（服装设计与工程专业论文）织物润湿状态下的热湿舒适性能研究[服装设计与工程专业优秀论文].pdf

北京服装学院蛳l 训，c 生论文 t e r m a l w e tc o m f o r to f f a b r i cl nw e t n e s s a b s t r a c t a so n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r so nt h b r i cc o m f o r t a b l ep e r f o r m a n c e ， t h e r m a li n s u l a t i o no fw e tf a b r i ci ss t u d i e di nt h i sp a p e r w ec h o s et h e e x p e r i m e n t a t i o n o f p a r t i a l w e tf a b r i c s c l a m p e db yh e l i o t y p e s ，a n d s e l e c t e ds e v e np i e c e so fw o v e nf a b r i cc o m p o s e db yd i f f e r e n tf i b e lf i v e p i e c e so fk n i t t i n gf a b r i c s ，t e s t e d t h ef a b r i c se l e m e n t a l p r o p e r t i e s a n d f a b r i c s v a l u eo ft h e r m a li n s u l a t i o n r e s p e c t i v e l y o nt h ed i f f e r e n tw e t c o n d i t i o n ，m e a n w h i l ea n a l y z e dt h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ev a l u eo f t h e r m a li n s u l a t i o na n dt h a to f w e t n e s s b yt h i sw a y , w eh a v el i s t e dt h e c o n c l u s i o n sd e s c r i b e dt h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ev a l u eo ft h e r m a l i n s u l a t i o na n dw e t n e s s ，a n dg o tt h ed r yh e a tl o s s t e s t e dt h ee v a p o r a t i o n r a t eo ft h e s ef a b r i c sw i t hw h o l e - w e t n e s sa n d h a l f - w e t n e s s ，a n dc o m p u t e d t h ee v a p o r a t i o nh e a tl o s s a tl a s t ，w eg o tt h et o t a la m o u n to fh e a tl o s so f t h ef a b r i c sw i t hd i f f e r e n tw e t n e s s k e yw o r d s ：t h e r m a lw e tc o m f o r t ，t h e r m a l i n s u l a t i o n ，w e t n e s s ， e v a p o r a t i o nr a t e ，h e a tl o s s 2 北京服装学院顾士研究生论文 0 前言 随着科技的发展，现代人要求服装不仅是一种能表现自我、释放个性的载体，更应该 是维护与促进健康，调节心理情绪的有机体。基于这样的市场需求，设计师有必要从服装 的服用舒适性角度去重新认_ i ： 设计的拓展空间及各种制约因素，使设计更符合舒适卫生需 要，满足消费者的需求。服装科学的研究者们则应该更进一步的对服装舒适性的理论和实 际应用进行研究，为设计师提供更加可靠有力的理论依据。 热湿传递性能是影响纺织品和服装穿着舒适性的最关键因素之一，也常是决定某些特 殊功能性服装使用性能的主要因素。服装热湿舒适性是人、服装、环境之间的生物热力学 的综合平衡，是环境气候条件、人体活动水平、服装款式和服装材料性能等多种因素的综 合协调。其中，构成服装的物质基础服装材料的热湿传递特性是影响服装舒适性的重 要因素。在热湿条件下，服装的综合散热、散湿性能对人体热平衡起着重要作用，研究服 装热湿舒适性能对提高服装研究的水平和指导人们科学的选择服装都具有重要意义，研究 服装材料的热湿性能就成为重中之重。 