（服装设计与工程专业论文）汗湿织物的热湿舒适性研究.pdf

s t u d yo ft h es 入厂 巳a tf a b r i c s t h e r m a l w e tc o m f o r t a b s t r a c t f a b r i ct h e r m a l w e tc o m f o r ti sa ni m p o r t a n ti n d i c a t o rt oc h a r a c t e r i z et h ec l o t h i n gc o m f o r t i t h a v eag r e a ts i g n i f i c a n c ei ne v a l u a t i n gt h es t a t eo fe x e r c i s ea n dh i g l lt e m p e r a t u r e w e t t h i s p a p e rs t u d i e st h et h e r m a lc o m f o r tp e r f o r m a n c eo fs w e a tc l o t h i n g f a b r i ca f t e rh u m a nb o d y s w e a t e d w es e l e c tt h ec o n v e n t i o n a lf a b r i c s w a t e r p r o o fb r e a t h a b l ef a b r i c sa n dp o l y e s t e rs p o r t s f a b r i c f r o ms t u d y i n gp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eo fd y n a m i ct h e r m a l w e tc o m f o r t a n dw e h a v ead e e p r e s e a r c ho nb a s i ci n d i c a t o r so ft h e r m a lr e s i s t a n c e t h er e s e a r c he m p h a s i z e do nf a b r i cr e s i s t a n c e c h a n g e si nt h es w e a ts t a t eo fd y n a m i ct h e r m a l w e tc o m f o r tu n d e rt h ec o n d i t i o n so fh i d e s w e a t a p p e a r s w e a ta n da l s od i f f e r e n ta i r l a y e rt h i c k n e s s e s f i n a l l y w eh a v ed o n es o m el a b o r a t o r y s i m u l a t i o n sa b o u tf a b r i ct h e r m a l w e tb a l a n c ew h i c ht h et e s t e rw e a r i n g a n dc o m p a r e d w e t s w e a t e df a b r i c w eg o tas e r i e so fd i f f e r e n ta b s o r b e dh e a tr a t i oa s s i g n m e n tf r o me n v i r o n m e n t a n dh u m a nb o d y t h i sp a p e rh a sag u i d e ds i g n i f i c a n c ew h e nh u m a nb o d yu n d e rt h e r m a l w e te n v i r o n m e n ta n d t e np e o p l eh o wt ok e e ps a n i t a t i o n h e a l t h ya n dc o m f o r t a b l e a l s oh a v ear e f e r e n t i a ls i g n i f i c a n c e i nf a s h i o nm a t e r i a ld e v e l o p i n ga n dr e s e a r c ho ff u n c t i o n a lp r o t e c t i v ec l o t h i n g k e yw o r d s h e a tr e s i s t a n t t h e r m a l w e tc o m f o r t w e t s w e a t e d h e a tl o s s 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作 所取得的成果 论文中有关资料和数据是实事求是的 除文中已经注明引用的内 容外 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 