纺织材料论文-羽绒服保暖性探讨.pdf

第 20 卷 第 1 期 武 汉 科 技 学 院 学 报 Vol 20 No 1 2007 年 1 月 JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND ENGINEERING Jan 2007 羽绒服保暖性探讨 黄翠蓉 1 于伟东1 2 许海叶1 1 武汉科技学院 纺织与材料学院 湖北 武汉 430073 2 东华大学 纺织学院 上海 200051 摘 要 探讨影响羽绒服保暖性的因素 对羽绒保暖材料的结构 性能和发展状况进行论述 从面料 羽绒填充物 服装结构和洗涤保养方法等几个方面阐述影响羽绒服保暖性的因素 讨论纤维类型及是 否进行涂层后整理对羽绒服保暖性的影响 论述了服装结构类型与静止空气量之间的关系 及对羽绒 服保暖性的影响 详细探讨羽绒填充物对羽绒服保暖性的影响 并对填充物的填充量与羽绒服保暖性 之间的关系进行实验验证 关键词 羽绒服 保暖性 影响因素 中图分类号 TS941 736 文献标识码 A 文章编号 1009 5160 2007 0025 05 1 前言 随着人们生活水平的提高 人们既要求服装满足传统防寒功能外 更加注重服装的装饰美 要求服装款式新 颖 穿着美观 大方得体 穿着舒适 又全面考虑服装功能 以天然羽绒为填充物的纺织制品 具有轻 软 蓬 松 舒适等特性 是冬季优良的防寒保暖材料 越来越受到消费者的欢迎 而在这些羽绒制品中 羽绒服更是 赢得了无数消费者的青睐 保暖材料是在纺织业发展的基础上发展起来的 随着石油化工业的发展 出现了合 成纤维 打破了过去以天然纤维作保暖材料的局面 尤其 2O 世纪中期 保暖材料市场出现了日新月异的变化 先后出现了以专用纤维和专用设备加工生产的保暖材料 如 喷胶棉 太空棉 仿丝绵 热熔棉 熔喷远红外 保健棉等等 到了 2O 世纪末 2l 世纪初 又先后出现了熔喷棉 水洗棉 仿羽绒棉 羽绒棉等新产品 每种新 产品都有其适用的产品范围 而且产品的分类越来越细 到现在保暖材料已经形成了百花争艳的局面 目前在 保暖材料市场具有竞争力的产品主要有天然羊毛保暖材料 棉保暖材料 羽绒保暖材料 熔喷棉保暖材料 超 细保暖材料 每种保暖材料都有其独特的优势和竞争力 但也存在自身难以克服的缺点 在满足消费者防寒功 能的同时 另一个问题越来越受到人们的关注 怎样才能让羽绒服变薄而又不以牺牲其保暖性为代价 在今天 的女性消费者身上 她们追求的是形体美 服装要求轻便而不是臃肿 少穿而又能保证防寒功能 这个问题就 更是引起注意 所谓保暖就是指抵御来自外界的低于人的体温的冷空气的侵袭 以保障人的正常生理机能及生活 古代人 们对保暖的认识仅仅是满足于人类最基本的生存需要 也就是遮风避雨式的需要 后来随着人类的进化和科学 技术的进步及人们生活水平的提高 人类对保暖的概念发生了改变 除基本的要求外又提出了更高要求 不仅 要求满足遮风避雨 遮羞等生理需求 而且还要求满足人们对美及回归自然等多种心理需求 从而赋予了保暖 新的含义 既从过去的单一保暖向保暖 功能 舒适等方向发展 保暖材料的种类很多 按其来源可分为天然 保暖材料 合成保暖材料和混合型保暖材料 天然保暖材料所用的纤维可分为植物纤维和动物纤维 植物纤维主要是指棉纤维 动物纤维主要是指羊毛 纤维 绵羊毛 山羊绒 驼毛等 羊绒纤维 羽绒纤维 蚕丝等 在天然保暖材料中 保暖性最好的当属羽绒 保暖材料 