北京服装学院颂卜研究生论文 第一章文献综述 1 1 服装舒适性国内外研究发展现状 1 1 1 人类对服装舒适性需求的历史发展 “衣、食、住、行”是人类生活的四个基本需要，穿着服装是人类特有的生活习性， 它是构成人类生存与发展的基本要素之一，服装的发展是随着人类的发展而发展的，有历 史就有服装，服装是窥视人类文明的窗口，探知社会变迁的轨迹。近年来，随着人们生活 水平的提高，对服装的审美效果、实用工效、适体性能的要求也越来越高，这为服装行业 提供了广阔的前景和发展机遇。 关于服装起源问题中的生体保护学说认为，服装的起源是人类为了适应气候环境， 远古时期的尼安德特人为了对付第四纪冰河期的寒冷开始使用毛皮衣物；而生活在沙漠地 带的民族，其服饰形式是用衣料从头到脚遮盖起来，以防止水分的蒸发。虽然人类懂得以 服装来适应外部环境变化，达到舒适感已有几十万年的历史，可真正懂得服装舒适性的原 理并建立起相关的服装科学，仅有半个多世纪的历史。【2 1 在二次世界大战中，参战各国士 兵都经历了不曾经历过的极端低温和高温、列车、轮船、飞机等恶劣环境，使人们进一步 认识到了服装在舒适感调节方面的重要性，于是各国都开展了人与环境、服装的研究。2 0 世纪6 0 年代以来，随着合成纤维的广泛应用，服装的穿着舒适性日益引起人们的关注， 常规合成纤维制品使用中所产生的闷热感促进了对服装舒适性能的研究。 随着科技的发展，现代人要求服装不仅是一种能表现自我、释放个性的载体，更应该 是维护与促进健康，调节心理情绪的有机体。基于这样的市场需求，设计师有必要从服装 的服用舒适性角度去重新认识设计的拓展空间及各种制约因素，使设计更符合舒适卫生需 要，满足消费者的需求。服装科学的研究者们则应该更进一步的对服装舒适性的理论和实 际应用进行研究，为设计师提供更加可靠有力的理论依据。 3 1 目前舒适性一词包括耐久性、安全性、生理舒适性、心理舒适性和机械性能。服装 舒适性通常是指心理上的舒适和生理上的舒适。心理上的舒适包括色彩、款式和对某种场 北京服装学院髓j 研宄生论文 合穿着的适合性；而生理上的舒适包括热湿舒适性、触觉舒适性以及服装的适体性等。它 们各有所重又相辅相成。因此，现代理念上的服装已成为综合性科学或交叉科学。服装在 工程学方面与人体解剖学、工艺设计学、材料学、形态学、卫生学、物理学、数学及运动 学和产品设计学等有关。其中服装的舒适性则成为涉及到人服装环境这一相互关 联的系统的问题。 1 1 2 人体生理、心理与服装舒适 在人一服装一环境这一系统中，人一包括心理的或生理的，是系统的核心。狭义上， 服装舒适性主要是指生理上的舒适性。【4 j 生理舒适性主要包括温度性舒适、接触性舒适与 适体性舒适等。其中，温湿度性舒适是指服装在外部环境条件与身体活动条件的共同作用 下，发挥其调节体温的功能，使人体保持热平衡。服装的接触舒适性指服装与人体皮肤接 触时，服装( 面料) 的触感舒适程度，包括由皮肤触觉神经术梢感知的力学( 机械) 触觉 舒适性和由温度等感觉神经末梢感知的热湿接触舒适或瞬时接触冷暖感。服装的适体性舒 适包括服装的尺寸合体性与运动的自由度等几何、力学角度的舒适程度，其中后者的一部 分又常归为服装压问题，主要由服装材料的弹伸性和服装的结构决定。在以上三种生理舒 适性种，服装的温湿度舒适性是最基本，最核心的问题。 通常，用人体体温、( 平均) 皮肤温度和人体新陈代谢来表示人体的生理学舒适性。 ”l 和其他恒温动物一样，人类具有热平衡调节控制系统，不管外界环境温度有多大幅 度的变化，体温可以维持在基本恒定，人主要是依靠调节向环境散热的速度或散热量来维 持体温恒定。高等动物和人能维持生存的极限体温，称为临晃体温，人的临界体温上下限 分别是4 3 2 5 。人体各部位温度并不相同，通常所说的体温是指人体内部的温度，正 常人体体温有明显的昼夜周期性变化。 服装卫生学研究中，在分析人体热平衡状态时，通常以皮肤温度、主观感觉等整理指 标来综合评价冷热及舒适性。 皮肤温度并非固定不变，除了受体热产生量的影响外，还受服装保暖性、环境温度的 影响。同时由于人体各部位体热传递散失不均匀，所以人体表面的皮肤温度也不相同，在 实际的一些计算中通常使用按各部位体表面积比率加权得出的平均皮肤温度。在评定人体 冷热状态时，不仅要分析体温和平均皮肤温度，同时要观察各部位皮肤温度的临界值和温 度差。当躯干皮肤温度和手脚差超过1 7 时，就会产生手脚疼痛以及全身发抖反应，人体 任何一处皮肤温度下降到2 。c 是寒冷耐受的临界值。 1 北京服装学院硕士研究生论文 需要指出的是，在高温环境中，利用皮肤温度作为舒适感觉和环境热作用强度的指标， 只能允许在出汗之前，一般认为皮肤温度为3 4 5 - 3 5 5 o c 是出汗的临界温度，在进行重体 力劳动时，皮肽温度不：直作为环境气候热强度的评价指标，因为肌肉活动本身使血液供应 发生改变。 人体热能来自于食物摄取，但食物中的能量只有小部分转移给三磷酸腺苷( a t p ) ，而 大部分( 6 1 ) 最终以热能形式释放出来，而a t p 把能量转换给组织细胞时，其效率也不 足2 5 ，其余7 5 左右仍以热能形式散失，所以人体每天所摄入的营养物质，大部分是转 化成热能，这些热能连续不断地供给机体补充经体表或其它途径散失到外界环境中的热 量，以维持人体生命所必需的适当的体温。 人体代谢产热量( ) 部分转化为外部机械功( w ) ，主要转化为体内热量( h ) ，它与 人的活动水平有关，通常以耗氧量来量度。 