基于氣凝膠材料的保暖服裝設(shè)計與評價

丁 波,張 昊,張 輝

(北京服裝學院 服裝藝術(shù)與工程學院, 北京 100029)

氣凝膠是一種由凝膠衍生而來的低密度多孔固體凝膠[1],其具有密度極小(0.003～0.500 g/cm3)、導熱系數(shù)低(0.005～0.015 W/(m·K))和比表面積高(500～1 200 m2/g)等性質(zhì)[2]和輕便、隔熱性能好等優(yōu)勢。氣凝膠材料最初用于航空航天、建筑改造等隔熱材料,近年來隨著科技的發(fā)展,氣凝膠材料作為新型隔熱材料逐漸應(yīng)用于功能性紡織品與服裝領(lǐng)域。例如Shaid等[3]通過針刺工藝研發(fā)了用于多層隔熱防護服內(nèi)襯的氣凝膠非織造布;Zhang等[4]研發(fā)了具有耐火阻燃性的聚酰亞胺與氣凝膠纖維雙層紡織品;金艷蘋等[5]基于消防服隔熱層測試評價了氣凝膠纖維氈的熱濕舒適性。服裝研發(fā)方面,NASA采用阿斯彭氣凝膠公司研發(fā)的氣凝膠材料作為宇航服的隔熱保溫襯里,可以幫助宇航員抵擋-130℃的超低溫[6]。蘇文楨等[7]研發(fā)了一款氣凝膠防寒服裝,通過真人試穿實驗證明了氣凝膠防寒服在保暖性方面優(yōu)于普通沖鋒衣。Altay等[8]將氣凝膠膜用作衣內(nèi)防潮層,研發(fā)了一款兼?zhèn)錈岱雷o性與熱舒適性的消防防護服。

盡管氣凝膠優(yōu)勢眾多,但氣凝膠顆粒極易脫離和分散到空氣中,故市面上可用于服裝的氣凝膠往往集成在非織造布上后再被覆膜封裝,材料透濕透氣性能極差,嚴重影響服裝熱濕舒適性[9]。此外,大多數(shù)氣凝膠的納米多孔結(jié)構(gòu)導致其強度低、韌性差、脆性大,作為面料無法滿足服裝在穿著過程中的拉伸、彎曲等力學性能[10-11]。

基于此,本文首先通過在氣凝膠表面打孔的方式提高材料的透濕透氣性能,再將氣凝膠與絮片置于服裝外表面可拆卸的保暖裝置中以提高服裝的穿著耐久性與洗滌便捷性,最后由真人穿著實驗評價氣凝膠服裝的主客觀熱濕舒適性,以期為氣凝膠材料在保暖服裝上的應(yīng)用提出科學的創(chuàng)新方案。

1 氣凝膠材料實驗

1.1 實驗樣品

氣凝膠材料(深圳中凝科技有限公司)是將具有納米多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的SiO2氣凝膠粉末與腈綸非織造布進行復合,再用防水面料封裝而成的復合材料。該復合材料厚度為1mm,面密度為200 g/m2,導熱系數(shù)為0.025 W/(m·K),后文中“氣凝膠材料”均指該復合材料。

為了提高氣凝膠材料的透濕透氣性,使用ROCOL羅哥5308服裝氣動打孔槍(深圳羅哥鉚接緊固系統(tǒng)有限公司,沖頭孔徑為1～9mm)對其進行打孔。預實驗表明:由于氣凝膠易碎,當沖頭孔徑大于7mm時,外力作用過程中氣凝膠材料孔徑邊緣支撐性差,極易破裂,故打孔制備的實驗樣品孔徑大小選擇1、3、5、7mm,孔徑間距為 3cm。

