气凝胶保暖服装面料湿舒适性的研究

倪璐妍 沈 为 张佩华 段宇晶

1. 东华大学 纺织学院(中国)

2. 北京中科海势科技有限公司(中国)

随着科学技术的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对于服装的要求越来越高，不仅要求蔽体保暖，更要求时尚美观。就冬季服装而言，臃肿、厚重、缺乏美感的服装已无法满足人们对于美的追求，服装需求正在向既保暖舒适，又时尚美观的方向发展。

气凝胶是在纳米量级的孔隙内和网状结构中充满气态分散介质的固态材料[1]。它是一种结构可控的纳米多孔类材料，具有纳米孔洞结构、大表面积、高孔隙率等特点[2]以及优异的保温隔热性能，常温下的导热系数最低为0.013 W/(m·K)，是保温服饰的理想材料。但气凝胶保暖服装在穿着时常常会让人感到闷热不适，为改善这种闷热的情况，需要降低服装和人体之间微气候的相对湿度。

本文拟通过两种方式来达成此目的：增加服装材料的吸湿性，通过吸收气态水来降低人体与服装间的微气候的相对湿度；增加服装的透湿性，通过增加水气透过服装材料的量来减小微气候的相对湿度。

本文将气凝胶层片与纤网复合，通过对相关的气凝胶层片、保温层进行回潮率、透湿率测试与分析，对影响气凝胶保暖服装面料湿舒适性的主要因素进行了分析探讨。

1 试验材料

气凝胶保暖服装面料由保暖层与普通面料复合而成。其中保暖层主要确保最终成品的保暖性能、防止热量散失；而表层面料分外层面料与里层面料，外层面料根据最终应用场合的不同，达到外观美感、质感、触感和易护理等功能，内层面料实现吸湿、舒适等功能。

本研究的气凝胶层片及由其制成的保暖服装面料由北京中科海势科技有限公司提供，该公司生产的气凝胶层片能够满足服装对保暖材料柔性及强度、舒适性等方面的综合要求，可以用于保暖服装的研发与应用。气凝胶服装面料截面如图1所示。

图1 气凝胶保暖服装面料截面图

本文探讨气凝胶保暖层包括气凝胶层片和絮片两部分湿舒适性的影响因素。气凝胶层片包括无扎孔(W)和有扎孔(Y)两种型号。扎孔的目的是为了改善面料的透湿性，扎孔时要保证扎孔密度均匀，且不影响该材料的强度。两种气凝胶层片可分别与絮片(纤维网)结合形成保温层BW或BY。试验材料及其基本物理参数如表1所示。

表1 试验材料命名及其基本物理参数

2 气凝胶及保暖服装面料吸湿能力的测试

本试验采用Y802型八篮恒温烘箱，根据标准GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定 烘箱干燥法》进行试验。试验结果见表2。

表2 气凝胶层片回潮率

从表2可以看出，气凝胶层片吸湿性较差，试样的回潮率均低于1.5%。

当服装吸湿性和透湿性都较差时，人体穿着时会感到闷热不适，如若增加材料的吸湿性，则有利于降低服装与人体间微气候的相对湿度，从而提高人体的舒适度。因此，将气凝胶层片与不同纤维絮片复合制成保温层，对保温层再进行回潮率测试，测试结果如表3所示。

表3 保温层回潮率

由表3可以看出，絮片面密度相同时，絮片成分对回潮率影响较大。在试样BW1-1和BW1-2中，气凝胶层片厚度相同，所含絮片面密度相同，但BW1-1回潮率大于BW1-2，是由于BW1-1中气凝胶层片有一侧为相变黏胶纤维絮片，另一侧为聚酰亚胺纤维絮片，而BW1-2中气凝胶层片两侧均为聚酰亚胺纤维絮片，黏胶纤维的回潮率为13%，而聚酰亚胺仅约为1.18%[3]，使得它们对应的气凝胶保温层的回潮率产生差异。

