（服装设计与工程专业论文）润湿织物热湿舒适性能研究[服装设计与工程专业优秀论文].pdf

北京服装学院硕上研究生论文 t h e r m a l w e tc o m f o r to ff a b r i c s i n t h e w e t s t a t e a b s t r a c t t h e r m a l w e tc o m f o r to f f a b r i c si sa ni m p o r t a n ti n d e xo f c l o t h i n gc o m f o r t ， a n di ti si m p o r t a n tt oe v a l u a t ec l o t h i n gt h e r m a l w e tc o m f o r tu n d e rt h es t a t eo f m o v i n ga n dh i g ht e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y m a n yp e r f o r m a n c e so ff a b r i c s c h a n g ew h e nw e t t e d , a n dt h ec o m f o r to ff a b r i c sf a l ld o w n , t h ew e tf a b r i c s e v e ni n f l u e n c et h eh y g i e n ea n dh e a l t ho fh u m a nb o d y t h ei n d i c e so f t h e r m a l - w e tc o m f o r ta b o u tw e tf a b r i c sw e r es t u d i e da n de x p l o r e di nt h i sp a p e r f a m i l i a rf a b r i c sw e r es e l e c t e dt os t u d yt h ev a r i a t i o no ft h i c k n e s s ，v a r i a t i o no f a i rp e r m e a b i l i t y , v a r i a t i o no f t h e r m a li n s u l a t i o na n de v a p o r a t i o nr a t eu n d e rt h e d i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y as e r i e so ff e a s i b l et e s t i n gm e t h o d sw e r e f o r m e dt os o l v et h ew a t e re v a p o r a t i o no fw e tf a b r i c sd u r i n gt h ee x p e r i m e n t s t h et h e r m a l w e tb a l a n c eo fw e tf a b r i c su n d e rr e a lw e a r i n gw a ss i m u l a t e di n t h el a b o r a t o r y , a n dt h eh e a td i s t r i b u t i o nr a t i oo fw a t e re v a p o r a t i o nf r o m h u m a nb o d ya n de n v i r o n m e n tw e r cs h o w e da tl a s t k e yw o r d s ：t h e r m a l - w e tc o m f o r t ；w e tf a b r i c s ；a i rp e r m e a b i l i t y ；t h e r m a l i n s u l a t i o n ；e v a p o r a t i o nr a t e ；t h e r m a l - w e tb a l a n c e 北京服装学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。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作品成果。