汗湿条件下幼儿睡衣面料层间水传递性能研究

韩华伟 杨允出 刘莹 董佳宁 盛玥曦

摘 要：为了分析在一定温度和压力下，幼儿睡衣面料中的层间水分向下传递性能，自行搭建了一种简易测试装置。通过控制恒温加热板调节模拟皮肤的温度，利用重物调节织物上方所受的压力，利用电子天平测量织物层间的含水量变化。使用该装置测试了9种幼儿睡衣面料中的水分向下传递性能、不同压力下织物层间水传递性能和不同时刻织物中的水分动态转移率，并通过聚类分析、假设检验、曲线拟合等方法进行数据分析。结果显示：各层织物含水量百分比和总体水分转移率等指标可以有效地表征所测织物的层间水传递特性，施加重物压力将对层间水传递有显著性影响，水分转移率与时间关系呈对数函数曲线特征。

关键词：睡衣面料;模拟出汗;层间水传递;芯吸;湿舒适性

Abstract：In order to analyze the downward interlayer water transfer performance of childrens pajamas fabrics under certain temperature and pressure， a simple test device was built. The simulated skin temperature was regulated by controlling the heating plate， and the pressure above the fabrics was adjusted by the weight. Besides， the water content change between layers of fabrics was measured by the electronic balance. In the study， nine kinds of pajama fabrics were tested by this device， including the downward water transfer performance， water transfer performance between fabric layers under different pressures， and the dynamic water transfer rate in fabrics at different moments. Meanwhile， the data were analyzed through cluster analysis， hypothesis test and curve fitting， etc. The results showed that the percentage of water content in each layer of fabric and the overall water transfer rate could effectively characterize the interlayer water transfer performance of all samples. The weight pressure had a significant effect on the interlayer water transfer performance. And the relationship between water transfer rate and time presented the characteristic of logarithmic function curve.

Key words：pajama fabrics; stimulated sweating; interlayer water transfer; wicking; wet comfort

幼兒由于新陈代谢旺盛，皮肤含水量较大，加上对环境冷热的自我调节能力较差，故在睡眠时比成年人更易出汗。幼儿出汗一般集中在头部、颈部和背部，当其穿着睡衣入睡时，背部较易产生并积累汗液。当幼儿仰睡时，在背部-睡衣-外部环境形成的体系中，其背部产生的汗液主要通过液相传递的方式向外排出[1]。若幼儿背部的汗液不及时排出，幼儿会产生不适感，易患感冒、湿疹等病症。而在幼儿背部-睡衣-外部环境体系中，睡衣吸湿排汗等性能的优劣将直接影响幼儿背部汗液排出效果的好坏，故研究汗湿条件下幼儿睡衣面料的水传递性能至关重要。关于织物中液态水传递的研究方面，许瑞超等[2]运用液态水管理系统（MMT）提取了织物正反面含水量的变化曲线，分析了织物对液态水的定向传导能力。Troynikov等[3]采用MMT装置对不同比例的羊毛/涤纶混纺针织物和毛竹混纺针织物的结构和水分管理性能进行了评价。Meng等[4]根据MMT装置得出的尿布含水率随时间的变化曲线，从中提取了5个指标来描述和预测尿布中的水传递性能。周立亚等[5]测试了4种双层针织结构织物的润湿时间、吸水速率、润湿半径、水分扩散速度等指标，分析了层间的传导扩散性能。于媛媛等[6]利用纺织品毛细效应测试仪对1种纯棉织物和6种竹浆纤维织物的液态水传递性能及透气性进行了测试，结果表明，竹浆纤维织物的水传递性能好于棉纤维织物，并建立了织物紧度与透气性的回归方程。刘莹等[7]自行搭建了能够模拟织物显性出汗的装置，分别对单层织物进行了动态吸水扩散测试、动态水分蒸发量测试，对层间织物接触后的水分转移率进行了测量，从而分析了水分在织物中垂直向上的传递性能。Tang等[8]搭建了一种基于重力学和图像分析技术的测量仪器，来表征织物的吸湿性能。该仪器能直接测量实时吸水量，监测水传递方向，估算留在皮肤上的剩余水量。崔志英等[9]测试了Coolmax织物、棉、涤纶、涤棉织物的多种湿舒适性指标，并进行了人体穿着主观评价，采用灰色聚类分析对6种织物的湿舒适性能做了综合评价。吴国辉等[10]选用10种针织面料，分别测试它们的透湿量、芯吸高度、干燥速率和湿阻，运用灰色关联度分析了织物结构和性能对湿传递的影响。综上所述，关于织物水传递性能方面的研究，以往较少开展水分在织物层间向下传递时，各层水分质量的动态分布特征和面料间接触压力对层间水传递性能的影响。

