高性能运动服

2015-02-23陆明艳戴晓群

现代丝绸科学与技术 2015年2期

关键词：运动服羽绒汗液

陆明艳，戴晓群,2

(1.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215006；2.南通苏州大学纺织研究院，江苏南通 226018)

高性能运动服

陆明艳1，戴晓群1,2

(1.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215006；2.南通苏州大学纺织研究院，江苏南通 226018)

运动休闲已成为人们现在生活方式的主流，而针对不同环境条件及运动形式，对运动服功能要求也不尽相同。功能性面料的开发促进了高性能运动服的发展，这些面料结合相应的服装结构设计，使运动服不仅能保护运动者的身体安全，还有助于提升运动者的运动表现。本文分析了室内锻炼以及户外运动的生理特点，总结了相应的功能性面料和服装结构设计特点，并探讨了高性能运动服的发展趋势。

功能性面料；运动服；服装结构；高性能

运动服是方便人们运动并且具备保暖、吸湿、透气、易伸缩等功能的一类服装[1]，它主要针对两方面来进行设计和开发的：一方面，能够抵挡外界环境附加给人体的生理负荷，保护人们的身体安全；另一方面，根据人体运动时生理变化，积极地提高人们的运动表现。高性能运动服是集合多种纺织新技术、新材料和结构设计于一身的多功能高科技服装，可以有效保护运动者的安全，积极帮助运动者取得更优异成绩。高性能运动服比一般的运动服更具有专业性，技术性和综合性。根据运动条件和环境，本文将结合人体的热平衡主要讨论室内常温条件下的锻炼、户外的风雨条件和极地条件下的三类运动服，探讨这三类条件下的高性能运动服材料和服装结构设计，并总结和预测高性能运动服的趋势。

1 运动人体的热平衡

人体具有很强的控制体温的能力，在一定范围内能受冷与热环境的变化。当环境变冷的时候我们可以通过增强机体的产热过程和多穿衣服来保持体温；当环境变热时，则可通过排汗、增加皮肤血流和减少衣着，加强散热来保持体温。当人体出汗不多时，汗液完全蒸发，皮肤表面没有残留的汗液。但随着出汗量增加，汗液来不及蒸发，整个皮肤表面被汗液浸湿。此时，一部分的汗液继续蒸发，有助于人体散热，这部分汗量称为有效汗量；当附着在皮肤表面的汗量达到一定限度后，在重力作用下，汗液沿着人体体表向下流淌，流淌下来的汗量称为流淌汗量；其余的汗量附着在人体体表，称为附着汗量[2]。这些产生的附着汗量如果不能及时排除，会引起运动者的不适感，例如热环境中的热疲劳，冷环境时的体温下降等，严重的可能会危及运动者的生命，这就直接影响了运动者的运动表现及生理健康。因而当下如何积极维持运动环境下人体的热平衡显得尤为重要，而服装作为人体的第二层皮肤越来越发挥它的重要作用。目前世界各国都积极开发各种高科技的材料，运动服品牌也积极运用这些材料，加上独特的服装设计结构，使得高性能运动服装更好地满足人们运动对服装的需求。

2 室内锻炼

室内锻炼用的运动服，一般就是常温条件，不需要考虑外界恶劣天气所以相对而言需要解决的问题就比较集中。在常温条件下运动，人体体温升高并大量出汗，如何将身体表面的汗液快速排出而维持体温稳定是首要问题，因而服装的吸湿排汗性能尤为重要，主要通过吸湿排汗面料和服装结构设计来解决。

