服装材料的物理特性对穿着舒适性的影响

服装的款式和服装材料的物理特性上的差异会造成服装穿着舒适感的不同。织物各种物理性能的测试虽然没有能考虑服装款式的影响，并不能代替人体穿着试验时舒适感的实际测定，但是随着服装舒适性和织物特性之间一系列关系的研究，就有可能借助各种试验方法来对舒适性进行评价。研究表明，反映织物热湿传递的隔热性或导热性、透湿汽性，以及透气性、透水性是影响服装舒适性的重要因素。现分述如下。

1.隔热性

隔热性与导热性是热传递性能同一事物的两种相反描述方法。纺织材料的导热性在前面已经讲述。测定织物隔热性能的方法有恒温法、冷却速率法、热流计法等。除了恒温法是将织物包覆热体，测定保持热体恒温所需的热量以外，在采用冷却速率法时是让热体自然冷却，根据冷却速率来确定织物的隔热性能。在用热流计法时则将织物试样夹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，从而测定其隔热性。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。

描述织物导热性或隔热性的指标很多，可用导热系数或绝热率表示，也可以用热欧姆（T—Ω）来表示热阻。热欧姆的单位是m2·℃/W，它是指温度差为1℃时，热能以每平方米1W的速率通过。这是由于热流也遵循类似于电流的欧姆定律关系，即通过服装或织物单位面积的热流量与温度差成正比，与热阻成反比。热欧姆的优点是可以直接指示出加热所需要的能量，因为任意一个物理的、生理的、工程的功率单位或能量单位都容易换算成瓦特。在英、美等国家，描述服装或织物隔热性能时，常采用克罗（CLO）值来表示。克罗单位是这样规定的：在室温为21℃，相对湿度不超过50%，空气流速不超过10cm/s（相当于有通风设备的室内正常气流速度）条件下，一个人静坐保持舒适状态时对衣服所需要的热阻，这个热阻单位称为克罗。一个人静坐时人体新陈代谢发热量约为209.14J/（m2·h），假定在上述条件下保持皮肤温度为33℃，静坐时新陈代谢热量的24%是通过无感排汗蒸发所散失，其余的热量通过衣服传递，考虑了空气的热阻，则衣服的热阻根据定义等于一个克罗，它的值相当于4.3×10-2℃·m2·h/J。克罗值的测定可以在暖体假人表面和环境间维持恒定的温度差，用物理方法测量热阻而求得。热欧姆（T—Ω）与克罗（CLO）的换算关系如下：

在实际上，服装的克罗值也可根据服装的厚度进行估算，即：1cm=1.6CLO=0.25（T—Ω），服装的克罗值大小表示了保暖隔热程度的高低。应该注意，测定服装的克罗值和测定织物克罗值总和是有差别的，其主要原因是因为空气层的存在。

目前国内生产的一种织物保暖性测试仪是以试样筒保持一定的表面温度（室温+50℃）作为热体，在一定时间（30min）内，测定热体在未包覆织物试样前的耗电功率与包覆试样后的耗电功率之差，除以未包覆试样前的耗电功率所求得的百分率称保暖率，作为织物保暖性的指标。

对干燥的织物特别是纤维排列比较有规则的新型织物研究表明，影响织物导热系数的主要因素是织物内纤维的排列状态。为此，织物作为纤维—空气混合体，其导热系数可以分别以纤维排列和热流方向平行与纤维排列和热流方向垂直两种情况结合进行分析。如果纤维排列和热流方向平行，由于纤维的导热系数比空气高，纤维—空气混合体的导热系数主要受纤维的影响；如果纤维排列和热流方向垂直，则纤维间空气层的导热系数对纤维—空气层混合体的导热系数影响较小，而纤维间空气层的导热系数的影响却很大。若x和y分别表示织物内纤维排列和热流方向平行与纤维排列和热流方向垂直的有效百分率，x+y=1，则织物的导热系数K为：

