织物接触冷暖感性能的测定和评价

顾永星

（上海润盈新材料科技有限公司，上海200082）

织物接触冷暖感性能的测定和评价

顾永星

（上海润盈新材料科技有限公司，上海200082）

织物的冷暖感是织物与皮肤瞬间接触时皮肤向织物转移的热量不同造成的。对影响接触冷暖感的因素进行了分析，认为消除这些因素影响最好的方法是将接受冷暖感加工品和未加工品进行比较。采用传感装置测定皮肤向织物瞬间热移动量，转化为电量变化值（qmax）来评价织物冷暖感性能。结果表明，纺织品所测接触冷暖评价值越高，人越易感觉冷，其接触冷暖感性能越好。

穿着舒适性；冷暖感；评价

0 引言

随着人们生活水平的不断提高，消费者更加关注服装的舒适性能。对冬季穿着的服装（尤其是内衣）不再仅仅局限于防寒保暖，更希望在穿着时无阴凉感。由于温室效应作用，夏天气候变得越来越热，这时人们希望有一种具有凉爽感的服装，也希望在不同季节使用床上用品时也能得到温馨的效果，这些都促成了接触冷暖感纺织品的开发以及相应测定方法评价的研发。

当纺织织物与皮肤接触时，由于织物与皮肤间温度不同，存在一定程度的热交换，导致皮肤温度上升或下降，从而刺激大脑中形成的关于冷或暖的判断。接触冷暖感是织物与人体皮肤接触的瞬间人体产生的一种冷热知觉反应。冷暖感实质上是在温度不平衡的条件下产生的，即织物初与皮肤接触时，如果皮肤温度较高，就会有冷的感觉；反之，就会有暖的感觉。由于织物温度一般多低于皮肤温度，因此接触冷感发生的现象比较常见。

1 接触冷暖感的影响因素

由于接触热量是通过织物来传递的，因此织物作为载体其结构和特性会直接影响接触冷暖感的结果。

1.1 影响接触冷暖感的织物因素

影响接触冷暖感的织物因素有很多，如织物结构、织物厚度、织物间空隙、纤维瞬间传热性能、织物与皮肤的温差等。

1.1.1 织物结构

相同纤维的织物在与皮肤接触时产生的温暖感和阴凉感主要决定于织物的表面结构。一般纤维的导热系数大于空气，纤维比空气导热快。织物的接触凉感面积小，人体与纤维接触少而与空气接触相对较多，热流量就相对较小，人体的热损失越小，凉感也就越小。松散的毛绒织物、种绉类织物、蜂巢组织织物及毛型织物由于表面有较多凹凸，接触面积小而具有偏暖感。织物结构致密，接触面积较大，且表面平滑的织物，凉感较大，如化学长丝织物和蚕丝织物具有凉感。

1.1.2 织物厚度

低温织物与皮肤接触将引起皮肤的温度变化，同规格的织物在相同环境下有不同的冷暖效果，轻薄织物冷感持续时间短，厚重织物持续时间长。

1.1.3 织物间孔隙

织物是由纤维按一定组织结构与空气混合组成的多孔材料，其传热特性是由纤维性质、空气性质和自身组织结构共同决定的。织物中纤维与纤维之间、纱线与纱线之间及纤维自身存在着大量的空气，这种特性称为含气性能。由于空气的导热系数比大多数纤维的导热系数小，因此静止的空气是良好的热绝缘材料。织物中所含的空气越多，保温性越好。因此织物之间的孔隙大小直接影响其导热性。用特定的助剂来填充孔隙可提高织物的凉爽感。

1.1.4 组织结构

机织物的三原组织（平纹、斜纹和缎纹）是由于经纬纱不同的交织规律，使其在织物表面形成不同的风格。平纹的经纬组织点数相同，而经面斜纹织物的经组织点数大于纬组织点数，经面缎纹织物经纬组织点数的比例大于经面斜纹织物。因此平纹织物与人体直接接触的经组织点数最少，斜纹次之，缎纹最大。对于其他变化组织和联合组织也应该从以上因素来考虑。与人体的接触面积越大，冷感越强。