若有不实之处 本人愿意承担相关法律责任 学位论文作者签名 拆琳日期 加哆年脚f 9 日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解北京服装学院有关保留和使用学位论文的规定 即 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京服装学院 学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许学位论文被查阅 借阅和复印 学校可以将学位论文的全部或部分内容公开或编入有关数据库进行 检索 可以允许采用影印 缩印或其它复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名 导师签名 钎椰 r 期 沙夕年协月侈日 日期 2o 1 年1 2 月j 9 日 北京服装学院硕十论文 第1 章绪论 服装舒适性是一个模糊而广泛的概念 研究涉及到人体 服装及环境三个方面 是一 个较为复杂的系统 涉及了生理 心理及物理学等多种因素 从狭义范围来讲 舒适性的 首要标准是人体 服装和环境之间的热力学综合平衡 这个平衡主要包括满意的热平衡和 湿平衡 它是各种环境因素 人体活动状态及服装热湿特性等的综合与协调的结果 l 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 1 1 服装热湿舒适性的研究概述 1 1 1 国外服装热湿舒适性的研究概况 人类懂得穿衣遮体已有几十万年的历史 但对纺织品和服装的热舒适性能进行科学研 究仅有半个多世纪 最早是在二次世界大战期间基于为军需军备服务而逐渐发展起来的 从初期到深入研究己有6 0 多年的历史 随着形势的变化和研究的深入 其研究范围也在 不断扩展 逐渐走向民用和特殊用途相结合 并已发展成了一个独立的研究范围和方向 1 9 1 2 年 美国科学家使用热欧姆 t q 作为隔热指标来评价服装的保暖性 1 9 2 3 年 y a g l o w 2 提出了感觉温度指标 得到感觉温度图表 2 0 世纪4 0 5 0 年代 针对两次世界大战 中士兵在寒冷环境中的防寒保暖问题 服装的隔热性能成为了研究重点 1 9 4 0 年气候学家 和生理学家塞泊尔 p s i p l e 3 发表了 选择寒冷气候服装的原则 一文 从生理学和气 候学的角度提出了服装防寒保暖的原则 1 9 4 1 年加吉 4 a p g g a g e 等人提出了与人的 生理参数 心理感觉和环境条件相联系的服装隔热保暖指标一克罗 c l o 1 9 4 9 年英国出 版了第一本服装生理学方面的专著 热调节生理学与服装科学 1 9 5 9 年伦敦又出版了一 本服装生理学方面的专著 人在寒冷环境中 1 9 6 2 年伍德科克 a h w o o d c o c k 5 一 提出用服装透湿指数 葫 作为热气候条件下穿着舒适与否德评价指标 1 9 6 5 年美国著名 服装生理学家戈德曼博士 r f g o l d m a n r 7 将服装的克罗值与透湿指数结合起来 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 1 9 7 0 年丹麦理工大学的范格 f a n g e r 埔 教授以大量实验为基础 建立了考虑人体 服装 环境三个方面六个因素的 第1 章绪论 热舒适方程 舒适图 7 点标尺系统 后来又提出了评价舒适技术的p m v 和p p d 法 现在 已被国际标准化组织采用 虽1 i s 0 7 7 3 0 9 1 福特和霍利斯这两位长期从事服装舒适性研究 的著名专家 在纽约出版了 服装的舒适性与功能 一书 1 0 1 该书对服装的舒适性与功能 方面的问题作了统一的解释 7 0 年代后 人们在前期研究的基础上逐步认识到人体一服装 环境是一个不可分 割的系统 在这一阶段注重和强调对服装穿着舒适性要从多角度进行全面的研究 出现了 模拟人体一服装 环境系统的仪器和各种类型的假人 1 9 7 2 年m e c h l e s s 研制了皮肤 模型装置并用其测试服用织物的干态导热性与热湿传递性 1 9 8 2 年和1 9 8 3 年日本报道了 用于服装微小气候模拟的装置和用电子计算机模拟服装热湿传递性能的研究方法 并提出 了用服装衣内气候来做为评价服装舒适性标准的新理论 在热湿舒适性测试仪器的研究方 面 美国和西欧把能够模拟人体各部位功能的暖体假人和由计算机控制的暖体铜人作为研 究的重点 而日本则把研究的重点放在微气候仪方面 随着科技水平的不断提高 对服装 热湿舒适性的研究还在不断的深入 1 1 2 国内服装热湿舒适性的研究概况 相比欧美等发达国家 我国对服装舒适性的研究起步较晚 最初仅在 军队卫生 军需装备研究 报道了相关研究 国内对服装热湿舒适性的研究始于2 0 世纪6 0 年代 6 0 年代中期中国解放军总后军需装备研究所开始研究分段暖体假人 1 9 7 8 年上海纺织科 研所研制了椭圆筒保温仪 1 9 8 2 年 陈秋水探讨了织物透湿性能及测试方法 提出了 透 湿指数厶 这一反映透湿性能的评价指标的测量方法 8 0 年代中期开始 国内关于服装舒 适性研究方面的著作陆续出版 8 0 年代开始 主要是从测试仪器 新型材料及导热排汗产 