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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 次螈 同期：谚) 年 ， 关于论文使用授权的说明 月乒 曰 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磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，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遵守次规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 中午 弓弓年年伊叼期辩 坛叫 跋掰 名名签签 人师本导 北京服装学院硕士研究生论文 1 1 服装舒适性概述 第一章绪论 1 1 1 服装舒适性的定义 社会的前进和人类文明的进步，导致人们的绝大部分时间( 超过9 5 ) 生活在人为 的气候中【i 】，对环境的舒适性也愈加关注。舒适是一个既模糊又复杂的概念，s l a t e r 将舒 适定义为人与环境间生理、心理及物理协调的一种愉悦状态【2 1 ，从2 0 世纪2 0 年代开始， 工程学和建筑科学的学者们开始致力于定义舒适性的生理学和心理学指标，起初这些工作 都是为建筑科学服务的。目前舒适这门技术已经深入到人们生活的方方面面，关于服装舒 适性的研究也获得了蓬勃的发展，就服装的舒适性，从广义上来说，是指着装者通过感觉 ( 视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉) 和知觉等对穿着服装的综合体验，包括生理上的舒服 感、心理上的愉悦感和社会文化方面的自我实现、自我满足感。服装舒适性从狭义上来说， 就是指生理舒适性【3 】。 1 1 2 服装舒适性的分类 服装舒适性是一门综合性、交叉性的学科，涉及心理学、生理学、物理学及人类社会 学等诸多学科，舒适性研究范围包括物理、生理、神经生理和舒适生理四个基本领域，主 要包括以下方面：热湿舒适性、形态舒适性( 衣服压、肌肤感) 、心理舒适性 4 1 ，它们各有所 重又相辅相成，其中热湿舒适性的研究是舒适性研究的重要组成部分，研究得最为广泛， 热湿舒适性是指人体着装后在不同的气候环境下，人体与环境之间热、湿交换达到平衡时， 人体感到既不冷又不热，既不闷又不湿的舒适满意的服装性能。 目前我们所谈到的服装舒适性，多数是指其热湿舒适性能，服装的热湿舒适性是环境、 服装、人体之间生物热力学的综合平衡，能满足人体生理状态的要求，同时，服装热湿舒 适性作为一种主观感觉，穿着舒适与否对人们日常生活、工作影响很大。因此，服装的热 湿舒适性研究一直是现代纺织服装科技领域的前沿课题 北京服装学院硕t 研究生论文 1 1 3 人、服装、环境与舒适性的关系 目前对服装舒适性的研究已从单一的研究方法发展到综合的研究方法，把人、服装和 环境看作是一个系统的三大要素。从人体方面讲，人体是舒适感觉的主体，不同的个体， 年龄、性别、民族、体型、健康状况、心理、新陈代谢、体温、皮肤温度、出汗量等都会 影响对服装舒适性的感觉。 服装本身也会对舒适性有较大的影响，作为环境和人体的过渡部分，服装的隔热性能、 透湿性能，服装的力学性能、可燃性、防水和防风能力，服装合身度、对皮肤的触感等都 不同程度的影响服装的舒适性能。作为服装的热湿舒适性能，服装的隔热性能和透湿性能 对人体的舒适性影响最大，这其中的热湿交换也最复杂。 人们时刻生活在环境当中，环境状况和着装的人体相互作用，相互影响。环境空气温 度、湿度、风速、辐射温度、空气品质、照明、噪音、安全卫生等都会直接或间接的影响 人体的舒适。对于一些极端的天气，如高温高湿的天气，极端寒冷的天气，环境因素对人 体舒适影响更加显著。 从上面看出影响服装舒适性的因素非常之多，可以说人、服装和环境中任何因素都缺 一不可，纵观舒适性的发展历程，2 0 世纪7 0 年代前，人们还主要是建立某种单一指标作 为评价服装舒适性的依据，7 0 年代后，人们逐步认识到人、服装和环境是一个不可分割 的系统。因此对于服装舒适性应从多角度、全方面来研究；另外一方面，由于影响因素之 多，也导致了服装舒适性研究的难度颇大。 1 2 服装热湿舒适性的研究与发展 1 2 1 国外服装热湿舒适性研究概述 服装热湿舒适性的研究始于2 0 世纪初叶，是一门新兴的交叉型学科。对于服装热湿 舒适性的研究首先从美、英等国开始。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 l 5 l 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p s i p l e 等人通过到寒区考察，发表 了关于“选择寒冷气候服装的原则”【】，在这篇论文中，总结了当时从生理学和气候学方 面所得到的许多新知识，弄清了服装防寒隔热的原理，对服装的选材和设计起了重要的指 2 北京服装学院硕士研究生论文 导作用。1 9 4 1 年，g a g g e 等人提出了克罗( d o ) 这一服装热阻的单位【6 】，用来评价服装 防寒隔热的性能。