式中：Vf，Va——纤维和空气的体积分数；

Kf，Ka——纤维和空气的导热系数。

式3-6-3对解释纤维排列较有规则的织物隔热性能的试验数据有一定的作用。

导热系数是热流量密度除以温度梯度，用导热系数讨论织物热传导性能时是指织物单位厚度而言，具体织物具有一定的厚度，据上述所述，织物的隔热性能随织物的厚度增高而增加以外，还与织物表面的纤维排列状态有关。由棉、聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维为原料所制成的光滑表面织物，随着织物所受压力的增高，织物表面纤维排列状态改变极小；织物的导热系数随着压力增高而增高，主要归因于织物内纤维排列聚集紧密、体积重量增加。对于表面起绒的毛织物或羊毛混纺织物，垂直于织物表面的这部分纤维对织物传递性能有着影响，在压力较紧时，纤维的一部分是垂直于织物表面，当压力增高时这部分纤维将发生弯曲，在压力较高时这部分纤维将平行于织物表面，由于纤维排列与热流方向垂直时导热较差，因而织物的体积重量随着压力增高对导热系数的影响被纤维排列的改变所抵消，所以起绒织物导热系数对织物所受压力大小变化不敏感。

当干燥的织物润湿以后，织物的隔热性能显著下降。在考虑纤维排列相同的前提下，织物隔热能力的下降和含湿量成正比，因而，湿织物与大面积皮肤相接触时，人体就有阴凉感。

2.透湿汽性

人体通过皮肤蒸发汗液不断散失水分。在正常条件下，人在静止时无感出汗量约为15g/（m2·h），在热的环境中或剧烈运动时出汗量可以超过100g/（m2·h），水分通过服装材料时有液态与气态两种。如果汗液在皮肤表面蒸发而以水蒸气（气相）方式透过织物，刚主要是通过织物内空气的空间向外扩散，这时织物内空隙中的空气仍保持其热阻。如果皮肤表面水分以液态方式通过芯吸作用传递到织物表面，并在织物表面上蒸发而到达空气层，则将使舒适性降低，其原因之一是润湿的织物表面被皮肤的感觉神经所觉察，使人感到衣服滑腻粘贴皮肤而不适，另外是由于水分充满织物内空隙后，则空隙内不再保存静止空气，使织物热绝缘能力明显下降，使人感到衣服湿冷而难受。人体的出汗量是随人的活动量而变的，而人体分泌的汗液能够得到顺利的蒸发才会使人感觉舒适。在热湿的环境中，高的相对湿度使汗液蒸发速率减慢。在较寒冷的环境中，所穿着的衣服对汗液的蒸发是一阻抗，所穿衣服越多，则阻抗越大，尽管在冷天，人们所穿衣服尚不致为汗液充满织物内毛细管道，但织物对水蒸气扩散的阻抗对舒适性影响很大，因而织物的透湿汽性是除了隔热性能以外影响服装舒适性的第二个重要因素。

为了测定织物透湿汽性，常采用蒸发法，测试时采用两个盛水容器，一个容器没有覆盖织物，另一个容器是将织物试样放置在水面之上。在一定温湿度条件下测定两个容器在一定时间内的水分散失量，即单位面积、单位时间内，水蒸气浓度（或压力）单位差值下的水蒸发量，以此来表示织物对水蒸气扩散的阻抗，作为透湿汽性的指标。

近年来在国内外，为了探索服装材料的舒适性，把织物热、湿传递结合在一起进行研究的测试方法正在不断发展中。试验表明，织物对水蒸气扩散的阻抗，主要取决于织物的厚度和组织的紧密度，随着织物的厚度增加，对水蒸气扩散的阻抗随之上升，纤维本身所传递的水蒸气量与织物内空隙所透过的水蒸气量相比是很小的，这说明水蒸气是沿着纤维表面传递，尤其是通过织物内空气的空间进行传递。应该指出，织物对水蒸气扩散的阻抗随风速而改变，这是由于织物表面静止空气层厚度改变的缘故。因为水蒸气必须通过织物表面静止空气层进行扩散，如果空气在织物表面流过，就破坏了织物表面的静止空气层，使织物对水蒸气扩散的阻抗下降。

