織物接觸冷暖感性能的測定和評價

顧永星

（上海潤盈新材料科技有限公司，上海200082）

織物接觸冷暖感性能的測定和評價

顧永星

（上海潤盈新材料科技有限公司，上海200082）

織物的冷暖感是織物與皮膚瞬間接觸時皮膚向織物轉(zhuǎn)移的熱量不同造成的。對影響接觸冷暖感的因素進(jìn)行了分析，認(rèn)為消除這些因素影響最好的方法是將接受冷暖感加工品和未加工品進(jìn)行比較。采用傳感裝置測定皮膚向織物瞬間熱移動量，轉(zhuǎn)化為電量變化值（qmax）來評價織物冷暖感性能。結(jié)果表明，紡織品所測接觸冷暖評價值越高，人越易感覺冷，其接觸冷暖感性能越好。

穿著舒適性；冷暖感；評價

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，消費者更加關(guān)注服裝的舒適性能。對冬季穿著的服裝（尤其是內(nèi)衣）不再僅僅局限于防寒保暖，更希望在穿著時無陰涼感。由于溫室效應(yīng)作用，夏天氣候變得越來越熱，這時人們希望有一種具有涼爽感的服裝，也希望在不同季節(jié)使用床上用品時也能得到溫馨的效果，這些都促成了接觸冷暖感紡織品的開發(fā)以及相應(yīng)測定方法評價的研發(fā)。

當(dāng)紡織織物與皮膚接觸時，由于織物與皮膚間溫度不同，存在一定程度的熱交換，導(dǎo)致皮膚溫度上升或下降，從而刺激大腦中形成的關(guān)于冷或暖的判斷。接觸冷暖感是織物與人體皮膚接觸的瞬間人體產(chǎn)生的一種冷熱知覺反應(yīng)。冷暖感實質(zhì)上是在溫度不平衡的條件下產(chǎn)生的，即織物初與皮膚接觸時，如果皮膚溫度較高，就會有冷的感覺；反之，就會有暖的感覺。由于織物溫度一般多低于皮膚溫度，因此接觸冷感發(fā)生的現(xiàn)象比較常見。

1 接觸冷暖感的影響因素

由于接觸熱量是通過織物來傳遞的，因此織物作為載體其結(jié)構(gòu)和特性會直接影響接觸冷暖感的結(jié)果。

1.1 影響接觸冷暖感的織物因素

影響接觸冷暖感的織物因素有很多，如織物結(jié)構(gòu)、織物厚度、織物間空隙、纖維瞬間傳熱性能、織物與皮膚的溫差等。

1.1.1 織物結(jié)構(gòu)

相同纖維的織物在與皮膚接觸時產(chǎn)生的溫暖感和陰涼感主要決定于織物的表面結(jié)構(gòu)。一般纖維的導(dǎo)熱系數(shù)大于空氣，纖維比空氣導(dǎo)熱快?？椢锏慕佑|涼感面積小，人體與纖維接觸少而與空氣接觸相對較多，熱流量就相對較小，人體的熱損失越小，涼感也就越小。松散的毛絨織物、種縐類織物、蜂巢組織織物及毛型織物由于表面有較多凹凸，接觸面積小而具有偏暖感?？椢锝Y(jié)構(gòu)致密，接觸面積較大，且表面平滑的織物，涼感較大，如化學(xué)長絲織物和蠶絲織物具有涼感。

1.1.2 織物厚度

低溫織物與皮膚接觸將引起皮膚的溫度變化，同規(guī)格的織物在相同環(huán)境下有不同的冷暖效果，輕薄織物冷感持續(xù)時間短，厚重織物持續(xù)時間長。

1.1.3 織物間孔隙

織物是由纖維按一定組織結(jié)構(gòu)與空氣混合組成的多孔材料，其傳熱特性是由纖維性質(zhì)、空氣性質(zhì)和自身組織結(jié)構(gòu)共同決定的?？椢镏欣w維與纖維之間、紗線與紗線之間及纖維自身存在著大量的空氣，這種特性稱為含氣性能。由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)比大多數(shù)纖維的導(dǎo)熱系數(shù)小，因此靜止的空氣是良好的熱絕緣材料?？椢镏兴目諝庠蕉?，保溫性越好。因此織物之間的孔隙大小直接影響其導(dǎo)熱性。用特定的助劑來填充孔隙可提高織物的涼爽感。

1.1.4 組織結(jié)構(gòu)