其次是羊绒保暖材料 第三是羊毛保暖材料 棉保暖材料在天然保暖材料中保暖性是最差的 合成 收稿日期 2006 11 10 作者简介 黄翠蓉 1968 女 副教授 博士研究生 研究方向 纺织材料及纺织品设计 新型纺纱技术 武汉科技学院学报 2007 年 26 保暖材料的种类很多 一般的合成纤维都能用作保暖材料 如涤纶 腈纶 丙纶 粘胶纤维等 目前这类新产 品主要是超细型保暖材料 随着化纤工业的发展现已出现了多种保暖专用纤维 如中空三维立体高卷曲涤纶 远红外丙纶等 新型纤维不断被开发 新产品不断涌现 从而促进了保暖制品品种的大量增加 羽绒来源于水 禽动物 是一种天然蛋白质纤维 禽类的羽毛分为三种 正羽 绒羽 或羽绒 和纤羽 通常情况下用来作保 暖材料的是绒羽 羽绒的绒朵不含羽轴仅含一个短粗的绒核 绒核四周长出微细而柔软的绒丝 呈放射状 形 如绒球 在较长的一阶绒丝上又长出较短的二阶绒丝 二阶绒丝上则长有单根或双根绒刺 在各阶绒丝上都含 有环状鳞节 下一阶绒丝相当于其环状磷节物从某一或某几个方向上的延伸 鸭羽绒的长度在 10mm 30mm 鹅羽绒的长度在 20mm 50mm 细度在 80um 220um 截面为圆形中空 因此在羽绒纤维内部含有大量静止空 气 棉花 羊毛 蚕丝和羽绒四大天然保暖材料中 羽绒的保暖性能最佳 从保暖程度上看 目前世界上还没 有任何保暖材料超过羽绒的保暖性能 因为羽绒是星朵状结构 每根绒丝在放大镜下均可以看出是呈鱼鳞状 有数不清的微小孔隙 含蓄着大量的静止空气 由于空气的导热系数最小 形成了羽绒良好的保暖性 加之羽 绒又充满弹性 以含绒率为 50 的羽绒测试 它的轻盈蓬松度相当于棉花的 2 5 倍 羊毛的 2 2 倍 作为天然 材料的羽绒集合体 其压缩弹性及其回复性能 极轻的质地 柔软的特性 保暖率都是其他材料无法比拟的 羽绒比 重最小 保暖率却优于兔毛和羊绒 由羽绒的结构和组成来看 羽绒作为防寒保暖材料具有独特的天然优势 即良好的热隔离性 最佳的重量 效应比和优良的透气性 其上述特性是由其特定的结构所决定的 天然中空纤维 使羽绒本身富含大量静止空 气 立体多级羽状结构 将羽绒产品自然地分成若干均匀的立体小空间 在羽绒絮毡的三维空间中数百万根轻 细的绒丝交叠在一起形成数百万只静止空气储存器 羽绒的绒毛带电 其静电容量极小 只要极少量电荷 绒 毛间就互相排斥 彼此分立开来 使羽绒产品的立体结构更加充盈至极 产品中形成的立体静止空气 储存器 更加稳定 这些 储存器 不会因使用或其他外界因素而急剧减少 羽绒的这些特点是任何其他保暖材料无法比 拟的 总之 与其他蛋白质纤维相比 羽绒有以下性能特点 1 羽绒纤维的抗拉性比较强 其弹性恢复率比羊毛差 但比蚕丝好 其织物具有较好的抗皱性和免烫性 2 羽绒纤维几何形态与羊毛相似 但其纤维长度较短 抱合性差 摩擦系数小 这给纺织带来一定困难 但可以提高湿度来防止 仍具有较好的可纺性 3 羽绒纤维的分子链键能强 柔曲性好 初始模量较羊毛和蚕丝低 聚合度高 结晶度适当 结晶晶粒较 细并均匀 织物具有较好的柔软性和飘逸性 再加上微小羽丝的效果 使羽绒织物获得较强的可观性 4 羽绒纤维导热系数比羊毛 蚕丝都要低 保暖性较好 其回潮率与羊毛相当 吸湿性差 但在其吸湿时 纤维大分子上的极性基团吸引了空气的水分子 使分子的动能降低 并伴随着能量的转换 用热的形式释放出 来 从而增进了衣着的保暖作用 5 羽绒纤维的耐热 耐光 耐酸 耐霉菌 耐虫蛀性和防水性均比羊毛 