紡織品涼感性能的影響因素與評(píng)價(jià)方法

儲(chǔ) 露

（江蘇省紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 南京 210000）

紡織品涼感性能具體指的是在紡織品材料與人體皮膚接觸的一瞬間，由于人體皮膚散發(fā)出一定熱量而產(chǎn)生的涼爽感[1]。因此，在紡織物與人體皮膚接觸時(shí)，皮膚散失熱量的多少直接決定了涼感的強(qiáng)弱，即人體皮膚散失的熱量越多，產(chǎn)生的涼感就越強(qiáng)；反之，紡織物涼感越弱。由于紡織品涼感性能會(huì)直接影響人們使用織物時(shí)的舒適程度，諸多學(xué)者曾針對(duì)紡織品涼感性能評(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行研究。

潘文麗等[2]對(duì)瞬間涼感紡織品的性能評(píng)估與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題進(jìn)行了探討，介紹了瞬間涼感面料的工作機(jī)理和產(chǎn)生涼感效果的不同功能，驗(yàn)證了瞬間涼感紡織品的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)要求。袁志磊等[3]對(duì)紡織品接觸冷暖感性能檢測(cè)方法問(wèn)題進(jìn)行了探討，介紹了織物接觸冷暖感產(chǎn)生的原理，對(duì)其測(cè)試設(shè)備和試驗(yàn)條件進(jìn)行了探索，建立了評(píng)價(jià)織物接觸冷暖感的試驗(yàn)方法，對(duì)不同織物的接觸冷暖感性能進(jìn)行測(cè)試比較。研究結(jié)果表明，同類纖維的織物與皮膚接觸的冷暖感取決于織物的表面結(jié)構(gòu)。

1 紡織品涼感性能影響因素

要想實(shí)現(xiàn)對(duì)紡織品涼感性能的科學(xué)分析，首先需要明確會(huì)對(duì)紡織品涼感性能產(chǎn)生直接影響的因素，通?？梢苑譃橥獠凯h(huán)境因素以及紡織物自身因素等。外部環(huán)境中會(huì)對(duì)紡織物涼感產(chǎn)生影響的因素主要包括環(huán)境濕度、環(huán)境溫度等。紡織物自身會(huì)對(duì)紡織物涼感性能產(chǎn)生影響的因素主要包括接觸熱阻、熱導(dǎo)率以及比熱容等。

1.1 外部環(huán)境對(duì)紡織品涼感性能的影響

外部環(huán)境中會(huì)對(duì)紡織品涼感性能產(chǎn)生影響的因素主要包括環(huán)境溫度以及環(huán)境濕度等。

1.1.1 環(huán)境溫度對(duì)紡織品涼感性能的影響

外部環(huán)境與紡織品之間存在熱傳遞情況，因此才會(huì)進(jìn)一步對(duì)紡織品涼感性能產(chǎn)生影響[4]。導(dǎo)致熱傳遞情況發(fā)生的主要原因?yàn)榧徔椢锱c外部環(huán)境之間存在溫度差。在熱傳遞的過(guò)程中，能量變化嚴(yán)格遵循傅里葉定律以及能量守恒定律，如式（1）所示。

式中，c代表比熱容，單位為J/（kg·℃）；ρ代表密度，單位為kg/m3；t代表時(shí)間，單位為s；T代表溫度，單位為℃。λ代表導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/（m·K）。

從式（1）中可以直接觀察出，外部環(huán)境溫度的變化會(huì)對(duì)不同的兩個(gè)物體之間熱量的傳遞產(chǎn)生影響。相應(yīng)地，外部環(huán)境溫度勢(shì)必會(huì)對(duì)紡織物與人體皮膚之間熱量的傳遞產(chǎn)生影響，即如果紡織物的溫度顯著低于人體皮膚溫度，那么勢(shì)必會(huì)有更多的熱量從皮膚傳導(dǎo)至紡織物中，人體產(chǎn)生的涼感也會(huì)更加明顯[5]。