品的开发和研究入手 1 1 1 1 9 8 3 年西北纺院研制出了织物微气候仪 1 2 同时还提出了用热阻 湿阻 当量热阻 热阻率 当量热阻率六项指标作为织物热 湿舒适性的物理指标l l3 1 1 9 8 4 年曹俊周翻译了福特和霍利斯的 服装的舒适性与功能 一书 1 4 1 1 9 8 5 年欧阳骅编著了 服 装卫生学 一书 1 5 从生理学和卫生学角度对舒适性作了论述 1 9 8 5 年中国纺织大学在对 织物的热传递性能进行研究的基础上研制了服用织物传热透湿装置 1 6 天津纺织工学院于 1 9 9 0 年研制成功了能模拟人体出汗和体温的皮肤模型以及与其配套的人工气候箱 r 7 1 用该 装置能测试织物的热阻抗和湿阻抗及其透湿指数 总后军需装备研究所功效室的研究人员 对织物热湿传递性能的评价方法也做了大量研究 研制成功了衣内微气候测试仪 l 引 并提 出了潜汗和显汗条件下织物热湿传递性能的评价指标 从而为全面评价织物的热湿传递性 能提供了评价依据 这些都说明我国在测试仪器和理论研究方面达到了一定的水平 2 北京服装学院硕士论文 目前国内外对服装热湿舒适性的研究主要集中在以下几个方面 一 织物的热湿传递 性能及其对舒适性的影响 二 对织物动态湿传递性能的研究 及衣下微气候的研究等方 面 三 吸湿排汗面料的开发和研究 对运动衣和内衣的开发研究 四 暖体 出汗 假 人等新型测试仪器的研制 对新的试验方法的研究 五 着装过程的计算机仿真模型研究 1 2 服装面料热湿舒适性研究综述 近几年来 随着对着装舒适性研究的深入 关于人体在出汗 当外界气温较高或人体 进行激烈活动时 状态下面料舒适性的研究引起越来越多研究者的关注 早在8 0 年代 w e h n e rja t l 9 对织物的水蒸气动态传递特性进行研究 把不同浓度的水 蒸气分别通过织物两侧 保证两侧的温度和压力相等 或维持织物两侧温度一致 在试样 一侧通过干空气另一侧通过饱和水蒸气 两侧流体通过试样后温度 湿度会发生变化 在 温湿度梯度下 计算水蒸气通过织物的质量流量 并建立了传湿的动态模型 h o n gk t 2 0 等研究棉 涤棉 涤纶三种织物的动态湿气传递能力 利用模拟人体皮肤装置 用湿度计 不断地测量织物表面的相对湿度 来研究织物的湿传递特性 9 0 年代初 w a n gjh 2 l 分别用水气法和出汗法来研究层合织物热湿的动态传递 两种 方法得到的织物动态热湿传递特征存在较大差异 y a s u d a 2 2 研究棉 涤纶 腈纶 毛四种 织物的散湿率 在给定条件下 织物的水气传递率由纤维的性质 密度 空隙 厚度等共 同决定 而纤维的吸湿特性决定了各层织物间的水气压 织物的水气传输率越高时各层间 的水气差异越小 张怀珠 2 3 采用模拟装置 就风速和透气性对丝绸面料的热湿传递的影响进行了研究 结果表明 风速和透气性对织物的热湿传递特性有明显影响 风速愈大 干 湿热散失得 愈多 对干热散失和湿热散失都有明显影响 实验结果还表明真丝面料的湿热散失量明显 地高于棉 毛 麻 涤纶和锦纶面料 热湿舒适性较好 范士犁2 4 采用模拟人体皮肤出汗装置 在静态热湿交换条件下 对大衣呢 真丝 全 毛凡立丁 涤乔 全棉 涤棉6 种面料的透湿性能进行研究 通过多元回归 得出透湿指 数与面料密度 透气性成正相关 而与厚度 纱线支数 重量 热阻成负相关的结论 薛广洲 姚晓林 2 5 采用织物气相缓冲作用仪 对远红外丙纶 涤纶及棉针织物的气态 湿舒适性能进行研究 得出的结论是针织物的汽相湿舒适性能与织物的吸湿性 厚度 孔 隙度有密切关系 三者缺一不可 出汗量较少时 棉针织物的汽相湿舒适性略优于远红外 丙纶织物 而在大量出汗时 棉针织物显示出散湿慢的局限性 3 第1 章绪论 李俊 张渭源 2 q 研究细纤度丙纶针织物的湿传性能 把毛细高度 湿阻 保水率 放 湿干燥率结合在一起 建立了一套全面评价织物湿舒适性的评价体系 k i mjo 2 7 研究织物 膜一织物层压织物的热湿传递性能 结论是半透膜的物理性能对层 压织物上下表面的水气压和温度影响很大 刘岩 朱力军 张渭源 2 8 用暖体假人和干燥剂法研究了纯棉针织内衣的保暖性能和透 湿性能 研究隔热值和透湿阻力与面料密度 厚度的相关关系 建立了隔热值 透湿阻力 与面料密度 厚度的回归方程 结论是面料密度和厚度是影响内衣热湿传递性能的两个重 要因素 郑涛 倪波 史晓昆f 2 9 在常温下研究羊毛和聚醋织物双层织物的热湿性能 得出单层 织物的热湿传递性能与材料的特性密切相关 而双层织物能结合不同材料的不同特性 表 现出对热量和水分更好的适应性 郑春晓等人研究了棉 丙织物干湿状态下透气性能 3 0 1 结果表明 湿态下 细旦丙纶的 存在能加速水在棉 丙织物中的传输 降低了高含水时织物的透气阻力 水的蒸发速度加快 便于汗水的快速散失 使棉 丙织物在湿态时具有较纯棉织物在高含水条件下具有更为优良 的穿着舒适性 凌群民 谭磊等人研究显汗状态下针织物的干燥机理和织物的干燥速率 3 指出针织 物不管纤维种类如何 在恒速蒸发阶段织物单位面积在单位时间内所蒸发的水分质量是相 同的 只是亲水型纤维材料因保水率较高 达到平衡回潮率所需的时间较长 这对吸湿排 汗型织物的设计有一定的指导作用 北京服装学院张辉 张晓芳 周苏萌研究了润湿状态下织物的热阻和润湿量变化关系 3 2 3 