將未打孔氣凝膠材料(0mm)與4種孔徑規(guī)格(1、3、5、7mm)的打孔后氣凝膠材料分別以1、2、3層方式進行疊加,共計15組樣品。

1.2 實驗測試及條件

保暖性能測試:參照GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定(蒸發(fā)熱板法)》測試15種氣凝膠材料的熱阻。實驗儀器為M259B型織物熱阻濕阻測試儀(SDL Atlas公司)。實驗條件:環(huán)境溫度(20±0.1) ℃,相對濕度(65±1)%,風速1 m/s,熱板溫度(35±0.1) ℃,試樣尺寸33cm×33cm。

透濕性能測試:參照GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分:蒸發(fā)法》,使用正杯法測試單層氣凝膠材料(0、1、3、5、7mm)的透濕率。實驗條件:杯口面積A為0.0072 m2,透濕時間t為48 h,測得材料透濕前質(zhì)量G0與透濕后質(zhì)量G1、透濕率W,計算公式見式(1):

W=(G0-G1)/t·A

(1)

選擇透濕率較高的樣品,再參照GB/T 11048—2018測試疊加后氣凝膠材料的濕阻變化規(guī)律。實驗儀器為M259B型織物熱阻濕阻測試儀。實驗條件:環(huán)境溫度(20±0.1) ℃,相對濕度(40±1)%,風速1 m/s,熱板溫度(35±0.1) ℃,試樣尺寸33cm×33cm。

1.3 測試結(jié)果與分析

1.3.1 孔徑對保暖性能的影響

15組氣凝膠材料熱阻測試結(jié)果見圖1。未打孔氣凝膠材料的熱阻數(shù)據(jù)相對較高,即材料保暖性較好,未打孔單層氣凝膠材料的熱阻為0.033℃·m2/W,接近秋冬季節(jié)中厚襯衫面料的熱阻,但密度更小,更輕便。氣凝膠材料的熱阻隨著氣凝膠層數(shù)的增多顯著提高,3層未打孔氣凝膠的熱阻為0.122℃·m2/W,是單層的4倍。此外,隨著氣凝膠孔徑的增大,其熱阻值下降明顯,但材料多層疊加后可緩沖孔徑造成的保暖性下降。

圖1 氣凝膠材料的熱阻值變化Fig.1 Variation of thermal resistance value of aerogel material

1.3.2 孔徑對透濕性能的影響

單層氣凝膠材料透濕率的測試結(jié)果得到,未打孔氣凝膠正反面透濕指數(shù)均為124.48 g/(m2·24 h),透濕性能較差。打孔可以提高透濕性,但1和3mm孔徑的單層氣凝膠材料的透濕率均小于200 g/(m2·24 h),透濕率的升高不顯著。孔徑大于5mm時,單層氣凝膠材料透濕率達到360 g/(m2·24 h)以上。

故僅針對孔徑為5和7mm的氣凝膠材料(考慮氣凝膠層疊(1、2、3層)狀態(tài)的透濕性能)進行濕阻測試,結(jié)果見圖2。

圖2 氣凝膠材料的濕阻值變化Fig.2 Variation of wet resistance value of aerogel material

由圖2可知,相比未打孔氣凝膠材料的濕阻數(shù)據(jù),疊加2層與3層后濕阻達到1 300 Pa·m2/W以上,幾乎不透濕。打孔后透濕性顯著提高,同時可以看出層疊放置對打孔后的材料濕阻的影響不大。5mm對應(yīng)的濕阻為295.83 Pa·m2/W(2層)、203.31 Pa·m2/W(3層);7mm對應(yīng)的濕阻為256.27 Pa·m2/W(2層)、212.33 Pa·m2/W(3層)。結(jié)合1.3.1節(jié)的熱阻數(shù)據(jù),說明將氣凝膠材料層疊與打孔結(jié)合的方式既可以保證氣凝膠的保溫隔熱性,又可以顯著提高透濕性。