蚕丝好 因而其稳定性比较好 6 羽绒纤维的截面近圆形 光线在任一界面上的入射角 都和光线进入纤维后的折射角相等 但由于微小 羽丝的影响 纤维表面粗糙不平 排列紊乱 反射光以不同角度向各个方向漫射 羽绒纤维的光泽就不如细羊 毛明亮 其吸色性也不如羊毛和蚕丝 款式上 羽绒服的设计更加时尚 不仅有长及脚髁的中长款 下摆松紧口的短款 还有各种裙装 马甲 束腰的 系带的 可拆卸的 领口 袖口等部位的细节变化更为丰富 拉链 口袋 钮扣等小配件样式繁多 有很强的装饰性 而不同部位的线迹 既发挥了固定填充物的功能 又使羽绒服的外观更显活泼大方 在细节 处理上具体表现在 腰部抽褶 花色拉链的运用 以及镶边和面料对比色的搭配 挪威提花 小提花与印花及 纹理相映成趣 褪色和做旧的外观 流行印花图案等 羽绒服面料更新换代很快 防皱 防水等高科技面料已成为国际流行趋势 除常规面料如尼丝纺 牛津纺 春亚纺等外 功能优异的流行面料也日渐受宠 纯棉 PU 涂层具有柔滑 细腻 手感紧密 透气性好 易吸汗等 特点 PTFE 面料具有极强的防水 防雪 保湿 透气 导湿等性能 色彩上 羽绒服彻底摆脱了红 黑 蓝等传统色 取而代之的是橙色 米色 粉红 淡蓝 浅紫等流行色 和中间色 缤纷的色彩使羽绒服有了皮衣和羊绒等服装无法企及的色彩优势 而各种色彩的面料相互拼接搭配 更显得羽绒服休闲时尚 不落俗套 第 1 期 黄翠蓉 等 羽绒服保暖性探讨 27 另外 羽绒服中的科技含量越来越高 如 纳米 抗菌羽绒服 羽绒服轻软保暧的优点深受消费者喜爱 但 如何保洁羽绒服是不少人头疼的问题 绗缝式羽绒服需要经常洗涤 这样就会影响保暧性能 而内胆式羽绒服 虽只需洗外套 却显得很臃肿 应用了纳米技术的羽绒服成功地解决了这个难题 这种产品的面料是经过纳米 材料改性处理后研制开发的多功能复合面料 既能保持织物原有的透气透湿 强力牢度 色泽鲜艳 手感细腻 等优点 又利用纳米材料的独特几何形状与尺寸效应 在织物表面形成互补的界面效果 当水 油 污物溅落 在衣服上时会自动滑落 不会浸入布料 其中填充的羽绒 则是采用纳米技术将无机银系抗菌剂混合整理到羽 绒纤维中 使羽绒具有抗菌 除臭等功能 2 羽绒服保暖性因素探讨 2 1 羽绒服的结构 羽绒服由面料 羽绒填充物及其他辅件或配件组成 是多层服装 2 1 1 面料 1 常规面料 尼丝纺 牛津纺 春亚纺 常规处理 防水 防静电 涂 PU 透气透湿处理 消光复合 2 纯棉 PU 涂层 柔滑 细腻 手感紧密 透气性好 易吸汗 3 PTFE 面料 极强防水性能 防水 防雪 保湿 透气 导湿 2 1 2 填充物 鸭绒 鹅绒 2 1 3 辅料 2 2 羽绒服保暖性的影响因素 2 2 1 面料 不同纤维材料的导热系数并不相同 羽绒服面料主要是棉 涤或棉涤混纺面料 棉的导热系数比涤的小 而纤维的导热系数越小 则保暖性越好 所以棉面料的比涤面料的羽绒服在其他条件相同的情况下其保暖性更 好一些 另外 面料的后整理也对羽绒服的保暖性有很大影响 如涂层面料 可使羽绒服更加保暖 2 2 2 羽绒填充物 1 羽绒填充物的类型 羽绒服填充物有白鹅绒 灰鹅绒 白鸭绒 灰鸭绒 鹅鸭混合绒和粉碎绒等多种 其中质量最好的是鹅绒 它的绒朵大 羽梗小 品质佳 弹性足 保暖性强 其次是鸭绒 虽绒朵 羽梗都比 鹅绒差些 但品质 弹性和保暖性都很高 鹅鸭混合绒绒朵一般 弹性较差 但保暖性还不错 而粉碎绒由于 是毛片加工粉碎 弹力和保暖性差 