運動織物面料的放濕性能

吳茜，　李林峰，　王訓該,2，　李文斌,3*

(1.武漢紡織大學 紡織學院，湖北 武漢 430073；2.澳大利亞迪肯大學 材料與纖維創(chuàng)新實驗室，澳大利亞 季隆 VIC 3217; 3.東華大學 紡織學院，上海 201620)

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運動織物面料的放濕性能

吳茜1，李林峰1，王訓該1,2，李文斌1,3*

(1.武漢紡織大學 紡織學院，湖北 武漢 430073；2.澳大利亞迪肯大學 材料與纖維創(chuàng)新實驗室，澳大利亞 季隆 VIC 3217; 3.東華大學 紡織學院，上海 201620)

從服裝熱力學、運動學角度出發(fā)，研究在運動狀態(tài)下織物面料的快干性能，并用自行研制的織物動態(tài)溫、濕度性能測試儀測試純棉、純毛、純絲、純滌4種織物試樣在85%回潮狀態(tài)下的快干性能，分析織物試樣在不同運動速度下織物表面濕度、溫度隨時間的變化規(guī)律。實驗結果表明，織物面料在放濕過程中，其表面先呈恒定放濕，然后再緩慢下降的曲線,并且此曲線的放濕時間隨運動速度的增大而減少。純毛干燥所需時間最長，純絲織物的干燥時間最短，純滌織物與棉織物所需時間次之。

面料；模擬風速；放濕；動態(tài)

舒適性是人體對織物的生理感覺，涉及織物的通透性、熱濕舒適性，刺癢作用、靜電及濕冷刺激等具體內(nèi)容[1]?？椢锩媪系臒?、濕性能是影響服裝面料舒適性最重要的影響因素之一，高回潮狀態(tài)下織物面料在水分散失過程中不僅對周圍微環(huán)境的溫、濕度有一定的影響，而且對織物面料實際使用過程的舒適性評價有重要的指導價值[2-6]。多年來，許多研究工作者集中對織物的熱、濕性能進行了研究，李創(chuàng)[7]在模擬人體皮膚上對織物表面的相對濕度、溫度以及通過織物表面的熱流進行測試，研究了熱濕傳遞的影響因素；ZHU Guocheng[8]等用自制儀器測量了不同孔隙率的織物在不同風速影響下的熱濕傳遞性能，并對其影響因素進行分析；Motakef S[9]等采用分型原理，以毛細管束模型描述多孔介質(zhì)，類分形樹狀網(wǎng)絡模擬裂縫網(wǎng)絡，從微觀角度研究了在多孔介質(zhì)基礎上熱濕傳遞性能的影響因素。就生理角度而言，人體皮膚汗腺在不停地散發(fā)著汗液。人們在穿著服裝時,無感出汗影響熱發(fā)散平衡,而有感出汗不僅影響熱平衡，還會因皮膚觸覺的感受而影響穿著的舒適性。如何將液態(tài)的汗液盡快排出體外是提高織物穿著舒適性的關鍵[10]。

文中針對織物的放濕過程，研制出一種在大氣環(huán)境下使被測織物處于運動狀態(tài)的織物熱、濕性能測試儀，同時分析了在不同運動速度，高回潮率狀態(tài)下織物在放濕過程中溫度、濕度的變化。為研究運動狀態(tài)下的服裝面料舒適性提供了理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試樣與儀器

1.1.1材料文中所采用的織物試樣參數(shù)見表1。

表1　織物試樣參數(shù)

1.1.2儀器YG(B)141D型織物厚度儀，溫州大榮紡織儀器有限公司制造；C型上皿電子天平，鄭州精衡衡器有限公司制造；Y511型織物密度鏡，溫州際高檢測儀器有限公司制造；DHG-9076A型電熱恒溫鼓風干燥箱，邢臺德科科技有限公司制造；織物動態(tài)溫、濕度性能測試儀，自制。