其定义为：室温为2 1 ，相对湿度为5 0 ，气流小于o 1 m s 的条件下， 试穿者静坐不动，其基础代谢为5 8 1 5 w m 2 ( 5 0 k c a l m 2 h ) ，若其感觉舒适，则此时其所 穿服装的保暖量( 隔热值) 即为1 克罗。克罗值是服装保暖性能研究方面的一个里程碑。 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， 具有划时代的意义。1 9 5 5 年路顿出版了一本服装生理学方面的专著人在寒冷环境 中。2 0 世纪6 0 年代，专著纺织品中的水分出版，学者们研究了“各种温度和含水 率条件下多孔体的传热”、“纺织品集合体中的水迁移”。a h w o o d c o c k 提出一个新的指标 透湿指数( 砌) m 【钔，用来处理织物层间的湿传递，并计算湿汽运动所引起的有效散 热，而不涉及水汽的蒸发和凝结的影响。6 0 年代中期，美国著名服装生理学家g o l d m 舭【川 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 年代末丹麦理工大学的范格( f a n g e r ) 教授建立了考虑人体( 代谢产热) 、 服装( 热阻) 和环境( 气温、平均辐射温度、水蒸汽压、风速) 三个方面六个要素的热舒 适方程、舒适图和七点标尺系统。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，即i s 0 7 7 3 0 法【1 】o1 9 7 0 年，l f o u r t 和n r s h o l l i e s 1 0 】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。进入2 0 世纪 7 0 年代后，服装热湿舒适性的研究进一步活跃，从多个角度展开全面研究，学者致力于 服装热湿舒适的实际应用研究。许多研究机构相继研制了不同模拟装置对服装热湿舒适性 进行。如以暖体假人为手段的隔热性能研究，对衣下微气候的模拟实验装置的研制，此外， 日本学者还发展了用计算机模拟服装热湿传递性能的研究方法。同时，人们也认识到人体 向外界的热湿传递往往是动态的，8 0 年代后，研究动态的湿汽传递成为新的服装热湿舒 适性的研究热点。美国学者h y a s u d a 发表系列论文，利用所发明的实验装置，采取显汗 和潜汗两种出汗模式，研究多层织物暴露在有温湿度环境中在短时间内温度的改变和湿汽 的流动。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 2 2 国内服装热湿舒适性研究概述 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 1 1 1 9 7 8 年上海纺织 3 北京服装学院硕士研究生论文 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c ”这一反映透湿性能的评价指标。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。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，次年，欧阳骅编著了服装卫生学，以及庄司光的服装卫生学和李天麟等编 译的舒适等，这些书籍的引进和出版，对国内的热湿舒适性研究的展开起到了推动作 用。同时国内的一些高校和研究单位也在服装热湿舒适性领域开展了广泛的研究。1 9 8 3 年西北纺院研制出了织物微气候仪，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【1 2 1 。1 9 8 5 年东华大学( 原中国纺织 大学) 研制的织物传热透湿装置【】，天津纺织工学院采用西德皮肤模型的原理研制了能 模拟人体出汗和体温的皮肤模型和织物液相缓冲测试仪【l 习。总后军需装备研究所工效 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【1 6 1 ，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。这些测试仪器的研 究，为评价服装认识舒适性提供了先进的测试手段，解决了服装热湿舒适性评价定量化的 问题。近几十年来国内在热湿舒适性方面研究取得了较大的进展，目前主要研究范畴集中 在暖体( 出汗) 假人、测试仪器的研制，吸湿排汗面料的开发和研究，以及衣下微气候的 研究等方面。 由于织物是纤维、空气和水的集合体，内部的结构模式错综复杂，热传递过程中传导、 对流和辐射的比例会随纺织品的结构和环境条件而变，传湿过程伴随着潜热的传递，交叉 效应导致热湿传递非常复杂，给服装热湿舒适性研究带来很大难度，这也导致很难有完备 的综合评判热湿舒适性的理论体系。 