当复合的絮片成分及面密度均相同时，与W2复合的保温层(BW2)回潮率均小于与W1复合的保温层(BW1)回潮率，原因在于W2的厚度与面密度大于W1，在复合材料中回潮率较小的组分所占比重增加，因此复合材料总体回潮率降低。同理，絮片面密度增加时，保温层中回潮率较高的成分比重增加，如BW2-3中絮片的面密度大于BW2-2中絮片的面密度，因此BW2-3回潮率高，即吸湿性好。

3 气凝胶保暖服装面料透湿能力的测试

3.1 孔隙率对气凝胶层片透湿率的影响

本实验采用YG601H型电脑式织物透湿仪，依据标准GB/T 12704.1—2009 《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》，对气凝胶层片进行透湿性测试，实验结果如表4所示。

表4 气凝胶层片透湿率

从表4可以看出，随着气凝胶层片厚度增大，气凝胶层片的透湿率逐渐减小。对气凝胶层片Y2、Y3再次进行扎孔，增加其孔隙率，分析透湿率的变化情况。测试数据如表5所示。

表5 气凝胶层片不同孔隙率时所测透湿率

从表5可以看出，对气凝胶进行扎孔处理后，随着孔隙率的增大，气凝胶层片的透湿率有明显提高，说明采用扎孔方法可改善气凝胶保暖面料的透湿性能。为探究在服装制作后续过程中所使用的黏结剂是否会对气凝胶层片孔隙造成影响，将气凝胶层片和黏结剂进行结合，对结合后的面料进行了透湿性测试。结果发现，Y1在和黏结剂结合之后的透湿率为31.80 g/(m2·h)。黏结剂对气凝胶层片透湿性的影响较小，原因在于气凝胶层片和黏结剂结合时采用了将黏结剂点涂在气凝胶层片上的方式，缩小了可能会对气凝胶层片的孔隙和结构所造成的影响。

3.2 絮片材料对保温层透湿率的影响

将气凝胶层片与不同絮片进行复合，测试复合后材料的透湿率，结果如表6所示。

表6 不同保温层透湿率

由表6可知，气凝胶层片和絮片复合后的透湿率高于复合前气凝胶层片的透湿率(表4)，原因在于在透湿性测试过程中，水气一部分透过试样进入试验杯中，也有一部分水气被试样吸收。由表2和表3可知，复合保温层的回潮率大于气凝胶层片的回潮率，因此复合保温层吸收的水气含量也大于气凝胶层片吸收的水气含量。絮片相同时，与W1复合的保温层(BW1-1)透湿率大于与W2复合的保温层(BW2-1)透湿率。气凝胶层片相同时，含120 g/m2聚酰亚胺絮片的保温层(BW1-3，BW2-3)透湿率最高，原因在于面密度为120 g/m2的絮片蓬松度比面密度为60 g/m2的絮片蓬松度好，水气容易透过织物，因此透湿性较好[4-5]。絮片面密度和气凝胶层片厚度相同时，气凝胶层片两侧均为相变黏胶纤维絮片时(BW1-1，BW2-1)，比一侧为相变黏胶纤维絮片，另一侧为聚酰亚胺絮片的保温层(BW1-2，BW2-2)透湿率高，原因在于相变黏胶纤维吸湿能力较好，水气更容易进入保温层。

4 结论

针对由气凝胶层片与织物复合后得到的气凝胶保暖服装面料在穿着过程中出现较为闷热不适的问题，本文对气凝胶保暖服装面料的保暖层成分，即气凝胶层片和絮片的湿舒适性的影响因素进行了探究。

气凝胶层片本身的回潮率和透湿率较小，可以采用扎孔的方式，增加气凝胶层片的孔隙率、适当减小气凝胶层片厚度的方式来提高气凝胶保暖服装面料的透湿性。在气凝胶层片和絮片复合时，保温层的透湿性能随絮片材料回潮率的增大而提高；当采用相同絮片材料时，含蓬松度较大的絮片的复合材料的透湿率较大。因此可通过采用回潮率较高或蓬松度较大的纤维絮片与气凝胶层片复合来改善其闷热感。