男士针织内衣热性能的测量与分析

段杏元， 胡源盛

(1. 江苏理工学院 艺术设计学院， 江苏 常州 213001； 2. 康奈尔大学 人类生态学院， 美国 纽约 14850)

男士针织内衣热性能的测量与分析

段杏元1， 胡源盛2

(1. 江苏理工学院 艺术设计学院， 江苏 常州 213001； 2. 康奈尔大学 人类生态学院， 美国 纽约 14850)

为探明服装内空气层体积对男士针织内衣热性能的影响，并比较发热内衣与普通纯棉内衣热性能的差异，使用站立式暖体出汗假人分别对男士发热内衣及纯棉内衣的热阻与湿阻进行了测量，分别建立了2种内衣的空气体积与热阻和湿阻之间的多项回归模型。结果表明：在所测内衣尺码范围内，发热内衣的热阻和湿阻均逐渐增大，但二者的增加率均先增大后减小；而普通纯棉针织内衣的热阻和湿阻则先增大，达到一定值后逐渐减小；通过比较发现普通纯棉针织内衣的热阻和湿阻均高于相应尺码的发热内衣，但其透湿指数则小于相应尺码的发热内衣，说明发热内衣的热舒适性优于普通纯棉针织内衣。

发热内衣； 纯棉针织内衣； 热阻； 湿阻； 透湿指数； 热舒适性； 空气层体积

服装与人体之间的空气层体积是影响服装热性能的重要因素。服装内空气层体积对其热舒适性的影响已有实验性研究。如Psikuta 等[1]认为宽松服装的空气层体积要比紧身服装的大。McCullough E A 等[2-3]使用站立式假人分别对2条宽松长裤和2条紧身长裤的热阻进行了测量，结果发现宽松长裤比紧身长裤的热阻要大，且发现服装内空气层体积是决定服装热阻的一个重要因素。Havenith 等[4]分别测量了紧身服装和宽松服装热阻，并得出了和McCullough等[2-3]相似的结论。Chen等[5]则使用出汗假人研究了夹克的放松量与其热阻与湿阻的关系，发现当空气层体积较小时，夹克的热阻和湿阻均随空气层体积的增加而增大。有关服装空气层体积对服装热舒适性的影响，已有研究大部分集中于对服装热阻的测量，只有少部分进行了湿阻的测量，且缺乏对功能性发热内衣的研究。事实上，不同织物对服装热性能是有一定影响的[6]。本文研究以功能性男士发热针织内衣及普通纯棉针织内衣为研究对象，使用暖体出汗假人[7-9]对二者的热阻和湿阻进行测量，并对其热舒适性能进行比较研究。同时测量了内衣与假人表面的空气层体积，用以探明2种不同内衣与假人间的空气体积对各自热阻和湿阻的影响。

1 实验部分

1.1 实验用内衣

为研究服装内空气层体积与服装的热阻和湿阻之间的关系，选取并制作尺码为M、L、XL、XXL的男士发热针织内衣(由远红外发热面料制成)和普通纯棉针织内衣各4件进行测量。2种内衣的面料不同，但款式一致。4种尺码的内衣中，M为合体型，L为较合体型，XL和XXL为宽松型。

由于不同纤维力学性能各异，其服装成形性也不同，因此有必要对2种内衣面料的力学性能进行测量。表1示出2种不同针织内衣面料的组成与力学性质。其中织物的厚度由FAST-1型织物厚度测量仪在低负荷(196 Pa)下进行测量，弯曲刚度使用FAST-2型弯曲刚度测量仪测量，织物自身的热阻则由PREMETEST织物热阻测量仪测量完成。

表1 实验用内衣的力学性能Tab.1 Physical characteristic of experimental underwear

注：试样的织物组织均为纬平针。

所有内衣均为圆领长袖针织内衣，为使假人的穿着方便，均在后背中心处装有拉链。为使得不同的空气层体积，2种内衣均随尺码的增大在胸围、腰围、肩宽指标上逐渐增加，但领围、袖长、衣长保持一致。内衣各部位尺寸如表2所示。

