模擬實際應(yīng)用場景下羽絨服成衣保暖性能的測試與評價

蔡 濤

(石獅市中紡學(xué)服裝及配飾產(chǎn)業(yè)研究院,福建 泉州 362700)

保暖性是羽絨服服用性能中最基本性能指標。在現(xiàn)行的國家及行業(yè)標準體系中,評估羽絨服保暖效果主要從充絨量、含絨量以及羽絨蓬松度3個方面進行考量。采用平板法及蒸發(fā)熱板法測試織物或半成品的熱傳遞性能或從材料角度評價羽絨服保暖特性,無法全面、準確、直觀地體現(xiàn)實際使用過程中羽絨服成衣的整體保暖性能。暖體假人法是目前應(yīng)用于羽絨服成衣保暖測試的常用方式,但現(xiàn)有的暖體假人未對性別及身體不同部位進行細致的區(qū)分[1-2],成衣保暖性測試數(shù)據(jù)并不全面。因而建立一套全面、準確、直觀地羽絨服成衣保暖性測試評價體系是當前科研工作者研究的熱點方向[3]。

本文采用不同類型的暖體假人(男款、女款)并對其身體不同部位進行分區(qū),通過環(huán)境氣候倉模擬實際使用場景,對羽絨服成衣進行保暖性能測試。通過客觀數(shù)據(jù)測試、主觀效果評價以及紅外熱成像構(gòu)建一套羽絨服成衣保暖性測試評價體系,系統(tǒng)評估不同環(huán)境條件下羽絨服成衣的保暖效果,為羽絨服成衣的開發(fā)和研究提供參考依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗樣品

實驗羽絨服分為黑色男款(175/96A)、黑色女款(165/88A),內(nèi)部填充物為含絨量80%的白鴨絨,面料和里料均為100%滌綸織物,由特步(中國)有限公司生產(chǎn),相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 羽絨服樣品基本參數(shù)

1.2 儀器設(shè)備

1.2.1 暖體假人

暖體假人(分男、女款,自制)主體部位依據(jù)真人群體統(tǒng)計數(shù)據(jù)的平均值設(shè)計,可模擬人體與環(huán)境間熱交換過程。本文研究對象為羽絨服,因而只對暖體假人上半身各分區(qū)表面溫度進行研究,其基本參數(shù)見表2。暖體假人上半身各分區(qū)表面溫度可根據(jù)人體實際表面皮膚溫度進行獨立控制。

表2 暖體假人上半身基本參數(shù)

1.2.2 環(huán)境氣候倉

環(huán)境氣候倉(有效空間27 m3,自制)可控溫度范圍為-35～40℃,精確度2℃。

1.2.3 溫度傳感器

環(huán)境氣候倉內(nèi)設(shè)環(huán)境溫度傳感器3個,置于距暖體假人周圍1.5 m的非等高間隔位置處,監(jiān)測氣候倉內(nèi)環(huán)境溫度,測量精度±0.2℃。

暖體假人選用的溫度傳感器為熱電偶式,每個分區(qū)設(shè)置有3個溫度傳感器,以平均溫度為最終顯示溫度數(shù)值,測量誤差小于0.2℃。

1.2.4 紅外熱成像儀

本文實驗采用FLIR T530紅外熱成像儀(美國FLIR公司)測試暖體假人在特定的環(huán)境下穿著不同充絨量的羽絨服時不同部位的表面溫度。

1.3 測試方法

1.3.1 羽絨服成衣降溫速率測試

1.3.1.1基本原理

暖體假人表面溫度從正常人體表面皮膚溫度降至一定恒定溫度過程中,人體-服裝-環(huán)境之間發(fā)生熱交換并趨于穩(wěn)定。暖體假人表面溫度變化快慢稱為降溫速率,可表征熱交換的快慢,用以評價成衣保暖性能。降溫速率基本公式:

(1)

