优化服装热湿舒适性能 - 织物性能及服装调节能力

人体与环境之间处于不断的能量质量交换中。人体的舒适感觉取决于人体和周围环境之间的热量和水分等的交换平衡。服装在这种能量质量交换中起着调节作用，服装的这种调节能力的大小又取决于服装的款式和织物的有关性能，主要包括导热性、透气性、吸湿性、透湿性、透水性、保水性和液态水传送性能等，统称为热湿舒适性。

（一）织物的导热性和热阻

服装的最重要的功能之一是帮助人体维持恒定的体温。人体处在一定的环境中，与环境不断地进行着热交换。人体由于新陈代谢不断地产生一定的热量，需要向外界散发；而当外界温度较低时，又需要避免环境从人体夺取过多的热量。尽管人与环境的热交换过程中服装以十分复杂的机理影响着人与环境的换热量，但在总体上可以将此过程简化为一个热传导过程，即热量通过服装从皮肤表面传导到服装外表面。

当材料的两个表面存在温度差时，热量就会从温度高的一面向温度低的一面传递，这就是热传导或导热。织物导热能力的大小可用热阻来表示。

热流也遵循类似欧姆定律的关系式，即热流与势能（温度差）成正比，与热阻成反比。热阻的米制单位是热欧姆（T－Ω），量纲是m2·℃／W。

服装的热阻还常采用克罗值（CLO）来表示。克罗（CLO）的定义：在室温21℃、相对湿度小于50%和气流速度不超过0．1m／s的条件下，一个人静坐保持舒适状态时所穿着服装的热阻就是1克罗（CLO）。

热欧姆（T－Ω）与克罗（CLO）的换算关系如下：

1（T－Ω）＝6．45CLO

或

1CLO＝0．155（T－Ω）

国家标准GB／T 11048—1989中织物的保温性能的表征指标为保温率，该指标是指无试样时的散热量和有试样时的散热量之差与无试样时的散热量之比，用百分率表示。

织物的热阻与织物的导热系数成反比，与织物的厚度成正比，并受环境条件的影响。死腔空气（指封闭在单根纤维内部不会发生流动的空气）和静止空气的导热系数远小于纤维的导热系数。

织物以及填絮料的热阻主要受其结构中死腔空气和静止空气含量的影响。疏松的织物结构，如起绒织物、粗纺毛织物等，因织物内容纳有大量的静止空气，因而热阻大，保暖性好。此外，在服装穿着以及保养过程中，织物以及填絮料受到不断挤压，一般都使其结构中死腔空气和静止空气含量降低，使其导热系数在不断增大，致使服装的保暖性不断下降。织物以及填絮料的导热系数增大的程度主要决定于材料厚度方向上的压缩弹性，压缩弹性好的材料，导热系数增大不明显，保暖性比较持久。

对于相同结构的织物以及填絮料，其热阻随材料的厚度增大而增大。增加织物以及填絮料的厚度，是提高其保暖性的另一个常用方法。

（二）织物的吸湿性、放湿性和透湿性

当环境气温与人体表面温度相等，甚至高于体表温度时，人体最重要的散热途径就是通过出汗增加蒸发散热。即使人体在热应激水平很低时，人体也不断地通过皮肤向体外释放水分，即所谓的不感知蒸发。这些水分如果不能及时地被服装吸收或透过服装释放到环境中，人体就会感到闷热或潮湿，引起人体的不舒适。

织物吸收气态水分的能力称为织物的吸湿性。织物放出气态水分的能力称为织物的放湿性。织物的透湿性是指气相水分因织物内外表面存在水汽压差而透过织物的性能。因为人体不断向体外排出水分，这些水分能否及时被服装吸收或透过服装释放到环境中，对于人体的舒适与否是十分重要的。因此，织物的吸湿性、放湿性和透湿性对服装的舒适性有很大的影响。