1 3 润湿织物热湿舒适性能研究 1 3 1 国内外研究现状 人们大部分的时间是在人为的环境中度过的，近些年来，由于人们生活水平的提高和 生活理念的转变，人们花在户外和运动的时间逐渐增多，这就要求服装具有良好的热湿舒 适性能。 目前，国际上很多机构和学者通过暖体假人来评价服装的热湿舒适性现在暖体假人 已能较精确的测定服装的热阻和湿阻，并能模拟人体出汗和简单的人体运动。美国、日本 等西方国家的一些研究机构都研制了暖体出汗假人，如：美国陆军环境医学研究所成功设 4 北京服装学院硕上研究生论文 计了第一台出汗假人；日本文化服装学院服装卫生学研究室采用吊瓶式输液装置向假人各 区段供水的方式来模拟出汗；我国于七十年代后期，总后勤部军需装备研究所曹俊周等研 制出了“7 8 恒温暖体假人”，在此基础上于八十年代末研制成功了“8 7 变温暖体假人”。 1 9 9 1 年至1 9 9 3 年，东华大学服装学院张渭源等人研制成功了暖体出汗假人；香港理工大 学研制“w a l t e r ”假人，是世界上第一台用水和特种织物制作的暖体出汗假人【3 l 。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，具有一定的局限性。 目前关于上述状态下织物的热湿舒适性的研究报道较少，伍德科克和迪伊研究了潮湿 的服装层并得出结论【1 7 】：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。l h e s 和他的研究小组也做了大量研究，并研制了一种既可以在干态下也可以在湿态下测量织物 热性能的仪器，命名为“a l a m b e t a 川1 8 1 9 1 。该仪器能在3 0 分钟内测出织物的厚度、 热导率、热阻以及热量吸收率。热量吸收率是l h e s 引入用来表征织物温暖、凉爽感觉 的一个客观指标，热量吸收率越高面料感觉越凉爽，一般干态织物的热量吸收率在 2 0 3 0 0 w s l a m 2 k 之间，湿态织物则会达到7 5 0 w s l 锄m 2 k 甚至更高。c h e n - y s 、f a n - j 等 人研究了人体显汗状态下的服装热阻【刎，实验发现不同的出汗程度会导致服装热阻下降 2 y 一8 不等，并指出实验测得干热损失量需经过修正后才能用来预测显汗下热湿舒适性。 中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室郑春晓等人研究了棉丙织 物干湿状态下透气性能f 2 ”。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。但这是 从新型材料良好的疏水能力这个的角度来研究，未能给出在润湿状态下织物热湿舒适性能 的变化。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 2 2 1 。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、周苏萌、张晓芳研究了润湿状态下织物的热阻和润湿量变化关系 【2 3 删，得出对于吸湿膨胀率较大的织物，如：棉或粘胶含量比例比较大的织物，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 5 北京服装学院硕士研究生论文 随着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。并预测出通 过润湿织物的总散热量。 1 3 2 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。 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 度以下时，人处于静止状态，通过呼吸、皮肤孔隙 扩散，每小时都从体内排出汗液，散发热量，这种汗人感觉不出来，故称无感出汗，也称 作隐性出汗。当气温升到2 5 度到3 0 度以上时，人体通过辐射、对流，不显汗每小时大约 散发1 7 4 , - - 3 4 8 千卡的热量，但仍低于体内产生并需要散发的热量，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散热。这种汗呈液体状态，人可以感觉出来，放称显 性出汗。所以出汗是调节体温、使之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 毫升，而剧烈运动或在高温环境中工作的人，每小时可排汗1 0 0 0 - 3 0 0 0 毫升，这 种情况就是显性出汗【2 5 1 。 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 度时，进行4 小时长跑训 练，出汗量平均为4 5 1 1 - 0 3 0 l ；在气温3 7 7 度，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、湿度及单位时 问的运动量，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保持舒 适的感觉，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。 