表2 实验用2种内衣各部位的测量Tab.2 Measurements of experimental underwear

1.2 实验用暖体假人

本文研究中使用站立式出汗假人Walter[8]直接测量发热内衣的总体热阻和湿阻。测量时假人上半身穿着不同内衣，而下半身则穿着相同的紧身长裤。

1.3 三维人体扫描仪

测量使用三维人体扫描仪VITUS，该扫描仪能生成高精度的人体图像。参照ISO 20685:2005《国际间比较人体测量数据库的三维扫描方法》，测量前使用一个圆柱形管(高2 100 mm，直径110 mm，平均最大周长误差不超过1 mm)对扫描仪进行校正。测量在(25±2)℃的温度环境下进行。

为方便扫描，人体扫描使用的是另一个站立式假人(形态尺寸特征与假人Walter完全一致)。假人足部离地，从头部进行固定，并可沿着固定点前后左右转动，分别对假人裸体时和着装时进行测量。先进行假人的裸体测量以获得其裸体的形态尺寸和体积，再分别穿着2种不同的内衣进行测量以获得穿着服装后的形态尺寸和体积。为获得可靠的测量数据，每次测量都从假人的不同角度进行3次扫描。

1.4 热阻湿阻及透湿指数的确定

参考ASTM F1291—2010a《使用暖体假人测量服装热阻的标准测试方法》可获得热阻It的计算公式

式中：It为热阻， ℃·m2/W；As为假人的总面积，1.79m2；Ts为面积加权平均皮肤温度， ℃；Te为环境温度， ℃；Hd为假人的干热损失，等于总热损失减去蒸发热损失[10]，W。

湿阻的计算公式则可参考ASTMF2370—2010《使用出汗假人测量服装湿阻的标准测试方法》获得

式中：Re为湿阻，Pa·m2/W；Pss为皮肤温度下饱和水分蒸汽压，Pa；Pas为环境温度下饱和水分蒸汽压，Pa；Ra为环境相对湿度，%；Res为皮肤湿阻，8.6Pa·m2/W[6]；He为蒸发热损失，W；He=λQ， 其中Q为出汗率，λ为蒸发热。

有了热阻和湿阻的值，透湿指数im可根据标准ISO9920:2007《环境人类工效学·服装隔热和抗蒸发的评定》进行计算，见下式：

1.5 内衣与假人间空气层体积的确定

空气层体积[11]可应用Geomagic软件计算着装后假人体积与裸体时假人体积的差值获得。其计算公式为

Vair=Vcl-Vbody

式中：Vair为内衣与假人之间的空气层体积，cm3；Vcl为着装假人的体积，cm3；Vbody为裸体假人的体积，cm3。

1.6 热阻和湿阻测量方案

测量实验在恒温恒湿的人工气候室进行，环境温度和相对湿度分别为(25±2)℃，(65±5)%。测量过程中假人的平均皮肤温度均维持在35 ℃。且测量前所有实验用内衣都在人工气候室放置24 h。在进行测量时所有内衣均测量3次，且在下一次测量时都需先脱下再重新穿上后进行测量。热阻与湿阻的测量至少经过8 h，待内衣水分积聚速度稳定后取其测量值。

2 结果与讨论

2.1 不同内衣热阻与湿阻及透湿指数分析

表3示出2种不同内衣的热阻、湿阻、透湿指数及空气层体积的测量与计算结果。

表3 2种内衣的热阻、湿阻、透湿指数及空气层体积Tab.3 Thermal insulation evaporative resistance and permeability of underwear with different air gap volumes