由于针织物表面的凹凸结构，使其与人体的接触形成为点接触，那么这种织物的最大瞬态热流量较小，即接触冷感小。

1.2 其他因素

影响接触冷暖感的因素除了与织物自身特性有关外，还与织物的热传导率、织物回潮率、织物对人体的压力等因素有关。

1.2.1 热传导率

一般认为织物热传导率高，人体皮肤表面的热量迅速传至织物产生凉感，反之织物热传导率低，人体皮肤表面的热量缓慢的传至织物产生暖感。

1.2.2 回潮率

一般织物含水量越高，越易产生冷感。回潮率与冷感的关系可分为三类：①纤维素纤维类导热系数较大，特别是麻纤维，其冷感比其它明显；②化学长丝类（如涤纶和丙纶等），标准状态时纤维的回潮率较低，其冷感就不明显；③毛类等动物纤维回潮率很高，但其接触冷感最小，主要因为羊毛的吸湿积分热较多所致（可达112.6 J/g），同时羊毛织物表面结构含有线毛越多，易于在织物和皮肤之间存储更多的静止空气，减少皮肤和织物实际接触面积，消弱了织物的热传导能力，从而形成明显的保暖效果。

1.2.3 织物对人体的压力

一般而言，织物的压力越大，冷感越大。服装压力的产生可分为两类：①服装自重产生的压力（重量压），②由于服装裹紧身体而产生的压力（束缚压）。由于服装压力大，与人体皮肤接触面积相对较大，冷感明显。

综合上述分析可知，织物本身结构对冷暖感结果会有明显影响，所以消除该影响最好的办法是采用接触冷暖感加工品与未加工品进行试验比较。

2 接触冷暖感的测定方法和评价

2.1 测试方法

目前研发的冷暖感测试方法为感官测试和仪器测试，其中仪器测试可采用电测法。

接触冷暖感的测试原理：用传感装置测定接触试样时的瞬间热传递量，转化为电量变化值（qmax），以此来评价试样接触冷暖感性能。目前中国的国家标准及行业标准尚未有相关接触冷暖感的测试方法和评价标准。

2.2 日本接触冷暖感的试验方法和评价标准

2.2.1 试验原理

含一定热量的铜板(内有温度传感器)与存在一定温差的试样表面接触，由铜板移动至试样的最大热量值（qmax）作为接触冷暖感值，记录此数据来评定接触冷暖感性能。

2.2.2 试验条件

使用KATOTECH株式会社销售的Thermo LaboⅡ或具有同等性能及以上的试验装置可以迅速测定接触冷暖感，这类测定装置应带有传感器、电热板和试样台（见图1）。其中，BT-Box（Base Temper⁃ature Box）热损失测定热源板是由赋予温差（ΔT）的热源箱、背面黏有薄膜印花加热器的BT板和护热板构成。在测定时T-Box（Temperature detecting Box）温度测定及贮热板将内置有温度传感器的纯铜版安装于绝热板上的装置，测定纯铜板的经时性温度，并计算纯铜板中流出的热量，因此需要严格控制纯铜板的单位面积热容量。

图1 冷暖感测试仪器示意图

试验过程中应使用比试样的接触冷暖感评价值小的聚苯乙烯泡沫试样台，且试样台本身的接触冷暖感性能值应不高于0.05 W/（cm2·10℃）。如果试样较薄不能完全吸收T-Box的热，余热将会传递到试样台上，从而给接触冷暖感评价值带来影响（见表1），因此试样台的接触冷暖感评价值应比试样的测定值要小。应合理选择试样台材质，以避免因部分热量向试样台传递而影响试验结果。