1 4 本文研究内容与意义 随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，服装的舒适性已成为人们关注的焦点 而热湿舒适性作为服装舒适性中最为重要的一个方面，一直以来都是各国学者研究的重 点，作为一门新兴的和体现服装领域最前沿水平的学科，经过近几十年的探索和研究已经 6 北京服装学院硕士研究生论文 取得了众多成果。 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。有报道，人体在剧烈运动之后，水汽聚集导致衣物重量增加达1 0 2 6 ，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、透气性都发生变 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。 本文是在前人研究工作的基础上，对润湿织物的相关性能作了一个较为系统的研究。 织物在润湿之后，很多性能发生了改变，比如透气性能、保暖性能等，这性能的改变对织 物的热湿舒适性影响很大。因此文中对织物润湿后的厚度、透气性能、保暖性能和蒸发速 率的规律进行了研究，并针对润湿织物测试过程中水分蒸发这一难点，摸索以适应此种条 件下相关实验测试方法。最后对实际穿着情况下润湿织物的热湿平衡进行了实验室模拟。 通过这些研究，对人体在高温高湿和剧烈运动时的服装润湿后的基础性能指标变化有 了一个较为全面的了解。同时作为显汗状态下服装热湿舒适性的基础性研究，对人体在高 温高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、服装防护等方面具有一定的借鉴意义。 7 北京服装学院硕士研究生论文 第二章润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，包含了机织织物和针织织物，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。试样的成分和规格见表2 1 。 表2 - 1 所选面料的成份及规格 织物编号材料种类厚度m i l l克重g m 2体积重量g c m 3备注 1 #棉 0 4 1 3 81 2 80 3 0 9 3 斜纹机织织物 2 # 棉 0 6 7 9 82 2 00 3 2 3 6 平纹机织织物 3 #羊毛 o 5 1 3 22 0 80 4 0 5 3 斜纹机织织物 矿 涤纶 o 5 8 1 02 5 30 4 3 5 4 斜纹机织织物 5 。 牯胶 0 3 2 1 0“50 4 8 2 8 斜纹机织织物 矿涤纶羊毛0 4 0 9 41 7 60 4 2 9 8 斜纹机织织物 尹 分形涤纶棉粘胶 0 4 6 3 81 3 40 2 8 8 9 平纹机织混纺织物 8 #涤纶粘胶0 3 7 4 41 3 70 3 6 5 9 斜纹双面机织交织织物 矿 棉 1 1 8 4 62 4 60 2 0 7 6 双罗纹针织织物 l 旷 棉超细丙纶 1 1 2 3 02 1 20 1 8 8 8 交并纱针织织物 超细丙纶未完全裂离 1 1 # 棉超细丙纶 1 1 5 6 22 6 30 2 7 7 5 交并纱针织织物 1 2 0 涤8 棉0 9 7 3 4 2 1 80 2 2 3 9 交并纱针织织物 1 3 。 涤纶，超细丙纶 0 7 4 5 41 8 90 2 5 3 6 交并纱针织织物 2 t 2 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 - 2 所示。 8 北京服装学院硕士研究生论文 表2 - 2 实验用仪器和设备 仪器名称生严j 豕型号备注 厚度仪宁波纺织仪器厂y g l 4 1 型台式织物厚度测试仪 恒温恒湿箱山东纺织科学研究院l f y _ 7 0 1 调温调湿箱 电子天平o h a u sc o r p o r a t i o n n 2 2 1 2 0b a l a n e e s 精度0 0 1 9 透气量仪宁波纺织仪器厂y g 4 6 1 型织物中压透气量仪 保暖仪常州第二纺织机械厂y g 6 0 6 a 平板式保暖仪 红外测温仪r a y t e kc o r p o r a t i o nm t 2 型红外测温仪精度0 2 风速风量计台湾泰仪电子股份有限公司a v m - 0 5 测温度风速风量计 小样机台湾本盟纺织股份有限公司 s l 7 9 0 0 全自动梭织打样机 2 1 3 实验环境条件的控翻 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 0 - a ：2 c ，湿度6 5 + 5 r h ，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 0 - j ：3 c ，相对湿度在6 5 = 1 = 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! d 1 m s 。 