防水透气型膜复合面料应用研究及分析

赵艳娇，葛爱雄，张 伟

1.际华集团股份有限公司系统工程中心，北京 100160；2.新兴际华（北京）材料技术研究院有限公司，北京 100000；3.中国人民解放军 65316部队，辽宁大连 116000

0 前言

随着市场的开放，竞争日益激烈，科技创新驱动，企业产品越来越注重功能性与时尚性的融合。雨衣、雨披的款式各式各样，材料及质量也参差不齐。来自实验室的面料理论数据，假人测试，以及消费者的实际穿着效果[1-3]，是目前其质量评价最有效、最直接的评定方式。

本文自研了“三明治”结构的锦纶与防水透气型PTFE膜复合制成的面料，为验证其综合使用效果，以该复合面料为主材设计了雨衣、冲锋衣款式的产品，对这些产品进行静态假人淋雨性能测试及真人动态淋雨性能测试，并组织进行试穿试验。

1 材料与方法

1.1 材料

自研防水透气型PTFE膜与锦纶复合面料；自研防水锦纶PTFE胶条；缝纫线；拉链；四眼扣等。

1.2 仪器及设备

高低温复合环境舱，见图1所示；环境舱通过模拟自然界的低温、湿度变化、温度变化、淋雨、喷水、结冰、降雪和大风等复合环境条件，可开展个体防护服装单一或者复合环境条件下的性能测试，并可为其他试验提供测试环境条件；THTC-PSPL-013型暖体假人测试系统。

图1 高低温复合环境舱

1.3 款式结构设计

面料和胶条均采用自研的防水透气型PTFE膜与锦纶复合面料、防水锦纶PTFE胶条，其他辅料依据设计图实际采购。

1.3.1 雨衣款式结构设计

针对0～40℃的真人试验区域设计雨衣，服装款式结构见图2。雨衣设计为中长款，防风雨立领，内藏风帽，风帽有抽紧绳和帽深调节搭袢。下摆设有大容量内插兜，两肋设置防水拉链开口，便于内掏物品。雨裤为松紧腰围，两腰为防雨斜插兜，小腿拉链开合，便于雨靴的穿脱，裤脚可收紧。接缝处为压胶处理，具有防水、透气、阻燃及抗撕裂等性能。

图2 雨衣款式结构

1.3.2 冲锋衣款式结构设计

针对-25～-15℃的真人试验区域设计冲锋衣，服装款式结构见图3。设计采用防风雨立领，内藏风帽设计。腋下处设有透气拉链，两前胸有斜兜、两下摆有斜插兜、两臂兜。魔术贴可贴徽章标识等。高腰设计可采用腰带、背带2种固定方式。两腿贯通拉链，便于快速穿脱。裆部、膝部和裤脚部位进行防磨补强加固。搭配抓绒内胆衣裤可增强保暖功效。两腰设计了防雨斜插兜，两腿部位设计了大容量前兜。

图3 冲锋衣款式结构

1.4 测试方法

1.4.1 静态假人淋雨性能测试

（1）测试依据

将设计的雨衣产品在高低温复合环境舱进行试验。其环境温度范围-40～35℃，环境相对湿度范围30%～95%，具备淋雨、覆冰和降雪功能，淋雨雨量范围为0～40 mm/h，雨量可调。

据标准GBT 28592—2012《降水量等级》，降雨按雨量大小分为7个等级，雨量＜0.1 mm为微量降雨、雨量在0.1～9.9 mm为小雨、10.0～24.9 mm为中雨、25.0～49.9 mm为大雨、50.0～99.9 mm为暴雨、100.0～249.9 mm为大暴雨，雨量≥250.0 mm为特大暴雨。降水量一般按24 h、12 h两个时间段进行划分。为了加强模拟使用环境，以24 h降水量为测试依据。

（2）测试方案

采用假人穿着被测样品服装，并置于低温环境舱降雨喷头下方。设置环境温度为10℃、20℃和35℃这3种测试温度工况。本次测试降雨强度采用中雨强度进行测试。本次对被测样品帽子、肩部、袖子、大身及裤子等服装部位进行测试，测试时长为12 h不间断测试。在开始进行测试后，每隔2 h进行1次数据记录，每个测试工况连续开展4 h。数据重点关注服装内层渗透润湿情况，如是否有淌水、水珠、渗透和润湿等状况出现[4]。

测试方案示意图见图4所示。

图4 测试方案示意图

1.4.2 动态真人淋雨性能测试

在模拟中雨环境下，由专业人员按照作业工况下的填埋、行进等常用动作展开连续2 h测试，每隔10 min观测所穿样衣的帽子、肩部、袖子、大身和裤子等其他服装部位的内层渗透润湿情况，如是否有淌水、水珠、渗透和润湿等状况出现。

1.4.3 冲锋衣暖体假人性能测试

暖体假人试验方案由项目组组织东华大学在清华大学合肥公共安全研究院检验检测中心完成。试验采用THTC-PSPL-013型暖体假人测试系统，通过分别模拟寒区（-25～-15℃）环境氛围，根据标准GB/T 18398—2001《服装热阻测试方法暖体假人法》，测试分析了锦纶防水透气型PTFE膜冲锋衣。锦纶防水透气型PTFE膜冲锋衣测试环境温度为-25℃。在温度（-25±1）℃、相对湿度30%～50%、动态热平衡后稳定时间≥30 min、假人状态为静态站姿的测试条件下，该冲锋衣（配冬服）的空气层热阻为0.52 clo，总热阻为3.75 clo，基本热阻为3.75 clo，相对热阻为3.99 clo。配套层次为内衣裤或保暖内衣裤、绒背心、绒衣裤、棉衣裤和冬服。

