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文档简介
1、远红外线的频率与构成生物体细胞的分子的振动频率相近,其能量易被生物细胞吸收,使分子内的振动加大,活化组织细胞,促进血液循环,调节机体代谢,加速新陈代谢, 增加免疫功能,增加微循环血流量,有很好的温热疗效等作用。 纳米远红外整理剂FRN396为纳米远红外陶瓷粉与成膜性良好的阳离子聚合物的特殊加工剂,适用于棉、毛、腈/毛、T/C等织物的远红外整理,经其处理后的织物可以吸收外界的能量,再向人体反馈发射远红外线,使体感温度上升,从而使人体有温热感。多家权威检测机构一致证明: FRN396整理后的织物远红外发射率高达85%,具有很好的保暖性,并且具有良好的耐久性,洗涤60次后远红外发射率高达84%,对人
2、体安全,对皮肤无刺激、透气舒适。韩笑 服装及服装材料保温功效的研究 国家棉纺织产品质量监督检验中心 王宝军 【摘要】在大量试验分析的基础上,从研究影响服装保温力的因素出发,提出了提高服装保温功效的理论依据和实用方法及途径。【关键词】服装保温功效 热阻 微气候 防风 抗低温 着装有生物学和社会学两大功能。调节体温是服装最重要的生物学目的,而今人们并不单纯追求保温,而是致力于既舒适保温又轻便美观,提高其社会学价值。近几年层出不穷的新型保温材料就是个例证。本文力图以服装工效学的观点通过对服装保温功效的研究,阐述服装材料的有效利用与开发,为服装的合理设计与使用提供了依据。1保温功效的概念与表
3、征服装的保温性是三个部分的综合效应:Rtcio。其中,Rt为服装总热阻;Rc为服装自身热阻,取决于服装材料的热阻;Ri为人体与服装间空气层热阻,它伴随着服装的穿、脱而产生与消失,并取决于服装的款式,因而通常将Ri与Rc合并作为着装热阻Rci来研究;Ro为服装表面滞留空气层热阻,在实际中不易测得,但可通过其对Rci的影响而得知,它主要受气温、风速等影响,如风速加大时Ro降低Rci也相应减小。服装具有的保温值或总热阻称为保温力。服装材料的结构、服装款式、环境温度、风速等的变化都会引起上述一系列热阻的变化,从而影响服装的保温力。服装在特定条件下的保温力,或条件改变后保温力提高或抵御降低的能力(或效力
4、)称为保温功效。保温功效可通过服装材料自身保温力、环境条件的影响力,如防风效力、耐低温效力及空气层热阻效力等来表征。2服装材料的自身保温力服装材料(面料、衬里、填充料等)的保温力是服装保温力的主体,也是最能主观调节的服装功效因素。服装材料(以下称“材料”)是一种或几种纤维与空气的集合体,材料的保温力实际上就是这个集合体的综合热阻。空气的热导率是最小的,纤维虽也是热的不良导体,但热导率相对空气要大,且各种纤维热导率很接近(见表1)。而材料中空气的含量一般都在60%以上,最高可达99%以上。因此服装材料的热阻主要取决于蓬松度即含气量,纤维种类几乎没有影响,但纤维外形结构因影响蓬松度而关系密切。例如
5、表2中1纤维原料不同,但其单重热阻与含气量基本成正比,9因采用了卷曲纤维使其单重热阻很高;10虽含气量不是最大,但单重热阻和单厚热阻却都很高,这是因为其特殊的结构,使既轻又薄的服装达到较高的保温功效。表1 几种物质的热导率物质热导率W·物质热导率W·空气2.345粘胶6.280羽毛2.386木材3.768丝5.230纸12.56毛5.350皮革16.75棉7.211水58.62涤纶8.374玻璃104.67腈纶5.117银41449.3这里需说明,单厚或单重热阻只是用以对特定材料的保温功效进行比较,不能任意扩展使用。例如4羊毛衫,如按单厚热阻折算3层的热阻应为:8.65
6、215;10-2×1.63×30.423×·而实测只有0.208×·。其误区是认为热阻随厚度按同比例增加。从表3的实验可以看出,不同厚度的测得的单厚热阻是不同的,单重热阻亦如此。表2 几种保温材料的结构与保温力序号材料名称质量g/厚度mm蓬松度cm2g含气量热阻·W单重热阻10-4*单厚热阻10-2*备注1毛法兰绒337.71.885.5786.40.1354.007.18 2针织夹层281.62.037.2190.30.1415.017.44面棉夹涤3大衣呢548.010.018.295.40.2344.272.