2 氣凝膠保暖服裝的設(shè)計

2.1 可拆卸保暖裝置設(shè)計

為有效解決氣凝膠材料不能接觸水,且在外力作用下易彎折、易碎,無法直接作為服裝的面料或填充料的問題,本文設(shè)計了一種可拆卸的夾層保暖裝置。

2.1.1 物料說明

①氣凝膠材料:根據(jù)1.3節(jié)的測試結(jié)果,打孔與多層重疊的方式在保證氣凝膠材料保溫隔熱性能的同時顯著提高透濕性能,故在裝置內(nèi)部使用改善后的氣凝膠材料。由于7mm孔徑的氣凝膠材料支撐性較弱,故采用5mm孔徑氣凝膠材料。

②氣凝棉絮片(北京市唐人山纖棉制品有限責任公司)是將SiO2氣凝膠粉末以共混方式改性聚酯短纖維,再將聚酯短纖維制成棉型絮片。絮片熱阻為0.34℃·m2/W,輕便度為0.706 g/mm(參考GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗方法 第1部分:單位面積質(zhì)量的測定》,織物的面密度不單獨作為測定參數(shù),而是用其與織物的面積和厚度的積的比值來表示織物輕便度)。

2.1.2 保暖裝置設(shè)計說明

可拆卸保暖裝置示意圖見圖3。將氣凝膠材料與氣凝棉絮片層疊組合,放置在與服裝某部位匹配尺寸的防鉆絨面料袋中,內(nèi)外層使用透濕性良好的服裝面料包覆,確保裝置的牢度與穩(wěn)定性,開口處绱隱形拉鏈。最后通過魔術(shù)貼方式集成在常規(guī)夾克或者沖鋒衣的外表面。可拆卸的方式使服裝的應(yīng)用場景多元化、便于清洗,能有效提高氣凝膠服裝的穿著耐久性。

圖3 可拆卸保暖裝置示意圖Fig.3 Removable warming device diagram

本文將3層5mm孔徑氣凝膠材料與2.5cm厚氣凝棉絮片進行組合,4種搭配方式見表1,其中內(nèi)層材料靠近人體,外層材料靠近環(huán)境。

表1 裝置內(nèi)物料組合說明Tab.1 Inner and outer layer material combination description

2.1.3 測試結(jié)果分析

表1中4種組合材料的熱阻與濕阻測試結(jié)果見圖4。

圖4 4種組合材料的熱阻值與濕阻值Fig.4 Thermal(a)and moisture(b)resistance values of the four combined materials

由圖4(a)熱阻數(shù)據(jù)可知,與導熱率較低的靜止空氣熱阻(0.103℃·m2/W)相比,4種組合材料的熱阻均在0.660℃·m2/W以上,保暖性優(yōu)異。4種組合材料的熱阻排序為1#>3#>2#>4#,外層氣凝膠層數(shù)越多,熱阻值越大。這是因為實驗環(huán)境存在1 m/s的風速,當結(jié)構(gòu)蓬松的氣凝棉絮片靠近外層時,在風速作用下材料表面的對流散熱量將高于有致密防水面料封裝的氣凝膠材料。

由圖4(b)濕阻數(shù)據(jù)可知,4種組合的透濕性排序為3#>2#>1#>4#(濕阻越大,透濕性越差),從水蒸氣向材料表面?zhèn)鬟f的通道結(jié)構(gòu)差異分析可知,水蒸氣先通過1層氣凝膠和內(nèi)部疏松的氣凝棉絮片,再經(jīng)過2層氣凝膠規(guī)整的孔洞后,散濕效率最高,即3#的透濕性最好;由于氣凝膠未打孔的部分完全不透濕,當內(nèi)層材料疊加時,孔洞邊緣厚度的增加會嚴重阻礙水蒸氣傳遞,故4#的透濕性最差。

綜合熱阻與濕阻數(shù)據(jù),夾層裝置內(nèi)部材料選擇3#,即外置2層5mm孔徑氣凝膠材料,中層為2.5mm厚氣凝棉絮片,內(nèi)置1層5mm孔徑氣凝膠材料。