1.4.4 批量真人试穿试验

为验证评价上述面料及服装的功能、款式结构和适用性总体效果，对本文研制的产品组织了批量真人试穿试验，试穿试验方案见表1。本次试穿试验服装配套层次，大体按“从内至外”层次配套，具体穿着配套层次建议见表2，表中所列为推荐的全套配套层次。

表1 试穿试验表

表2 试穿服装穿着配套建议表

2 结果与讨论

2.1 静态假人淋雨性能测试

雨衣静态防雨性能测试通过第三方检测机构测试完成。在开始进行测试后，每间隔1 h进行1次数据记录，每个测试工况分别连续开展3 h、4 h、5 h。重点关注服装内层渗透润湿情况的数据。在室温为15.3℃，相对湿度为66%条件下，对服装部位包括帽子、肩部、袖子、主身、裤子和其他部位进行防雨性能测试。结果表明，在雨强为（20±2）mm/24 h条件下，当温度为（10±1）℃时，上述服装部位在1 h、2 h、3 h后无漏雨现象；当温度为（20±1）℃，上述服装部位在4 h、5 h、6 h、7 h后无漏雨现象，当温度为（35±1）℃时，上述服装部位在8 h、9 h、10 h、11 h、12 h后，无漏雨现象。测试数据表明，在测试过程中，雨衣并未出现淌水、水珠、渗透和润湿等状况，测试结果为无漏雨现象。

2.2 动态真人淋雨性能测试

项目组组织专业人员在淋雨棚中进行测试，测试当天气温为-2～6℃，降雨量为（20±3）mm/24 h，按照日常真人作业工况下的填埋和行进等动作展开连续2 h测试，每隔10 min观测并记录所穿样衣内层渗透润湿情况。3名受试者的穿着体验表明，该雨衣挺阔、手感平滑、穿着舒适，不影响动作灵活性（如行走、下蹲、弯腰等），能够有效防雨。此外，该雨衣面料及款式设计具有一定的防风保暖能力，穿着时无漏风现象。对服装部位包括帽子、肩部、袖子、主身、裤子及其他分别进行连续2 h，每隔10 min观测记录的防雨性测试，结果均无漏雨现象。

2.3 冲锋衣暖体假人性能测试

锦纶防水透气型PTFE膜复合面料冲锋衣测试示意见图5。-25℃环境下的PTFE冲锋衣热阻测试结果：空气层热阻0.52 clo，总热阻3.75 clo，基本热阻3.32 clo，相对热阻3.99 clo。冲锋衣的总热阻较高，其隔热性能及保暖性较好。

图5 冲锋衣测试示意图

原因可分为两方面：一方面，透气型膜复合面料本身就具备优良的耐寒性能，作为服装面料可以有效地减少热量散失，但是热阻较高会导致其散热性较差；另一方面，基于以上问题，该冲锋衣还在上衣口袋以及下装裤子进行了通风开口设计，而冲锋衣的相对热阻较高也是基于其服装的特殊设计。人体胸部是主要的散热部位之一，冲锋衣对前胸口袋角度设计进行了调整，减少了覆盖面积，可以加快外界环境和服装之间的空气流动，便于散热散湿，同时口袋结合了拉链设计，需要通风透气时可打开拉链，需要保暖保温时则可闭合拉链。内外层协调作用可以起到防风保暖的效果，能够达到腰腹、前裆以及小腿部位的热湿平衡要求。总体而言，使用者可以根据自身情况对该冲锋衣进行自由调节，该冲锋衣兼具较好的保暖和散热透气性能，能够保持人体的热舒适性。

本项目开发的冲锋衣保暖性较好，在服装结构设计方面也有所创新，兼具保暖性和透气性。

2.4 批量真人试穿试验结果及改进建议

（1）雨衣试穿试验结果

将雨衣在0～40℃地区进行日常作业穿着试验。试穿结果总体评价是穿着舒适度较好，材质面料满足野外作业任务的需要及防雨需求。雨衣款式简洁、穿脱方便，有良好的防雨效果，在作业过程中可以起到很好的防雨防风作用，整体效果良好。针对反馈的建议，项目组组织技术人员及时进行分解与意见清零，反馈建议与解决措施见表3。

表3 雨衣试穿反馈建议与解决措施

（2）冲锋衣试穿试验结果

将本文研制的冲锋衣在-25～-15℃地区进行日常生活和室外作业状态下的试穿，试穿结果反馈如下：服装穿着舒适度较好，材质面料能够满足作业的需要。该冲锋衣夏季可以防雨，冬季可以避风雪，在作业任务中可以起到很好的保暖防风作用。相比较普通的服装，其抗风雪的能力有显著提高，整体效果良好。针对反馈的建议，项目组组织技术人员及时进行分解与意见清零，反馈建议与解决措施见表4。

表4 冲锋衣试穿反馈建议与解决措施

3 结论

综上所述，锦纶防水透气型PTFE膜复合面料因其拥有“三明治”结构，上层为锦纶66，中间层为防水透气型PTFE膜，里层为20 D锦纶针织布，其整体具有较好的防中雨性能和一定的保暖性能。在此基础上，所研发的雨衣、冲锋衣款式结构基于人体作业动作，符合人体工学设计，穿脱方便，基本已满足日常作业时的穿着和使用。此外，其面料和款式结构设计等综合性能都达到预期设计目标。