1.1.2 環(huán)境濕度對(duì)紡織品涼感性能的影響

從結(jié)構(gòu)層面來(lái)看，紡織品可以被看作水分、空氣以及纖維等物質(zhì)成分的集合體。其中，纖維結(jié)構(gòu)的表面往往會(huì)凹凸不平，紡織品表面也因此存在許多空腔結(jié)構(gòu)[6]。如果外部環(huán)境濕度比較大，存在于紡織品表面的空腔結(jié)構(gòu)便會(huì)被水分子占據(jù)。相比于空氣以及纖維等物質(zhì)成分而言，水的導(dǎo)熱系數(shù)更大，其熱傳遞的速度也因此變得更快。同時(shí)，在此過(guò)程中，也會(huì)存在不同程度的水分蒸發(fā)的情況，而水分的蒸發(fā)最終也會(huì)對(duì)熱量的散失產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用[7]。因此，環(huán)境濕度也會(huì)對(duì)紡織品涼感性能產(chǎn)生比較顯著的影響。

1.2 紡織物自身對(duì)紡織品涼感性能的影響

通常，紡織物自身會(huì)對(duì)紡織物涼感性能產(chǎn)生影響的因素主要包括接觸熱阻、熱導(dǎo)率以及比熱容等。

1.2.1 比熱容對(duì)紡織品涼感性能的影響

比熱容是熱力學(xué)中一個(gè)常見(jiàn)的概念，具體指的是當(dāng)單位質(zhì)量的材料溫度下降或者升高1 ℃時(shí)，其所散失或者吸收熱量的多少。根據(jù)比熱容這一概念來(lái)看，比熱容較大的材料的溫度變化相對(duì)緩慢；反之，比熱容較小的材料的溫度變化相對(duì)顯著，即在熱量散失相同的情況下，比熱容較小的材料溫度下降得更多[8]。不同的紡織品材料所具備的比熱容不同，因此，要想使得紡織品所具備的涼感性能比較顯著，應(yīng)盡量選擇比熱容較小的材料；反之，應(yīng)盡量選擇比熱容較大的材料。

1.2.2 熱導(dǎo)率對(duì)紡織品涼感性能的影響

針對(duì)不同的纖維材料而言，由于生成的方式不同，其所具備的孔隙結(jié)構(gòu)、纖維集合體密度以及纖維結(jié)晶取向等均會(huì)存在不同。相應(yīng)的，具備不同結(jié)構(gòu)的纖維材料，在導(dǎo)熱率方面也會(huì)表現(xiàn)出顯著的差異性。熱導(dǎo)率具體體現(xiàn)在纖維材料的熱吸收能力以及熱傳遞能力等方面，也會(huì)對(duì)紡織物的涼感性能產(chǎn)生直接影響。紡織物的導(dǎo)熱性能通常包括3種形式，即熱輻射、熱對(duì)流以及熱傳導(dǎo)。一般而言，在紡織物材料熱量傳遞過(guò)程當(dāng)中，熱傳導(dǎo)的作用顯著大于熱輻射以及熱對(duì)流的作用。因此，熱傳導(dǎo)是影響紡織物表面溫度最為關(guān)鍵的因素。

1.2.3 接觸熱阻對(duì)紡織品涼感性能的影響

兩個(gè)表面不光滑的固體表面相互接觸時(shí)，實(shí)際接觸的部位只存在于一些離散的點(diǎn)或微小的面積，沒(méi)有接觸的部位主要是空氣或者其他介質(zhì)。當(dāng)熱量經(jīng)由相互接觸的平面進(jìn)行傳遞時(shí)，由于不完全接觸，接觸界面產(chǎn)生接觸熱阻。接觸熱阻的大小取決于表面的粗糙度、兩側(cè)材料的材質(zhì)、導(dǎo)熱系數(shù)及相互擠壓產(chǎn)生的壓力等條件[9]。人體和織物接觸時(shí)，一方面，織物表面凹凸不平，難以與人體皮膚緊密接觸；另一方面，織物和人體接觸界面中還會(huì)有空氣及其他介質(zhì)存在。這都導(dǎo)致當(dāng)熱量從人體皮膚傳遞到織物時(shí)，存在溫度梯度，即存在接觸熱阻，影響從人體到織物的實(shí)際傳熱量。

