面向作業環境的下水褲內襯設計

劉 正, 楊崇崇, 鄒奉元,3, 張 楓

(1. 浙江理工大學 服裝學院， 浙江 杭州 310018; 2. 浙江理工大學 紡織纖維材料與加工技術國家地方聯合工程實驗室, 浙江 杭州 310018; 3. 浙江理工大學 浙江省服裝工程技術研究中心， 浙江 杭州 310018;4. 嘉興市秀洲區水產技術推廣站， 浙江 嘉興 314000)

面向作業環境的下水褲內襯設計

劉 正1,2, 楊崇崇1, 鄒奉元1,3, 張 楓4

(1. 浙江理工大學 服裝學院， 浙江 杭州 310018; 2. 浙江理工大學 紡織纖維材料與加工技術國家地方聯合工程實驗室, 浙江 杭州 310018; 3. 浙江理工大學 浙江省服裝工程技術研究中心， 浙江 杭州 310018;4. 嘉興市秀洲區水產技術推廣站， 浙江 嘉興 314000)

為改善下水褲著裝微氣候，提升漁民作業舒適性，根據水下作業環境特點，組合特定性能織物和高吸水樹脂材料，針對人體出汗分布特征進行下水褲內襯研發。通過測試織物吸濕、透濕和導濕性能，以及設計模擬水下水壓環境實驗，探究織物和高吸水樹脂材料的水分傳導性能，據此選擇合適的織物組合。根據人體部位出汗量差異及汗液聚集區域，分別設置高導濕織物高吸水樹脂材料的組合內襯和高吸濕織物內襯，在下水褲邊緣設置魔術貼，制成可拆卸的組合拼接內襯。將設計的內襯下水褲用于實地測評后發現，長時間作業中下水褲內部潮濕環境得到了明顯改善。

下水褲； 內襯； 濕舒適性； 組合設計

下水褲是漁民及相關人員水下作業時穿著的基礎防護服裝。目前，國內使用的絕大多數下水褲是由單層橡膠、聚氯乙烯(PVC)涂層等材料制成，不透氣且服用舒適性較差[1]。漁民作業過程中生理代謝產生的水氣和活動汗液無法及時排出，導致下肢長期處于寒冷、高濕的環境中，從業3年以上的漁民患關節炎的比例很高[2]。

近年來國內防護服裝研究逐漸升溫，有學者對高溫防護服[3]、煤礦防護服[4]、油罐清潔作業服[5]進行了研究，也有學者總結設計規律進行了防護服裝功能[6]和安全性設計模式[7]研究，然而針對漁業作業防護服的研究與設計鮮見報道。在國外，漁民作業服除了防水功能之外，熱濕舒適性、通風排汗等需求也受到重視[8]，采用復合功能織物和人體工學設計，在較低溫度下持續作業時保證較好的服用舒適性[9]。

國內下水褲舒適性、功能性設計的缺失，對預防漁民職業病無法起到應有的作用，本文從改善下水褲作業微環境入手，提出下水褲內襯的組合設計。首先測試各項織物的性能參數，考察內襯織物吸濕容量和散濕速度；面向下水褲作業環境，設計模擬水壓實驗測試內襯織物與吸水樹脂材料的水分轉移狀況；根據人體出汗區域特點，選擇織物并設置不同類別的復合內襯；最后，通過魔術貼設置內襯可拆卸設計并進行實地測試。

1 下水褲內襯織物性能實驗

漁民長時間穿著下水褲勞作時，衣內環境呈高濕度狀態，因此，下水褲內襯必須具備良好的吸濕透濕性能。同時，為了不影響作業的便捷性，本文選用了6種常見的吸濕快干且具有一定彈性的針織布作為內襯的候選織物。為了增加內襯的吸濕容量，設計了織物和附高吸水樹脂材料非織造布的組合層，模擬水下壓力環境測試內襯的吸濕導濕性能。各織物的基本性能參數如表1所示。

1.1 吸濕性和透濕性及導濕性測試

吸濕性實驗參照GB/T 12704—1991《織物透濕量測定方法 透濕杯法》進行，透濕性實驗參照GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定 烘箱干燥法》進行，導濕性實驗參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》進行。