3 得出对于吸湿膨胀率较大的织物 在出现潮湿感之前 由于吸湿膨胀使织物厚度增 加 其热阻会随吸湿量的增加而有所增大 而后吸湿量的进一步增加 水对热阻的影响所 占的比例加大 其热阻开始呈下降趋势 对于合成纤维来说 无吸湿膨胀现象 吸湿后热 阻随吸湿量的增加而单调递减 钱建军对研究了润湿织物的厚度变化 透气性能的变化 润湿织物保暖性能的变化以 及不同温湿度条件下的蒸发速率进行了研究 得出润湿织物的厚度 透气量随润湿量的增 大而减少等结论 并利用热阻串并联原理 测算出局部润湿织物的热阻 邢雷从研究服装 动态热湿舒适性的实际意义出发 对润湿织物保暖性能 黏贴性能的变化以及润湿织物的 热湿平衡进行了研究 4 北京服装学院硕士论文 从以上这些文献可以看出 均集中在对单层织物的热湿传递特性进行的研究 对多层 织物的热湿舒适性研究方面还未有深入的研究 多集中在暖体假人的穿衣实验部分 这些 暖体出汗假人只能模拟全身均匀释放气态汗 保证假人穿着的服装是没有被润湿的 而在 实际情况下 人体大量出汗后汗液在身体上流淌 服装被润湿 服装很容易紧贴皮肤 这 种情况暖体出汗假人很难进行模拟 操作起来不易控制 具有一定的局限性 本课题从织 物方面着手 研究多层织物的热湿传递性能 并希望对人体着装的合理配伍提供理论依据 1 3 本课题研究的意义与内容 1 3 1 本课题研究的意义 人体感觉舒适与否 取决于所处环境的气候条件 人体的活动水平及所穿服装面料的 热湿舒适性能 由于外界气温或进行身体运动 体内温度会升高 为了调节体温 皮肤表 面会不断地出汗 出汗可以用于补偿单纯依靠皮肤散热 挥发人体内的热量 保持体温的 相对稳定和各组织器官的正常活动 从国内外研究状况来看 虽然在服装热湿舒适性领域研究已经具有一定的规模 研究 也已经细化到热湿舒适性的方方面面 但在润湿织物的热湿舒适性研究理论并不完善 目 前提出的绝大部分评价热湿舒适性的指标和与之有关的测试仪器都是建立在织物是干燥 状态的 鲜见润湿织物热湿舒适性能的报道 而人体在炎热的环境和剧烈的运动中会大量 出汗 汗液以液态水的形态遍及皮肤表面 甚至流淌 服装通常被润湿 有的时候甚至是 被浸润的 织物或服装在润湿后是一种非稳定的状态 时刻进行着水分蒸发 织物在常温 平衡状态下 织物内的空气和水的组成相对比较稳定 一旦织物润湿之后 织物内水和空 气的比例会改变 且水的一些性能与空气有着很大差别 水也会对纤维的形态和表面性能 有一定的影响 这就导致润湿后织物热湿性能和未润湿之前有着很大区别 织物的保暖性 等都会发生变化 使人体的热湿平衡受到严重影响 不仅服装穿着舒适性大大下降 而且 对人体健康 卫生不利 因此对此时织物的相关舒适性能的变化进行研究显得尤其的重要 1 3 2 本课题研究的内容 织物作为人 服装 环境体系中的重要材料 衣内微小气候的调节主要依靠织物 的热湿传递功能来完成 与稳态条件下的织物热湿传递性能相比 动态条件下的织物热湿 传递性能由于织物经历了干燥 吸湿 放湿 干燥的过程 能更全面地反映织物的 性能 为了调节体温 皮肤表面会不断地出汗 如果多层织物集合体不能快速将汗液传递 5 第1 章绪论 到外界环境中去 织物集合体内 会使人感到闷湿 体温也不能保持在舒适的范围汗液存 在于多层 不同环境温度 要穿着不同性能的服装 来调节衣内微小气候内的温度和相对 湿度 使其保持在舒适的范围内 因此研究多层织物热湿传递特性的影响具有一定的理论 意义 由于前人已经针对单层织物热湿舒适性的基础指标热阻进行了全面的研究 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 对纺织品和服装动态热湿 传递的热量平衡做了预测和分析 本论文将针对织物热舒适性的基础指标热阻进行进一步 研究 着重研究多层织物的热阻在汗湿状态下热阻的变化 选择不同织物 并控制面料层 之间空气层厚度 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 试图模拟人体穿着多层服装状况下 各层服装不 同的组合 各层服装之间的热 湿传递关系 得到最佳的多层服装织物的配比关系 并对 实际穿着情况下汗湿织物在热湿平衡的状态进行模拟 测算出面料从贴近热板到离开热板 间隔不同厚度的空气层 蒸发散热从热板和空气中吸热的比例 本研究试图将人体穿着多层服装时的热湿舒适性能进行分析 寻求出在穿着过程中 各层服装之间的最佳舒适配伍关系 对人体在热湿环境下的着装和保持人体卫生 健康 舒适有指导意义 并对在此种环境下服装材料的开发 特种防护服的研发等方面具有一定 的借鉴意义 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 6 北京服装学院硕 卜论文 第2 章汗湿织物实验测试准备 对于润湿织物的相关性能的测试 目前还没有比较统一的测试方法 而且很多对润湿 织物的测试研究集中在力学性能上 对相关热湿舒适性的测试则比较少 本文通过对前人 经验的借鉴和对现有的一些测试仪器的摸索总结出适用于测试润湿织物热湿性能的方法 2 1 实验准备 2 1 1 试样准备 本文选取了市面常见的面料 所选面料的材料种类涉及了常见的天然纤维和合成纤 维 以及一些新型纤维面料 包含了6 种机织织物 6 种针织织物 以及吸湿快干的5 种 运动面料 试样的成分和规格见表l 表1 