m = w + h = o 8 6 4 * ( o 2 3 r 一0 7 7 ) 5 8 7 v 。 ( 6 0 a )式( 卜1 ) 上式中，r q - - - 呼吸商= 呼吸产生二氧化碳量吸入氧气量；v 0 2 - - - 标准状态下吸入氧气 量( 1 m i n ) ：a - - - 杜波斯人体表面积( m 2 ) ；a = o 2 0 3 g “5 h 。”；g - - - 人体体重( k g ) ；h 一 人体身高( m ) 。 已有的研究结果表明，人体热舒适最基本的条件是维持人体热平衡，即人体自身产热 和向外界环境散失热量之间能量交换之间的平衡。根据f a n g e r 舒适方程，当人体达到热 平衡时， f ( h a ，i c l ，t a ，t m r t ，p a ，v ，t s ，e s w a ) = o式( 卜2 ) 其中，h 人体内的产热量；a - - - 杜波斯体表面积；i c l 一为服装的隔热值；t a 一 气温；t m r t 平均辐射热温度；p a - - - 水气压；v - - - 相对风速；t s 一平均皮肤温度； e s w a 一由汗液蒸发所引起的单位体表面积的热损失。 6 1 环境无法或不便改变，人体又无法自调节适应时，服装起到了人体自身难以实现 的作用。从生理学角度来看，服装最重要的目的是进行身体的体温调节，使人体在与环境 的适应过程中处于平衡状态。不论是外部环境气温高低，通过服装的调节应使身体表面的 气候( 微气候) 处于适宜的状态。同时要保证良好的瞬时接触舒适及适当的质量、压力、 机械接触感。 人穿着服装的舒适感不仅取决于其生理状态，而且与其着装时的心理状态有关。所谓 心理上的舒适性是侧重使人心理上的某些希望和要求得到了满足的特性。包括个人的历 史，过去的经验，生活习惯以及对穿着效果的期望度等多种因素的影响。 北京服装学院硕 研究生论文 1 1 3 环境与服装舒适性 能够对穿着舒适感产生影响的环境包括自然环境和以人文为特色的社会环境( 如社会 时尚、教育、人际关系、劳动关系等) ，目前对环境因素的研究主要集中在自然环境方面。 在包围人体以及服装的环境中，能对人体产生影响的因素很多，一般认为，气温、湿 度、风和太阳辐射是组成环境气候的四项基本要素。气温的表示方法一般有摄氏温度、华 氏温度、绝对温度三种。湿度一般可用水气压、绝对湿度、相对湿度、露点温度表示。风 的特征参数包括风向和风速，它对热量和汗汽的传递有重要影响。大气上界的太阳辐射热 能，其范围在l ，8 2 0 卡平方厘米分，包括红外线、可见光和紫外线三种，其中红外 线的作用最大。 不过在服装发明后，多数情况下环境因素并不是直接作用于人体，而是通过服装间接 地作用于人体，人体所感觉到的应为服装和人体表面皮肤之间的微气候。t 4 j h 艮装内微气候 通常是指为了适应外界大气环境，人在穿着适当的服装时，在人体与服装之间形成的与外 界气候不同的特殊的局部气候。广义上，它是指人体皮肤与最外层服装表面之间所形成的 空气层。包括空气层的空气温度、湿度和气流分布，甚至包括微小空间内空气的成分等。 狭义上，是指人体皮肤与最内层服装之间的空气层。 ”当穿着适当的服装感觉舒适时，身体躯干与服装之间微气候温度约为3 2 。c ，相对湿 度约为5 0 ，气流几乎静止，即约小于o 2 5 r n s ，这就是所谓的标准气候。服装能形成舒 适服装微气候的基本条件为：寒冷时能抑制人体传导、对流和辐射放热，吸收外界的辐射 热：暑热时，能促进人体传导、对流和辐射放热，遮挡外界的辐射热：暑热时能积极促进 蒸发散热，寒冷时适当促进蒸发；适当换气，以免皮肤呼吸排出的二氧化碳浓度过高而产 生不适。 1 2 服装( 织物) 热湿舒适性国内外发展现状 服装( 织物) 的热湿舒适性是服装舒适性诸多方面中最基本最核心的部分，目前我们 所谈到的服装舒适性，多数是指其热湿舒适性能。 人们对纺织品和服装的热湿舒适性能进行科学研究才仅有几十年历史，在这几十年 中，国内外许多学者在舒适性机理、测试仪器、实验方法、生理因素、心理因素、环境条 件、纺织品性能和结构与舒适性的关系等方面做出了大量的研究工作，取得了大量的研究 5 北京服装学院硕i 一研究生论文 成果，确定了多种衡量服装热湿舒适性评价方法。口j 早期的热湿舒适性评价主要是一种主 观感觉，是服装、环境、人体多种因素的综合，涉及的因素很多，且许多因素难以定量测 量，所以，前期主要采用定性或定性兼描述评价。1 9 2 3 年，y a g l o w 蝉j 提出了感觉温度指标， 得到感觉温度图表。后来美国气象局的j f b o s e n 【9 】提出不快指数。1 9 4 1 年，g a g g e 等人1 1 0 】 提出了克罗( c l o ) 这一服装热阻的单位，用来评价服装防寒隔热的性能。1 9 6 2 年， a h w o o d c o c k 提出用服装透湿指数( i m ) 作为热气候条件下穿着舒适与否的评价标准。 2 0 世纪6 0 年代，美国著名服装生理学家g o l d m e n 将服装的热阻和透湿指数结合起来，进 一步提出服装的蒸发散热效能指数，并建议用热阻、透湿指数和蒸发散热效能指数作为服 装的热湿舒适性物理指标，来制定不同气候条件下的着装标准。】