2 1 4 织物的润湿量的控制 文中润湿量控制依据：润湿量= ( 瓯一g ) q ，国为实验室条件下平衡2 4 后织物的 重量，g ，为润湿后织物的重量。在进行润湿织物的实验过程中，水分时刻在蒸发，且实 验测试都需要一定的时间，对于润湿量的控制就比较困难。实验中先将织物浸入去离子水 中1 小时左右，使之充分浸润，然后将织物取出平铺自然蒸发，当将要达到还未达到所需 润湿量之前就开始进行测试，给实验过程中水分的蒸发留有余量，测试完成后润湿量可能 低于所需润湿量，但在整个过程中润湿量是在所需润湿量上下很小范围内波动的，较好的 控制了织物的润湿量 9 北京服装学院硕士研究生论文 2 2 润湿织物热湿舒性能的测试方法 2 2 1 润湿织物厚度测试 织物的厚度是指织物在规定压力下正反面之间的垂直距离称为厚度，以毫米为单位。 织物厚度与其体积重量、蓬松性、刚柔性等有关，直接影响织物的保暖性、透气性等。织 物厚度一般采用织物厚度仪来测定。本文中采用y g l 4 1 型织物厚度仪进行测量。 织物厚度测定时依照中华人民共和国国家标准g b t 3 8 2 0 - 1 9 9 7 。测量方法为：将试样 放置在参考板上，平行于该板的压脚，将规定压力施加于试样规定面积上，规定时间后测 定并记录两板间的垂直距离，即为试样厚度测定值。本实验中所用的机织物和针织物为一 般纺织品，可按g b t 3 8 2 0 中普通类织物的标准来施加压力。对每块试样在规定压力下更 换测试部位，至少选取五个点，求取平均值来得到织物的平均厚度。在测试润湿后织物的 厚度时，先将试样充分浸润后自然蒸发至所需润湿量，同样选取五个点，测量完成后求平 均值得出润湿织物的厚度。 2 2 2 润湿织物透气性能测试 织物透气性是指当织物两侧存在压差时，空气从织物的气孔透过的性能，织物的透气 性能常用透气量来表示。透气量是指织物两面在规定的压差下，单位时间内流过织物单位 面积的空气体积。空气透过织物有两条途径，一是织物纱线间的孔隙，二是纱线内纤维间 的缝隙，一般以纱线问的孔隙为主要途径。透气性的大小直接关系到织物舒适性的好坏。 透气性测试依据国标g b 5 4 5 3 8 5 进行。实验中取一定尺寸的试样，于去离子水中浸 泡一小时后取出，充分润湿，平铺自然蒸发将至所需润湿量，迅速进行实验，尽可能的减 少水分的蒸发。由于针织质地比较柔软，测试时为了防止织物下凹，在中压透气量仪的透 气孔上用涤纶长丝相互垂直交叉成“井”字绷紧。 2 2 3 润湿织物保暖性能测试 本文中采用y g 6 0 6 a 平板式保温仪测定织物的热阻，依据国标g b l l 0 4 8 1 9 8 9 纺织品 保温性能试验方法。测试时，将试样覆盖在试验板上，试验板和周围的保护板及其底板均 以电热控制相同的温度，使试验板的热量只能通过试样的厚度方向散发。以通断电的方式 保持恒温，测定试验板在一定时间内保持恒温所需要的加热时间来计算试样的保温率、传 1 0 北京服装学院硕上研究生论文 热系数和克罗值。 1 、完全润湿织物实验 在实验过程中，在用平板式保温仪测定润湿的织物的热阻时，润湿织物的水分会很快 的蒸发掉，不能达到测量润湿状态下织物的热阻的目的。因此在实验过程中织物用两片复 印胶片上下覆盖，要充分排除罩面的空气，使壁面之间相互贴紧，减少误差。根据多层平 壁的热传导理论，测得的总热阻减去两层胶片的热阻即得润湿织物的热阻。 2 、局部润湿织物实验 在试样中间裁出一定尺寸的小方块，这样可以有效地控制水分向四周扩散，使润湿量 在实验前后保持一致。裁出的- d , 方块织物用水润湿到所需润湿量，再用复印胶片上下覆 盖，排出里面的空气使上下表面贴紧，用平板式保温仪测出实际热阻。对于理论热阻可以 通过公式1 r 女= 1 r ，+ i r d 求得。其中是润湿织物的热阻，勘是干态织物的热阻。 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 2 a 润湿织物蒸发速率测试 实验中取一定尺寸的试样，于去离子水中浸泡- d , 时后取出，自然晾干至不滴水，在 调温调湿箱内放入电子天平，把准备好的试样平铺放入在天平上，在实验过程中，每隔一 段时间t 纪录织物的重量职直到织物恒重为止。为了模拟高温高湿的情况下织物的热湿 舒适性能，实验过程中温度选择了2 0 1 2 、2 5 1 2 、3 0 0 、3 5 c 和4 0 这五个梯度，相对湿 度选择了5 0 、6 5 和8 0 三个梯度。 北京服装学院硕士研究生论文 第三章润湿织物厚度变化研究 厚度不仅对织物的物理机械性能有很大的影响，而且对织物的热湿舒适性能也有很大 的影响，了解润湿状态下织物厚度变化规律对理解润湿织物热湿舒适性能是十分有益的。 