对发热内衣而言，在测量范围内，其总体热阻及湿阻随尺码的增大均逐渐增加，但热阻与湿阻的变化有所差异。对热阻来说，当尺码从M增加到XL时，其增加较为明显，但从XL到XXL时，其增加率逐渐减小。这是因为在一定测量范围内，随内衣尺码的增加，服装内空气层厚度也增大，由于静止的空气有较好的热阻，再加上内衣面料吸收红外线后能产生热量，使得内衣整体的热阻有所增加，但随空气层体积的增大，由空气对流产生的热损失也逐渐增加，因此热阻的增加率会逐渐减小。从表3同样也能看到，当尺码从M增加到L时，湿阻的增加较为明显，但从L增加到XXL时，其增加率逐渐减小。

对普通纯棉内衣而言，热阻和湿阻均随尺码的增加而增大，但当内衣尺码增加到XL时，开始随尺码的增大而减小。这是因为随着尺码的增加，内衣中静止的空气层逐渐增大，当空气层厚度达到一定值时，伴随着内衣开口部位(如下摆等)的增大，由空气对流产生的热损失也逐渐增加，导致其热阻与湿阻的下降。

对2种内衣的热阻和湿阻进行比较发现，当内衣尺码相同时，普通纯棉针织内衣的热阻要大于发热内衣。尽管表1显示发热内衣面料的热阻大于普通内衣面料，但从表3能看出，同样尺码下，普通内衣的比发热内衣的要大，这使得普通内衣所包含的静止空气要多，因此其热阻也大。从表3还能看出普通内衣的湿阻也大于相应尺码的发热内衣的湿阻，这与内衣面料的纤维组成有很大关系，普通内衣由100%棉纤维制成，其吸湿性较好，湿阻也大。

为进一步比较2种内衣的热舒适性，有必要对二者的透湿指数进行计算和分析。发热内衣的透湿指数均高于同样尺码的普通内衣的透湿指数，且在XL时，2种内衣的透湿指数差别非常明显，说明发热内衣的热舒适性能比普通纯棉内衣要好。且发热内衣的透湿指数在M时最大，在L时最小，说明内衣在M时其热舒适性最好，此时所对应的空气层体积为1 888 cm3，说明内衣的热阻与湿阻是影响其热舒适性能的重要因素。

2.2 内衣与假人皮肤间空气层体积分析

如表3所示，普通纯棉内衣的空气层体积均大于相应尺码的发热内衣的空气层体积。这主要是因为织物的力学性能如质量、弯曲刚度、悬垂性等均会影响到服装的外观状态，也就会影响到服装内空气层的厚度，因此，即使是相同尺码的内衣，所使用的面料不同，空气层的体积也会有所不同。对这2种内衣来说，织物面密度与厚度的比值基本一致，但普通纯棉内衣织物的弯曲刚度明显大于发热内衣织物，因此纯棉内衣织物的悬垂性也相对较小，导致其空气层体积偏大。

2.3 空气体积与热阻和湿阻的关系

2.3.1 空气层体积与热阻的关系

内衣内空气层体积与内衣热阻的关系如图1所示。从图1及表3可看出，在内衣测量范围内，发热内衣总体热阻虽随内衣尺码增加，但从M到XL增加较快，从XL到XXL增加则变得缓慢，增加率逐渐减小。而普通纯棉内衣的总体热阻则表现为先增大后减小。为进一步分析空气层体积对内衣热阻的影响，分别建立了空气层体积与2种内衣热阻之间的多项式回归模型。

对发热内衣而言，其回归模型如下式(R2=0.97,p<0.05)所示：

y=0.131 3-6×10-10x2+8×10-6x

式中：y为内衣的总体热阻；x为内衣与假人之间的空气层体积。

对普通纯棉内衣而言，其回归模型如下式(R2=0.94,p<0.05)所示：

y=0.143 7-9×10-11x2+2×10-6x

式中：y为内衣的总体热阻；x为内衣与假人之间的空气层体积。

从回归模型可看出，2种内衣的热阻在一定空气层体积范围内均会逐渐增加，但当空气层体积达到一定值后，热阻会随其增大而减小。

2.3.2 空气层体积与湿阻的关系

图2示出内衣内空气层体积与湿阻的关系。

从图2和表3可看出，在内衣测量范围内，发热内衣湿阻在逐渐增加，但从M到L增加较快，从L到XXL增加则变缓，增加率逐渐减小。普通内衣的湿阻则先增加后减少。为进一步分析空气层厚度对2种内衣湿阻的影响，建立了2种内衣空气层体积与湿阻之间的多项回归模型。