为了提高织物的透湿汽性，可以改变织物结构的织物组织、经纬密度、纱线的细度与捻度等，对于涂层整理过程中，可用大量细针刺破织物涂层，以使水蒸气通过孔眼而增加其透湿汽的能力，对于化学纤维，在制造过程能使纤维具有较多的微孔结构，也可提高这种化纤织物性能。也有将织物用酯类聚合物浸渍后，加热到较高温使其分解与膨化，在织物内形成含有亲水基端的微小孔道，提高透湿汽性能。

3.透水性与防水性

液态水从织物一面渗透到另一面的性能，称为织物的透水性。有时采用与透水性相反的指标——防水性来表示织物对液态水透过时的阻抗特性。透水性从两方面与舒适性有关，一方面是来自外界的水，如雨水，织物应该阻止其到达人体，因而采用防水整理来达到目的；另一方面，人体表面而使人感到舒适。此外，透水性与防水性对工业用滤布、篷布、防水布、鞋布及雨衣等的品质评定，具有重要意义。

（1）水分子透过织物的途径。

①由于纤维对水分子的吸收，使水分子通过纤维体积内部毛细管而达到织物的另一面。

②由纤维间空隙使水蒸气扩散到另一面。

③由于水压强迫水分子通过织物的孔隙。

（2）织物透水性或防水性的测定。随着织物的实际使用情况不同，采用的测定方法也不同，并且以各种相应的指标来表示透水性或防水性，测定方法可以有以下几种。

①使试样承受一定静压的水柱。对于防水性织物，如雨衣布等，测定单位面积、单位时间内的透水量[mL/（cm2·h）]；对于防水性织物，如雨衣布等，测定当试样另一面出现水滴所需的时间，或经一定时间后观察另一面所出现的水珠数目。

②在试样的一面施以等速增加的水压，直到另一面被水渗透而显出一定数量水珠时，测定水柱高度。有时称这种试验为水压试验。

③连续喷水或滴水到试样上，观察试样在一定时间后表面的水渍特征，与具有各种润湿程度的样照对比，评定织物的防水性，或者测量水滴与织物表面所成的夹角。有时称此法为沾水试验。

④将试样浸没于水中一定时间后取出，测量试样所吸附的水量。

水滴附着于物体表面上时，水滴在物体表面接触点上切线所形成的θ角，称为接触角，如图3-6-1所示。接触角的大小是水分子间凝聚力和水分与物体间附着力的函数。接触角的大小可作为织物防水性的量度。接触角越大，表示水分与织物表面分子间的凝聚力越小，织物的防水性越好。在接触角大于90°时，一般认为织物的防水性是良好的；接触角小于90°时，织物较易被水润湿，防水性不良。

图3-6-1　水滴与织物表面形成的接触角

当组成织物的纤维表面所附有的蜡质、油脂或胶质除尽后，水滴附于织物上时，接触角均比90°小得多，因此，为了增加织物的防水性（有时称为拒水性），均需进行防水（拒水）整理。防水整理用的整理剂，大多数含有长链脂肪烃化合物，它是一种对水分子吸附力很小的物质。织物经整理后，纤维表面排满了具有疏水性基团的分子，使水滴与织物表面所形成的接触角增大。织物的防水性也与织物的孔隙和厚度有关，密度大和厚度厚的织物具有较好的防水性。(www.xing528.com)