3 1 实验结果与分析 3 1 1 润湿量对机织物厚度的影响 机织物厚度随润湿量的变化数据见表3 1 ，其变化曲线见图3 1 。 表3 - 1 机织物厚度随润湿量的变化( 单位：n u n ) 润湿量1 #少3 # ，6 # 矿 旷 oo 4 1 3 80 6 7 9 80 5 1 3 20 5 8 l o 0 3 2 1 00 4 0 9 4o 4 6 3 80 3 7 4 4 1 0 0 3 0 1 8 o 6 2 0 2o 4 7 0 8o 5 8 l o o 3 0 2 8o 4 1 3 20 4 1 1 40 3 6 8 2 2 0 o 2 6 4 0o 4 9 4 00 4 9 1 6o 5 8 0 40 3 0 9 0o 4 2 0 00 4 1 5 60 3 7 0 6 4 0 0 2 6 2 4 o 4 8 9 2o 4 9 0 00 5 7 7 0 o 3 1 6 8o 4 2 4 8o 4 2 1 20 3 7 6 0 6 0 0 2 6 2 00 4 8 0 0o 4 8 9 2o 5 7 6 00 3 2 8 80 4 2 1 40 4 1 6 0o 3 7 7 8 8 0 o 2 5 4 00 4 7 5 60 4 8 3 20 5 7 5 80 3 2 9 80 4 1 8 8o 4 1 1 40 3 7 0 2 1 0 0 0 2 5 1 40 4 6 4 8o 4 7 7 20 5 7 0 00 3 1 8 60 4 1 4 6o 4 0 7 0o 3 6 4 8 ” 0 6 o j 量 世 鞋o 0 3 图3 - 1 机织织物厚度随润湿量的变化 从图3 1 中可以看出，所有的织物在润湿后厚度都有不同程度的减小，其中l 。、r 1 2 北京服装学院硕上研究生论文 织物的变化幅度最大。1 0 、2 “织物都是纯棉织物，织物表面毛羽比较丰富、织物也比较蓬 松，遇水后织物内空气减少、表面毛羽也变得伏贴，织物厚度下降比较明显。3 “、5 # 、尹、 8 “织物在润湿之后厚度都有所增加，这是由于这些纤维会吸湿膨胀。有资料显示：纤维在 充分润湿以后截面积的增长率：棉为4 5 扣5 0 ，羊毛为3 0 v 7 0 ，粘胶纤维为5 0 一1 0 0 ， 而这几种织物中有的是纯毛、粘胶织物，有的是羊毛、粘胶和其他合成纤维的混纺织物， 反映在厚度的变化幅度有所不同。棉纤维在润湿条件下也会膨胀，但是1 “、2 4 织物的厚度 都呈现下降的趋势，这是因为毛羽对厚度的影响更为突出，有报道纱线表面伸出的毛羽越 多，则织物的厚度越厚，纱线毛羽与织物厚度之间的相关系数为+ o 9 9 2 7 1 。矿涤纶织物润 湿后织物厚度变化很小，这是因为涤纶表面毛羽较少，而且水分也不会使涤纶纤维发生膨 胀，所以涤纶织物润湿前后厚度变化甚微。 3 1 2 润湿量对针织物厚度的影响 针织物厚度随润湿量的变化数据见表3 2 ，其变化曲线见图3 2 。 表3 - 2 针织物厚度随润湿量的变化( 单位：t a m ) 润湿量 矿1 0 1 1 1 2 #1 3 。 01 1 8 4 61 1 2 3 01 1 5 6 2o 9 7 3 40 7 4 5 4 1 0 1 0 9 7 00 9 7 5 21 1 1 2 4o 9 0 8 00 7 2 6 8 2 0 1 0 6 7 0o 9 5 9 01 0 9 8 00 8 9 3 2o 7 2 2 4 4 0 1 0 5 6 4o 9 5 2 21 0 9 0 00 8 8 5 60 7 1 7 2 6 0 1 0 4 7 60 9 4 4 41 0 8 3 60 8 7 8 20 7 1 2 6 8 0 1 0 3 9 80 9 3 4 41 0 8 2 00 8 7 8 40 7 1 0 0 1 0 0 1 0 3 0 60 9 1 9 21 0 7 2 00 8 7 5 2 0 7 0 5 0 1 5 0 1 0 1 3 60 9 0 6 41 0 6 6 20 8 7 6 20 7 0 4 4 图3 - 2 针织织物厚度随润湿量的变化 1 3 他 ” 目螂畦 北京服装学院硕上研究生论文 从图3 2 中看出，针织物和机织物一样在被水润湿后，厚度都明显减小，一方面和织 物表面的毛羽有关，另一方面的原因就是针织物具有蓬松、柔软的特性。这也表现在润湿 刚开始时厚度变化较明显，随后逐渐趋于平缓，也不会出现像机织物由于纤维膨胀导致厚 度增加的现象。1 3 “织物由涤纶和超细丙纶织造而成，都是合成纤维，润湿量对其厚的影 响也相对较小，曲线比较平缓。 3 3 小结 织物在润湿后，厚度都有不同程度的减小，这种变化主要和织物表面的毛羽和织物的 蓬松度有关，对于机织物中的棉织物毛羽比较多，润湿后厚度下降明显，对于毛羽相对较 少的羊毛和粘胶织物会因纤维横向膨胀，随着润湿量的增大，厚度先下降后再增大。对于 合成纤维，水分对厚度的影响不明显。对于针织物，其线圈结构以及织物表面丰富的毛羽， 在润湿之后，厚度都明显减小。 