為了測試在一定運動速度下，織物面料放濕過程中其表面熱、濕性能的變化，文中采用自行研制的織物動態(tài)溫、濕度性能測試儀(見圖1)。

由圖1可以看出，本測試系統(tǒng)主要由機架1和電機2、控制系統(tǒng)3、測試平臺6等組成。其中，機架和電機主要是將測試平臺6以控制系統(tǒng)3為圓心，以支架4為半徑旋轉；平衡器5主要起到維持儀器旋轉時對測試平臺6的平衡作用，更好地控制旋轉速度?？椢镌嚇颖还潭ㄔ跍y試平臺6上，通過調(diào)整電機轉速，使風穿過織物以模擬被測樣品的不同運動狀態(tài)，控制系統(tǒng)3主要的作用是采集測試平臺6上的溫、濕度傳感器的信號，并將模擬信號轉換成數(shù)字信號，再將其轉換成常用的溫度、濕度單位，然后通過無線電傳輸技術將采集的溫、濕度信號按照一定格式發(fā)送到上位機電腦上去。

1.2方法

將純棉、純毛、純絲、純滌4塊織物剪成所需的相同規(guī)格，約為7.5 cm×14 cm，并用電子天平稱取其質(zhì)量G；再將其放入恒溫烘箱中進行烘燥，當試樣質(zhì)量烘至恒重時，即為試樣的干重G0。設定烘燥箱的溫度為110 ℃，烘燥時間為2 h，若2 h后未達到干重則根據(jù)實際情況延長烘燥時間，直到烘燥的試樣織物兩次稱量質(zhì)量差之比小于0.05%，則達到干重。從烘箱中取出的試樣應盡快進行稱重，并記錄下干重G0。

計算回潮率:

(1)

式中：M為被測織物的回潮率；G1為被測織物的濕重；G0為被測織物的干重。

因實驗條件設定織物濕度為85%，利用式(1)，轉換而得織物達到設定回潮率時濕重G1，G1=(1+85%)G0，即可計算出當濕度為85%時的織物試樣(高回潮織物)的質(zhì)量G1。試樣干重G0和達到設定回潮率時織物試樣濕重G1見表2。

表2織物設定回潮率、試樣干重G0及達到設定回潮狀態(tài)時濕重G1

Tab.2Fabricmoistureregain,dryweightG0,andwetweightG1ofsample

配制浸潤織物試樣所需的氯化鈉溶液整理劑，氯化鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為1%，并添加質(zhì)量分數(shù)為1%的親水整理劑(因本實驗所測織物試樣中含有吸濕性能較差的面料故需使用親水整理劑進行處理)。使用電子天平稱取親水整理劑和氯化鈉各2.00g，溶于200mL清水中，并用玻璃棒攪拌。本實驗中，通過自行研制的織物動態(tài)溫、濕度性能測試儀的旋轉模擬織物的動態(tài)過程，并通過改變其旋轉速度達到改變織物運動狀態(tài)的目的，模擬運動速度的計算方法如下：

(2)

式中：v為模擬運動速度(m/s); ω為電機轉速(r/s);d為連接支架長度(m)。

在本測試系統(tǒng)中，連接支架長度為0.5m，相應的模擬運動速度為0～7.58m/s，本次實驗設定所需要測量的風速分別為1.26,1.88,2.51,3.13,3.77m/s。

測試時首先進行空白實驗，讓自行研制的織物動態(tài)溫、濕度性能測試儀在不含試樣的條件下以一定的轉速轉動，以測試大氣中的溫度和濕度，對實驗起到一個對比的作用。待到自行研制的織物動態(tài)溫、濕度性能測試儀運行到50s左右時暫停數(shù)據(jù)記錄完成空白實驗。然后將回潮率為85%的織物試樣固定在測試平臺上，測試其在一定運動狀態(tài)下溫度與濕度的變化。

2　結果與討論

2.1織物試樣在不同運動狀態(tài)下溫度、濕度的變化

文中使用自行研制的織物動態(tài)溫、濕度性能測試儀研究了棉、毛、絲、滌綸4種織物在風速為1.26,1.88,2.51,3.13,3.77m/s時的濕度與溫度的變化情況。圖2為風速2.51m/s時織物的濕度與溫度變化情況。