機(jī)織物的三原組織（平紋、斜紋和緞紋）是由于經(jīng)緯紗不同的交織規(guī)律，使其在織物表面形成不同的風(fēng)格。平紋的經(jīng)緯組織點數(shù)相同，而經(jīng)面斜紋織物的經(jīng)組織點數(shù)大于緯組織點數(shù)，經(jīng)面緞紋織物經(jīng)緯組織點數(shù)的比例大于經(jīng)面斜紋織物。因此平紋織物與人體直接接觸的經(jīng)組織點數(shù)最少，斜紋次之，緞紋最大。對于其他變化組織和聯(lián)合組織也應(yīng)該從以上因素來考慮。與人體的接觸面積越大，冷感越強(qiáng)。

由于針織物表面的凹凸結(jié)構(gòu)，使其與人體的接觸形成為點接觸，那么這種織物的最大瞬態(tài)熱流量較小，即接觸冷感小。

1.2 其他因素

影響接觸冷暖感的因素除了與織物自身特性有關(guān)外，還與織物的熱傳導(dǎo)率、織物回潮率、織物對人體的壓力等因素有關(guān)。

1.2.1 熱傳導(dǎo)率

一般認(rèn)為織物熱傳導(dǎo)率高，人體皮膚表面的熱量迅速傳至織物產(chǎn)生涼感，反之織物熱傳導(dǎo)率低，人體皮膚表面的熱量緩慢的傳至織物產(chǎn)生暖感。

1.2.2 回潮率

一般織物含水量越高，越易產(chǎn)生冷感。回潮率與冷感的關(guān)系可分為三類：①纖維素纖維類導(dǎo)熱系數(shù)較大，特別是麻纖維，其冷感比其它明顯；②化學(xué)長絲類（如滌綸和丙綸等），標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時纖維的回潮率較低，其冷感就不明顯；③毛類等動物纖維回潮率很高，但其接觸冷感最小，主要因為羊毛的吸濕積分熱較多所致（可達(dá)112.6 J/g），同時羊毛織物表面結(jié)構(gòu)含有線毛越多，易于在織物和皮膚之間存儲更多的靜止空氣，減少皮膚和織物實際接觸面積，消弱了織物的熱傳導(dǎo)能力，從而形成明顯的保暖效果。

1.2.3 織物對人體的壓力

一般而言，織物的壓力越大，冷感越大。服裝壓力的產(chǎn)生可分為兩類：①服裝自重產(chǎn)生的壓力（重量壓），②由于服裝裹緊身體而產(chǎn)生的壓力（束縛壓）。由于服裝壓力大，與人體皮膚接觸面積相對較大，冷感明顯。

綜合上述分析可知，織物本身結(jié)構(gòu)對冷暖感結(jié)果會有明顯影響，所以消除該影響最好的辦法是采用接觸冷暖感加工品與未加工品進(jìn)行試驗比較。

2 接觸冷暖感的測定方法和評價

2.1 測試方法

目前研發(fā)的冷暖感測試方法為感官測試和儀器測試，其中儀器測試可采用電測法。

接觸冷暖感的測試原理：用傳感裝置測定接觸試樣時的瞬間熱傳遞量，轉(zhuǎn)化為電量變化值（qmax），以此來評價試樣接觸冷暖感性能。目前中國的國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未有相關(guān)接觸冷暖感的測試方法和評價標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 日本接觸冷暖感的試驗方法和評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 試驗原理

含一定熱量的銅板(內(nèi)有溫度傳感器)與存在一定溫差的試樣表面接觸，由銅板移動至試樣的最大熱量值（qmax）作為接觸冷暖感值，記錄此數(shù)據(jù)來評定接觸冷暖感性能。

2.2.2 試驗條件

使用KATOTECH株式會社銷售的Thermo LaboⅡ或具有同等性能及以上的試驗裝置可以迅速測定接觸冷暖感，這類測定裝置應(yīng)帶有傳感器、電熱板和試樣臺（見圖1）。其中，BT-Box（Base Temper?ature Box）熱損失測定熱源板是由賦予溫差（ΔT）的熱源箱、背面黏有薄膜印花加熱器的BT板和護(hù)熱板構(gòu)成。在測定時T-Box（Temperature detecting Box）溫度測定及貯熱板將內(nèi)置有溫度傳感器的純銅版安裝于絕熱板上的裝置，測定純銅板的經(jīng)時性溫度，并計算純銅板中流出的熱量，因此需要嚴(yán)格控制純銅板的單位面積熱容量。

圖1 冷暖感測試儀器示意圖

試驗過程中應(yīng)使用比試樣的接觸冷暖感評價值小的聚苯乙烯泡沫試樣臺，且試樣臺本身的接觸冷暖感性能值應(yīng)不高于0.05 W/（cm2·10℃）。如果試樣較薄不能完全吸收T-Box的熱，余熱將會傳遞到試樣臺上，從而給接觸冷暖感評價值帶來影響（見表1），因此試樣臺的接觸冷暖感評價值應(yīng)比試樣的測定值要小。應(yīng)合理選擇試樣臺材質(zhì)，以避免因部分熱量向試樣臺傳遞而影響試驗結(jié)果。