式中:V總為總降溫速率,℃/min;Cio為暖體假人第i分區(qū)的表面皮膚初始溫度,℃;Cni為暖體假人第i分區(qū)tn時間后表面皮膚溫度,℃;Ni為暖體假人第i分區(qū)的面積因子;tn為暖體假人停止降溫的時間,min。

1.3.1.2分區(qū)面積因子

按照三維立體裁剪的方法,獲取男、女款暖體假人上半身以及上半身各個分區(qū)部位的體表面積,由式(2)計算得到男、女款暖體假人上半身的各個分區(qū)面積因子。

(2)

式中:Ni為暖體假人第i分區(qū)的面積因子;An為暖體假人上半身表面凈表面積,m2;Ai為暖體假人第i分區(qū)部位的表面積,m2。

1.3.1.3測試步驟

羽絨服成衣除濕速率測試步驟為:①穿著樣品的暖體假人加熱至各部位溫度達到設(shè)定溫度且處于動態(tài)平衡后,停止輸入功率,之后每分鐘記錄1次各部位的顯示溫度數(shù)值,記錄時間不少于10min;②同一樣品重復(fù)測試3次,每次測試時間間隔不少于15min;③根據(jù)式(1)計算服裝總降溫速率V總。

1.3.2 羽絨服成衣主觀評價測試

1.3.2.1主觀評價

試驗前根據(jù)個體熱感覺特征建立熱感覺評價量表,共分為7級量度,中點為中性點,具體分級如表3所示。在不同環(huán)境溫度下,按照熱感覺量表對羽絨服成衣進行主觀評價。

表3 熱感覺量表

1.3.2.2受試對象

本文實驗選取年齡23～28周歲的男性(身高(175±5) cm、體重(75±2) kg)和女性(身高(160±5) cm、體重(50±2) kg)各7名作為受試個體,試驗前進行熱感覺測試及培訓(xùn),統(tǒng)一評價標尺。

1.3.2.3測試步驟

受試個體穿著成衣樣品進入可控環(huán)境氣候倉緩沖區(qū)靜止站立5min,待受試個體表面皮膚溫度穩(wěn)定后進入氣候倉開始主觀測試,每隔5min按照熱感覺量表記錄1次主觀評價結(jié)果,測試時間30min,期間若出現(xiàn)熱感覺量表中的兩極情況則立即停止測試。

1.3.3 羽絨服成衣紅線熱成像測試

VRIO模型最早由杰恩·巴尼提出[12]。在《從內(nèi)部尋求競爭優(yōu)勢》一文中，巴尼概括了該模型的核心思想：可持續(xù)競爭優(yōu)勢不能通過簡單地評估環(huán)境機會和威脅，然后僅在高機會、低威脅的環(huán)境中通過經(jīng)營業(yè)務(wù)來創(chuàng)造，它還依賴于獨特的資源和能力，企業(yè)可把這些資源和能力應(yīng)用于環(huán)境競爭中。他認為，判斷企業(yè)特定的資源和能力是優(yōu)勢還是劣勢需要回答以下四個問題：(1)企業(yè)的資源和能力通過開發(fā)機會和抵御威脅能否增加價值？(2)有多少競爭企業(yè)已經(jīng)獲得了這些有價值的資源和能力？(3)與已經(jīng)獲得資源和能力的企業(yè)相比，不具有某些資源和能力的企業(yè)是否面臨獲取它的成本劣勢？(4)企業(yè)是否被組織起來開發(fā)利用其資源和能力？

1.3.3.1基本原理

暖體假人表面皮膚溫度從正常人體表面溫度降至一定恒定溫度過程中,其發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過羽絨服成衣到達表面,紅外熱成像儀根據(jù)輻射與物體表面溫度的函數(shù)關(guān)系計算并顯示出羽絨服成衣表面溫度,判別羽絨服成衣保暖性。