6 0 年代末，丹麦的f a n g e r 教授建立了考虑人体、服装和环境三个方面六个要素的热舒适方程、舒适图和七点标尺系 统。 2 1 7 0 年代，主要是建立某种测试装置或仪器，测试某一指标作为评价服装穿着热湿舒 适性的依据。从7 0 年代后期开始，关于服装的热湿传递性能以及热湿舒适性能的研究进 一步活跃，除以生理学方法、人体穿着实验方法和仪器模拟实验方法外对热湿舒适性以 及冷暖感、湿感等进行了大量研究外，并采用计算机模拟技术，使人、服装、环境之间复 杂的热湿交换过程得到了精确的计算。7 0 年代以后，逐步认识到人一服装一坏境是一个不 可分割的系统。单一指标的测试和评价存在片面性，必须从多个角度展开全面研究。进入 2 0 世纪8 0 年代，阐明人体热湿调节机理的热湿生理学方法开始在服装研究领域应用，人 工气候室研究的进一步发展。8 0 年代中期，国际标准化组织( i s o ) 的t c l 5 9 研究组制定 了一系列的标准，以评价工人在工作场所热负荷是否处于安全范围之内，包括非显汗条件 下( i s 0 7 7 3 0 ) 、高温高湿条件下( i s 0 7 2 4 3 ) 和剧烈出汗条件下( i s od i s7 9 3 3 ) 的标准。 长期以来的大量研究工作主要集中在稳态热湿条件下进行，并取得了一定的成果，到 目前为止在这方面已经有了比较成熟的实验方法和有影响的指标。但实际上人体的散热散 湿并非总是在稳态条件下进行，这时需要研究的是织物的动态热湿舒适性能。 1 1 2 1 织物的吸湿排汗方面的舒适性主要是与皮肤和织物构成的微环境中热和水汽的传 输有关。这问题不但在炎热的夏季明显，而且在寒冷的环境中也显得很重要。据报道， ”3 j 在剧烈运动之后，湿气在衣服上的聚集量有时多达1 0 ( 水汽造成的重量增加) ，通常 湿气增加3 一5 ，就足以使穿着者产生不舒服的感觉。所以，织物湿舒适性是人体出汗 这一生理现象的必然需求。人体出汗可分为非显汗和显汗。【1 4 】所谓非显汗是指与汗腺活动 无关，人体每时每刻从皮肤不断渗出的由皮肤蒸发的水分。显汗是指当外界温度等于或超 过皮肤温度或者人体进行激烈活动时人体汗腺分泌的汗液。在非显汗时主要是汽态水分的 北京服装学院硕士 i j | 宄生论文 传递当显汀量较少，织物与皮肤接触很小，使皮肤表面液态水未能渗入织物中，在皮肤 卜汽化，以汽态传递为主。当显汗量逐渐增大，织物与皮肤接触较为密切时，织物中湿传 递的两种机理同时出现即水汽和汗水( 未蒸发部分) ，以液态传递为主。 人体状态的改变或气候条件的变化，都会影响人体热湿平衡，织物中的热湿传递更是 个动态的变化过程，相互影响。织物在人体环境系统中起着热湿交换的媒介调节作 用，所以，织物的热湿性能关系到人体皮肤的热量损失和皮肤表面湿气和汗液的排泄。当 人体处于激烈的运动时流出大量的汗以保持体温的相对稳定。此时织物的湿传递性能将直 接影响到舒适性。在人体服装环境体系中， 15 , 1 6 , 1 7 1 汗液将以两种方式向外界散发： 1 汽相传递方式：非显性水伴随着纤维材料吸湿并通过织物的空隙向外扩散形成汽相 传递途径，这将受到纤维吸湿性能和织物通透性能的影响。 2 液相传递方式：织物吸收显性水，并由织物表面蒸发放湿，形成液相传递途径，这 将受到材料性能，形态及结构等囡素的影响。 汗液蒸发散热是人体机体能够直接调节控制的有效方法。1 1 8 1 研究人员已经提出了一个 综合指标动态热湿比，来评价潜汗蒸发条件下织物热湿综合传递性能。织物的传热传 湿过程是相互影响的，采用常规静态实验方法得到的传热、传湿数据难以有效的区分和评 价面料的热湿传递性能。单纯性热传递和湿传递只考虑织物两侧形成的温差或水汽浓度 差，而织物两侧的温湿差是同时存在的，在织物中热量和水汽是同时存在并相互作用，为 了更好模拟实际穿着情形，应采用热湿同时测定的方法。同时，一般纺织材料热阻与湿阻 不是相互独立的，而是有相互关系的。热阻与湿阻呈线形关系，热阻愈大，其湿阻愈大。 尽管在织物中显热传递过程和水蒸气传递过程机理时不同的，但它们都与织物中空气的对 流状态有关，及传导传热和对流传热和分子扩散与对流传湿是正相关的。目前织物在润湿 状态下的热性能研究主要集中在以下几方面：纺织品和服装的热湿传递性能及其对舒适性 的影响；纺织品动态湿传递的研究以及新的实验方法和装置的研究。我国在这方面的研究 始于8 0 年代，当时主要是从测试仪器、新型材料及导热排汗新产品的开发和研究入手。 目前该课题仍是我国近期纺织科技发展的重点。 1 3 服装( 织物) 热湿舒适性的研究方法和测试设备 1 3 1 服装( 织物) 热湿舒适性的研究方法 服装( 织物) 热湿舒适性的评价测试主要集中在三个方面【1 9 1 ：织物单纯传热传湿和服 北京服装学院硕1 研究生论文 装透气透湿的研究：着装人体生理学研究：着装人体心罩学研究。主要有物理指标评价方 法、暖体假人法、生理学评价法、心理学评价法、综合评价法、微气候参数评价法。 