实验面料及规格 l棉0 4 1 3 81 2 80 3 0 9 3 斜纹机织织物 2 麻 棉 o 7 4 8 23 6 7 0 4 9 0 5 斜纹机织织物 3 羊毛 o 5 1 3 22 0 80 4 0 5 3 斜纹机织织物 4 涤纶 o 5 8 1 02 5 30 4 3 5 4 斜纹机织织物 5 涤纶 黏胶 0 3 7 4 413 7o 3 6 5 9 斜纹双面机织交织织物 6 涤 氨 0 3 1 5 01 4 90 4 7 3 0 涤氨机织物层压t p u 膜 7 棉0 9 8 7 2 1 8 5 0 1 8 7 4 双罗纹针织织物 8涤纶0 6 5 8 816 40 2 4 8 9 交并纱针织织物 9 棉 j 迢细丙纶 1 1 5 6 22 6 30 2 2 7 5 交并纱针织织物 1 0 棉 涤纶 0 9 7 3 42 1 80 2 2 3 9 交并纱针织织物 l l 涤纶 超细丙纶0 7 4 5 4 l8 90 2 5 3 6 交并纱针织织物 1 2 涤 氨 o 9 6 6 031 20 3 2 3 0 涤氨针织物层压t p u 膜 1 3涤纶0 7 8 9 611 20 1 4 1 8 全涤吸汗速干网眼布 1 4 涤纶0 8 2 8 0 1 4 20 1 7 1 5 全涤网眼布 1 5 涤纶0 6 9 8 8 1 8 70 2 6 7 6 全涤双面布 1 6 涤纶 1 2 5 4 42 3 00 1 8 3 4 全涤网眼布 1 7 涤纶0 6 3 6 2 2 5 00 3 9 3 0 全涤双丝汗布 7 第2 章汀湿哿 物实验测试准备 2 12 实验用仪器和设备 实验过程中使用的主要仪器和设备见表2 所示 表2 实验用仪器和设备 本实验所使 h j 的是北京赛思瑞泰科技有限公司p b w 一2 5 智能平板式织物保温仪 它区 别于传统的平板保温仪直接得 i 测试结果 而是通过记录瞬时的加热电压和加热电流可 三l 直接酒4 量h 不同润湿量时的瞬时功率 其使用界面如图所示 ne k f 口 登譬盏毯圈匿5 巨j l i f m h e me t qp c h 1 1 图1 智能平板式织物保温仪及测试程序 在进行热阻测试时 先使机器进行预热 进行测试 待到瞬时功率曲线不再上下波动 待热扳达到一定预设温度时 可将待测织物 达到一定平衡时 1 0 分钟以上 可求出平 均加热功率 再通过非接触式红外测温仪在实验过程中对织物表面温度进行测量 织物表 面分成5 个区域 测得温度进行加权平均 叩可得出保温仪平板和织物表面的温度差 北京服装学院硕十论文 最后通过公式即可计算出润湿织物的热阻 在测试的过程中可以看到功率实时变化的曲线 和数值 对于研究织物动态热湿传递性能提供了可靠依据 为了避免每次开机预热加热功率不同造成的误差 在实验仪器可以承受的前提下 同 一批次的实验过程中 保温仪尽可能做到不重复开关机预热 这样做既节省预热时间又可 增加实验数据的稳定性 使得试验数据更加精确 减少随机性和浮动性 2 1 3 实验环境条件的控制 织物大都具有一定的吸湿性 其吸湿量的大小主要取决于织物中纤维的结构 如亲水 性基团 孔隙等 此外大气条件对吸湿量也有一定的影响 因此在纺织品测试过程中要对 大气的温度 相对湿度 大气压力进行限定 国际标准和我国标准中都有相关的规定 我 国标准中一般对于实验大气的要求是 温度2 q 士2 相对湿度6 5 士5 一个标准大气压下 进行 由于实验条件有限 实验过程中温度控制在2 3 士2 相对湿度6 5 士1 0 实验虽然未 能完全达到恒温恒湿 但由于实验室位于地下 受外界环境影响很小 所以实验条件基本 是在要求的恒定条件左右波动 而且同一性能测试实验都是一定时间段内完成 之间没有 经过很长时间的跨度 温湿度相对很稳定 实验结果具有重演性和可比性 本论文中大部 分实验要求织物是润湿的 对风速条件要求较高 实验室在地下一层同时也保证了风速 o 1 i i l s 2 1 4 织物的汗湿量的控制 由于出汗后的皮肤 汗液不停在蒸发 为了模拟出汗状态下服装实际被人穿着的情况 选择一块吸湿性强的针织面料 将其在3 6 的去离子的水中完全润湿 然后紧贴热板放置 用来模拟出汗状态下人体皮肤 再将待测试面料放在其上 进行面料的汗湿实验 2 2 汗湿织物热湿舒性能的测试方法 2 2 1 织物汗湿状态下保暖性能测试 目前 关于面料热湿舒适性的研究大多集中在中等湿热条件下 湿传递的研究偏重于 气态水的传输 实际上在高热湿的显汗状态下 随着人体新陈代谢水平的提高 湿传递的 形式已经不单是气态水而主要以液态水的方式传递 这时人体的不舒适感尤其严重 本课 9 第2 章汗湿织物实验测试准备 题试图模拟皮肤在出汗状态下 在分析液态水通过服装传递过程的基础上研究织物在显汗 状态下的润湿 导湿和散湿的机理 为了模拟人体潜汗和显汗状态下织物的保暖性实验 可以将实验分两部分 1 待测面料直接放在润湿模拟皮肤织物上测试 干燥的待测织物会在测试中被润湿 以此模拟显汗状态下的穿着衣物时的状况 2 在润湿模拟皮肤织物上紧贴放入t p u 防水透湿膜 再利用该薄膜的防水透湿性能 模拟水蒸气的散失 进行潜汗实验研究 2 2 2 空气层对润湿织物保暖性能测试 人体在穿着服装时 由于体表是一个不规则曲面 服装不可能完全贴合人体皮肤 人 体在着装状态下 服装与人体皮肤之间总有空气层存在 