2 紡織品涼感性能測(cè)定方法評(píng)價(jià)

導(dǎo)致紡織品存在涼感性能最為根本的原因?yàn)槿梭w皮膚與紡織物之間存在溫度差。因此，紡織物與人體皮膚發(fā)生接觸的瞬間，會(huì)使得人體皮膚與紡織物材料之間存在熱量的傳遞。通常，人體皮膚的溫度要高于紡織物表面溫度。因此，當(dāng)人體的皮膚與紡織物接觸時(shí)，勢(shì)必會(huì)存在熱量的散失，使得人體產(chǎn)生涼感，而最終決定紡織品涼感性能是否顯著的則是皮膚表面散失熱量的多少。

如果用B來(lái)代表紡織品對(duì)熱量的吸收能力（同時(shí)也可以直接用來(lái)描述紡織品涼感性能），那么可以將紡織品對(duì)熱量的吸收能力表述為式（2）。

式中，c代表紡織品的比熱容；ρ代表紡織品的平均體積質(zhì)量；λ代表紡織品的平均熱導(dǎo)率。

通過(guò)觀察紡織品對(duì)熱量的吸收能力表達(dá)式可以發(fā)現(xiàn)，會(huì)對(duì)紡織品吸收熱量的能力產(chǎn)生影響的因素主要為比熱容、體積質(zhì)量以及熱導(dǎo)率等。基于這一機(jī)制，相關(guān)學(xué)者研究開(kāi)發(fā)出了一系列切實(shí)可行的紡織品涼感性能測(cè)定方法。

2.1 KES-F7涼感測(cè)試方法及評(píng)價(jià)分析

2.1.1 方法介紹

目前，在針對(duì)紡織品涼感性能進(jìn)行測(cè)定時(shí)，最常用的方法為使用日本公司的KES-F7冷暖感測(cè)試儀對(duì)織物的接觸涼感進(jìn)行測(cè)試。該方法能夠準(zhǔn)確地模擬日常生活中人體皮膚與服裝接觸時(shí)的熱傳遞過(guò)程，相對(duì)客觀地描述織物接觸涼感的強(qiáng)弱。測(cè)試原理為：將內(nèi)置熱流傳感器和一定熱容量的銅板探頭T-Box，放置在恒溫?zé)嵩碆T-Box上（一般溫度設(shè)置為35 ℃，模擬人體軀干皮膚的平均溫度），加熱直到T-Box的探頭溫度升高到35 ℃，然后立即將T-Box放在絕熱保溫板上面的試樣上，在前0.2 s內(nèi)，該測(cè)試儀器會(huì)得到一個(gè)qmax值，即織物的瞬間熱流密度最大值，以此來(lái)描述織物的接觸涼感。

2.1.2 方法評(píng)價(jià)