1.3.3.2測試步驟

暖體假人穿著不同充絨量的羽絨服成衣,設(shè)定不同部位加熱溫度。暖體假人表面皮膚溫度達到穩(wěn)定后,停止輸入功率,保溫30min后,用紅外成像儀拍攝羽絨服成衣不同部位表面的紅外熱成像圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 羽絨服成衣不同環(huán)境溫度下降溫速率客觀測試分析

當環(huán)境溫度低于人體正常表面皮膚溫度時,人體的熱量會流失,溫差越大,熱量流失速度越快,人體感覺越冷。當人體-服裝-環(huán)境三者的熱交換達到平衡時,人體感覺最為舒適。在一定環(huán)境溫度下,羽絨服想要達到保暖又舒適的效果,對其充絨量有一定要求。

通過對冬季全國各地平均氣溫分布數(shù)據(jù)的分析,選取4個特征性環(huán)境溫度點,分別為-25、-15、-5和5℃。依照1.3.1節(jié)降溫速率測試方法,探究在不同環(huán)境溫度下,羽絨服充絨量對羽絨服成衣降溫速率的影響,即對成衣保暖性效果的影響,實驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同環(huán)境溫度下羽絨服成衣降溫速率

環(huán)境溫度的降低使得同一羽絨服的降溫速率增大,這是由于環(huán)境與表面皮膚間溫差較大,熱量損失較快,從而使得降溫速率加快。在不同環(huán)境溫度下,隨著羽絨服充絨量的增加,降溫速率逐漸減小并趨于穩(wěn)定,這是由于羽絨服充絨量增加使得單位面積內(nèi)含有羽絨量增加,單位時間內(nèi)皮膚表面溫度下降幅度減小,即羽絨服成衣降溫速率減小,人體與環(huán)境間的熱交換速率減小,成衣保暖效果提升。但在充絨量達到一定數(shù)量后,再增加羽絨充絨量對成衣降溫速率的影響較小。在環(huán)境溫度為5、-5、-15、-25℃時,男款羽絨服在羽絨充絨量分別對應(yīng)為120、240、300、360 g時,降溫速率達到最小,成衣保暖性能較好;同理女款羽絨服在羽絨充絨量為120、220、320、380 g時,降溫速率達到最小,成衣保暖性能較好。

2.2 羽絨服成衣不同部位降溫速率客觀測試分析

為進一步研究羽絨服成衣保暖性,實驗選取2.1節(jié)特征溫度下保暖性較好的男、女款羽絨服成衣,依照上述1.3.1節(jié)所述的降溫速率測試方法,對羽絨服成衣不同部位的降溫速率進行測試,實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 特征溫度下羽絨服成衣不同部位降溫速率

由圖2可知,在不同特征溫度下,穿著男、女款羽絨服成衣的暖體假人上半身各部位降溫速率不同,其中男款羽絨服成衣前腹、肩部、后腰、大臂、小臂部位降溫速率較大;女款羽絨服成衣肩部、后腰部位降溫速率較大。這是由于肩部、大臂、小臂等部位范圍小,較其他部位的充絨量少,使得降溫速率較大;前胸部位與暖體假人貼合緊密,中間空氣層薄,造成降溫速率的差異;后腰部位靠近暖體假人下部,熱量散失并不完全經(jīng)由成衣進行,同時版型設(shè)計上的差異也是影響降溫速率的因素。

綜上所述,羽絨服版型的設(shè)計以及各部位充絨量的大小均會對羽絨服成衣降溫速率造成影響[4],通過羽絨服成衣不同部位降溫速率客觀測試分析,可較為全面、準確地體現(xiàn)羽絨服成衣不同部位的保暖性,同時可為羽絨服版型的設(shè)計和制作提供指導(dǎo)性建議。

2.3 羽絨服成衣不同環(huán)境溫度下保暖性能主觀評價分析

成衣保暖性主觀評價是指在特定環(huán)境下受試者穿著不同種類羽絨服成衣,根據(jù)其生理參數(shù)的變化對保暖性能做出主觀評定。主觀評價能夠直接真實反映消費者實際穿著體驗[5]。實驗共選取男、女受試者各7名,受試對象的身體條件(包括年齡、身高、體重等)均控制在一定條件范圍內(nèi)。依照1.3.2節(jié)測試方法,在4個特征性環(huán)境溫度下,按照制定的熱感覺量表對不同充絨量的羽絨服成衣進行保暖性能主觀評價,測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同環(huán)境溫度羽絨服成衣主觀評價