1.织物的吸湿性和放湿性

对夏季服装和内衣而言，要求织物有良好的吸湿性和放湿性，以便吸收人体通过不感知蒸发和出汗向皮肤表面排出的水分，并迅速释放到周围环境中，保持皮肤表面适宜的湿度。对冬季服装的填絮料而言，由于其吸湿后会使保暖性降低，一般希望吸湿性差一些，尤其对于湿冷环境下穿着的冬季服装更是如此。此外，织物的吸湿性还与其抗静电性能密切相关，吸湿性差的织物，容易引起静电问题，造成其他不舒适。

织物的吸湿性主要由其纤维原料的吸湿性大小所决定，此外还受纱线结构、织物结构和后整理的影响。织物吸湿性的表征指标是标准大气条件下的回潮率。该值越大，吸湿性越好。

2.织物的透湿性

水蒸气透过织物的性能，称为织物的透湿性。服装用织物一般要求有一定程度的透湿性。透湿性的评价指标主要有：

（1）透湿率：在国家标准GB／T 12704—1991中，织物透湿性的评价指标是透湿率（Water Vapour Transmission Rate），指在织物两面存在恒定的水蒸气压差的条件下，在规定时间内通过单位面积织物的水蒸气质量，单位是g／（m2·d），即每天每平方米织物上的透湿量。

该标准规定用透湿杯法测定织物的透湿量，包括吸湿法和蒸发法两种。

（2）透湿阻力：简称湿阻，指的是织物对水蒸气透过的阻抗能力。织物的湿阻常用等效空气层厚度来表示。

式中：R——织物及其边界空气层的湿阻（cm）；

A——试验部分试样面积（cm2）；

t——透湿时间（s）；

Q——水汽传递量（g）；

D——水汽传递系数，常温常压下，D＝0．22＋0．00147T，T为环境温度（℃）；

ΔC——织物两面水汽浓度差（g／cm3）。

式中：P1——试验杯中饱和水汽压（mmHg）^[1]；

H1——试验杯中相对湿度（%）；

T1——试验杯中的绝对温度（K）；(www.xing528.com)

P2——试验环境饱和水汽压（mmHg）；

H2——试验环境相对湿度（%）；

T2——试验环境的绝对温度（K）。

（3）透湿指数im（Moisture Permeability Index）：透湿指数im是美国的A．H．伍德科克（A．H．Woodcock）于1962年提出的一项反映服装和织物透湿散热性能的指标，其定义式为：

im＝（Rt／Re）／S

式中：Rt——服装或织物及其边界空气层的总热阻；

Re——服装或织物及其边界空气层的总湿热阻；

S——蒸发散热与对流散热之间的当量比值，常压下其值等于2．2℃／mmHg。

理论上，im值的变化范围在0～1。当穿着完全不透气的橡皮防毒服时，透湿阻力趋向无穷大，此时服装的im值就趋向于0。不穿衣服的裸体人，当风速大于3m／s时，其皮肤表面空气层的im值就趋向于1。

影响织物透湿性的主要因素有纤维的吸湿放湿性能、织物的紧密度、厚度和后整理。当接近皮肤的衣下空气层中水蒸气分压大于周围环境中水蒸气分压时，水蒸气便可以通过织物纱线间的孔隙和纤维间的孔隙从分压高的皮肤表面向分压低的外环境扩散。织物的紧密度和后整理决定了这些孔隙的大小和多少。织物的厚度越大，对水蒸气的黏滞力越大，对水蒸气的扩散阻力也就越大。纤维具有一定的吸湿能力，又有一定的放湿能力，可以从湿度高的环境吸湿后向湿度低的环境放湿。在其他条件相同时，如果纤维的吸湿性好，放湿又快，则透湿性提高。

（三）织物的透气性

气体透过织物的性能称为织物的透气性或通气性。国家标准GB／T 5453—1997中，织物的透气性以织物两面在规定的压力差（100Pa）条件下的透气率表示，单位是mm／s或m／s。