由圖2可以看出，4種織物試樣在相同運動速度(2.51m/s)時濕度與溫度變化曲線的趨勢大致相似。以純棉織物為例，圖3給出了在不同風速下的濕度變化曲線。

由圖3可以看出，在0～50s內(nèi)由于未夾持織物試樣測試儀測試的是環(huán)境中的濕度，當夾持85%回潮的棉試樣時圖中濕度曲線迅速上升至85%左右。棉織物的放濕曲線基本可分為2個部分：第1部分是進入高回潮織物內(nèi)部的水分在其纖維內(nèi)部與空隙間遷移以維持纖維表面的飽和狀態(tài)，同時附著在織物表面的濕氣進一步揮發(fā)，織物表面的相對濕度維持基本穩(wěn)定的狀態(tài)；第2部分織物試樣表面附著濕氣因織物的持續(xù)放濕而大量減少，進而使織物內(nèi)部的水分蒸發(fā)以繼續(xù)維持放濕狀態(tài)，濕度曲線呈現(xiàn)下降趨勢直至起始位置達到在該環(huán)境下的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4為純棉試樣在不同風速下的溫度變化曲線。

在實驗過程中織物試樣表面的溫度變化情況與織物的放濕過程密切相關。在未夾持織物試樣時測試儀測試的是環(huán)境溫度，當夾持高回潮織物試樣時，圖4中的溫度曲線會因濕氣運動和水分的蒸發(fā)而耗費大量的熱能，使織物表面溫度急劇下降到21～22 ℃左右。其放濕過程中溫度隨時間的變化曲線也可分為2個部分：第1部分織物表面的濕氣與大氣之間水蒸氣處于動態(tài)平衡狀態(tài)，織物表面溫度維持基本恒定,即圖4中溫度曲線維持基本恒定狀態(tài)；第2部分由于高回潮織物的持續(xù)放濕使織物表面附著的濕氣和織物內(nèi)部的水分大量減少,織物因放濕和水分蒸發(fā)所消耗的熱量減少導致其表面的溫度上升，直至趨于環(huán)境溫度后達到穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖3還可以看出，不同運動速度下的5條濕度曲線變化趨勢大致相同，即先恒定放濕，然后再緩慢下降。就純棉織物在不同運動速度下濕度的變化曲線而言，在未夾入純棉試樣的前50s內(nèi)，圖3中顯示的濕度為室溫環(huán)境下空氣的濕度，當夾入純棉試樣時濕度呈急劇上升趨勢，此時回潮純棉試樣表面的濕度值為85%。不論運動速度如何變化，濕度的大致變化趨勢都是從高濕度值趨于平穩(wěn)，在某個時間點，濕度快速降低，當濕度值臨近初始狀態(tài)的濕度值時，濕度降低的速度變緩，最終平穩(wěn)下來。對于織物試樣在不同運動速度時的放濕狀況，運動速度的增加意味著所處環(huán)境中的空氣對流速度加快，同時也會使織物表面濕氣揮發(fā)的速度和織物內(nèi)部水分蒸發(fā)的速率加快。即運動速度較低時，高回潮織物試樣的濕度值回到初始狀態(tài)的時間相對較長；隨著運動速度的加快，其所需時間也相應的減少。從圖3與圖4可以看出，溫度和濕度曲線的變化基本是同時發(fā)生的，織物試樣溫度與濕度的變化密切相關。當棉試樣被固定在測試平臺上后，圖3中濕度曲線上升達到85%左右，與此同時，由于高回潮織物與大氣環(huán)境的放濕過程需要大量的熱量而使得織物試樣溫度降低，即圖4中曲線的急劇下降；然后濕度與溫度曲線基本呈現(xiàn)出水平的狀態(tài)，即織物試樣與大氣環(huán)境基本維持恒定的動態(tài)放濕狀態(tài)；同時溫度也基本保持穩(wěn)定。隨后由于放濕過程的進行，織物試樣的濕度降低，而同時溫度值的增大，最終在2 000s左右時織物試樣的溫度和濕度趨于在該環(huán)境下的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2一定運動速度下高回潮織物的快干性能

文中將不同運動速度下各組織物試樣在高回潮狀態(tài)下與大氣環(huán)境維持恒定放濕過程(織物放濕曲線的第1部分)的時間提取出來，進行定量地比較，具體情況如圖5所示。

