织物结构和性能对接触冷暖感的影响

孟 花，冯爱芬

(河北科技大学 纺织服装学院，河北 石家庄 050018)

织物与皮肤接触给人体皮肤一定的温度刺激，在人的大脑中形成了关于冷或暖的判断称为织物接触冷暖感[1]。织物接触皮肤的瞬间由于二者温度不同产生热量交换，若织物表面温度低于皮肤表面温度，会使人产生接触冷感，反之会产生接触暖感。

1970年开始有学者提出织物接触冷暖感理论概念[2-3]。徐谷衡等[4]为把冷暖感与纺织性能参数联系起来，研制出相关试验仪器，并提出将热量峰值作为织物接触冷暖感的评价指标。INOUE等[5]分析了面料的冷暖感与女装针织物品质主观评价的关系，表明最大瞬态热流量值影响人们对女装针织物品质的主观评价。姚穆等[1]提出织物接触冷暖感产生的理论模型，并研制出织物接触温度仪。徐广标等[6]以33种色织衬衣面料为研究对象，探讨了色织衬衣面料接触冷暖感与结构参数之间的关系，得出织物表面形态、织物组织及纤维种类为主要影响因素。相关研究[7-9]分析了织物接触冷暖感的影响因素，包括纤维种类、织物含湿量、织物比热容及外界环境等。本文测试了25种不同纤维成分的织物的最大瞬态热流量，从织物组织、织物厚度等织物结构参数及织物相关性能2个方面进行分析，旨在为开发不同冷暖感织物和服装的企业选择合适的冷暖感服装面料提供理论参考。

1 试验部分

1.1 试 样

选取5类25种织物作为试样，根据纤维种类分为棉织物(编号C1～C5)、麻织物(编号L1～L5)、羊毛织物(编号W1～W5)、涤纶织物(编号P1～P5)及锦纶织物(编号N1～N5)。

1.2 测试条件

根据GB/T 6529—2008《纺织品 调湿和试验用标准大气》，试样在恒温恒湿室内调湿24 h后备用，温度为(20±2.0) ℃，相对湿度为65%±4.0%。

1.3 测试仪器

KES-F7-II型冷暖感测试仪(日本加多技术有限公司)、Y802N型烘箱及电子分析天平(常州第二纺织机械有限公司)、KES织物风格仪(日本加藤技研株式会社)、Y511C织物密度镜(北京同德创业科技有限公司)、YG141N数字式织物厚度仪(常州第二纺织机械有限公司)。

1.4 测试方法

1.4.1 接触冷暖感测试

采用KES-F7-II冷暖感测试仪测试织物的接触冷暖感，试样尺寸为20 cm×20 cm。首先将仪器预热30 min，然后将待测试样放在恒温台上(20 ℃)加热，最后把蓄热板(30 ℃)快速放在试样上，二者温差(ΔT)为10 ℃[10-11]。从每个试样反面选5个不同位置进行测试，求出平均值为最大瞬态热流量。

1.4.2 导热系数测试

采用KES-F7-II冷暖感测试仪测出试样热流量，温差为10 ℃，测试面积为25 cm2，根据下式计算出试样的导热系数λ。

式中：d为试样厚度，m；S为测试面积， cm2；ΔT为温差，℃；Q为试样的热流量，J/s；λ为导热系数，W/(m·K)。

1.4.3 表面摩擦性能测试

首先将KES织物风格仪预热30 min，然后对25种织物的表面摩擦性能进行测试，按经纱方向、纬纱方向分别对25块试样进行5次测试，求出平均值。

2 试验结果与分析

2.1 织物结构对接触冷暖感的影响

纱线线密度见表1，织物结构参数见表2。可以看出，棉织物C2、C4、C5试样的经纱线密度、纬纱线密度分别一致，而C2试样的最大瞬态热流量值最小；羊毛织物 W2、W3、W5试样的经纱线密度、纬纱线密度分别相近，其中W2的最大瞬态热流量值最小。因为其织物组织是绉组织，织物表面产生颗粒状凹凸不平的绉效应，其与皮肤实际接触面积小，所以接触暖感较好。因此，同种纤维的织物，纱线线密度相近时，绉织物比平纹织物、斜纹织物的接触暖感好。