KES-F7冷暖感測(cè)試儀及其測(cè)試方法能夠較好地描述織物與人體皮膚接觸時(shí)的冷暖感，也能夠給出熱量隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，但是還存在一些不足之處。具體表現(xiàn)為4個(gè)方面：（1）該測(cè)試儀器只給出一個(gè)qmax值，不能反映織物持續(xù)散熱的能力。（2）該測(cè)試方法在實(shí)施過(guò)程中，選擇使用的測(cè)試探頭為平面硬質(zhì)材料，不能反映皮膚的柔軟表面，不能確保和待測(cè)試樣有良好的接觸，且當(dāng)織物有較小的褶皺時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的誤差。（3）該測(cè)試方法所采用的測(cè)試探頭，對(duì)織物產(chǎn)生的壓強(qiáng)值僅達(dá)到10 kg/m2。因此，該方法僅適合用來(lái)對(duì)一些質(zhì)地相對(duì)輕薄的紡織品涼感性能進(jìn)行測(cè)定。如果使用該方法測(cè)定質(zhì)地相對(duì)厚重的紡織品涼感性能，得到的結(jié)果可能會(huì)存在較大的偏差。（4）在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程當(dāng)中，該方法使用的測(cè)定設(shè)備探頭的溫度會(huì)隨著測(cè)定時(shí)間的推移，出現(xiàn)逐漸降低的可能性，直至探頭溫度與紡織物之間的溫度保持在動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，同時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)試時(shí)的外部環(huán)境溫度出現(xiàn)劇烈的變化，最終直接增加涼感性能測(cè)定操作的復(fù)雜性以及測(cè)定誤差發(fā)生的概率。

2.2 熱流式織物涼感儀測(cè)試方法及評(píng)價(jià)分析

2.2.1 方法介紹

在既往的紡織品涼感性能測(cè)定實(shí)踐中，也有人選擇采用一種熱流式織物涼感測(cè)試儀來(lái)完成對(duì)紡織品涼感性能的測(cè)定，主要借助測(cè)試探頭和織物接觸時(shí)的熱傳遞來(lái)模擬皮膚表面和服裝面料接觸時(shí)的熱傳導(dǎo)過(guò)程。熱流傳感器采集到的熱流數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)熱流表傳送到計(jì)算機(jī)終端，然后通過(guò)計(jì)算得到瞬間熱流密度的最大值qmax和穩(wěn)態(tài)熱流密度值qbal。該測(cè)試儀器能夠方便、快速地檢測(cè)出各類織物的接觸瞬間涼感和穩(wěn)態(tài)涼感。

2.2.2 方法評(píng)價(jià)

針對(duì)熱流式織物涼感儀測(cè)定紡織物涼感性能這一方法，可以從穩(wěn)態(tài)接觸涼感以及接觸瞬間涼感兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。熱流式織物涼感測(cè)試儀在實(shí)際的紡織物涼感性能測(cè)定過(guò)程當(dāng)中，能夠在一定程度上較為客觀地反映人體表面皮膚與織物接觸時(shí)兩個(gè)方面的熱傳導(dǎo)過(guò)程。同時(shí)，這也充分滿足了人們?cè)诓煌闆r下對(duì)織物接觸涼感測(cè)試以及評(píng)價(jià)的實(shí)際需求。

3 結(jié)語(yǔ)

紡織物在社會(huì)生活中屬于常用的日用品，但是由于所采用的材料以及各種技術(shù)方面的差異，紡織物的性能往往存在一定的差異性，最終會(huì)對(duì)紡織物使用的舒適程度產(chǎn)生較顯著的影響。本研究討論對(duì)紡織品涼感性能產(chǎn)生影響的重要因素。關(guān)于紡織品涼感性能評(píng)價(jià)方法問(wèn)題，在既往研究中也多有學(xué)者對(duì)其進(jìn)行探討。本研究則結(jié)合既往研究對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)分析，指出會(huì)對(duì)紡織品涼感性能產(chǎn)生影響的因素主要可以分為外部環(huán)境因素以及紡織物自身因素，外部環(huán)境中會(huì)對(duì)紡織物涼感性能產(chǎn)生影響的因素主要包括環(huán)境濕度、環(huán)境溫度等。紡織物自身會(huì)對(duì)紡織物涼感性能產(chǎn)生影響的因素主要包括接觸熱阻、熱導(dǎo)率以及比熱容等。除此之外，還對(duì)KES-F7涼感測(cè)試方法以及熱流式織物涼感儀測(cè)試方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。