2.1 吸湿排汗面料

面料加强吸湿排汗的方法可从纤维材料、纱线结构和后整理加工方面考虑。

纤维材料，主要有异形截面、中空纤维、超细纤维、亲水性改质。

a.异形截面纤维，由于其纵向产生许多沟槽，纤维透过这些沟槽的芯吸效应起到吸湿排汗的功效。利用特殊异形截面的疏水性纤维，可快速的将汗水吸附于织物，并迅速移到织物外表而蒸发，达到吸湿排汗、不积存热气的贴身舒适感[3，4]。美国杜邦的Coolmax为十字横断面的聚酯纤维，日本旭化成公司的Technofine为W型横断面的聚酯纤维，都是典型的吸湿排汗纤维。目前大部分运动品牌Nike、Columbia等使用此类材质来达到吸湿排汗的效果。

b.中空纤维是利用纤维表面之微细孔洞，吸收人体皮肤所排出的汗液，再透过纤维的中空部分，并利用汗液本身的热气化成蒸汽，再从外侧纤维表面的微细孔洞蒸发。日本帝人公司开发的聚酯中空微多孔纤维Wellkey Filament，及其系列产品Wellkey-MA, 其织物的吸湿排汗特性比普通聚酯纤维强很多[4，5]。

c.超细纤维，其织物比普通织物结构细密,纤维间隙小,极易形成毛细现象而吸水。“芯吸透湿效应”是超细纤维织物特有的性能，因而汗水能快速排除，使身体内保持干燥[5，6]。例如Nike的 Dri FIT超细纤维。

d.亲水性改质，主要是以物理改性和化学改性两种方法为主。物理改性，通过改变喷丝板微孔的形状，纺制具有沟槽的异形纤维，或采用与含有亲水基团的聚合体共混和复合共纺的方法，生产具有吸湿排汗功能的纤维。化学改性，纤维表面改质是利用化学药剂处理或接枝的方法，使纤维表面的化学结构改变，并赋予亲水性官能团[4]。例如日本东洋纺开发的会呼吸的涤纶织物“Ekslive”、国际羊毛局推出羊毛与人造纤维混纺的面料—Sportwool。2000年曼联队主场球衣就是Umbro采用Sportwool材料制作。

纱线结构，将纤维素系列的纤维与疏水性化学纤维的优点相互结合所制成的纤维材料。如复合加工丝、多层结构纱。东洋纺PRH50(聚酯/天然棉)，其利用复合多层纱与多层构造针机，让汗液由衣服吸收由内向外排出。

后整理加工，将纤维表面或织物表面涂一层亲水性加工剂或界面活性剂，然后经过热处理使加工剂固着在纤维表面，借加工剂的亲水端提高纤维的亲水性。

2.2 服装结构设计

此类运动服多采用宽松款式，有利于体内汗液和汗汽能通过对流方式挥发，对于易出汗的腋下、背、胸等部位，采用通风的设计手法，主要是增加网眼能使汗汽快速挥发，让运动员保持身体舒适。运动服还可通过服装的开口设计，如门襟、领口、袖口等处服装结构不能太紧，这能加大空气的对流，达到换气目的[3]。

3 风雨条件

外界环境复杂多变，最常见的就是风雨条件，因而对于运动者来说，服装首先要能防风防雨。而对登山、探险、攀登等高强度户外运动来说，大量出汗要求服装能具有良好的透湿性，因而同时满足防水、防风、透湿性能很重要。这主要依靠防水透湿面料和相关服装结构设计来满足。

3.1 防水透湿面料

利用高支棉纱和超细合成纤维制成紧密的织物，通过对纤维或纱线间空隙的控制来实现防水与透湿，一方面可以阻止水分子从外界进入，另一方面又允许体内的水汽散发到外界。目前，高密度织物型防水透湿面料最好的整理工艺是Nextec Applications公司的EPIC。这种整理工艺通过用聚合物将每条纤维独立包裹成胶囊并进行高密纺织来实现防水，而透湿则依然通过细微的空隙实现。Phenix和SportHill等品牌使用这种功能面料打造户外领先冲锋衣[7]。

涂层微孔膜类，其主要原理是将微孔直径控制在比气态水大、比液态水小的范围内，允许气态水通过，而阻止液态水通过。目前应用在户外服装上的微孔类薄膜原材料常见的是以下两个类型：

PU(聚氨酯)，例如The North Face的hyvent，这项技术是由三层结构构成。第一，针织外层非常耐磨，避免磨损使用者的皮肤；第二，中间层利用聚氨酯(pu)涂层和微孔结构把水蒸气从里层带到外层，同时还具有优良的防水性和透湿性；第三，舒适的排汗内层设计达到吸湿目的，并通过微孔将湿气排出。另外Marmot Precip面料也是这种薄膜类型。