形成衣内微气候层 对体表温湿 度进行调节 本实验试图模拟皮肤在汗湿状态下 服装与人体皮肤之间间隔不同厚度空气 层时 服装总体保暖性的变化 汗湿织物空气层实验模拟衣内微气候设计的空气层厚度依次为o m m 2 m m 4 m m 6 m m 8 m m l o m m 1 2 m m 1 5 m m 和2 0 m m 试图模拟从紧身衣物到宽松衣物穿着状态 1 选择一块吸湿性强的针织面料 将其在3 6 2 的水中完全润湿 然后紧贴热板放置 用来模拟出汗状态下人体皮肤 2 使用不同厚度的空气层支架 装在放有模拟出汗皮肤的润湿面料的热板上 将1 1 7 待测织物逐次在不同厚度空气层状态下测试 3 待织物达到平衡状态 记录数据 2 2 3 多层汗湿织物的保暖性研究 为了保暖 人们通常通过穿着多层衣服来抵抗寒冷 本文通过在实验室环境下研究多 层服装的保暖性 试图建立起单层着装与多层着装的保暖关系 研究结果有助于正确评价 服装系统的保暖性能 优化着装设计 1 选择常见具有代表性的天然纤维 合成纤维及各种新型材料织物 模拟贴近皮肤表 面的第一层 服装 再选取各种保暖絮片作为服装中间层保暖材料 最后选用防水透湿 面料作为外层 服装 进行组合配比 2 对三层织物进行组合 模拟人体穿着服装状况 分别在干燥和汗湿状态下用智能平 板式织物保温仪进行组合测试 1 0 北京服装学院硕十论文 2 2 4 汗湿织物热湿平衡测试 人在休息或轻微运动的情况下 处于相对稳态热平衡时 皮肤表面没有显汗出现 通 过纤维的导湿是很小的 总的传湿量也较小 但在高温或激烈运动后常伴有大量显汗出现 汗水能在织物中以液态方式被纤维吸入 纤维的导湿作用使皮肤分泌的汗液通过纤维以及 纤维之间的空隙传输到服装外表面 这样汗液不是直接在皮肤表面蒸发 而是在服装织物 内部或服装外表面蒸发 一般来说 汗液蒸发所需要的汽化潜热一部分来自人体 另一部 分则来自于环境 在外部环境保持不变的情况下 不同服装穿着状态 由人体提供的蒸发 潜热占总蒸发潜热的百分比也会随之改变 本实验目的是为了测试服装汗湿状态下达到热湿平衡时 汗湿织物的吸收热量的比 例 由于实验过程需要被润湿的织物保持一定的热湿平衡时间 经过反复试验筛选 最终 选择吸水性较好的7 撑棉针织物作为实验对象 本实验同样使用的是p b w 2 5 智能平板式织 物保温仪 步骤为 1 智能平板式织物保温仪达到一定平衡时 1 0 分钟以上 求出平均加热功率 再通 过非接触式红外测温仪在实验过程中对织物表面温度进行测量 织物表面分成5 个区域 测得温度进行加权平均 得出保温仪平板和织物表面的温度差 通过公式 5 4 可以求 出润湿织物的传导散热 并根据织物的表面温度及环境条件 计算出通过织物表面的辐射 及对流散热量 2 通过实验前后称量汗湿织物的重量 得出的重量差即为蒸发的水分重量 即可得 出蒸发所需的热量 对流散热和辐射散热可以通过公式 5 5 和公式 5 8 分别求得 3 模拟人体着装的不同方式 分别在空气层厚度依次为0 r a m 2 m m 4 m m 6 m m 8 m m 1 0 m m 1 2 r a m 1 5 r a m 和2 0 m m 的情况下进行实验 通过计算得出由人体提供的蒸 发潜热占总蒸发潜热的比例 第3 章汗湿状态下织物保暖性的研究 第3 章汗湿状态下织物保暖性的研究 保暖性能是评价服装热湿舒适性能最基本也是最重要的指标之一 对保暖性能的研 究 实际上是对人体通过服装与环境进行热交换的过程及规律性的探讨 众所周知 人体 的产热与散热的平衡是生命正常延续的必要条件 产热取决于体内的生理变化过程 散热 则是通过对流 传导 辐射和蒸发四种途径进行的 散热的快慢与周围环境条件和服装面 料的性能与状态等因素有关 尤其是在服装润湿后中 服装热阻发生改变 人体产热和散 热平衡被打破 因此研究润湿后织物的保暖性能可以知道在显汗时通过织物的散热量 对 人体在显汗状态的着装具有指导意义 3 1 人体出汗机理 出汗是由于外界气温或体内温度升高 引起汗腺分泌的一种反射性功能 出汗可以用 于补偿单纯依靠皮肤显性散热 加快人体热量的敖失 保持体温的相对稳定和各组织器官 的正常活动 人体的生命运动使得人体每时每刻都在产生热量 分泌汗液 人体出汗可分 为隐性出汗和显性出汗 当气温较低 即在2 0 以下时 人处于静止状态 通过呼吸 皮肤孔隙扩散 从体内 排出水汽 蒸发散热 这种方式的出汗人是感觉不出来的 故称无感出汗 也称作隐性出 汗 当气温升到2 5 到3 0 以上时 人体通过辐射 对流及不显汗每小时大约散发 7 2 8 5 1 4 5 7 k j 的热量 但仍低于体内产生并需要散失的热量 这时人体就要通过遍布全身 的汗腺排出汗液以蒸发的形式进行散热 这种汗呈液体状态 人可以感觉出来 故称显性 出汗 所以出汗是调节体温 使体温保持在一个相对稳定水平 使人处于较舒适的状态 从而保持充沛精力和健康体魄的重要机能 一个人一天一夜所发生的不显性出汗约为 5 0 0 7 0 0 m l 而剧烈运动或在高温环境中工作的人 每小时可排出的汗量大约为 1 0 0 0 3 0 0 0 m l 这种情况就是显性出汗 3 4 人体运动时常在短时间内集中大量出汗 当气温为2 5 3 5 时 进行4 小时长跑训练 出汗量平均为4 5 1 o 3 0 l 在气温3 7 7 相对湿度为8 0 1 0 