2.2 服裝設(shè)計說明

為了與常規(guī)保暖服裝進行對比實驗,選擇一款市面上的常規(guī)保暖棉服(填充料為聚酯纖維絮片),見圖5(a)。制作與其規(guī)格、款式、結(jié)構(gòu)、面料、里料一致,無填充料的單層長款外套,再將保暖裝置集成在服裝外表面得到氣凝膠服裝。氣凝膠服裝規(guī)格尺碼見表2,款式見圖5(b)。

表2 氣凝膠服裝規(guī)格尺碼表(170/92A)Tab.2 Aerogel garment specification size chart (170/92A) cm

圖5 常規(guī)棉服實物圖與氣凝膠服裝款式圖Fig.5 Regular cotton clothing physical picture (a)and aerogel clothing style picture(b)

氣凝膠服裝頭部為可拆卸防風帽;衣身為前后分片結(jié)構(gòu),復合式門襟內(nèi)外2層兼?zhèn)浔Ｅ头浪δ?袖子為裝袖結(jié)構(gòu),腋下部位配有隱形拉鏈方便散熱,袖口松緊帶和魔術(shù)貼調(diào)節(jié)防止風從外部灌入。圖5(6)中黑色區(qū)域分布保暖裝置,為穿著活動方便在臀圍線附近與肘關(guān)節(jié)處進行分割設(shè)計。

氣凝膠服裝面料為高線密度滌棉(80/20),面密度210 g/m2;里料為300 T全滌塔夫綢(100%聚酯纖維)。保暖裝置外層面料與服裝一致。

根據(jù)服裝的尺碼與結(jié)構(gòu),計算全身保暖所需的總面積(黑色區(qū)域):衣身前后各0.5 m2,袖片各0.16 m2,共1.33 m2。按照款式圖(圖5(b))確定各部位保暖裝置的形狀大小并進行制作,用魔術(shù)貼將裝置與服裝結(jié)合,樣衣見圖6。該方法加工便捷,拼合接縫處有一定間隙,便于人的肢體活動;間隙附近存在邊界層熱阻,不影響服裝保暖性,且服裝在動態(tài)過程中間隙中的微小氣流可以調(diào)節(jié)人與環(huán)境的濕交換,有利于透氣透濕。最后稱量常規(guī)棉服質(zhì)量為1.89 kg,氣凝膠服裝質(zhì)量為1.43 kg。

圖6 氣凝膠服裝樣衣Fig.6 Aerogel garment samples

3 氣凝膠保暖服裝的評價

3.1 評價實驗設(shè)計

3.1.1 實驗準備

服裝的保暖性可通過暖體假人、數(shù)值模擬、真人穿著等方式進行評價。目前大部分保暖防護服裝采用真人穿著實驗,便于同時獲取人體皮膚表面溫度和主觀感覺[12-13]。故本文設(shè)計了基于冬季日常生活的穿著評價實驗,受試者在人工氣候室內(nèi)穿著測試服裝,分別進行靜態(tài)(靜坐)實驗與動態(tài)(快走)實驗。采集整個過程中的皮膚表面溫度和衣內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù);同時向受試者詢問冷熱感覺與濕感覺并進行打分。每位受試者進行4次實驗,即穿著常規(guī)保暖服裝和氣凝膠服裝,進行靜態(tài)、動態(tài)實驗各1次,為了排除人體對冷環(huán)境適應(yīng)性的影響,每次實驗之間至少間隔1 d。

實驗環(huán)境:模擬華北地區(qū)冬季氣候條件。在環(huán)境溫度(-5±0.2)℃,相對濕度(50±5)%,風速(1±0.1) m/s的人工氣候室中進行。

受試者條件:6名年齡(23±1)歲,身高(170±5) cm,身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)正常(18.5～24 kg/m2)的青年,身體狀況良好,在實驗前24 h內(nèi)未攝入酒精、咖啡因等刺激性成分食物,且未進行中高強度運動。