对发热内衣而言，其回归模型如下式(R2=0.98,p<0.05)所示：

y=19.148-1×10-7x2+0.001 7x

式中：y为内衣的湿阻；x为内衣与假人表面之间空气层体积。

对普通纯棉内衣而言，其回归模型如下式(R2=0.92,p<0.05)所示：

y=19.021-2×10-7x2+0.002 5x

式中：y为内衣的湿阻；x为内衣与假人表面之间空气层体积。

从回归模型可看出，2种内衣的湿阻在一定空气层体积范围内增加，当空气体积达到一定值后，湿阻均会随着空气体积的增大而减小。

3 结 论

1)在所测空气层体积范围内，发热内衣的热阻和湿阻虽然都在逐渐增加，但对热阻而言，从M到XL增加较为明显，而从XL到XXL增加较为平缓，增加率在逐渐减小；对湿阻来说，从M到L增加较为明显，但从L到XXL增加较为平缓，增加率也在逐渐减小。而普通纯棉针织内衣的热阻和湿阻均从M开始增加，到达XL则开始减少。

2)发热内衣的透湿指数均大于相应尺码的普通纯棉针织内衣的透湿指数，说明发热内衣的热舒适性优于普通纯棉针织内衣。

3)从所建立的回归模型来看，2种内衣的热阻与湿阻均随空气层厚度的增加而增大到最大值，而后再逐渐减小，这与空气层体积的增加导致空气对流的增强而使得热损失增大是有很大关系的。进一步研究表明，发热内衣的透湿指数在M时最高，说明尺码为M的内衣穿着舒适性最好，此时所对应的空气层体积为1 888 cm3。

后续研究还要进一步对发热内衣的舒适性及美观性进行评价，以确定发热内衣舒适性与美观性兼顾的内衣放松量的设计。

FZXB

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Measurement and analysis on thermal properties of
men′s knitted underwears

DUAN Xingyuan1, WU Yuenshing2

(1.SchoolofArtDesign,JiangsuUniversityofTechnology,Changzhou,Jiangsu213001,China;2.CollegeofHumanEcology,CornellUniversity,NewYork14850,U.S.A)

To research influence of air volume under clothing on thermal properties of men′s underwear, a standing sweating fabric manikin was used to measure the thermal insulation and the evaporative resistance of body heat underwear and regular cotton underwear, and the thermal comforts of the both were compared. Two polynomial regression equations were established separately to predict the thermal insulation and the evaporative resistance from air gap volumes. The results proved that the thermal insulation and the evaporative resistance of the body heat underwear gradually increase with the underwear size within the measurement range, but the increase rates of the both increase first and then decrease, while the thermal insulation and the evaporative resistance of the regular underwear increases first and then decrease when reaching a certain value. Further study shows the thermal insulation and the evaporative resistance of regular underwear is higher than those of the body heat underwear of the same size, but the moisture permeability index of the regular underwear is smaller than that of the body heat underwear, which shows the thermal comfort of the body heat underwear is better.

body heat underwear; regular cotton underwear; thermal insulation; evaporative resistance; moisture permeability; thermal comfort; air gap volume

10.13475/j.fzxb.20151103405

2015-11-17

2016-07-13

2014年江苏省教育厅高校哲学社会科学基金项目(2014SJB441)；2014年江苏省“青蓝工程”资助项目(KYQ14506)

段杏元(1974—)，女，副教授，博士。主要研究方向为服装舒适性与合身性。E-mail：dxy0126@163.com。

TS 941.17

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