有粉末 品质较次 2 含绒量的高低 含绒量越高的羽绒 蓬松度越高 保暖性也越好 依靠手的触摸可大体判断含绒量的 高低 含绒量高的制品有一种天然细腻的手感 如果手摸上去感觉羽梗多 则说明含绒量低 甚至完全是羽毛 做填充而不是羽绒 还可以通过挤压 看其是否能恢复原状 含绒量越高的恢复原状的能力就越强 另外抖动 制品后 越蓬松 饱满 含绒量一般也越高 3 填充量的多少 a 实验方案设计 保暖性是指试样能保持包覆体温度的程度 可以说是保暖服装填料最重要的性能 通常用导热系数 克罗 值 保温率三个指标来衡量 导热系数表示样品导热量的大小 克罗值则表示热量通过织物时所遇到的热阻 保温率以无试样时的散热量和有试样时的散热量之比的百分率表示 纺织材料是多孔性物体 纤维内部和纤维之间有很多孔隙 孔隙内充满着空气 热在其中的传导 不但有 纤维自身的热传导 也有热的对流与辐射 一般测得的纺织材料的导热系数 是纤维 空气和水分混合物的导 热系数 参照标准 GB11048 89 纺织品保暖性能试验方法 实验仪器 YG B 606D 型平板式保暖仪 实验方法 将试样覆盖于 25cm 25cm 的试验板上 试验板和周围的保护板均以电热控制在相同温度 并由 温度传感器将数据传递电脑以上保持恒温 使试验板的热量只能通过试样的方向散发 由电脑测定实验板在一 定时间内保持恒温所需要的加热时间 并计算试样的保温率 Q 单位 传热系数 U 单位 W 和 克罗值 CLO 武汉科技学院学报 2007 年 28 其中 保温率 Q Q1 Q2 Q1 100 Q1 无试样散热量 W Q2 有试样散热量 W 传热系数 U U1 U2 U1 U2 U1 无试样时实验板传热系数 W U2 有试样时实验板传热系数 W 克罗值 CLO 1 0 155U 试样准备 每种样品取试样袋三个 试样袋尺寸为 30cm 30cm 要求平整 无折痕 并置于规定的标准大 气条件下调湿 24h 填充物为含绒量为 90 的鸭绒 b 实验结果及分析 不同的填充量所测得的保暖性情况如表 1 所示 表 1 不同填充量下的保暖性 填充量 g 试样厚度 mm 克罗值 clo 导热系数 W 保温率 2 1 34 4 032 1 6 82 4 3 1 94 5 865 1 1 87 2 4 2 47 9 216 0 7 91 5 5 2 98 10 106 0 6 92 3 6 4 12 8 064 0 8 90 3 由表 1 可看出 随着填充量的增加 保暖性提高 但达到一定量后 随着填充量的增加 保暖性下降 这 是因为开始时随着羽绒含量的增加 羽绒纤维所保持的空气量增多 而空气的传热系数最小 使羽绒服具有良 好的保暖性 但当羽绒填充量超过一定限度后 在面料的牵制下 其厚度不再增加或增加得很少而羽绒纤维的 密度却增加了 通过纤维传导损失的热量也就越多 制品的保暖性并没有随填充量的增加而相应增加 因此 合适的填充量可以达到既经济又保暖的效果 对于一定款式和一定内胆体积的羽绒服装 存在一个最佳充绒量 此时羽绒服的隔热值达到最大 羽绒服 装的保暖性能优劣取决于充绒量的大小 充绒量改变的实质是羽绒服装中内胆所束缚的静止空气发生了改变 即服装中静止空气含量达到最大而又不发生对流时 服装的隔热值就达到最大 保暖性能最好 当试样较厚时 从试样侧边的散热量不可忽略 导致加热功率增加 克罗值降低 4 蓬松度的大小 材料的蓬松度与其保温性能有密切的关系 开始时 随着纤网的蓬松度增大 纤网内 