0 时 进行7 0 分种的足球训练 排汗量可高达6 4 l 可见 人体在高温高湿或剧烈运动的条件下 出汗量之大足以润湿服 装 虽然说大量出汗主要原因是外界气温 热辐射强度 气温 湿度及人体的代谢产热量 但是人体的着装情况也不能忽略 合适的着装能使人体在大量出汗下尽量保持舒适的感 1 2 北京服装学院硕十论文 觉 作为专业运动的着装甚至能提高运动员的竞技水平和比赛成绩 实际上 在高热湿的 显汗状态下 随着人体新陈代谢水平的提高 湿传递的形式已经不单是气态水而主要以液 态水的方式传递 此时 人体的不舒适感会变得尤其严重 3 2 织物保暖性能的影响因素 导热系数九是用来表征物质导热能力的参数 为物质的基本物理性质之一 其值越小 物质的导热性能越差 热绝缘性就越好 各种纺织材料的导热系数见表3 表3 纺织材料的导热系数1 3 s l 室温2 0 测量 由表3 资料可以看出 静止空气的导热系数最小 是最好的热绝缘休 通常情况下 我们所测得的纺织材料的导热系数 实际上是纤维 空气和水分的混合体的导热系数 且 织物的孔隙率一般在7 0 8 0 因此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 在空气不流动的前提下 纤维层中保持的空气越多 纤维层的保暖性 越好 所以织物松软 厚度大 含有的空气多保暖性就好 拉毛起绒织物比一般织物保暖 性好 也是因为绒毛之间保持了一定厚度的空气层 但是织物内的空气一旦发生流动 织 物的保暖隔热性就大大下降 水的导热系数是比较大的 大约是一般纺织材料的l o 倍左右 近似是空气的3 0 倍 因此 水对织物保暖性的影响很大 一般来说织物在润湿之后 织物的导热系数将增大 保暖性将下降 3 3 服装的热阻 单位时间内 人体通过服装与环境之间的传导散热量 与人体与服装外表面的温度差 散热面积成正比 而与服装的厚度成反比 见式3 1 1 3 第3 章汗湿状态下织物保暖性的研究 q 生掣 式 3 1 式中 q 通过服装的传导散热量 w 允 服装材料的导热系数 w m 以 服装的面积 m 2 f 人体的平均皮肤温度 乞 服装外表面的温度 三 服装的厚度 m 实际应用中 传导散热量往往以单位时间 单位面积通过的热流量 g 形式表示 可以 将上式变为式3 2 g 导 出一 孚 式 2 6 彳c l 墨 名 c aj 式可以看出 其与物理学中的欧姆定律完全相似 式中热量g 相当于通过材料的 电流 t s t e l 相当于材料两端的电压 万l 则相当于材料电阻 因此 将妄定义为服装的热 阻 用心表示 其单位是 m 2 w 热阻决定了在服装两侧具有一定温差的情况下 单位 时间通过的热流量 3 4 防水透湿膜的使用 从1 9 6 9 年美国人r w g o r e 研制成功p t f e 防水透湿薄膜到现在 特别是从2 0 世纪8 0 年 代中后期开始 对制作薄膜型防水透湿材料的研究非常活跃 大量的防水透湿薄膜不断问 世 这些薄膜按防水透湿原理进行分类可以分为微孔薄膜和无孔亲水性薄膜 本实验中采用的是t p u 亲水性薄膜 是由单一组分的共聚物构成 由硬链段和软链段 沿着大分子链交替排列 硬链段疏水 它能阻止水滴通过 起到防水作用 软链段亲水 它们可以和水分子作用 借助氢键和其它分子间作用力 在高湿度一侧吸附水分子 通过 高分子链上亲水基团传递到低湿度一侧解吸 从而达到透湿的效果 透湿的过程也就是 吸 附 扩散 解吸 的过程 3 6 亲水性薄膜的透湿性能取决于薄膜的厚度及它们的化学组成和结 构 对温度和湿度很敏感 水蒸汽从湿度高的一面向湿度低的一面传递 薄膜越薄 透湿 性越好 1 4 北京服装学院硕士论文 防水透气膜主要用于制作防寒服 运动服 滑雪服 滑雪手套 防水服等服装面料 里料及防水鞋内里 回弹性好 透气度高 手感柔软 环保无毒 具有防水透气 防寒保 暖等功能 本实验所采用的d i n t e x f t l 6 8 0 s 系列防水透湿薄膜具有高防水透湿 特别耐 水解 断裂伸长率大 有抗静电效果 物理指标见表4 表4d l n t e x t p u 防水透湿膜物理指标 3 5 实验结果与分析 3 5 1 织物汗湿状态下的热阻 本实验利用智能平板式织物保温仪对所选1 7 种织物 分别进行了干燥 显汗润湿和 潜汗润湿状态的实验 并根据结果测算出各个状态下的热阻 如下表5 所示 表5 汗湿状态织物热阻值 第3 章汗湿状态下织物保暖性的研究 表5 汗湿状态织物热阻值 续 1 o o 8 o 6 西 藏o 4 o 2 o o o24681 01 21 41 61 8 织物编号 图2 汗湿状态下的织物的热阻变化 从上图2 可以看出织物的润湿性对保暖性有很大的影响 被润湿的服装气孔中的大部 分或一部分的空气被水汽所替换 水的热传导率远远高于纤维的热传导率 更比空气的热 传导率大 所以从服装的整体看来热传导率要显著增加 即服装的保暖性要大为降低 3 7 1 人体在穿着汗湿服装时 服装会从人体吸取大量的热 从而会产生湿冷感 3 5 2 汗湿织物动态热湿研究 织物作为人 服装 环境体系中的重要材料 其热湿传递性能一直受到广泛重 视 与稳态条件下的织物热湿传递性能相比 动态条件下的织物热湿传递性能由于织物经 历了干燥一吸湿 放湿 干燥的过程 能更全面地反映织物的性能 传统的织物保暖性能测试仪是在织物加热到一定温度与环境温度达到平衡状态后 