以上方法中，目| j 在对纺织品和服装进行热湿舒适性的评价时，在稳态的条件下，多 采片j 物理指标评价法，织物静态热湿性能评价指标综合为热阻、湿阻、透湿指数与蒸发散 热效能：透湿指数消除了各种织物在对比中所受织物厚度的影响， 2 0 1 透湿指数在o 一1 之 间，值越大，织物对气候环境的适应能力越强，越易在高温高湿的环境中维持人体的热湿 平衡；蒸发散热效能指数描述了织物热阻对透湿的交叉影响，其值越低，透湿性越差，透 湿指数和蒸发散热效能指数是静态热湿舒适性能的综合评价指数。一般来讲，1 2 1 1 织物的保 温性能主要受织物的纤维特性和组织特性的影响。织物的纤维特性指纤维类别、细度、长 度及表面性能等：组织特性指织物的构成方式、厚度、密度、透气性、含气性、克重等， 其中，织物的组织特性影响较大，尤其是组织特性中含气性的影响。此外，纤维特性也有 一定影响，如热阻较大( 即导热性较差) 且拒水的纤维构成的织物其保温性能较好。【2 2 热阻值( 即c l o 值) 具有如下特点：c l o 值从人体、服装和环境这一系统出发，考虑了人 体的生理因素，心理感觉和环境气候条件，并可转化为物理意义上的单位面积热阻指标， 其通俗解释易被非专业人士所接受，所以这一指标具有先进性和实用性；c l o 值除反映了 纺织材料本身的隔热效果外，还反映了内空气层介入的影响；c l o 值虽然是一个先进合理 的指标，但要精确测得合乎定义的c l o 值较为困难，测试结果的一致性较差；此外，c l o 值的计算中将蒸发潜热流排除于总热流之外，从而使得与实际情况有很大差距。 【2 0 】暖体假人是进行服装隔热值实验研究的理想测试设备，可以经受任何试验条件，可 按需要进行连续试验来多次重复试验，试验结果稳定，误差小，测定指标为克罗值和透湿 指数，但到目前为止，其模拟出汗装置还不能达到汽热同时进行。 生理学评价方法是通过生理参数的变化来评价服装舒适性，主要指标有：体核温度、 平均皮肤温度、代谢热量、热平衡差、热损失、出汗量、心率和血压等，但有人认为生理 学方法的可重复性差，不大适合服装舒适性的评价。 心理学评价方法即主观感觉评分法，它是对客观评价方法的补充及检验，其方法是预 先设计好问卷调查表格，让受试者通过穿着实验根据自己个人的心理感觉对穿着服装的舒 适性感觉指标进行舒适感觉评分，但指标的确立和标尺的划分是心理学评价方法的一个重 要环节，目前还没有一个很完善或公认的方法。 综合评价法中，其中一种是对所测基本指标进行了主因子分析，并采用方差最大的正 交旋转法旋转，从而获得具有明显独特物理意义的两个因子，主因子1 与人体皮肤湿润率、 北京服装学院硕i 研究生论文 微气候区相对透湿速率、综合透气速率成正比而与衣内湿度、衣内水汽分压成反比，是描 述服装综合性能的，其值越大，服装的透气能力越好，服装的湿舒适性能就越好，主因子 2 与人体的皮肤温度、衣内温度、衣内基本有效温度都成正比，是描述衣内综合温度的指 标；另外一种方法是多指标评判图，织物在图中所占的面积越大，织物的热湿舒适性就越 好。尽管综合评价方法比较全而但由于操作复杂，手续繁多，所耗人力物力较大，因此应 用受至0 限甫4 。 表征服装( 织物) 动态热湿舒适性包括服装( 织物) 的接触热湿舒适性和动态热湿传 递性能。 接触热湿舒适性包括接触冷暖感和接触湿感，从物理学角度分析，服装的接触冷暖感 程度可以用一下参数来反映l 4 】： 1 ) 人体皮肤温度：既在开始穿着后各个时刻的人体皮肤温度，反映了穿着者自身胜利 状况、穿着衣服的热容量、当时的环境条件及当时的代谢水平。 2 ) 人体皮肤温度变化速率：既人体皮肤温度对时间的倒数，反映了织物当时的温度、 织物与人体的接触热阻及皮肤和织物之间的热流流动速率的大小。 3 ) 温度变化量：即织物与皮肤接触后引起皮肤温度的变化，它仍是时间的函数，即此 刻皮肤温度与初始温度之差，它反映了织物热容量及织物的初始温度等。 4 ) 人体皮肤放出( 吸收) 的累积能量：从穿着时刻开始，人体皮肤由于温度降低( 升 高) 而放出( 吸收) 的累积总能量，在数学上，它可以用热流量对时间的积分来表示。 5 ) 产生温度变化的皮肤面积差异率：在服装穿着过程中，总有一部分皮肤是不与服装 接触而直接与环境接触，如头部、前臂及手部，不同状态下，产生温度变化的面积区域不 同，而且温度变化区域与其它裸露区域的比率不同，产生的冷暖感评价也不同，这种差异 率形成一种反差和对比。 6 ) 产生温度变化的皮肤温度差异率：与服装接触的皮肤温度必然和裸露部位的皮肤温 度不同，如果这种差异较小或没有差异，则可能引起的冷暖感较弱或不弓i 起冷暖感，因此， 这也是一种反差和对比，这些反差和对比，在一定条件下可能对储存在大脑中的标准信息 模块的参照标准起校核零点的作用，因此它在决定接触冷暖感时常起到重要作用，正因为 如此，在温暖环境中和在寒冷环境中将同一温度的服装与人体皮肤接触时，得到的冷暖感 判断将是不同的。 7 ) 环境温度：环境温度尽管不直接引起着装皮肤温度的变化，但会作用于人体皮肤裸 露部位，从而对冷暖感的形成一个对比作用，它是上述皮肤温度差异率的物理原因。 北京服装学院顾l 研究生论文 8 ) 时1 、h j ：随着时问的发展，以上各参量都在变化，而且在不同时刻体现的特征也可能 不同。 前4 个参数都是时间的函数，这5 个参数组成了物理学领域的冷暖感热血空间一时间域。 从心理学角度分析，人体对服装冷暖的感知可以得到以下一些反映心理特征的模糊变 量： 1 ) 冷度和暖度：根据皮肤温度变化量的正负及大小按一定的函数来确定。