基于恒温加热板和动态电子天平测量系统搭建的一种测试织物层间水传递的简易装置，用于研究在一定温度和压力下，水分在织物层间向下传递性能及各层水分分布特征。通过此装置，对9种不同织物中的水分向下传递性能、不同压力下的织物层间水传递性能及不同时刻织物中的水分动态转移率进行了测试和数据分析，以期为进一步对出汗状态下的织物及服装热、湿舒适性的测试和研究提供参考。

1 实 验

1.1 实验试样

基于网络平台中夏季幼儿睡衣销量排名，筛选本实验9种面料的测试样品，相关属性参见表1，其中#1—#9为幼儿睡衣面料，#10为模拟皮肤面料。

幼儿睡衣面料及模拟皮肤面料皆裁剪为半径为9 cm的圆形。因试样表面的褶皱、灰尘等会对实验结果造成影响，故在实验前，需将试样放入清水中浸泡30 min，并将浸泡后的试样再用清水冲洗3遍，最后铺平晾干。为了减少环境变化对实验的影响，整个实验过程在密闭的实验室内完成，环境温度控制在（20±0.5） ℃，相对湿度为50%±2%。

1.2 实验装置

自制的织物中水分向下传递性能测试平台的基本结构如图1所示。

该装置可以用来测试在一定压力下，水分在织物中向下传递的能力。通过控制厚度为0.5 cm、半径为11 cm的圆形加热铝板（2）模拟人体体温，利用恒温控制器控制加热板的表面温度为（34±0.3） ℃。在模拟皮肤面料（3）中注入一定量的水模拟人体的汗湿状态。待测面料（4）为常见的幼儿睡衣面料，水分从模拟皮肤面料向下传递至待测面料，再经过待测面料传递至底层的滤纸（5）中。滤纸下方的亚克力板（6）可以减少水分向外部环境蒸发或者流失而引起的实验误差。通过更换不同质量的重物（1），改变其与加热板的质量之和，从而调节织物上方所受压力。通过电子天平（7），可精确地测量水分在模拟皮肤面料、待测面料及滤纸之间的含水量，并进一步计算各层材料的含水率。

1.3 实验测试

首先，利用电子天平测得模拟皮肤面料干重M1、待测幼儿睡衣面料干重M2、滤纸和亚克力板的干重之和M3。用另外两片充分吸水的滤纸上下夹住模拟皮肤面料，待模拟皮肤面料充分吸水后，将恒温加热板置于电子天平托盘上，再将模拟皮肤面料置于恒温加热板上预热、蒸发，保证其初始含水量为（8.2±0.1）g。接着，先将恒温加热板和模拟皮肤面料一起从电子天平上移开，再快速将亚克力板、滤纸和待测面料从下往上依次置于电子天平托盘上，再迅速将吸水后的模拟皮肤面料置于待测面料上，将恒温加热板盖在模拟皮肤面料上，最后在恒温加热板上压上重物，整个放置过程在10 s内完成。10 min后，移开恒温加热板及重物，记錄亚克力板、滤纸、待测面料及模拟皮肤面料的整体重G1;移开模拟皮肤面料，记录剩余整体重G2;移开待测面料，记录剩余整体重G3，整个移开过程在10 s内完成，则：

通过更换重物质量，分别设定织物所受压力300、600 g和900 g，研究不同压力下织物层间水传递性能。将上述实验的时长分别设置为1、2 min…10 min，得到不同时刻模拟皮肤面料、待测面料和滤纸的含水量情况，研究不同时刻水分在织物中向下转移的情况。

