纖維的吸濕放熱，但這一階段很短，溫度變化也很小，且某些試樣放熱不明顯而不表現(xiàn)出溫度的上升，因此對整個過程影響不大，接著由于水分的蒸發(fā)吸熱，使檢測到的溫度有所下降，當水分蒸發(fā)吸收的熱量與假人身上的電阻絲提供的熱量相等時達到平衡狀態(tài)，使溫度不再下降，隨著濕度的減小，水分的蒸發(fā)作用越來越少。

如圖1(b)可知，試樣21 的溫濕度變化曲線是濕度先上升，到達最大值后，由于面料的透濕性能差，所以濕度有下降的趨勢，但是下降的速率很慢。同理，由于面料的吸濕放熱，溫度略微升高，之后隨著放熱作用吸熱作用達到平衡，使得溫度在一段時間內(nèi)基本保持不變，之后隨小速率的水分的蒸發(fā)吸熱，使得溫度有略微下降，但是溫度變化較小。

為了使人體穿著時感到舒適，首先應(yīng)該選擇透濕性較好的面料，避免濕氣聚集在人體與服裝之間的微環(huán)境之內(nèi)無法擴散出去，使人體感到不適且容易使細菌滋生。 在分析濕度變化時，濕度上升是由于人體出汗造成的，此過程對人體沒有太大的影響，濕度不斷上升到達的最大值越大，容易使人產(chǎn)生潮濕感和黏膩感，當濕度開始下降時，濕度下降越快，人體產(chǎn)生潮濕感和黏膩感的時間越短。 因此，濕度上升達到的最大值越小，且濕度下降越快，羽絨服面料舒適性能越好。

人體出汗之后，考慮到人體的舒適性，要求溫度能夠快速下降，且下降達到較低的平衡溫度，這樣能使人體的熱量更容易散發(fā)出去，而不會感到悶熱，這個過程是隨著濕度下降而發(fā)生的，即濕度下降越快，溫度下降越快。 同時也希望在出汗結(jié)束之后溫度能盡快回升，避免讓人體產(chǎn)生冷感[10]。 因此，溫度下降速度快，上升速度也快，羽絨服面料會使人穿著更加舒適。

綜上所述，溫度回升速度快，達到最大濕度值較小，且濕度下降較快的面料，在人體穿著過程中的熱濕舒適性能會更好。 據(jù)此，提出3 個評價羽絨服面料的熱濕舒適性能指標，即最大濕度值、濕度下降速率和溫度回升速率。

對所有面料的熱濕舒適性能進行評級，評價標準如下:1 級:濕度幾乎不下降，透濕性能極差；2級:最大濕度值很大且濕度下降慢，溫度回升慢，透濕性和保暖性能較差；3 級:最大濕度值較大但下降速度快，或最大濕度值較小但下降速度慢，溫度回升慢；4 級:最大濕度值較大但下降速度快，或最大濕度值較小但下降速度慢，溫度回升快；最大濕度值很小且濕度很快下降，溫度回升慢；5 級:最大濕度值很小且濕度很快下降，溫度很快回升。 根據(jù)該方法得到的試樣評級結(jié)果，統(tǒng)計如表3:

表3 試樣熱濕舒適性能評級

2.3 模糊綜合評價

2.3.1 面料性能轉(zhuǎn)換數(shù)值

評價的指標為:透氣性、沾水度、滲水性、透濕率、熱濕舒適性能。 按照公式(1)、(2)、(3)對測量的原始數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)如表4 所示:

表4 函數(shù)轉(zhuǎn)換后性能數(shù)據(jù)

2.3.2 權(quán)重系數(shù)A 的確定

利用面料評價專家的判斷，確定各性能的權(quán)重系數(shù)如表5 所示:

表5 舒適性能權(quán)重表

因為透氣性數(shù)據(jù)既代表透氣性能，同時也反映了面料防鉆絨性能的好壞，而透氣性和防鉆絨性能也是羽絨服面料的舒適性能里較為重要的兩個性能，在國際標準中也對其提出了相應(yīng)的要求，因此透氣性的權(quán)重系數(shù)應(yīng)該最大。 其次，熱濕舒適性能也是綜合反映人體實際穿著時的透濕性能和保暖性的指標，也應(yīng)該占有較大的比重，而透濕性的權(quán)重系數(shù)就會相應(yīng)的小。 防沾水和滲水壓兩個指標都是反映面料防水性能的指標，且在現(xiàn)行的國際標準里也沒有對羽絨服面料的防水性能提出具體要求，因而分別占較小的比重較為合理。

最后確定權(quán)重系數(shù)A＝{0.4，0.1，0.1，0.1，0.3}。

2.3.3 綜合評價結(jié)果

根據(jù)表4 所得數(shù)據(jù)和權(quán)重系數(shù)A，計算得到的評價結(jié)果如圖2:

圖2 試樣綜合模糊評價結(jié)果

根據(jù)圖2 評價結(jié)果，可得到綜合舒適性能較好和較差的面料。 綜合舒適性能評價較好的面料試樣與市場上受歡迎的一些羽絨服面料吻合，它們的透氣性基本都略大于10 mm/s，具有一定透氣性和能夠保證面料的防鉆絨性能，熱濕舒適性能良好和一定的防水性能，厚度基本都在0.2 mm 以下。 綜合舒適性能評價較差的面料試樣，要么透氣性較差或透氣性太大導致面料的防鉆絨性能較差，要么熱濕舒適性能較差、厚度過大或過小。 通過綜合舒適性能評價，可以為羽絨服面料的高品質(zhì)化提供科學依據(jù)。

3 結(jié)論

羽絨服面料舒適性能受到多個因素的影響，包括防鉆絨性、透氣性、透濕性能以及熱濕舒適性能等。 透氣性和防鉆絨性是較為重要的兩個性能，面料既具有一定的透氣性能，同時也要保證良好的防鉆絨性能。 用出汗暖體假人測試面料的熱濕舒適性能，根據(jù)溫濕度變化曲線提出判斷面料熱濕舒適性能的3 個指標，即最大濕度值、濕度下降的速率和溫度回升的速率。 最大濕度值越小，濕度下降越快，溫度回升越快，面料熱濕舒適性能越好。 對羽絨服面料進行綜合評價，引用模糊綜合評價方法對數(shù)據(jù)進行函數(shù)轉(zhuǎn)換，得到0～1 的評價值，使不同面料可以相互比較，能夠評價面料的綜合舒適性。