正为暖，其 值大则暖度大；负为冷，其值绝对值大则冷度大。 2 ) 激冷度和激暖度：根据皮肤最大温度变化率、按定转换关系所得函数值的正负及 大小来确定。正为激热度，负为激冷度。 3 ) 冷反差和暖反差：评价区域皮肤温度与参比区域的温度对比，由以上模糊变量组成 的三维坐标。 大多数穿着情况下靠近皮肤的空气温度高于环境温度而相对湿度较低，当皮肤和含湿 高的织物接触时，会产生湿感，这是造成服装穿着不舒适的一个基本原因。研究发现，湿 感与纤维的吸湿性有关，纤维的吸湿能力决定于多加水分在织物中的形态，是附着于纤维 表面的液态水还是吸收入纤维内部的分子结合水。对于吸湿性好的纤维( 如毛纤维) ，其 解吸扩散的散湿过程是水先从纤维内部扩散至织物内部空间，再扩散到环境中，而对于 吸湿性差的纤维( 如涤纶) 多加水都表现为织物结构中纤维表面外的液态水，故水分的散 失主要实在纤维表面上的蒸发，水分从纤维表面蒸发要比从纤维内部解吸更快。蒸发散湿 使织物冷却，织物湿感的可觉察差异和皮肤表面的温度降低有一定关系，皮肤温度降低越 多，则感觉织物越湿，故吸湿性差的织物通常湿感较强。 在动态热湿传递性能方面，许多学者采用微气候理论，即指人体与服装之间的微小气 候是影响人体舒适性的最直接的因素，为了模拟人体出汗时的衣内微气候的变化，研制了 各种不同的微气候仪，通过对含湿热体在动态热湿传递过程中微气候区内热流曲线和湿度 变化曲线的研究，可以得出，【4 】织物的动态热湿传递过程中的反映动态热湿舒适性的几个 指标：初始热流量b o ( 反映了织物的热阻特性) ，微气候区初始相对湿度r i 0 ，热流曲线上 升斜率k “s 和湿度曲线上升斜率k 肼s ( 反映了模拟出汗后试样的吸湿阻碍水分蒸发以及吸湿 放热造成的热流变化) ，反映接触过程中热量损失反差大小的最大热流量与热流初始值的 差厂一h l ，( 该值与接触冷暖感的强度有关) ，湿度最大值r h 。，反映出汗结束后服装中滞 留的汗液继续蒸发性能的热流曲线下降斜率及湿度曲线下降斜率，湿度曲线包围面积以及 各阶段消耗的时间t 。 北京服装学院埘卜州究生论文 在动态热湿传递方面，目前还没有公认的指标，【20 | 有人提出以汽相缓冲系数衡量织物 对人体皮肤表面汗汽的吸收和输送能力，液相缓冲系数表示织物吸收汗水、蒸发放湿能力 的大小，其评价指标为b ，r ( 出汗后微气候中温度下降至最低后的回复角的正切值) ：另外 有人选顶服装面料服用性能综合评判论域h = ( 透湿性、吸湿性、热传递性、悬垂性、抗 皱性) ，用模糊综合评判的方法预处理，模糊综合评判的关系式为b = a “r ，b 为综合评判 结果，a 为各项指标对织物服用性能效果的影响权重系数集，r 为模糊服用性能评价效果 与指标面的模糊关系矩阵。但由于这些指标过于繁杂且计算的可重复性差而未的到广泛的 有实际意义的应用。 服装的动念舒适性问题比气稳念时影响因素更多，虽然近年来国内外已有不少科技工 作者对其进行了一定研究，但由于研究方法尚不成熟，对动态下热湿传递规律认识尚不全 面，因此仍需要做大量进一步的研究工作，例如研究接触冷暖感时，主要模拟人手的触感， 这与人体其它部位的触感是有较大差异的：另外，对动态热湿传递的研究，多针对夏季轻 薄单层织物以及暖气候条件，对于冬季低温状态下穿着多层厚型织物进行强度高的运动时 出汗后热湿的动态传递情况及人体的舒适性则极少有人进行研究，这些问题都需要广大科 研人员做进一步的探讨。 1 3 2 服装( 织物) 热湿舒适性的测试设备 服装热湿舒适性测试初期采用的是分别测试织物的隔热值与透湿量的办法。这种测试 方法简单易行，至今仍有价值。 目前，对织物的保温性能的测试仪器较多，主要有恒温法、冷却速率法、热流计法等。 本课题使用织物热阻测试仪。【2 3 】织物热阻测试仪工作原理是等温热体的一面放置测试的织 物，热体的其他各面都有良好的隔热，测定保持热体恒温所需要的能量，记录其显示的c l o 值。冷却速率法是让织物包覆的热体自然冷却，根据冷却速率来确定织物的隔热性能。热 流计法则是将织物式样夹持在热源和冷源两个平板之间，冷源是具有高的导热性和热容的 吸热装置，使热源和冷源分别保持不同的温度，用热传感器放置于各层试样中，测量其温 度梯度，从而测定其隔热值。此外为了模拟人体的穿着，也有采用出汗暖体假人( 电加热 铜人) 的测试设备，以便测定整套服装的隔热性能。 2 4 1 影响服装热阻因素包括服装含气量 ( 服装材料内部含有的空气) 、环境( 气温、风速、大气压、湿度) 、人体活动、多层服装 等。人们在着装条件下，服装面料的热阻大小，不仅影响着它的保暖性，而且也会影响服 装的透气性。【2 ”纺织材料的保暖性很大程度上取决于纤维层中夹持的空气的状态和数量。 1 1 北京服裂学院硕j j 研究生论文 在空气不流动的前提下，纤维层中保持的空气越多，纤维层的热绝缘性能越好。对织物面 料所言，织物组织不同，其热阻也不同。织物的整理加工对织物的保暖性影响较大。 1 2 6 近年，为了模拟人体出汗时的衣内微气候的变化行为，研制了各种不同的微气候仪， 建立了评价指标，由于这些指标过于繁杂且计算的可重复性差而未得到广泛的有实际意义 的应用。