2 结果与讨论

2.1 织物中水分向下传递性能

在织物中水分向下传递性能测试中，设定施加的重物质量为300 g，各层面料含水量及水分转移率见表2，各层面料含水量占比见图2。

由表2和图2可知，实验中各层面料含水量百分比存在不同的分布特征。根据P1、P2、P3将9种幼儿睡衣面料的实验样本进行聚类分析，可分为4类。第1类为面料#2、#3的实验，总体水分转移率η值相对较高，分别为53.44%和61.88%，但这些转移的水分主要保留在中间层面料#2或#3中，而转移至滤纸中的水分含量的比率P3值相对较小，分别为16.38%，15.87%;第2类为面料#7和#8，总体水分转移率η值相对较高，分别为55.51%和50.01%，且透过中间层面料转移至滤纸的水分比率P3也相对较高，分别是28.51%和21.83%;第3类为面料#4，总体水分转移率η为43.53%，透过中间层面料转移至滤纸的水分比率P3值为24.38%;第4类为面料#1、#5、#6、#9，总体水分转移率η相对较低，分别为19.13%、12.61%、15.12%和22.09%。进一步采用单因素方差检验，4类面料对应的测试中各层面料的含水量百分比具有显著性差异，见表3。水分在面料各层间传递过程非常复杂，将受纤维成分、纤维结构形态、纱线结构形态、各层织物结构形态、模拟皮肤织物的初始含水量、施加压力、时间等多因素的综合作用。本文将进一步通过实验，研究施加重物压力因素对层间水传递性能的影响和不同时刻的各层水分分布的动态变化。

2.2 不同压力下织物层间水传递性能

不同压力下#1—#9面料的水分转移率见表4。

由表5，根据配对样本T检验，300 g与600 g，900 g压力下各面料的水分转移率之间皆有显著性差异，而600 g与900 g压力下各面料的水分转移率之间无显著性差异。

9种面料在600 g重物的压力下的水分转移率较在300 g的压力下的水分转移率有所增加，且变化较大，说明随着压力的增大，可以改善模拟皮肤面料与幼儿睡衣面料以及滤纸之间的均匀接触，促进了水分在各层织物间的传递。但900 g的压力较于600 g的压力，水分转移率虽有所增加，但变化较小，是因为继续增加压力，面料结构变得更紧密，水分在织物中的传递可能会受阻。

2.3 不同时刻织物层间水传递性能

选用面料#3作为本实验测试面料，测试其在10 min内不同时刻织物中水分的转移率。由图4可知，初始阶段织物层间水分转移速度较快，之后逐渐趋缓。在材料确定的情况下，织物层间动态水分转移可能还会受到各层织物的水分浓度分布、温度梯度分布、以及吸水后织物材料的形态变化等因素的影响。在第1 min内，平均水分转移速率最快，为34.25%/min，这是因为刚开始时，面料#3处于干燥状态，纱线间及纤维间的孔隙较大，且模拟皮肤面料与幼儿睡衣面料两侧的水分浓度差最大，水分能够通过芯吸作用以最大速率从模拟皮肤面料中转移出来;水分在第1 min至2 min时间段，平均水分转移速率下降为10.08%/min，2 min至10 min时间段水分转移速率继续趋缓，约为2.19%/min，主要由于织物层间水分浓度差和温度差逐渐减小，同时可能织物中纤维素纤维吸水后会产生的膨胀，纱线间及纤维间的孔隙逐渐变小，故平均水分转移速率水随时间动态下降、并趋于稳定。

进一步将不同时刻的水分转移率数据采用SPSS软件进行曲线拟合，得到对数曲线模型η=0.349×0.116ln（t），模型的拟合优度R2为0.994，如图3所示。

3 結 论

a）基于恒温加热板和电子天平搭建了一种可测试多层织物层间水传递性能的简易装置，并通过各层织物含水量占总含水量百分比和总体水分转移率等指标来表征所测织物的层间水传递特性。

b）利用该装置模拟仰睡出汗条件，测试9种不同幼儿睡衣面料的水分向下传递性能，进一步对所有测试数据进行聚类分析和方差分析，结果显示4 类面料的各层含水量百分比值具有显著性差异。

c）通过配对样本检验，300g与600、900 g压力下幼儿睡衣面料的水分转移率之间皆有显著性差异，而600 g与900 g压力下各面料的水分转移率之间无显著性差异。

d）织物层间水分转移率与时间关系呈对线函数的曲线特征，第1 min内，平均水分转移速率最快，为34.25%/min，在第1 min至2 min时间段，平均水分转移速率下降为10.08%/min，2 min至10 min时间段水分转移速率继续趋缓，约为2.19%/min。

参考文献：

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