表1 6種織物的基本性能參數

注：異型滌綸1為Coolmax纖維；異型滌綸2為Cooldry纖維；異型滌綸3為Coolpass纖維。

1.2 模擬水下壓力下內襯水分轉移實驗

1.2.1 實驗原理

為提高下水褲內襯吸濕容量，選用高吸水樹脂材料非織造布作為蓄濕層與內襯織物組合設置，高吸水樹脂材料可吸收自重幾百倍的水分，在壓力下也具有較好的保水能力[10]。漁民穿下水褲水中作業時，浸沒水下的服裝部分受到水壓作用，織物與吸水樹脂層受到擠壓，導致織物及吸水樹脂層的吸濕、透濕和導濕性發生變化，因此，需要在模擬水下壓力環境下，分析高吸水性樹脂材料對不同試樣織物的二次吸收水分能力，即水分在織物和高吸水樹脂材料組合中的轉移能力，據此選擇合適的織物進行內襯組合設置。

實驗設計如圖1所示，測試設計水深以0.3 m為檔差，通過放置砝碼模擬4個深度下的水壓壓力，作用于織物與高吸水性樹脂材料試樣上，砝碼質量計算方法如下：

F=PS

P=ρgh

F=mg

m=ρhS

式中：F為重物壓力，N；P為重物作用在單位織物上的壓強，Pa；S為織物面積，等于0.01 m2；m為砝碼質量，kg；g為重力加速度；ρ為水密度。得出0.01 m2織物在水下0.4、0.7、1.0、1.3 m深處水壓作用力相當于放置4、7、10、13 kg砝碼產生的壓力。

圖1 模擬水壓測試

1.2.2 實驗材料及設備與環境

本文實驗中每種織物取規格為10 cm×10 cm的試樣各12塊，高吸水樹脂材料附著在非織造布表面，取相同面積試樣12塊，吸水樹脂材料非織造布質量為(6.5±0.15)g。實驗操作設備有電子天平、重物、滴管、鑷子、薄鐵片、防水膜、秒表、蒸餾水，防水膜質量可忽略不計，所用薄鐵片和防水膜能完全覆蓋單個試樣面積。下水褲屬于漁民基礎防護服裝，幾乎在所有氣候條件下漁民都會穿著下水褲進行作業，在內陸漁場尤以秋冬春三季最為頻繁。

本文對標準大氣下的環境溫濕度進行模擬，在溫度為(20±2)℃、相對濕度為(65±3)%、風速小于0.1 m/s的恒溫恒濕室操作完成實驗，與實際作業環境具有一定的相似性。

1.2.3 實驗步驟

實驗操作前，所有材料在恒溫恒濕室靜置24 h。首先，把單塊吸水樹脂材料片、織物試樣、防水膜稱量記錄；將織物試樣平覆于防水膜上，用滴管吸取蒸餾水(控制水量(4±0.1)g)滴于試樣上，稱量記錄總質量；用鑷子夾取吸水后的織物和防水膜，覆于高吸水樹脂材料上，膜在上，保證試樣與樹脂材料片貼合不偏移；在防水膜、試樣、高吸水樹脂材料的組合上放置薄鐵片，保證完全覆蓋試樣，在鐵片上放置重物并計時；在放置重物3 min和10 min后，撤去重物與鐵片，分別對織物試樣和高吸水樹脂材料片進行稱量記錄，計算得到織物試樣失水率和樹脂材料吸水率；每種織物實驗重復3次，結果取平均值。

2 織物性能實驗結果與分析

2.1 吸濕及透濕和導濕實驗結果分析

6種織物吸濕性測試結果為4#<2#<5#<6#<1#<3#。其中，3#為滌/棉混紡織物，回潮率最大，吸濕性最佳。

6種織物透濕性測試結果顯示，織物正面透濕量略大于反面透濕量，以織物正面透濕性為準，強弱排序依次為：6#<5#<3#<2#<4#<1#。可以看出，織物透濕量受組織結構、密度、緊度等影響，1#織物具有四管道纖維形態，纖維間隙大，濕氣能快速透過面料傳導，透濕性佳；4#織物的厚度最小，紗線間空隙大，濕氣透過量大，透濕性佳。