實驗穿著服裝:上裝穿著同款內(nèi)衣、中厚款秋衣和實驗服裝(常規(guī)保暖服裝或氣凝膠服裝),下裝穿著內(nèi)褲、200 g 加絨長褲和運動褲。

3.1.2 實驗儀器與指標說明

實驗儀器:使用Gram-LT8C熱敏傳感器( 日本Gram Corporation公司)測量皮膚表面溫度;使用EL-USB-2溫濕度數(shù)據(jù)記錄儀(英國LASCAR公司)測量衣內(nèi)溫濕度。

客觀評價指標:①平均皮膚溫度:根據(jù)ISO面積加權(quán)法(8點測溫法)[10],在每個受試者的前額(t1)、右側(cè)肩胛骨(t3)、左上胸部(t4)、右臂上部(t5)、左臂上部(t6)、左手手背(t7)、右大腿中部前側(cè)(t10),左小腿中部后側(cè)(t13)貼上溫度傳感器測頭,每5 s讀取1組皮膚溫度值。平均皮膚溫度ts計算公式如下:

ts=0.07t1+0.175t3+0.175t4+0.07t5+

0.07t6+0.05t7+0.19t10+0.2t13

②衣內(nèi)溫濕度:佩戴溫濕度記錄儀傳感器每30 s讀取1組衣內(nèi)溫度與濕度值。

主觀打分等級說明:在實驗過程中對受試者主觀冷感覺、熱感覺與濕感覺進行記錄,打分等級說明為:冷熱感覺評價中,“-3、-2、-1、0、1、2、3”分別代表“冷、涼、稍涼、中性、稍暖、暖、熱”;濕感覺采用5級主觀評價,“1、2、3、4、5”表示濕感覺逐級上升。

3.1.3 實驗步驟

靜態(tài)實驗:①在人體8個部位貼上傳感器測頭后,根據(jù)實驗要求著裝;②進入人工氣候室,靜坐30 min。③采集整個過程中的皮膚表面溫度和衣內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)。④間隔5 min記錄1次受試者的冷熱感覺與濕感覺評分。

動態(tài)實驗:將靜態(tài)實驗中②改為“以3 km/h的配速在跑步機上快走30 min”,其他步驟與靜態(tài)實驗相同。

3.2 客觀評價結(jié)果

3.2.1 平均皮膚溫度對比分析

圖7為受試者在靜、動態(tài)實驗過程中的平均皮膚溫度變化。實驗結(jié)果表明,受試者穿著常規(guī)保暖棉服和氣凝膠服裝在靜坐與快走30 min過程中,對應(yīng)的平均皮膚溫度均符合人感覺舒適條件的皮膚溫度范圍(31.5～34.5℃)[12],且單因素方差檢驗結(jié)果表明,靜態(tài)與動態(tài)條件下穿著2種服裝的平均皮膚溫度數(shù)據(jù)均無顯著差異(P>0.05),由此可知在該環(huán)境下2款服裝起到相同保暖作用。

圖7 靜、動態(tài)實驗過程中平均皮膚溫度的變化Fig.7 Changes in mean skin temperature during static(a)and dynamic experiments(b)

受試者穿著2款服裝靜坐30 min的過程中(見圖7(a)),常規(guī)保暖棉服和氣凝膠服裝平均皮膚溫度數(shù)據(jù)波動程度與變化趨勢一致,均隨時間增加呈下降趨勢。進入低溫環(huán)境5 min時,皮膚溫度仍然在32～33.5℃;10 min時下降最快,常規(guī)保暖棉服組降低0.75℃,氣凝膠服裝組降低0.67℃;10 min以后皮膚溫度降低數(shù)值隨時間增加而減小,常規(guī)保暖棉服組每隔5 min下降0.30、0.20、0.17、0.15℃,氣凝膠服裝組每隔5 min下降0.47、0.35、0.35、0.28℃。氣凝膠服裝溫度下降略快,但30 min對應(yīng)的平均皮膚溫度均值為31.28℃,仍處于人的舒適范圍。