【2 7 】国外己广泛采用人体出汗模拟系统作为服装及其材料热学性能的实验研究手 段。出汗模拟系统可以分为出汗平板、圆桶和假人三种类型。发汗功能的暖体铜人和微气 候仪在湿热测试中占据了主导地位。湿热透适性是生理量值，无论是分别测试或是利用微 气候装置测试都存在着综合评价的问题，如何有效的综合热阻、湿阻、织物内外层温度差、 湿度差是复杂的，因为综合评价受外界环境、生理机制的影响。 1 4 本文研究内容、意义及创新点 首先，随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们对衣着的服用性能有了根本 的改变，由以内在质量为主，讲究经穿耐用，转变为以外观为主，讲究款式和图案新颖。 近期又向注重服用性能，讲究服用舒适性的方向发展。归根结底，服用舒适性又以服装热 湿舒适性为主。 目前在对纺织品和服装进行热湿舒适性的评价时，在稳态的条件下，基本上研究工作 已比较成熟，有被大家所公认的实验测试方法和表征指标。但对于人体穿着实际情况来说， 很难达到稳态条件，基本上都是属于一个动态的过程。 动态服装舒适性比起稳态时更为复杂，影响因素更多，在人体出汗的条件下，不仅服 装内微气候温湿度发生变化，织物本身的热阻、湿阻等单项评价热湿舒适性的基本指标也 由于被汗液浸湿而发生变化，在这些基础指标的变化情况尚未研究清楚以前，综合性评价 的研究将会受到很大的艰制。并且在此前进行的研究中，基本都是织物没有被润湿的情况， 而实际穿着过程中，由于人体各部位出汗能力不同，服装各部位帖服人体状况不同，基本 上都是服装被汗液局部润湿，因此，本论文将着重研究织物的热阻在润湿状态下的变化， 用调整润湿量，结合测试各润湿织物的蒸发时间的方法来模拟织物从润湿到水分蒸发完毕 整个过程中热阻的变化，并计算整个过程中的蒸发散热量，从而找得带液量、蒸发时间与 织物热阻变化间的相关关系，以及整个动态过程中的热湿传递曲线。 目前对织物动态热湿舒适性的研究多集中于对衣内微气候区的研究以及对热湿舒适 北京服装学院颂 研究生论文 性的综合评价，而对出汗条件下织物本身基础指标变化缺乏研究，这对综合评价有很大的 局限性，而且对微气候区的研究尚没有比较完善的仪器，测试指标也过于繁杂，而且缺乏 织物本身性能公认指标的评价这给评价织物的动态热湿舒适性造成了一定的不便。本论 丈针对织物热舒适性的基础指标热阻进行研究，建立热阻一带液量一润湿面积这几个简单 易测的基础性指标的相关关系，作为一个基础性研究，将为纺织品和服装动态热湿舒适性 的研究提供一定的理论依据。本课题国内外还没有深入研究，且研究的是实际生活中的着 装状况，以期能够对面料生产厂商、服装生产厂商及消费者进行指导，为相关课题的研究 提供可资借鉴的方法和结论。 北京服装学院顾j 一 ! j | = 究生论文 第二章实验部分 2 1 织物润湿状态下热阻实验 2 1 1 实验材料选择及基本结构参数 如果要全面而精确的完成此课题，是要将天然纤维和化学纤维( 考虑机织和针织、不 同组织结构、单一原料和多种原料、混纺或交并形式等多种因素) 全部进行研究，基于本 课题的时间、设备及个人精力有限，本论文的研究分机织织物和针织织物两大种类，其中 机织织物根据已有的研究成果选择有代表性的种类，针织物以几种新型纤维织物为主。研 究这几种织物在润湿状态下的热舒适性能和蒸发散热性能，希望能够形成一套完整可行的 研究方法，为后续研究人员提供一个借鉴。实验试样的选择要考虑到影响机织棉织物的各 个因素包括成纱形式、纱支、克重、单位面积质量、密度、织物组织结构、厚度和后整理 等。 2 1 1 1 实验用机织织物的选择 从织物的纤维组成方面考虑，目前，随着纤维科学的不断发展，服用织物的纤维种 类日新月异，除了传统的天然纤维，人造纤维和化学纤维之外，各种新型材料也不断应用 到民用纺织品中，加之不同的混纺配比，多变交并形式，因此，我们所能见到的织物可以 说是千变万化，种类繁多。但作为科学研究，不可能把这些织物全部拿来进行测试，只能 从中选取有代表性的种类。虽然有许多新型纤维的出现，但在民用服装方面，基本的材料 仍以传统纤维为主，而且大多数新型材料也是对传统材料的物理或化学改性，因此本论文 中所选择的市售机织织物基本上都是传统材料的常见织物。由于本论文研究的是织物在润 湿状态下的热湿舒适性能，因此织物的吸湿机理、水分子在织物中的吸附状态和织物及纤 维在吸湿后的结构变化都会对测试结果产生一定的影响。【28 伍德科克和迪伊研究了潮湿的 服装层并得出结论：由于水的导热系数比一般纤维材料都大得多，所以织物的热阻会随吸 湿量的增加而减小，但是吸湿性织物较之拒湿性织物出现的周期要短些。根据已有研究结 1 4 一 北京服装学院硕士研究生论殳 果，假定含湿材料系统中的水分含在纤维材料内或附着在纤维表面上，织物内纤维以一束 束平行方式排列，那么含湿纤维的导热系数可以根据下式得出： k = ( 1 v w ) 术k o + v w 州( w式( 2 1 ) 式中：k 纤维一空气一水组合体的导热系数； k n 干燥时整个组合体的导热系数； k 、r 一在次相同的组合系统中水的有效导热系数； v 、厂在整个组合体系中水所占的体积分数。 推导上述方程的基本假定是：系统中的水分含在纤维材料内或附着在纤维表面上。其 中k 。、v 、v 都可以测出，但系统中水的有效导热系数却比较难测定。