如在织物表面涂一层不透水、不溶于水的连续性薄膜层，则织物不仅不透水，也不透气，手感较硬，这就不适宜于衣着用，但可用于篷盖布等。

4.透气性

气体通过织物的性能称为织物的透气性。织物的透气性从以下几方面影响着服装的舒适性。

首先，织物如果对空气容易透通，则对水蒸气与液态水，通常也是易于透通的。因而以前讨论的透湿汽性与透气性密切有关。其次，织物的隔热性能主要取决于织物内所包含的静止空气，而该因素又转而受到结构的影响，所以织物的透气性与隔热性也有一定关系。在寒冷的气候中，稀疏的织物对穿着者会遭受风寒，强烈的风吹也会影响生存。此外，透气性高的织物往往是结构比较疏松的薄形织物，在强烈的日光直接照射下对穿着者也会造成不适，透气性不仅对衣着制品很为重要，对国防用及航运用织物更有重要意义，如降落伞织物和航运帆布应具有规定要求的透气性。

织物的透气性常以透气率Bp[mL/（cm2·s）]来表示，它是指织物两边维持一定压力差p条件下，在单位时间内通过织物单位面积的空气量。

式中：V——在T秒时间内通过织物的空气量，mL；

A——织物的面积，cm2。

图3-6-2　织物透气仪原理图

测定织物透气性，可用织物透气仪，如图3-6-2所示。织物透气仪是由空气室1、3以及排气风扇4等组成。试样5置于空气1的前面。当排气风扇4转动时，空气即透过试样5进入空气室1与空气室3。空气在通过气孔2时，由于截面缩小，即引起静压降落，其数量可在压力计7上读得，由此可推求织物的透气率。试样两边的压力差由压力计6表示。根据流体的连续原理与伯努利定理，以及考虑到实际气体的黏滞性与可压缩性，可以得出透过试样的空气量Q（kg/h）为：

Q=cud2δ/hγ

式中：c——仪器常数；

u——流量系数；

δ——流体比重变化系数；

γ——压力计7内液态比重；

d——气孔直径，mm；

h——压力计7的压力差读数，mm。

由此可知，通过织物试样的流体流量与气孔2的直径的平方成比例，并与空气室1和空气室3的压力差有一定关系。当气孔直径和压力差为已知时，可计算出通过织物的流体流量。在试验时，为了减少计算，将上式绘成专用对照图，根据压力计7的读数分别查得有关气孔的直径，即可直接得到通过织物的流量值。

影响织物透气性的因素很多，如纤维的截面形态、纱线细度与体积重量，织物和针织物的密度、厚度、组织与表面特征，以及染整后加工等。织物透气性的变化规律可归纳如下。

（1）当经纬纱线密度不变而经密或纬密增加时，则透气性降低。以精梳毛织物为例，不同密度对织物透气性的影响见表3-6-1。织物所用纱支为公制支数27/2，织物组织为2/2斜纹。

表3-6-1　织物密度对织物透气性的影响

（2）若织物的密度不变而经纬纱细度减细，则透气率增加。

（3）若织物的紧度保持不变，而采用不同的纬密与不同的纬纱细度相配合时，织物的透气率随着纬密增加和纬细度减细而降低。

（4）在一定范围内，纱线的捻度增加时，纱线的体积重量增加，纱线直径和织物紧度降低，因此，织物的透气性有提高的趋势。

（5）从织物的基本组织来看，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更大。

（6）由于织物组织与密度的改变，引起浮长增加时，透气率增加。

（7）织物经后整理，一般透气性降低；织物结构越疏松，后整理的影响越大。

（8）织物的回潮率对透气性有明显影响。如表3-6-2所示，毛织物随回潮率的增加，透气性显著下降，这是由于纤维径向膨胀的结果。

（9）大多数异形纤维织物比圆形断面纤维织物具有较好的透气性。

表3-6-2　织物回潮率与织物透气性

上述这些影响因素，在织物设计时应加考虑。例如，巴里纱织物，大都作为夏季服装和热带地区用，要求织物具有薄、稀、爽风格。因此，纱号一般用得较细，密度用得较低，并且采用强捻度。麻纱织物的用纱，捻度一般也较大，并配以适当的组织。这些都是为了保证织物具有较大的透气性。