织物的热舒适性测试与分析

孟 媛 王进美

西安工程大学 纺织科学与工程学院(中国)

随着人们生活水平的提高，对织物热舒适性的要求也越来越高。目前，已有许多研究者对织物的热舒适性进行了相关研究，评价方式也由主观评价过渡到客观评价[1]。以往研究表明，织物的热舒适性与织物的规格有关[2]。Kawabata等搭建了可测量人体感知织物表面冷暖的仪器，这种仪器通过测量瞬间热流量，模拟人手触摸织物时的冷暖感受。杨明英等的研究指出，织物热舒适性取决于织物的导热系数与比热容等[3]。本文主要分析织物热舒适性中接触最大热流量、织物热阻与织物规格之间的关系。

1 试样与测试仪器

1.1 试样

在恒温恒湿的实验室中，选取6块织物试样，对其厚度、经纬密度及纱线线密度进行测试。试样的基本规格参数如表1所示。

表1 织物试样的基本规格参数

(续表1)

1.2 试验仪器

对织物试样的厚度、热阻及触感进行测试。试验仪器如下：YG141D型数字式织物厚度仪，温州际高检测仪器有限公司；创新型织物触感测试仪(FTT)，锡莱亚太拉斯(SDL Atlas)有限公司；SGHP-10.5型热阻湿阻测试仪，宁波纺织仪器厂。

2 测试方法

2.1 织物热阻测试

在织物试样的不同位置处，裁剪大小为30 cm×30 cm的试样各3块。调节热阻湿阻测试仪的试验板表面温度为35 ℃，气候室空气温度T0为20 ℃，相对湿度为65%，空气流速为1 m/s。待试样板表面温度(Tm)、空气温度(Ta)、相对湿度及空气流速(va)达稳定后，记录相应织物的总热阻(RCT)、空气热阻(RCT0)并计算织物的热阻(RCF，RCF=RCT-RCT0)。通常不超过3 min记录一次测定值，试验时间至少需30 min才可达到稳定(不包括预热时间)。待Tm、Ta和相对湿度达稳定值后，记录RCT和RCT0，计算RCF。每种织物各测试3块试样，结果取平均值。

2.2 织物触感测试

在温度为20 ℃、相对湿度为46%的恒温恒湿的实验室中，对织物的触感进行测试。每种织物各裁取3块试样，先裁取大小为30 cm×30 cm的织物试样，再将织物试样裁剪成宽11 cm的L形。织物触感测试仪(FTT)可测试织物的厚度、压缩性能、弯曲性能、表面粗糙度、表面摩擦特性及热特性等18项指标[4]。本文主要对织物试样触感中的正、反面最大热流量(Qmax)及摩擦因数进行测试与分析。

3 结果与分析

3.1 织物的触感中的最大热流量分析

织物的舒适度为一种非常主观的感受。目前，已有很多研究者开发出各种客观测量方法，以量化人们接触织物的感受。人们对织物的感受被描述为“手感”。多年来，手感这个词已成为纺织服装行业用于表达织物质量及其预期表现的一种方式。人体皮肤的表层有很多感受器，因此对压力、摩擦及热传导等都较为敏感[5]。通过模拟人体穿着服装时织物与皮肤的接触过程，以衡量织物的触感非常必要。皮肤在与面料接触时，因两者存在温度差，皮肤与面料间会产生热交换，导致接触部位的皮肤与人体其他部位的皮肤间存在一定的温度差。这种温度差异经人体神经传至大脑，会使人体产生一种接触冷感或接触暖感的判断。因此，皮肤与面料之间的温度差异导致接触的冷暖感。近年来，人们已成功开发出织物触感测试仪以测试织物的冷暖感。本文采用最新的织物触感测试仪(FTT)测试织物试样的冷暖感。由该测试仪可获得织物最大接触热流量Qmax、压缩热传导率TCC及回复热传导率TCR3个衡量指标。其中，两个有温差的热板在压缩时，织物热流量的最大值用Qmax表征，Qmax值越大，表示人体接触织物时散失的热量越多，冷感越强。TCC和TCR分别表示织物在标准压力(0.41 N/cm2)下压缩或回复过程中的热导率。TCC或TCR值越大，织物传递热量的能力越强，人体散失热量越容易，冷感越强。6种织物试样的接触冷暖感测试结果如表2所示。

表2 织物试样的接触冷暖感测试结果

6种织物试样的正、反面最大热流量测试结果如图1所示。由图1可以看出，织物的正面最大热流量高于织物反面的最大热流量，因此人体接触织物正面时散失的热量较多，冷感强。这主要是因为织物正反面形态、表面粗糙度不同所致。织物反面的绒毛较多，人体与其接触的面积大且摩擦因数较大，导致织物表面散失热量较少，接触冷感小。

图1 织物试样的正、反面最大接触热流量

影响面料接触冷暖感的另一主要因素是织物的表面形态。若织物表面平整光滑，则其冷感强，因此，磨毛、起绒等后整理方式可在一定程度上增强织物的接触暖感。由表2可知，拉绒织物(试样3和试样5)相比对应的普通织物(试样4和试样6)，其正、反面最大热流量小，暖感强。毛巾组织面料相比缎纹面料，其暖感更强；毛圈组织面料相比纬平针(汗布)组织的面料，其暖感更强。此外，纤维的导热系数和比热也会对织物的接触冷暖感产生影响。一般而言，导热系数决定了物质传递热量的能力，导热系数越大，传导热量的能力越好。在其他条件相同的情况下，纤维的导热系数越大，则织物的接触冷感越强。

3.2 织物的热阻分析

热阻指当热量在物体上传输时，物体两侧的温度差与热源的功率之间的比值。当热量经过两个相接触的固体的交界面时，界面本身对经过的物体表现出明显的热阻，称为接触热阻。热阻与织物的保暖性息息相关的，织物热阻大，其保暖性好[6]。6种试样的热阻测试结果如表3所示。

表3 织物试样的热阻测试结果

由表3可以看出，试样1的热阻大于试样2，这是因为试样1的厚度和经、纬密均大于试样2，而较大的织物厚度和经、纬密影响织物的散热，从而造成其热阻增大。分别对比试样3和试样4及试样5和试样6可以看出，同等情况下，因试样3和试样5为拉绒织物，其表面绒毛较多，导致热阻较大，热导率较低，从而保暖性较好。

多重线性回归方法常用于分析一个因变量与多个自变量之间的线性依存关系。本文采用多重线性回归方法，分析获得织物热阻与织物厚度、经密、纬密及纱线线密度间的关系如式(1)所示。

R1=0.037 00+0.163 00R2+0.000 11R3+0.000 02R4+0.001 00R5

(1)

式中：R1——织物热阻；

R2——织物厚度；

R3——经密；

R4——纬密；

R5——纱线线密度。

由式(1)可知，与经、纬密相比，织物的热阻与织物厚度和纱线线密度间的关系更密切。且织物的热阻与其厚度和纤维线密度呈正相关，即织物厚度和纱线线密度越大，织物的热阻越大，暖感越强。

4 结论

对织物热阻和织物最大热流量进行测试和分析，并对织物热阻与织物最大热流量和织物摩擦因数之间的关系进行探讨。研究结果表明，织物的热阻与织物厚度、纱线线密度和织物表面摩擦因数的关系较密切，织物的厚度和纱线线密度越大，织物的热阻越大，其暖感越强；由于织物的反面摩擦因数大于织物正面摩擦因数，织物的反面最大接触热流量小于正面最大接触热流量，暖感更强。