由于织物纤维本身的 结构、化学组成不同，它们与水分子作用力各异，加上织物结构不同，因此吸湿性和吸湿 机理不同，所以水在织物中的三种存在方式结合水、中l 到水和自由水所占的比率也不 一样。结合水是纤维分子键合的水分子，它们靠氢键或分子间力紧密结合在纤维分子上， 这部分水在与大分子结合时放热从而进入一个稳定的状态，它们在冰点不结晶，也不会在 沸点蒸发汽化；中间水是由于结合水分子之间存在氯键作用而被吸附在结合水之外的水， 它们的沸点和冰点也分别要高于1 0 0 和低于o ，当织物与热体接触时，它们会从皮肤 吸热而脱离织物并按照中间水一结合水、水一皮肤的相互作用力不同而重新分配；中间水 之外的水称做自由水，由于浸泡、淋湿等原因，它们会暂时地被吸附于织物上，分布在中 间水之外，但由于它们与织物间的作用力非常微弱，故称之自由水，它们在热力学上与普 通水有相同的相变点。由于这三种水分子的热力学性质不同，当它们以不同比率存在与整 个织物体系中时，会导致该体系中水的有效导热系数的不同。因此上述方程适用于织物材 料受压0 o l 至1 0 p s i 时，含水量直到1 5 的条件下的棉、尼龙、聚丙烯腈、羊毛以及毛和 这些纤维的混纺织物，另外根据美国陆军纳蒂克研究所的进一步实验，发现织物内部的空 气被水蒸气所取代时，织物隔热能力的下降幅度比根据水蒸气的比传导率推算出的结果还 要大，他们推论为这与水蒸气易于在纤维表面凝结成液膜的缘故有关。因此上述方程在实 际应用时，水的有效导热系数是很难确定的。在常用服用纤维中，根据吸湿基团的不同， 大致可以分为纤维素类( 包括天然纤维素和人造纤维) 、蛋白质类两种，而大部分的合成 纤维则不具有吸湿基团，其吸湿性基本上一对水分的吸附为主。因此对实验材料的选择也 分为纤维素纤维、蛋白质纤维和合成纤维三大类。另外，由于纤维在吸湿后会发生膨胀， 特别是在直径方向膨胀较多，一些资料给出，1 2 4j 纤维在充分润湿后截面积的增长率：棉为 4 5 一5 0 ，羊毛为3 0 3 7 ，粘胶为5 0 0 o - - 1 0 0 。纤维的吸湿膨胀会使织物变厚，而织 北京服装学院硕l j 研究生论史 物厚度是影响织物热阻的一个重要因素，通常织物的厚度与热阻成良好的线形关系，因此 可以通过直接测量整个含湿体系的总热阻来研究吸湿膨胀和水分存在的对织物热阻共同 影响。在常用纤维中，以粘胶纤维的湿膨胀系数最大，而涤纶纤维由于吸湿为零，基本可 以认为不存在吸湿膨胀现象，所以选择粘胶美丽绸和涤纶的斜纹织物作为两个极端的特 例，另外选择棉、毛、涤毛混纺三种斜纹织物作为比较。 对于市售织物，纱形式、纱支、克重、单位面积质量、密度、织物组织结构、厚度和 后整理这些方面的因素很难控制，所以只是都以美丽绸的组织结构为基准选择了斜纹织 物。由于织物的热阻主要决定于厚度和含气量，因此纱形式、纱支、克重、单位面积质量、 密度、织物组织结构、厚度等的影响均可归为三个因素厚度、平方米重和体积重量， 而体积重量是由厚度和平方米重决定的。因此在数据处理时将热阻值换算为单位厚度、单 位平方米中的热阻，而对其他因素的影响，由于前人已经对此做过大量的研究，得出了比 较公认的结论，本论文就不再进一步测试和讨论。 本论文还选用了一块本院高绪珊教授所开发的新型分形涤纶织物，另外，根据织物吸 湿快干的原理设计了一块超细涤纶和粘胶的交织织物，该织物一面为涤纶纤维纱线，另一 面为粘胶纤维纱线，与以上市售传统织物进行比较。 2 1 1 2 实验用针织织物的选择 针织物由于其突出的舒适性，在日常生活及运动服中得到了广泛的应用，但是对于针 织织物热湿舒适性的研究却很少，其结构上的不稳定给测试带来了一定的困难。要使服装 在人体出汗量较大的情况下提供良好的热湿舒适性，其所用织物不仅要具有优良的吸湿吸 水性能，而且要具有导水快干的性能，因此现在许多织物采用吸水性材料和导水材料混合 使用。本院张辉老师所开发的棉和超细丙纶交并织物就具有很好的吸湿快干性能。本论文 所用的针织物以此种织物为基础，另外选择超细丙纶和涤纶的交并织物、涤棉针织物与之 进行比较。 2 1 1 3 实验用覆盖材料的选择 由于每块织物测量一次约需要3 5 分钟左右，为了防止在测量过程中水分蒸发，所以 需要将所测试样用不透摄材料覆盖，对覆盖材料的一个重要要求就是与所测织物贴合紧 密，并且其热阻尽可能小。实验前比较了保鲜膜、保鲜袋和复印胶板的覆盖效果，结果表 明，复印胶板的覆盖效果要优于保鲜袋和保鲜膜。主要因为是复印胶板较硬挺，只要面料 本身平展就较容易排出板间空气，使实验数据更加精确，而保鲜袋和保鲜膜则不然，保鲜 北京服装学院硕l j 研究生论史 膜柔软易粘，覆盖面料时容易在表面产生细纹，其中含有静止空气，不能紧密贴合于面料 之上，使测试热阻值偏大。保鲜袋的覆盖效果又差于保鲜膜，主要是由于自身材料的原因 ( 不具自粘性，空气无法很好排除) ，测试的热阻值也偏大。 因此虽然复印胶板在三者中 厚度较大，但却能提供最好的贴合性，尽可能的减少覆盖材料与织物之间空气层所造成的 结果误差。而且由于复印胶板是完全紧密的聚酯材料，内部不含空气，因此其热阻与实验 用织物相比较小，不会对实验结果产生很大的影响。 2 1 1 4 实验材料的基本结构参数 最终选定测试织物共1 0 块，不同织物