表1 纱线线密度 tex

织物最大瞬态热流量及相关性能参数见表3。可以看出，25种织物最大瞬态热流量的最小值和最大值相差很大，说明纤维种类对织物接触冷暖感具有显著影响。

求5类25种织物结构参数的平均值,并利用SPSS软件，分析其值与最大瞬态热流量之间的相关性，织物结构参数与最大瞬态热流量的相关性分析见表4。棉织物的最大瞬态热流量与织物厚度呈显著负相关关系；麻织物的最大瞬态热流量与织物经向密度、纬向密度呈显著正相关关系，与织物厚度呈显著负相关关系，其中对最大瞬态热流量影响最显著的是纬向密度；羊毛织物的最大瞬态热流量与织物纬向密度及厚度呈显著负相关关系，其中织物厚度对最大瞬态热流量的影响最显著；涤纶织物的最大瞬态热流量与织物厚度呈显著负相关关系；锦纶织物的最大瞬态热流量与织物经向密度、厚度及面密度呈显著负相关关系，其中织物面密度对最大瞬态热流量的影响最显著。

表2 织物结构参数

织物面密度增大，织物结构更紧密，织物中静止空气含量更少，接触冷感更好，反之接触暖感更好。织物厚度越小，织物接触冷暖感值越大，接触冷感越好,反之接触暖感越好。因此，冬季适宜选择结构疏松、厚型的织物作为服装面料，其接触暖感较好；夏季适宜选择结构紧密、光滑且轻薄的织物作为服装面料，其接触冷感好。

2.2 织物相关性能对接触冷暖感的影响

2.2.1 织物导热系数

织物的导热系数越大，皮肤向织物传递的热流量越大，冷感越强[12]。由表3的导热系数值可以分别算出5类织物导热系数的平均值，其中锦纶织物导热羊系数的平均值最大，为0.123 W/(m·K)-1，毛织物导热系数的平均值最小，为0.092 W/(m·K)-1。导热系数的平均值按从大到小排序为：锦纶织物>麻织物>棉织物>涤纶织物>羊毛织物，因此，锦纶织物接触冷感强烈，羊毛织物接触暖感强烈。

表3 织物最大瞬态热流量及相关性能参数

表4 织物结构参数与最大瞬态热流量的相关性分析

利用Microsoft Excel对数值进行回归分析,并建立了最大瞬态热流量与导热系数的线性回归模型，利用SPSS分析织物的导热系数与接触冷暖感的相关性，回归统计表及相关性见表5。其中：y为最大瞬态热流量，x为织物导热系数。拟合度R2为判定系数，当R2趋近于1时, 表示函数方程的参考价值较高[13]。由表5可以看出，各织物拟合度R2均大于0.5且趋近于1，织物的导热系数与最大瞬态热流量呈显著正相关关系。因此，织物的导热系数与织物接触冷暖感具有密切相关关系，随着织物导热系数的增大，织物热阻变小，由皮肤向织物传递的热流量变大，织物接触冷感变好，反之接触暖感变好。

表5 回归统计表及相关性

2.2.2 织物表面摩擦性能

以棉织物、麻织物、羊毛织物、涤纶织物及锦纶织物为主，分析织物表面摩擦性对接触冷暖感的影响，摩擦性与最大瞬态热流量相关系数见表6。

表6 摩擦性与最大瞬态热流量相关系数

由表6可以看出，最大瞬态热流量与织物平均摩擦因数、表面粗糙度呈负相关关系。因此，随着织物表面粗糙度的增大，织物表面越凹凸不平整，皮肤与织物的接触面积越小，传导的热流量越少，接触暖感越好，反之接触冷感越好。适当增加织物表面粗糙度、表面蓬松度及厚度有利于提高织物接触暖感；适当增加织物表面滑爽度、平整度，减小厚度有利于提高织物接触冷感。

3 结 论

本文通过测试棉、麻、羊毛、涤纶、锦纶5类25种织物的最大瞬态热流量，从织物的基本结构参数、导热性及表面摩擦性能等方面对织物接触冷暖感的影响，得出以下结论。

① 纤维成分相同的织物，纱线线密度相近时，绉组织织物比平纹组织织物和斜纹组织织物的接触暖感要好。

②冬季适宜选择结构疏松、厚度较大的织物作为服装面料，其接触暖感好；夏季适宜选择结构紧密、光滑且轻薄的织物作为服装面料，其接触冷感好。

③织物导热系数与最大瞬态热流量呈显著正相关关系，织物导热系数越大，织物热阻越小，织物最大瞬态热流量越小，织物接触冷感越好，反之织物接触暖感越好。

④织物表面粗糙度与最大瞬态热流量呈显著负相关关系，因此，适当增加织物表面粗糙度、表面蓬松度及厚度有助于提高织物接触暖感；适当增加织物表面滑爽度、平整度，减小厚度有助于提高织物接触冷感。