PTFE(聚四氟乙稀),比如GORE-TEX 和BHA Technologies 研发的event面料，都是属于PTFE膜类产品，防水透湿原理都是表膜中含有数以万计的毛细透湿孔，既防水又有良好的透湿性。但后期处理不同，GORE-TEX采用的是PU涂层，EVENT采用直接处理，无PU涂层。采用GORE-TEX面料的户外运动品牌比较多，ArcTeryx、Phenix和Millet等使用其最高端的Pro Shell产品，可以应对外界恶劣多变的风雨气候[7,8]。

致密亲水膜类，这一类薄膜是以高分子聚合物为基材，在其中导入亲水性分子，通过分子的亲水运动将水分由高浓度一侧导向低浓度一侧。这一类薄膜防水性能好，且由于不存在堵塞透湿孔的问题而较好养护，但其缺点是透湿速率不高。典型的薄膜是Sympatex，一种无孔、亲水性、无色、透光的共聚多醚酯膜，不需在内侧覆盖聚氨酯涂层，因而能够比较好的在成品中利用薄膜的透湿能力，是一种环保的合成膜。正因为它是一种防风、防水、透湿的高科技且环保产品，这给它带来很高的长期价值，价格昂贵。使用这类材料的品牌有Cayale、Kolumb 等[8]。

3.2 服装结构设计

首先，这类运动服在结构上应符合户外活动的要求，方便大幅度运动，一般衣服的后片比前片略长，袖管略向前弯，以补偿运动。领型一般为贴身立领，以防止风雨进入；运动服袖口和腰部一般应束紧，下摆或腰部加有防风裙或抽绳，可防止风雨进入服装内部；同时门襟及口袋拉链采用防水设计，避免雨水进入服装内部；这类运动服大多数带有可折叠收进衣领的帽子，这更能方便运动者自由处理帽子；同时肩肘部有增强耐磨性的加厚；为增强透汽性，腋下设有透汽拉链，在出汗较多时可拉开直接透汽[9]。

4 极地条件

极地条件下的运动服主要是针对登山、滑雪等极寒运动而言的，这些户外运动除了对运动者身体素质有较高要求外，还需要运动服装能够适应这类恶劣环境保护运动者的人身安全。极寒运动服除了同时具备户外条件下挡风、挡雨和透湿的特点，最主要就是保暖，这主要采用填充材料增加厚度来解决。同时这类运动不允许服装过于厚重, 轻便的材料能让运动者减少不必要的能量损耗，因此既保暖又轻便才符合这类运动服装的特殊要求。

4.1 质轻保暖材料

加强服装的质轻保暖性主要从填充的纤维材料和其构造方式加强，另外还有作为里料或外部材料的保温蓄热材料。

(1)填充材料，主要有天然纤维羽绒以及超细纤维、中空纤维等化学纤维

天然纤维羽绒，其中空纤维使羽绒本身富含大量静止空气，立体多级羽状结构，将羽绒产品自然地分成若干均匀的立体小空间，在羽绒絮毡的三维空间中数百万根轻细的绒丝交叠在一起形成数百万只静止空气储存器。羽绒保暖程度的重要指标是蓬松度，蓬松度越高，羽绒的保暖性越好[10]。目前全球最高900蓬松度羽绒，是业内公认的保暖性能最好，户外品牌Marmot使用其制作的外套能满足多种极限条件。

超细纤维，直径较常规纤维小,比表面积大, 可以吸附更多的静止空气, 因而保温效果较好。像美国3M公司的Thinsulate和Albany 国际公司开发的超细聚酯纤维Primaloft，直径很小，在同样大小的空间内，可以充塞更多的纤维，因此能更多更有效地反射人体热辐射。同时他们较羽绒相比，在潮湿的状态下具有更好的保暖性[11，12]。目前大部分运动品牌都在使用这类材料做极寒条件下的服装。