6種織物經向導濕性測試結果按芯吸高度數據依次排序為5#<2#<3#<4#<1#<6#。其中，1#、4#和6#織物的纖維間隙大，表面積大，織物具有很好的毛細效應，纖維的導濕能力強，而5#等織物纖維形態普通，導濕能力弱。

2.2 內襯水分轉移實驗結果分析

實驗結果顯示，3 min和10 min的各內襯組合中織物失水率和樹脂材料吸水率數值隨著時間延長均有所增長，但變化不大。3#織物組合差異值為最大，2個時刻失水率和吸水率數值差5%左右,這表明在施加壓力3 min后，內襯組合中水分轉移已趨近平衡。

圖2示出在模擬的4檔水深壓力下6種內襯織物失水率。圖3示出對應每種織物組合的樹脂材料吸水率數值。對比圖2、3數據可以看出，在組合中所有織物的失水率普遍略高于吸水樹脂材料吸水率，即織物失水量高于樹脂吸水量。這是由于織物暴露于空氣環境，在水分轉移實驗過程中水分有極小部分的蒸發丟失。經計算，6種織物試樣所含水分在實驗中的蒸發率為1%～3%，其質量損失可忽略。

圖2 組合內襯中6種織物失水率

圖3 組合內襯中6種織物對應的樹脂材料吸水率

在同等水深下，3#織物吸濕蓄水能力強，織物組合失水率、吸水率均最小，內部水分轉移速率慢，4#織物組合水分交換能力最強，具有較高效的水分轉移能力。隨水深增加，各織物組合的失水率、吸水率均逐步增大，其中4#織物組合中織物失水率、吸水率仍為最大。

在各織物組合的失水率、吸水率增長速率上，3#織物組合在水深檔差變化前期失水率、吸水率變化顯著，之后增長趨于平緩，說明3#織物鎖水能力強，需施加一定壓力后水分才能開始有效轉移。而5#織物組合失水率、吸水率增長速率隨深度增加逐漸變大，說明其水分轉移性能受水壓影響顯著。

3 下水褲組合內襯的設計及制作

根據上述實驗結果與分析，本文選擇高吸濕的3#襯墊織物和模擬壓力下水分轉移性能較好的4#雙反面織物，用于下水褲組合內襯的制作。

3.1 基于人體出汗分布的內襯設計

人體活動時身體不同區域的出汗量存在差異，參考George Havenith提出的人體出汗地圖[11](見圖4)，結合下水褲作業的實際情況，將身體部位劃分為5類區域。針對每類出汗特點進行內襯織物組合設計。

圖4 人體出汗量區域分布圖

1)高出汗量區域：后背及后腰線至臀圍線間的區域，采用雙反面織物①。

2)中等出汗量區域：前胸及以上區域，采用襯墊織物②。

3)中等出汗量且汗液積聚區域：腹部，采用雙反面織物①。

4)較少出汗量區域：臀部附近，采用襯墊織物②。

5)汗液易積聚區域：大腿、小腿，采用反面織物①。

在后背中縫、腰部、臀部、大腿前側、小腿內側及腳掌高出汗量或汗液易積聚區域，使用雙反面織物①和高吸水樹脂材料非織造布組合設計，增加內襯的吸濕儲濕容量。

3.2 組合內襯的制作

口袋的設計如圖5所示，采用上下或左右2片錯位疊蓋設計，避免布片在作業中產生移位，且可方便更換。下水褲組合內襯結構如圖6所示，白色區域采用3#織物，斜紋區域為4#織物。其中，吸水樹脂材料放置在口袋中，與4#織物復合設置。為增加下水褲實用性，內襯設計成方便拆卸和更換。采用魔術貼對內襯與下水褲外殼進行黏合。用環氧樹脂結構膠在下水褲上開口、褲腿和膠鞋接口、外側縫處固化魔術貼勾面，毛面則車縫固定在對應的內襯邊緣位置。