温度传感器用于测定室内温度，由于接触冷暖感试样的评价值与T-Box的温差成正比，0.1℃的温差可造成1%的误差，因此应严格进行室温的测定与T-Box（BT板）的温度设定。

由表2可知，接触冷暖感评价值与试样T-Box的温度差成正比。当设定温度差小于10.0℃时，接触冷暖感值随比例减少，但传感器的感度与精度一定，误差相对变大。如果设定温度的误差一定减少设定温度差时，成反比相对误差就会变大。当设定温差高于10.0℃、T-Box的热量未完全被试样吸收时，余热将会转移到试样台上。

接触冷暖感评价值越高，人越容易感到冷，其接触冷暖感性能越好。在日本有多家企业使用该值进行管理。由于在0.03W/（cm2·10℃）及以上的差异时人会感觉到冷感，因此将冷感性能技术指标设定为0.10 W/（cm2·10℃）。

2.2.3 试验步骤

裁取20 cm×20 cm的试样，在20℃和相对湿度为65%的条件下平衡24 h。将BT-Box（热损失测定热源板）的BT板温度设定时高于室温10.0℃，护热板的温度高于室温10.3℃，然后将T-Box（温度检测及贮热板）置于BT-Box上，由BT-Box的热用于加热T-Box，并将其稳定在室温10.0℃，再将试样的贴肤侧向上放置在试样台上。迅速将T-Box从BT-Box平行移动，测定热的最大移动量（qmax）。在试样上放置传感器时应保持水平，且不应有任何负荷，否则试样与传感器的接触面积将会变小。若负荷挤压试样，试验面积会变大。上述两种现象都会影响测定结果。做5只平行试验，取其平均值，修约至小数点以下3位，测试结果见表3和表4。当接触冷感评价值在0.10 W/（cm2·10℃）及以上时可评价为有接触冷暖感性能。

表1 不同结构试样台的影响

表2 T-Box温差对冷暖感性能测试的影响

表3 不同试样接触冷暖感性能测试

表4 同一试样加工前后接触冷暖感性能测试

3 结论

纺织品舒适性是织物各种性状与人体生理、心理因素和谐互动的一种结果，其中接触冷暖感对人体有着直接的影响。在夏季人们对有凉感的衣服特别青睐，可以利用特殊技术将织物组织进行平滑化处理，增加织物与皮肤的接触面积来增加热流量，由此增加皮肤至织物的热传导率。也可以在纺纱过程中添加比热性高的物质来增加热容量。将体热有效转移至衣服，使人体得到凉感。同时应控制加工品与未加工品的冷暖感性能评价指标差值应在0.03 W/（cm2·10℃）及以上；加工品的qmax值应在0.10W/（cm2·10℃）及以上，当具有0.03 W/（cm2·10℃）及以上差异时，可感觉到凉感。

[1] 杨晓琴,孙玉钗,孙鹏.织物组织结构与接触冷感关系探讨[J].山东纺织科技，2007,48（60）:51-53.

Determination and evaluation of the cold and warmperformance of fabric

GUYongxing
(Shanghai Runying New Material Technology Co.,Ltd.,Shanghai200082,China)

The cold and w arm feeling of the fabric is caused by different heat transfer from the skin to the fabric w hen the fabric is in instant contact w ith the skin.The factors that affected the cold and warm feeling are analyzed,and the best way to eliminate these factors is to compare the cold and warm processed products with the unprocessed products.The sensing device is used to measure the instantaneous thermal movement of the skin to the fabric,then the change of the quantity of the electric quantity(qmax)is used to evaluate the cold and w arm performance of the fabric.The results show that the higher the evaluation value of the contact cold and heating of the textiles,the more colder the person feels,and the better the performance of cold and warm.

comfort,cold and w arm feeling,evaluation

TS107

A

1001-7046（2017）05-0025-04

2017-07-26

顾永星（1967-）,男，本科，高级工程师，主要从事印染工艺和功能纺织品的研发工作。