空纤维的中空结构减少了纤维的重量，包含大量静止空气，从而保暖性大大提高。杜邦Thermolite Extra，三孔中空，比实心纤维饱含更多的空气，具有更强的保暖。Ozark等户外品牌外外套采用此科技材料能满足极限条件下的探险和登山。

(2)填充材料构造方式

对于极寒服来说，构造方式的改变是为了拥有更大的孔隙率，从而锁定更多的空气达到最佳的保暖效果。以受其影响较大的羽绒为例，羽绒的的构造方式指其充绒结构，就是面料包围羽绒而形成的小空间，主要可分为立体盒状结构和双层夹片结构。

立体盒状结构, 面布及里布之间先缝成一条条立体盒装，然后再填入羽绒。优点是羽绒分布均匀，没有冷桥效应。缺点是制作工艺烦琐，增加服装重量。

双层夹片结构,直接将里外料缝合，形成管状空间。优点是服装重量降低，缺点是里外料直接缝合，在缝合处羽绒分布较少，容易让风吹透，易产生冷桥效应。

这两种结构较一般服装的单层缝合而言，结构空间更集中，羽绒分布更均匀，保暖性能更好，可用于极寒地带穿着的探险级外套。

(3)保温蓄热材料

一件好的保暖服装，既有保暖填充材料也有保温蓄热里料或外部材料。一般来说，是在涤纶等合成纤维纺丝液中加入含氧化铬、氧化镁等特殊陶瓷粉末,特别是纳米级的微细陶瓷粉末，它能够吸收太阳光等可见光并将其转化为热能,还可反射人体自身发射出的远红外线,因此具有保温、蓄热性能[4]。X-Static是一种可用于非织造生产、前景广阔新型纤维，其基体材料是尼龙纤维，表面固结有99.9%纯度银质层。由于银独特的传热导电性，这种材料能抗静电、有效消散电荷、反射红外热量，制成的服装等还可抗微生物。X-Static能很好地把人体热量反馈皮肤，使热辐射损失降至最低。Spyder防寒服内里采用X-STATIC绝缘隔热技术，保暖性能优越。

4.2 服装结构设计

针对这类恶劣环境，服装应先满足户外条件下的设计，例如运动服袖口和腰部应束紧，下摆或腰部加有防风裙或抽绳，这可防止风雪进入服装内部；领部开口多采用闭合的立领或可立起的翻折领来减少热量的散失；腋下增加透汽孔或设有透汽拉链，能促进汗液排出，增加舒适性。同时不同运动也会有一些专业化的设计，登山服应易于肢体伸展、方便活动、易于穿脱；而滑雪服会采用贴体的流线型连体服，减小服装阻力，提高运动速度[9]。

5 高性能运动服的趋势

5.1 生产生态

21世纪倡导绿色环保，高性能运动服也不例外。为了实现多种性能，在其发展的最初状态就要考虑环保理念，从原料使用到后整理都要考虑所使用的纤维、染料、助剂等对人体、对环境的负面影响。随之也要求我们充分开发利用新材料、新科技来减小或消除这些生产过程中会出现的污染，使得高性能运动服生产生态化。

5.2 功能复合

高性能运动服功能的复合化，是指运动服装集多个功能包括质轻保暖、吸湿排汗、防水透湿、紧身压力等功能于一体。目前高性能运动装中，无论是功能性面料还是运动装的结构设计都有多种功效。正如上文所说的户外运动，无论是极寒条件还是风雨环境下，运动服除了必须的质轻保暖和防水透湿性能，对于具有很大运动量的人来说，吸湿排汗、耐磨舒适等性能也是不可缺少的。

5.3 服装智能

随着世界各国体育比赛竞争的日益激烈以及人们对生活水平的要求越来越高，一些运动装已经满足不了运动者高强度的运动，运动者更希望服装是集适用、美观和智能于一体的服装。例如日本推出的自动调温运动服，原理是经过温度应变性工艺处理后的纤维织物来调温。这种运动服使用的材料是随天气状况具有“记忆功能”的聚合物包着的尼龙及聚酯纤维，天热时，针织面料会张开以便汗水排出，让人体倍感凉爽；在天气变冷时，针织面料紧闭产生保暖功能。