由圖5可以看出，就織物試樣與大氣環(huán)境維持恒定放濕過程(織物放濕曲線的第1部分)所用的時間而言，在相同速度下(1.88m/s)純毛和純棉織物的曲線相對接近，且遠大于滌綸和絲織物維持恒定放濕所需要的時間。毛織物維持恒定放濕所需的時間長于棉織物所用的時間。由于羊毛的回潮率15%高于棉的回潮率8.5%，即在相同情況下毛纖維的吸濕性更好。另外，由表2可以看出，棉織物試樣干重G0(1.64g)與毛試樣的干重G0(1.62g)相當時,當毛試樣和棉試樣的回潮率同時上升至85%時，毛試樣所吸收的水分遠遠多于棉織物，即毛試樣的濕重G1(2.79g)大于棉試樣的濕重G1(2.22g)。因此，毛試樣濕度的轉移和揮發(fā)過程所需要的時間會更長一些。對于絲織物與滌綸織物也是同理，公定回潮率越大的織物在相同情況下其吸濕性能也就越好，同時維持恒定放濕的時間也就越長。

在不同運動速度下，濕度為85%的純棉、純毛、純絲、滌綸干燥過程(放濕曲線的第1部分加第2部分)所用時間如圖6所示。

圖6顯示的是在不同運動速度下初始回潮率相同的純棉、純毛、純絲、滌綸4種織物試樣的干燥情況，即各種試樣整個干燥過程所用的時間。1.88m/s的運動速度下毛織物整個干燥過程所用時間最長，達到2 250s左右，棉織物其次，而滌綸與絲織物的整個干燥過程所用時間較短，低于750s。如上所述，由于公定回潮率高的織物試樣吸濕能力強，其必然需要更長時間完成織物表面濕氣的揮發(fā)與織物內(nèi)部水分蒸發(fā)，即干燥過程。整體而言，純毛和純棉織物試樣的快干性能較純絲和滌綸試樣的快干性能差。

3　結語

1)對于不同的運動速度，織物面料在放濕過程中，其表面濕度呈現(xiàn)先恒定放濕，再緩慢下降的趨勢，并且此放濕曲線維持的時間隨模擬運動速度的增大而減少。

2)在不同的模擬運動速度，織物試樣表面的放濕過程中，其表面溫度的變化趨勢呈恒定的吸熱、放熱然后上升狀態(tài)， 此溫度曲線維持的時間同樣隨

模擬運動速度的增大而減小。

3)對于織物干燥用時情況而言，純棉和純毛織物試樣的快干性能較純絲和滌綸試樣的快干性能差。

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[10] 黃建華.服裝的舒適性[M].北京：科學出版社，2008.

(責任編輯：盧杰，邢寶妹)

Study on the Moisture Performance of Sports Fabric

WU Xi1,LI Linfeng1，WANG Xungai1,2,LI Wenbin1,3*

(1.Collage of Textile, Wuhan University, Wuhan 430073, China;2.Centre for Material and Fiber Innovation, Deakin University, Geelong VIC 3217,Australia ; 3. Collage of Textile, Donghua University, Shanghai 201620, China)

The fast-drying properties of fabric under the state of motion was studied based on the garment thermodynamics, kinematics point of view. The fast-drying performances of cotton, wool, silk, and polyester fabrics at 85% moisture regain were tested by lab-made fabric dynamic temperature and humidity tester which simulate the movement of fabric by rotating the fabric . The variation of humidity and temperature of the fabric surface under different movement speed was studeid. It was found that the moisture liberation was in a constant rate at first, and it reduced. The time of balance decreases with the increase of simulation movement speed. Wool fabric needs longest time to dry. The drying time of silk fabric was shortest, and dyring time of polyester and cotton was between wool fabric and fabric.

fabric, simulation wind speed, releasing humidity, dynamic

2016-05-15；

2016-05-31。

湖北紡織協(xié)同創(chuàng)新中心基金項目(52300100323)。

吳茜(1992—)，女，碩士研究生。

李文斌(1978—)，男，副教授，碩士生導師。主要研究方向為紡織品測試和儀器開發(fā)。

Email:li780713@126.com

TS 101.9

A

2096-1928(2016)03-0257-05