圖5 高吸水樹脂材料放置設計

圖6 組合內襯結構圖

4 新型下水褲實地測評

將設計制作的下水褲組合內襯在實際生產作業中進行測評，通過被測試者問卷打分和實地交流方式溝通，評價組合內襯對下水褲熱濕舒適性的提升程度。

4.1 實地測評實驗方案

在嘉興市秀洲區王江涇鎮漁業科技示范基地作進行實地測評，選擇6位工齡在5年以上的漁民作為受試者，身高為170～175 cm，體重為70～80 kg，年齡為35～42歲。測試實驗當天室外溫度為6～8 ℃，東南風為2級，風速為1.4～1.9 m/s，水溫為8～10 ℃。實地作業測試環境與實驗室環境存在一定差異。

按照受試者日常作業內容和強度，完成附組合內襯下水褲的舒適性測試。測試作業過程分為下水拉網，收網撈魚，抓魚分類及拉網回岸4個階段，作業測評流程如圖7所示。在完成每個階段作業后，受試者回答測試人員關于舒適性評價的提問，從而完成主觀評價。

圖7 實地測評作業流程

4.2 實地測試主觀評價結果

對評價問卷數據取均值統計，受試者對組合內襯下水褲進行主觀評分，結果如表2所示。可以看出，組合內襯下水褲在舒適性、干燥程度和透氣性上均明顯優于市面普通下水褲。內襯可脫卸設計，保證了穿著者可便捷更換高吸水樹脂片及清洗內襯，在交流溝通中得到了漁業生產作業人員的肯定。

表2 測試主觀評價結果

注：評價程度共7級，-3最低，3最高。

5 結 論

針對下水褲吸濕透濕性差的現狀，本文提出了面向作業環境的組合內襯設計以改善下水褲熱濕舒適性能。織物吸濕、透濕及導濕性測試實驗和模擬水壓測試實驗表明，織物的透濕、導濕性能會因實際作業環境不同而產生變化，在內襯織物測試和選擇時需充分考慮此點。實地主觀評價測試表明，結合人體出汗特征的組合內襯設計有效提高了下水褲的吸濕功能，可拆卸設計提高了下水褲內襯的實用性。本文研究對于改善現有漁業防護服裝舒適性具有一定的現實意義。

FZXB

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Design of chest wader lining oriented to working environment

LIU Zheng1,2, YANG Chongchong1, ZOU Fengyuan1,3, ZHANG Feng4

(1.SchoolofFashionDesign&Engineering,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.National&LocalUnitedEngineeringLaboratoryofTextileFiberMaterialsandProcessingTechnology,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 3.EngineeringResearchCenterofClothingofZhejiangProvince,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 4.XiuzhouFisheriesTechnologyStation,Jiaxing,Zhejiang314000,China)

In order to improve the microclimate of the chest wader and the operation comfort of fisherman, according to the characteristics of underwater environment and combined with the fabric and high water absorption resin materials, this paper developed a chest wader lining based on the human body sweating distribution characteristics. By testing the water absorption, moisture permeability and conductivity of the fabric, and simulating underwater pressure environment, the water conductivity from the fabric to high water absorption resin material could be explored, and thus appropriate fabric could be selected accordingly. According to the difference in sweating rate and sweat gathering area, the combination of high moisture conductivity fabric and high water absorption resin material and high moisture absorption fabric could be set, respectively. Velcro was arranged at the chest wader edges, which made the combined lining detachable. The results of field evaluation on the designed wader chest lining showed the moisture comfort of chest wader in long time works had been improved significantly.

chest wader； lining； moisture comfort； combined design

10.13475/j.fzxb.20150800906

2015-08-06

2016-05-04

浙江省公益技術研究項目(2014C32067)；浙江省高校重中之重學科開放基金資助項目(2013YBZX05)；浙江理工大學科研啟動基金資助項目(13072177-Y)

劉正(1981—)，男，副教授，博士。研究方向為功能服裝設計與研發。E-mail：koala@zstu.edu.cn。

TS 941.73

A