7、34毛腈4羊毛衫231.71.637.0389.20.1416.098.65 5大造毛皮513.114.027.396.80.2384.641.70腈纶6絮棉398.926.065.199.00.3859.651.48 7喷胶棉250.024.096.099.20.33213.281.38涤纶8羊毛絮料232.019.081.999.10.27811.901.46短绒9涤纶棉172.07.3642.398.30.29417.384.00三维卷曲10熔喷棉108.82.6525.895.60.24422.438.87超细丙纶11红外絮片137.43.0722.396.80.1
8、9514.196.35 12太空棉97.42.1321.996.70.25025.6711.74镀铝膜13羊毛绒絮片95.63.4035.197.80.17918.725.26双膜注:服装学研究中热阻的单位有时用Clo(克罗)表示,并有1·W6.461Clo;*单位:(·W)/g/;*单位:(·W)/mm; 表3 多层材料热阻变化表 材料 名称质量g/厚度mm热阻单厚热阻1层2层3层4层5层涤纶绸55.00.080.105/1.310.1140.750.1250.520.1470.460.1520.38华达呢250.00.4
9、10.1270.310.1400.170.1590.130.1750.1070.2020.099羊毛衫231.41.840.1430.0780.1780.0480.2080.0380.2500.0340.2860.031羊毛绒171.07.570.2380.0310.2880.0190.3330.0150.3570.0120.3850.010太空棉94.72.590.2330.0900.2640.0610.2960.0380.3280.0320.3590.027注:热阻及单厚热阻的单位同表2。 3.环境条件与保温功效服装在实际穿着中的保温力如何,只看其自身保温力是不够的,还要看环境恶
10、劣后保温力能维持甚至提高的程度,这也是保温功效的表征。对服装保温力能构成威胁的主要是风速、气温、温度等,以下着重讨论前两个方面。(一)防风效力从直观上讲,防风性好,热量损失小,相对保温性提高,也就是保温功效好。为考查服装的这一性能,我们对40余种材料在KES-TL冷温感仪上进行了改变风速的保温性测定。首先测定无风(风速0.1m/s)时的热阻,然后从材料垂直方向恒速给风,再测定热阻,逐步调高风速就得到了材料热阻随风速的变化曲线,图1和表4是部分材料的测试结果。根据以上结果可得出以下结论。 表4 服装材料防风效力分析表序号材料名称 质量g/厚度mm透气量·S热阻
11、83;W热阻降低率(%)无风1.5m/s3m/s1.5m/s3m/s1毛涤纶231.00.470.110.1160.09000.080222.431.02涤纶绸55.00.080.370.1010.07000.055030.745.53针织面料179.80.782.910.1180.0800.66732.243.54灯芯绒286.71.090.030.1280.1100.09914.122.75法兰绒337.71.880.450.1350.1180.10512.622.26针织夹层281.62.030.7920.1460.1140.10421.928.87熔喷棉108.82.750.3970.