织物的透气性与服装的舒适性关系密切。首先，它与服装的保暖性能有关。在有风时，如果外层服装的面料透气性越好，则服装的保暖性能越差。因此，对于在寒冷环境中穿着的外层服装，要求有较小的透气性，以提高整体服装的防寒保暖性能。其次，织物的透气性还与织物的透湿性能有关，对于同种纤维的织物，如果对空气容易透通，则对水蒸气也容易透通。

可用织物透气仪测定织物的透气性。

影响织物透气性的主要因素是材料中直通孔的大小和多少，并且受纤维的截面形态、纱线细度、体积质量、织物的密度、厚度、组织和表面特征以及染整后加工等多种因素的影响。织物透气性的变化规律如下：

（1）当经纬纱细度不变而经密或纬密增加时，织物的透气性降低。

（2）当织物密度不变而经纬纱细度变细，织物的透气性增加。

（3）当保持织物的紧度不变，而采用不同的纱线线密度和密度相配合时，织物的透气性随密度的增加而降低。

（4）同样的纱线线密度、密度和织物组织条件下，织物的透气性随纱线捻度的增加而增加。

（5）织物的透气性随织物中浮长线的增长而增加。其他条件相同时，平纹组织织物的透气性最小，斜纹组织织物的透气性较大，缎纹组织织物的透气性最大。

（6）织物后整理对织物透气性有很大影响。织物经后整理，一般透气性降低。涂层整理甚至可以将织物透气性降为零。

（7）织物的回潮率对透气性有明显影响。织物吸湿后，透气性下降。

（8）大多数异形纤维织物比圆形纤维织物透气性好。

（四）织物的液态水传递性能

织物中液态水的传递是通过毛细管作用实现的，是一种芯吸传递。织物的液态水传递性能主要取决于水对纤维表面的润湿性能、纤维的细度和截面形状、纱线中纤维的排列状态和织物的后整理。

对于冬季贴身穿用的运动员训练或比赛服装，如果内层采用吸湿性差而液态水传递性能好的材料，则可以迅速将汗水传递到外层材料中，同时保持比较干燥的状态，可以避免运动结束后体热的过分散失，进而避免因此造成的着凉感冒。

对于炎热条件下贴身穿着的服装，如果织物的液态水传递性能好，则可以迅速将汗水传递到服装的外表面，从而促进汗水的蒸发，增加蒸发散热量。

液态水传递性能的测试可以用毛细效应测试法，具体可参见标准ZBW 04019—1990。

（五）保水性能

织物的保水性能，是指织物握持液态水分的能力。所有的纺织结构，无论其纤维是否吸湿，都能把水分聚集在纤维的内、外表面或纤维之间的孔隙中，称为“吸附水”。织物保水性能的大小，就是由纤维的吸湿能力和织物的这种保持吸附水的能力决定。

织物的保水性能与夏季贴身服装的舒适性有较大的关系，主要是涉及服装吸汗的问题。如果贴身服装织物的保水性能好，织物就可以吸收更多的汗水而不容易产生潮湿感和粘体感。相反，如果夏季贴身服装织物的保水性能差，织物只吸收了少量的汗水就已达到饱和，从而很容易产生潮湿感和粘体感。例如，对于薄型长丝织物，其最大容水量远小于较厚的短纤纱织物，纤维和纱线间的空气就被水分所取代，在含水量较低时，就会粘贴身体而导致不舒适。

织物的总含水量可以用称重法很方便地测量，而对吸附水可将湿织物用离心分离进行定量测量。

影响织物保水性能的因素主要有纤维的吸湿性、纤维的形态、纤维的细度、纱线的紧密程度、织物结构和织物后整理。纤维的吸湿性越好，纤维越细，纱线越粗、越疏松，织物的浮长线越长，织物越厚，越有利于提高织物的保水能力。起绒整理和缩绒整理都可提高织物的保水能力，而拒水整理和防水整理均会降低织物的保水能力。