由圖3(a)可知,受試者穿著男款羽絨服成衣,在環(huán)境溫度為5℃時,羽絨服成衣充絨量不少于120 g時,受試者均感覺舒適。同理,當環(huán)境溫度分別為-5、-15、-25℃時,受試者感覺舒適時對應(yīng)的羽絨服成衣充絨量分別不少于240、300、360 g。由圖3(b)可知,受試者穿著女款羽絨服成衣,環(huán)境溫度分別為5、-5、-15、-25℃時,受試者感覺舒適時對應(yīng)的羽絨服成衣充絨量不少于120、220、320、380 g。羽絨服成衣保暖性能主觀評價結(jié)果與客觀測試分析結(jié)果基本一致。

2.4 羽絨服成衣紅外熱成像測試分析

羽絨服成衣紅外熱成像測試是指在特定環(huán)境下,通過測試人體穿著不同羽絨服時服裝表面溫度來評價服裝成衣保暖性能[6]。實驗選取充絨量為320、360、400 g的羽絨服成衣(男、女),在環(huán)境溫度為-15℃下,按照1.3.3節(jié)測試方法進行實驗,實驗結(jié)果如圖4、5所示。

圖4 男款羽絨服成衣紅外熱像圖

圖5 女款羽絨服成衣紅外熱像圖

由圖4、5可知,保溫30min后,隨著羽絨服成衣充絨量的增加,不同部位的羽絨服成衣表面溫度降低。由于羽絨服成衣充絨量的增加,暖體假人皮膚表面溫度發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過羽絨服成衣到達表面的較少,即到達成衣表面的熱量較少,因而顯示的溫度較低,羽絨服成衣保暖性較好[7-8]。其中充絨量為320 g與360 g的羽絨服成衣不同部位的表面溫度基本一致,可能原因是測試部位充絨量差異較小,經(jīng)由羽絨服逸散到成衣表面熱量相對穩(wěn)定[9-10]。

通過上述實驗說明客觀測試與主觀測試中差異較小或不明顯的羽絨服成衣可進一步通過紅外熱成像的方式判別羽絨服成衣的保暖性,同時也可對羽絨服成衣設(shè)計和制作提供指導(dǎo)。

3 結(jié) 論

本文采用降溫速率法結(jié)合主觀測試與紅外熱成像測試對羽絨服成衣在模擬實際應(yīng)用場景下的保暖性能進行測試和驗證,可得如下結(jié)論:

①羽絨服成衣在不同環(huán)境溫度下的保暖性能和降溫速率呈反比關(guān)系,降溫速率隨著羽絨服充絨量的增加而減小。當羽絨充絨量增加到一定程度時,再增加羽絨克重對降溫速率影響不大,此時保暖性能較好。羽絨服成衣在特征溫度下不同部位的降溫速率有所差異,形成差異的主要原因包括羽絨服版型設(shè)計和各部位充絨量的大小。受試個體穿著羽絨服成衣在不同環(huán)境溫度下進行主觀性能評價,其結(jié)果與前述的客觀測試結(jié)果基本一致。

②在特征溫度下對不同充絨量的羽絨成衣不同部位進行紅外熱成像測試,可進一步判定羽絨服成衣的保暖性,并根據(jù)不同部位的測試結(jié)果對羽絨服成衣版型及各部位充絨量提出可行性建議。

③本文構(gòu)建的評價體系可直觀、全面、準確地反映羽絨服成衣在不同環(huán)境條件下的保暖性能,滿足生產(chǎn)者、消費者對服裝保暖的具體要求,具有較強的理論意義和實踐意義。