12、2330.1820.16721.928.38红外絮片137.43.071.9070.1960.1610.13417.931.6 红外絮片+膜 0.2100.1970.1750.16710.715.29羊毛衫231.71.631.550.1410.1120.07420.646.9 羊毛衫(双层)463.43.300.7300.1640.1380.12215.825.610大衣呢548.010.00.3700.2340.2220.2085.111.111絮棉398.926.00.4350.3850.3570.3337.213.512喷胶棉250.024.0
13、2.4810.3330.2700.20418.938.8 呀胶棉+膜 0.2150.3340.3000.2719.018.913人造毛皮513.114.01.240.2380.2120.20310.914.714太空棉127.22.420.1960.2040.1610.15218.0256515复合太空棉331.515.00.1200.3680.3400.3137.614.916羊毛绒絮片95.63.400.1580.1790.1670.1577.712.317羊毛絮料232.819.02.330.2780.2350.19014.431.7 羊毛絮料+
14、膜 0.2500.2790.2600.2506.510.41.材料热阻随风速增加,先是急速下降,而后缓慢且大体呈线性降低。2.一定风速下各种材料热阻降低率(即:无风热阻-有风热阻/无风热阻×100%)是不同的,它可作为防风效力的表征。3.防风效力主要取决于材料的透气性,当透气量超过一定界限(约1m3/m2·s)时,防风效力急速下降,如,而如在其迎风一侧覆上一层极薄的带孔塑膜(透气量为0.24m3·s,厚度为0.04mm),使综合透气量降至一定限度,则保温功效大大提高。4.厚度也是影响防风效力的重要因素之一,在透气量相近的情况下,防风效力与厚度
15、成正比。如、透气量虽不大,而厚度很小,其防风效力都不高;而13正相反。透气性和厚度何以决定材料的防风效力呢?从理论上讲,材料与材料中蕴含着的大量静止空气构成了稳定的微气候阻热层,保持人体热量。当有风袭来,材料中的空气产生流动,微气候被破坏,人体散热增加,从而产生冷感,亦即保温力相对下降。从而材料透气性的大小决定了防风效力的大小;当材料厚度小时,空气层较薄,风袭来时,气流“穿过”材料的障碍小,热量损失大;而材料较厚时,气流“传递”中损失大,人体热量损失则小,因此厚度也影响着防风效力。从以上分析不难解释呢大衣、棉大衣、毛皮大衣等为什么能挡风寒,而喷胶棉、羊毛衫只有用透气小的面料缝制或加外套、风衣才
16、挡风寒。以上结果为服装材料开发及服装合理配伍提供了依据。太空棉、羊毛绒、熔喷棉等正是利用了这一点,充分发挥了材料保温功效,尽显轻薄暖的特点。(二)耐低温效力材料的保温性通常是在标准条件下测定的,而实际使用条件下如何呢?物理学认为物质的热导率随温度降低而降低,但没有提供相应关系及实验证明资料。对此,我们选用几种填充料进行了耐低温试验,结果与上述理论是吻合的,而且气温越低保温力提高越多(见表5),表明材料具有天然耐低温效力,但效力大小与其结构有很大关系,太空析因其与众不同的结构使其耐低温效力激增。这一特性为服装的选料及使用提供了这样一条线索:一种特定服装虽从理论上讲自身保温力是一定的,即适应的气温
17、是一定的,而因耐低温效力的发挥,使其实际能适应的气温要低得多,因此选料尽可从轻便入手,而当采用了特殊结构的材料,服装更加轻便或者说适应的气温范围更广。表5 几种材料的耐低温效力材料名称质量g/厚度热阻(W)热阻提高率(%)20-5-25-5-25羽绒制品140.041.00.4230.4420.6004.440.7绵羊裘皮1063.114.20.2420.2730.35712.847.1人造毛皮494.910.20.1840.1950.2506.136.0针刺絮片298.08.50.2110.2270.2837.733.8太空棉231.73.80.1250.1530.20523.364.7蓬松