快走30 min過程(見圖7(b)),2款服裝對應(yīng)的平均皮膚溫度數(shù)據(jù)更穩(wěn)定,波動更小。前期數(shù)據(jù)變化與靜態(tài)實驗相同,受試者剛進入低溫環(huán)境5 min時,皮膚溫度仍然在32～33.5℃,之后人體熱量迅速流失,皮膚溫度顯著降低,10 min時最快,穿著常規(guī)保暖棉服降低0.83℃,氣凝膠服裝降低0.63℃。但相比人在靜坐的代謝產(chǎn)熱量(58.2 W/m2),行走的代謝產(chǎn)熱量增加1倍左右(104.7 W/m2)[12],故隨著行走時間延續(xù),皮膚溫度的下降逐漸不明顯:15 min穿著常規(guī)保暖棉服和氣凝膠服裝分別下降0.40、0.23℃;常規(guī)保暖棉服對應(yīng)的溫度在20 min后趨于穩(wěn)定,氣凝膠服裝對應(yīng)的溫度變化值在15 min后即減小至0.05～0.15℃,穩(wěn)定在31.7℃左右。因為相比靜坐狀態(tài),當人體明顯產(chǎn)熱時,氣凝膠材料可以充分發(fā)揮優(yōu)異的保溫隔熱性能,減緩熱量向外環(huán)境的傳導和對流,由此說明本文設(shè)計的氣凝膠服裝在中低強度代謝活動中保暖性優(yōu)勢更明顯。

3.2.2 衣內(nèi)溫濕度對比分析

單因素方差檢驗結(jié)果表明,靜坐與快走過程中穿著常規(guī)保暖棉服和氣凝膠服裝的平均衣內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)均無顯著差異(P>0.05),且30 min內(nèi)的數(shù)據(jù)波動變化極小,故求取平均數(shù)進行觀察。

表3為受試者穿著2款服裝在靜態(tài)和動態(tài)實驗下的平均衣內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)。對比衣內(nèi)溫度,靜態(tài)與動態(tài)過程氣凝膠服裝的衣內(nèi)溫度均高于常規(guī)保暖棉服,靜坐狀態(tài)高0.78℃,快走狀態(tài)高0.5℃;由此可知氣凝膠服裝比常規(guī)保暖棉服保暖性更優(yōu),與3.2.1節(jié)的平均皮膚溫度分析結(jié)果一致。對比衣內(nèi)濕度,氣凝膠服裝的衣內(nèi)濕度同樣均高于常規(guī)保暖棉服,靜坐狀態(tài)高5.27%,快走狀態(tài)高5.95%。氣凝膠材料的加入會影響服裝的透濕性能,但衣內(nèi)濕度均不超過30%,仍在人體舒適的可接受范圍。

表3 平均衣內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)Tab.3 Average in-suit temperature and humidity data

3.3 主觀評價結(jié)果

采用單因素方差分析檢驗受試者在靜態(tài)與動態(tài)實驗中對應(yīng)6個時間階段的冷暖感覺與濕感覺評分數(shù)據(jù)。結(jié)果表明6名受試者穿著2款服裝在各階段給出的評分均無顯著差異(P>0.05),因此對數(shù)據(jù)求取均值進行分析。

3.3.1 主觀冷暖感覺對比分析

圖8為受試者穿著2款服裝在靜態(tài)和動態(tài)實驗下的冷暖感覺評分均值隨時間變化的示意圖。穿著2款服裝均能起到保暖作用,受試者的主觀感覺在30 min內(nèi)逐漸由涼感轉(zhuǎn)為溫暖感。

圖8 靜態(tài)、動態(tài)實驗過程中主觀冷暖感覺評分Fig.8 Subjective warm and cold sensation scores during static(a)and dynamic experiments(b)