直 接得出织物的热阻值和保暖率 未能看到织物动态的热湿传递变化 本实验所采用的智能 平板式织物保温仪 在进行热组测试时 加热功率的实时变化具有可视化效果 可以用来 研究织物动态热湿性能变化 以下为测试中具有代表性织物的动态热湿传递变化图 纵坐 标用功率作为衡量指标 1 6 北京服装学院硕十论文 3 0 2 8 2 6 2 4 2 2 晕 龉1 8 雷1 6 1 4 1 2 1 0 8 2 8 2 6 2 4 2 2 蕾 v 1 8 静1 6 督1 4 1 2 1 0 8 时间 r a i n 图3 汗湿状态下瞬时织物功率变化 1 撑织物 时间 m i n 图4 汗湿状态下瞬时织物功率变化 硎棉针织物 从图3 4 可以看出 总的趋势是 汗湿织物在达到热湿平衡之前 会大量的吸热 功率变化曲线会有一个很大的起伏 在某一状态达到最大值 之后趋于平缓 最后达到热 湿平衡 此织物为1 撑机织棉织物 干燥状态下的瞬时加热功率相较于汗湿状态下趋势平稳 在两秒内即可达到平衡 消耗较少功率 汗湿状态下 由于受到湿度 温度等各种因素的 交互影响 曲线有起伏变化的过程 最终达到稳定 显汗状态下的曲线略高于潜汗状态 是由于在显汗状态下 更多的水分子侵入到织物内部 水的蒸发需要大量的热 所以需要 1 7 第3 章汗湿状态下织物保暖性的研究 提供更多的热量去维持热湿平衡 而在潜汗状态下 只是有水蒸气透过织物 需要相对较 少的热量 所以曲线相较于平缓 2 8 2 6 2 4 2 2 7 2 0 重 1 8 哥1 6 督 1 4 1 2 1 0 8 23 4567 时间 m i n 图5 汗湿状态下瞬时织物功率变化 2 撑羊毛织物 图5 是羊毛织物汗湿状态下的瞬时功率变化曲线 总体趋势为湿润状态消耗热量高于 干燥状态 从图中可以看出 汗湿状态织物在4 m i n 后达到加热峰值 之后曲线曲线平缓 有别与棉织物 在达到加热峰值之后 潜热曲线略高于显热曲线 这是由于羊毛织物吸湿 放热的特性 在显汗状态下 更多的水分子进入羊毛织物内部 羊毛纤维有吸湿放热的特 性 自身放出一部分热量 从而在吸湿量一定的条件下 较潜热状态需要相对少的热量 3 0 2 8 2 6 2 4 2 2 鲁2 0 一1 8 糌 罄1 6 1 4 1 2 1 0 8 234567 时间 r a i n 图6 汗湿状态下瞬时织物功率变化 3 撑涤纶织物 1 8 北京服装学院硕十论文 2 8 2 6 2 4 2 2 v1 8 篓 e 1 4 1 2 1 8 123 4 5e 7 时间 m i n 图7 汗湿状态下瞬时织物功率变化 4 橼黏织物 图8 汗湿状态下瞬时织物功率变化 13 般垂动面料 图6 7 可以看出 涤纶和涤黏织物在汗湿状态下瞬时消耗的功率曲线明显高于干燥 状态下的曲线 显汗状态下消耗的功率略大于潜汗状态下 这是由于化纤织物的回潮率较 低 透湿性好 水分子较少蓄积在纤维的内部 及时的散发出来 图8 是全涤速干运动面 料 有处理过的独特纤维截面 疏松的纱线结构 能够迅速吸湿和放湿 在潜热状态下 瞬时功率较显汗时低 吸收的一部分热量来自于空气 1 9 挖 侣 侣 他 0 譬v 瓣唇 第3 章汗湿状态下织物保暖性的研究 1234 567 时间 r a i n 图9 汗湿状态下瞬时织物功率变化 甜涤氨层压织物 防水透湿层压织物在汗湿状态下 热湿平衡点在5 m i n 之后 显汗状态的曲线由急到 缓 干燥和潜汗状态曲线较平稳 防水透湿面料对湿气有一定的阻碍作用 湿气传递的过 程相对缓慢 所以达到平衡的时间较前几种织物迟缓 在显汗状态下 织物直接和水分子 接触 在实验前部分 透湿膜起到了阻碍水汽的作用 水蒸气加持在织物之间 保温性好 需要的功率低 当水汽达到一定饱和 在透过织物时需要大量的热 这是就需要从热板提 供更多的热量来维持 潜汗状态下 水汽保持一个相较平稳的状态持续蒸发 曲线变化较 平稳 3 6 小结 l 前人周苏萌进行了织物润湿状态下的热阻的测试 结果得出棉和黏胶以及涤黏交 织织物 吸湿膨胀率较大 在出现潮湿感之前 其热阻会随吸湿量的增加而有所增大 而 后随着吸湿量的进一步增加 自由水所占的比例加大 其热阻呈下降趋势 对于涤纶等拒 水性纤维 其织物无吸湿膨胀现象 吸湿后热阻随吸湿量的增加而单调递减 在汗湿状态 下 润湿量远大于出现潮湿感的程度 润湿后水分占据了纱线间的孔隙 对含有吸湿膨胀 性纤维的织物 润湿后膨胀会使纱线间的孔隙 汗湿织物的热阻远小于干燥织物的热阻 所以从整体看来 汗湿织物的热传导率显著增加 即织物的保暖性能要大为降低 2 纤维吸湿的速度一般表现为开始快 以后逐渐减慢 达到热湿平衡状态 织物在 潜汗和显汗润湿状态下 瞬时热量变化曲线呈先大幅度上升 后逐渐趋于平稳的趋势 大 约在4 m i n 时 达到加热峰值 羊毛织物由于回潮率高 纤维吸湿膨胀的特性 达到峰值 2 0 勰 筠 烈 挖 他 侣 住 8 蟹v 得雷 北京服装学院硕士论文 较其他织物延缓 防水透湿面料对湿气有一定的阻碍作用 湿气传递的过程相对缓慢 所 以达到平衡的时间较前几种织物迟缓 2 1 第4 章空气层对汗湿织物保暖性能的影响 第4 章空气层对汗湿织物保嗳眭能的影响 人类为了达到舒适的状态 除了依靠人体有限的自我调节能力还需要服装来协调人体 与环境的热量和湿分的传递 在人体和环境之间形成微小气候 使人