溫度傳感器用于測定室內(nèi)溫度，由于接觸冷暖感試樣的評價值與T-Box的溫差成正比，0.1℃的溫差可造成1%的誤差，因此應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行室溫的測定與T-Box（BT板）的溫度設(shè)定。

由表2可知，接觸冷暖感評價值與試樣T-Box的溫度差成正比。當(dāng)設(shè)定溫度差小于10.0℃時，接觸冷暖感值隨比例減少，但傳感器的感度與精度一定，誤差相對變大。如果設(shè)定溫度的誤差一定減少設(shè)定溫度差時，成反比相對誤差就會變大。當(dāng)設(shè)定溫差高于10.0℃、T-Box的熱量未完全被試樣吸收時，余熱將會轉(zhuǎn)移到試樣臺上。

接觸冷暖感評價值越高，人越容易感到冷，其接觸冷暖感性能越好。在日本有多家企業(yè)使用該值進(jìn)行管理。由于在0.03W/（cm2·10℃）及以上的差異時人會感覺到冷感，因此將冷感性能技術(shù)指標(biāo)設(shè)定為0.10 W/（cm2·10℃）。

2.2.3 試驗步驟

裁取20 cm×20 cm的試樣，在20℃和相對濕度為65%的條件下平衡24 h。將BT-Box（熱損失測定熱源板）的BT板溫度設(shè)定時高于室溫10.0℃，護(hù)熱板的溫度高于室溫10.3℃，然后將T-Box（溫度檢測及貯熱板）置于BT-Box上，由BT-Box的熱用于加熱T-Box，并將其穩(wěn)定在室溫10.0℃，再將試樣的貼膚側(cè)向上放置在試樣臺上。迅速將T-Box從BT-Box平行移動，測定熱的最大移動量（qmax）。在試樣上放置傳感器時應(yīng)保持水平，且不應(yīng)有任何負(fù)荷，否則試樣與傳感器的接觸面積將會變小。若負(fù)荷擠壓試樣，試驗面積會變大。上述兩種現(xiàn)象都會影響測定結(jié)果。做5只平行試驗，取其平均值，修約至小數(shù)點以下3位，測試結(jié)果見表3和表4。當(dāng)接觸冷感評價值在0.10 W/（cm2·10℃）及以上時可評價為有接觸冷暖感性能。

表1 不同結(jié)構(gòu)試樣臺的影響

表2 T-Box溫差對冷暖感性能測試的影響

表3 不同試樣接觸冷暖感性能測試

表4 同一試樣加工前后接觸冷暖感性能測試

3 結(jié)論

紡織品舒適性是織物各種性狀與人體生理、心理因素和諧互動的一種結(jié)果，其中接觸冷暖感對人體有著直接的影響。在夏季人們對有涼感的衣服特別青睞，可以利用特殊技術(shù)將織物組織進(jìn)行平滑化處理，增加織物與皮膚的接觸面積來增加熱流量，由此增加皮膚至織物的熱傳導(dǎo)率。也可以在紡紗過程中添加比熱性高的物質(zhì)來增加熱容量。將體熱有效轉(zhuǎn)移至衣服，使人體得到?jīng)龈小Ｍ瑫r應(yīng)控制加工品與未加工品的冷暖感性能評價指標(biāo)差值應(yīng)在0.03 W/（cm2·10℃）及以上；加工品的qmax值應(yīng)在0.10W/（cm2·10℃）及以上，當(dāng)具有0.03 W/（cm2·10℃）及以上差異時，可感覺到?jīng)龈小?/p>

[1] 楊曉琴,孫玉釵,孫鵬.織物組織結(jié)構(gòu)與接觸冷感關(guān)系探討[J].山東紡織科技，2007,48（60）:51-53.

Determination and evaluation of the cold and warmperformance of fabric

GUYongxing
(Shanghai Runying New Material Technology Co.,Ltd.,Shanghai200082,China)

The cold and w arm feeling of the fabric is caused by different heat transfer from the skin to the fabric w hen the fabric is in instant contact w ith the skin.The factors that affected the cold and warm feeling are analyzed,and the best way to eliminate these factors is to compare the cold and warm processed products with the unprocessed products.The sensing device is used to measure the instantaneous thermal movement of the skin to the fabric,then the change of the quantity of the electric quantity(qmax)is used to evaluate the cold and w arm performance of the fabric.The results show that the higher the evaluation value of the contact cold and heating of the textiles,the more colder the person feels,and the better the performance of cold and warm.

comfort,cold and w arm feeling,evaluation

TS107

A

1001-7046（2017）05-0025-04

2017-07-26

顧永星（1967-）,男，本科，高級工程師，主要從事印染工藝和功能紡織品的研發(fā)工作。