18、太空棉290.66.50.1730.2020.28916.667.2双面太空棉301.48.30.2260.2400.3306.046.04.空气层与保温功效 实际穿着中服装与人体间存在着一定空间,即空气层。它的存在使服装综合热阻提高,服装所伴生的空气层厚度由其尺寸、款式所决定,因此研究综合热阻与空气层的关系,可找出服装与人体最佳空间,充分体现服装的保温功效,为服装款式设计提供依据。特制绝热框架将试样“架起”一定空间,从5mm起逐渐提高空气层厚度,便得到材料总热阻与空气层厚度的变化曲线,部分结果见图2和表6。根据40余种材料测试数据可得出以下结论:1总热阻随空
19、气层厚度的加大先升后降,较紧密的材料15mm左右为峰值,较疏松的材料10mm左右为峰值。表6 10mm空气层时保温效力分析表 序号 含气量(%)热阻(W)有风热阻降低率(%)较无空气层热阻提高率(%)无风3m/s风无风3m/s风166.50.1920.17210.465.5114.5250.00.2000.14726.590.8167.3383.30.2170.16723.083.9150.4482.90.2040.1721.5759.473.7586.40.2220.18914.964.480.0690.30.2380.20812.663.0100.0795.60.303
20、0.26313.230.957.5896.80.2500.20418.427.648.1989.20.2220.14833.360.0100.01095.40.3120.27017.633.329.91199.00.4550.4178.418.325.21299.20.3450.22235.73.58.81396.80.2780.23216.516.914.31496.70.2770.23814.135.856.61598.40.4000.3756.28.719.81697.80.2440.19221.336.322.31799.10.3230.27215.816.243.2注:材料名称规格等
21、资料参见表42.一这空气层时的热阻较无空气层时的提高率与材料的结构有明显关系,即含气量越小热阻提高率越大,空气层的“功效”越高。3.有空气层时,有风比无风时的热阻下降率明显低于无空气层时的结果(见表4);同时较无空气层的热阻提高率是有风的高于无风的。这说明服装与皮肤间空间层不仅可以提高服装的保温力,也能提高防风效力,进而提高了服装的综合保温功效。对于上述事实可以这样来分析,服装与肤体间静止空气层相当于一阻热层,服装综合热阻随其增加而增加,当厚度达到一定界限,空气层内气体将产生流动,并与外界形成对流,服装热阻将随之降低,该临界值称为最适厚度,此时保温功效最大,含气量较小的材料可“容纳”更多的空气
22、,因而最适厚度就大,同时“附带”的空气比其自身所具有的多,热阻提高率也大(如),而含气量较大的材料正相反。因此最适厚度和空气层的作用程度与材料自身结构密切相关。由此可提出服装尺寸与款式的设计思路:紧密单薄的面料可采用宽松式,以充分利用空气层来提高保温功效,而蓬松丰厚的材料则从合体出发适当放松。5.服装的适应能力前面讨论了服装自身保温及服用条件改变后其保温功效的大小。那么一件服装究竟能适应什么样的环境?为此,我们不妨以一身高为175mm、体重65Kg的“标准人”在风速小于0.25m/s、湿度小于50%的正常环境中从事一般性工作为条件,建立服装气候模型,人体感觉舒适的基本条件是体表温度33,人体与
23、服装间空气的相对湿度50%60%,风速15m/min。图3给出了在4种情形下服装应具备的热阻值。-总热阻(包括空气层) -内层为单衬衣,外层为所示服装 -内层为单衬衣,外层为单外套,中层为所示服装 -内层为单衬衣,中层为毛衣类,外层为所示服装。其中某层着装热阻为:RA(T内-T外)Q (·W)式中:A某层服装散热面积T内某层服装内表温度T外某层服装外表温度Q通过服装的人体散热量W通过曲线图可以方便地求出特定服装能适应的环境,服装的总保温力(热阻)Rt(·W)由下式求得:Rt=Rc(1+awt)式中,Rc-服装材料自身保温力,应为面料里料、填充料的综合保温力。面里料热阻一般在0.020.05·W范围内; 空气层效力(%)防风效力(%)耐低温效力(%)其中、或根据服装穿用条件可
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