部所含的静态空气量增加 保温率随之线性增大 但是当蓬松度增加到一定程度时保温率又会下降 这是由于 随着蓬松度的增加 材料中的空气含量增大 对流造成的热量损失也就越大 保温率随之降低 5 纤度和表面积的大小 保暖材料 尤其是用作絮料的纤维 保暖性与纤度 D 有密切的关系 一方 面 纤维越细 纤度越小 单位重量内的纤维数目越多 纤维的表面积越大 吸附空气的能力越强 纤维的保 暖性就越好 而且 由于纤维根数多 产品内静止空气被分割得非常细密 从而加强了对空气流动的阻隔能力 有利于产品对静止空气的保持 优质羽绒的直径很细 比表面积大 粘附静止空气的表面积也大 静止空气数 量的增多 降低了服装的热传导率 所以羽绒服是寒冷季节人们防寒防冻的理想装束 另一方面 由于纤维较 细 保暖产品内纤维根数多 对热辐射的反射能力强 使得人体辐射的热量能够以较高的比例反射回人体 从 而起到保温的作用 羽绒截面为中空形且是疏松型组织 异形或中空截面有利于静止空气的存储 对热辐射的 反射以及增加对流动空气的摩擦 这种不规整的截面更有利于对人体热辐射的反射 保证了材料的高保温性 当纤维很细时 因缺乏刚性 由它构成的保暖材料 受压后不易恢复其膨松状态 使保暖性受到影响 因此 用于被服的絮料 为保持良好的膨松性和压缩回弹性 所选用纤维的纤度应在 1 5 6D 之间 并且由粗细不同的 纤维混合组成为好 另外 羽绒保暖材料属于层状结构 产品两表面都被超细中空高卷曲纤维覆盖 且两表面都做了压烫整理 一方面是为了增加表面的密实性 有效阻隔空气的对流 另一方面是为了提高絮毡的防钻绒性 同时还能够保 证产品舒适的手感和弹性 6 水分和干湿度 不同的保暖材料 如羽绒 中空涤纶和实心涤纶絮料 在干湿条件下的保暖性是不一 第 1 期 黄翠蓉 等 羽绒服保暖性探讨 29 样的 在干燥情况下 羽绒的保暖性最好 其次是中空涤纶絮料 再次是实心涤纶絮料 但是 羽绒潮湿后 其保暖量的变化十分明显 液态水分含量大时 其保暖量会降低到干燥时的一半 而涤纶絮料由于回潮率小 液相水分难以附着 干湿条件下的保暖性变化不大 羽绒是一种传统的优质保暖材料 具有膨松 质轻 压缩回 弹性和保暖性好的特点 但缺点是受原料的影响质量参差不齐 回潮率高 潮湿后保暖值下降明显 而且制成 品臃肿 穿着活动不便 2 2 3 服装结构 羽绒服是多层结构 羽绒服的多层结构一是为了防钻绒 另外就是为了使服装保持大量空气的存在 羽绒 服保暖的一个非常重要的因素是大量空气的存在 使得羽绒服的隔热值大大提高 所以 不同的服装结构所含 的空气量不一样 从而导致服装的保暖性也不一样 从材料的保温机理来看 纤维的导热能力远大于空气的热传导能力 也就是材料的保温性能受所含空气的 体积百分含量的影响较大 而受纤维所占百分含量的影响较小 随着含气率的增大 材料的保温率也增大 但 是当含气率增大到一定程度时保温率便不再增加 继续提高含气率还会使保温率降低 这是由于保暖材料中对 保温率贡献最大的是纤网内部静态空气的含量 在纤网中的纤维含量足够多时 材料单位面积中纤维比表面积足 够大 同时由于纤维具有各向异性 使空气沿纤维表面留在纤维间的空隙里 纤网中的纤维又可使空间位置弯曲 限制了空气的流通 从而减弱了保暖材料的对流和辐射散热 但是随着纤网内部含气率增大到一定程度 纤网 中的纤维含量不够时 材料内部的空气就不是处于静止状态 而是与外界发生了自然对流 含气率越大 对流 速度就越快 从而降低了材料的保温性能