北京服装学院硕士研究生论文 第四章润湿织物透气性能研究 透气性是指当织物两侧存在压差时，空气从织物的气孔透过的性能。透气性直接影响 织物的保暖、透湿、防风等服用性能，在人体与环境的能量交换中起着重要作用。因为人 体皮肤每时每刻也在进行呼吸，和外界进行气体的交换，人体不致感到闷和不舒适，同时 透气性有利于体热的发散；从卫生学角度来说，服装面料具有一定的透气性，有利于面料 内外气体的交换，有利于人体皮肤的新陈代谢。透气性的好坏是评价服装热湿舒适性能的 一个重要指标。织物润湿后，纤维表面状况会发生改变，有的纤维会发生膨胀，这些变化 会严重影响透气性能，从而影响服装穿着舒适性，本章节就润湿织物的透气性能进行了研 究。 4 1 织物中的孔隙分析 透气性和织物中的孔隙有着密不可分的关系，孔隙的状况直接影响织物透气性能的好 坏。织物属于吸湿性多孔介质的一种，孔隙率一般在7 0 ，8 0 之间，其中孔洞缝隙形态 各异，尺寸不同，种类繁多。按孔洞是否透通可划分为两个基本类别：贯通孔洞和非贯通 孔洞两种。按孔洞横向尺寸基本可区分为三个层次【冽： l 、纤维内的空腔( 如棉、麻的中腔、粗纤维的毛髓、中空纤维的中腔等) 及各类原 纤( 基原纤、微原纤、原纤、巨原纤) 之间的孔洞缝隙。前者尺寸较大( 横向尺寸0 0 5 - - 0 6 t t m ) ， 相当一部分是非贯通性的；后者横向尺寸较小( 1 l o o n m ) ，基本上属于贯通性的。 2 、纱线内纤维间的缝隙孔洞横向尺寸一般在0 2 - 2 0 0 1 t i n 之间，大部分在l , - - 6 0 1 x m ， 基本上都是贯通性的孔洞。 3 、织物中纱线间的缝隙孔洞横向尺寸一般在2 0 1 0 0 0 t t r a 之间，少数特别稀疏的织物 更大。某些挤紧织物这些孑【洞是非贯通性的，一般织物是贯通性的。 织物中孔洞缝隙有多种多层次的结构，其横向尺寸相差可达6 个数量级因此，这些 孔洞缝隙在透气和透湿过程中的表现和作用是不相同的。透气一般以纤维间的缝隙和纱线 间的缝隙孔洞为主，其中纱线间的缝隙孔洞又占主导地位【2 9 1 北京服装学院硕士研究生论文 4 2 织物透气性能的影响因素 多孔介质的透过性能是指流体在一定压差下透过多孔体的能力，其大小取决于流体的 特性、多孔体的通孔率、孔径及其分布、孔隙形状和多孔层厚度等因素。就织物而言，其 透气性的好坏主要取决于织物中的孔隙大小、多少、纤维性状、织物几何结构以及后整理 等因素有关。空气在织物中的流动是流体在多孔介质中流动的一种，一般可用达西( d a r c y ) 公式来描述。达西规律表达式： g：曰等(4-1) 彳刀占 。 式中：0 _ - - - 空气流量( m 3 s ) ， 一空气通过的织物的截面积( 垂直于流体流动方向，m 2 ) ， q 喇空气流速( m s ) ， 弘坝物透过系数( m 2 ) ， 4 p _ 空气在织物两侧的压差( p a ) ， 吁一空气的【绝对】粘滞系数( 【绝对】粘度，p a s 或p ) ， b 织物的厚度( m ) 4 p 卜压力梯度( p a m ) 。 对于织物，k o z e n y - c a r m a n t 3 0 1 研究得出：织物的透气性取决于织物的孔隙率和纤维直 径，并由此可计算得到织物的k o z e n y 常数；o o o d i n g l 3 1 1 进一步研究得出：织物的透气性 与织物的孔隙率平方成正比，而与织物的厚度和孔隙数量成反比。m o h a m m a d i 等人【3 2 l 利 用k o z e n y 常数对单层及多层非织造布的透气性从理论和试验角度进行分析研究，得出织 物厚度、纤维分数、孔隙尺寸和织物密度等参数是影响织物渗透性的主要因素。 根据流体力学理论，空气透过织物的压力损失可以由哈根伯肃叶( h a g e n - p o i s c u i l l e ) 方程计算3 2 i ： ap：128q万ril(4-2) 式中： 织物管道的长度( 1 n ) ， 乒织物管道的直径( m ) ，其它符号意义同前。 同样透过织物的空气流量可以写成： q：些堕(4-3) 一 1 2 8 r l 1 6 北京服装学院硕上研究生论文 4 3 实验结果与分析 4 3 1 润湿量对机织物透气性能的影响 为了研究织物孔隙的大小对的透气性能的影响，文中选择了材质都相同但不同紧度的 织物，利用s l 7 9 0 0 全自动梭织打样机在同一经密条件下设定多个纬密段来实现，这样织 造一次就可得到经密相同、纬密不同的多块试样。用s l 7 9 0 0 全自动梭织打样机一般有以 下几个步骤：整经穿综一穿筘梳纱一卷绕一织造。织造的规格如表4 1 ， 机织物透气量数据见表4 2 ，透气量变化曲线见图4 1 。 表4 - 1 小样机织物规格表 编号材质组织结构密度( 树l o c m )厚度克重体积重量 经密纬密( n u n ) ( g m 2 )( g c m 3 ) a 1 涤纶平纹机织织物 2 0