結(jié)合3.2.1節(jié)中受試者平均皮膚溫度在各個階段的變化,靜態(tài)實驗中(見圖8(a)),前10 min受試者的平均皮膚溫度下降最快,冷熱感覺均分集中在-1.5～-1.0,為輕微涼感;10 min后平均皮膚溫度仍在緩慢降低,但人的感覺逐漸由涼感轉(zhuǎn)化為溫暖感,平均得分集中在0～1.5。與常規(guī)保暖服裝相比,氣凝膠服裝對應(yīng)的得分增長更穩(wěn)定,在20 min后出現(xiàn)顯著差異。動態(tài)實驗中(見圖8(b)),冷熱感覺的整體變化趨勢與靜態(tài)實驗相同,且由于在此階段代謝產(chǎn)熱增加,受試者由冷感覺到熱感覺的轉(zhuǎn)化更快,平均得分隨時間變化線性增長,10 min后常規(guī)保暖棉服組得分從0.8增長至1.67,氣凝膠服裝組得分從1.33增長至2.00。說明在此環(huán)境的靜坐與快走狀態(tài)下,相比穿著常規(guī)保暖棉服,受試者穿著氣凝膠服裝的主觀熱舒適性更好。

3.3.2 主觀濕感覺對比分析

圖9為受試者穿著2款服裝在靜態(tài)和動態(tài)實驗下的濕感覺評分均值隨時間變化的示意圖。靜坐和快走的30 min中,受試者的主觀打分均值隨時間變化增大,濕感覺逐漸明顯。靜坐實驗中(見圖9(a)),常規(guī)保暖棉服組濕感覺均分從1.0增長至1.33,氣凝膠服裝組得分從1.0增長至1.50;相較于靜坐,快走過程(見圖9(b))受試者濕感覺變化更明顯,常規(guī)保暖棉服組濕感覺均分從1.0增長至1.67,氣凝膠服裝組得分從1.0增長至2.16。

圖9 靜態(tài)、動態(tài)實驗過程中主觀濕感覺評分變化Fig.9 Changes in subjective wet sensation scores during static(a)and dynamic experiments(b)

將受試者穿著2款服裝的主觀濕感覺評分均值進行配對樣本T檢驗,結(jié)果為P>0.05。結(jié)合3.2.2節(jié)中衣內(nèi)濕度對比結(jié)果,說明盡管在靜坐與快走2個狀態(tài)下氣凝膠服裝的衣內(nèi)濕度均略高于常規(guī)保暖棉服,但主觀感覺沒有顯著差異,服裝濕舒適性良好。

4 結(jié) 論

本文對氣凝膠材料的透濕透氣性和其在服裝上的應(yīng)用方式進行了優(yōu)化,設(shè)計了一款氣凝膠保暖服裝。在氣凝服材料實驗與真人穿著評價實驗中得出以下結(jié)論:

①在氣凝膠材料表面打孔并合理控制孔徑大小可以在顯著提高氣凝膠材料透濕性的同時盡可能不影響材料的支撐性;氣凝膠材料多層疊加或與氣凝棉絮片組合的方式能保證其在打孔后隔熱保溫性能良好。

②從服裝保暖性來看,受試者穿著氣凝膠服裝的皮膚表面溫度變化更穩(wěn)定,30 min左右的皮膚溫度和衣內(nèi)溫度數(shù)據(jù)高于常規(guī)保暖棉服組;且穿著氣凝膠服裝的主觀溫暖感覺得分更高。從服裝濕舒適性來看,受試者穿著氣凝膠服裝的衣內(nèi)濕度略高,但屬于舒適范圍;主觀濕感覺得分略高于常規(guī)保暖棉服組,但相差不大。

③與穿著常規(guī)保暖棉服(1.89 kg)相比,受試者穿著氣凝膠服裝(1.43 kg)在靜坐與行走過程中,冷熱濕感覺舒適的情況下明顯感覺氣凝膠服裝質(zhì)量更輕,可拆卸保暖裝置異物感不明顯。

氣凝膠材料可以采用可拆卸裝置的方式應(yīng)用在服裝上,在提高保暖性能的同時不影響服裝的穿脫與清潔,此方法也為未來熱阻可調(diào)控的功能服裝設(shè)計提供了創(chuàng)新思路。