織物結(jié)構(gòu)和性能對(duì)接觸冷暖感的影響

孟 花，馮愛芬

(河北科技大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，河北 石家莊 050018)

織物與皮膚接觸給人體皮膚一定的溫度刺激，在人的大腦中形成了關(guān)于冷或暖的判斷稱為織物接觸冷暖感[1]。織物接觸皮膚的瞬間由于二者溫度不同產(chǎn)生熱量交換，若織物表面溫度低于皮膚表面溫度，會(huì)使人產(chǎn)生接觸冷感，反之會(huì)產(chǎn)生接觸暖感。

1970年開始有學(xué)者提出織物接觸冷暖感理論概念[2-3]。徐谷衡等[4]為把冷暖感與紡織性能參數(shù)聯(lián)系起來，研制出相關(guān)試驗(yàn)儀器，并提出將熱量峰值作為織物接觸冷暖感的評(píng)價(jià)指標(biāo)。INOUE等[5]分析了面料的冷暖感與女裝針織物品質(zhì)主觀評(píng)價(jià)的關(guān)系，表明最大瞬態(tài)熱流量值影響人們對(duì)女裝針織物品質(zhì)的主觀評(píng)價(jià)。姚穆等[1]提出織物接觸冷暖感產(chǎn)生的理論模型，并研制出織物接觸溫度儀。徐廣標(biāo)等[6]以33種色織襯衣面料為研究對(duì)象，探討了色織襯衣面料接觸冷暖感與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，得出織物表面形態(tài)、織物組織及纖維種類為主要影響因素。相關(guān)研究[7-9]分析了織物接觸冷暖感的影響因素，包括纖維種類、織物含濕量、織物比熱容及外界環(huán)境等。本文測(cè)試了25種不同纖維成分的織物的最大瞬態(tài)熱流量，從織物組織、織物厚度等織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及織物相關(guān)性能2個(gè)方面進(jìn)行分析，旨在為開發(fā)不同冷暖感織物和服裝的企業(yè)選擇合適的冷暖感服裝面料提供理論參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試 樣

選取5類25種織物作為試樣，根據(jù)纖維種類分為棉織物(編號(hào)C1～C5)、麻織物(編號(hào)L1～L5)、羊毛織物(編號(hào)W1～W5)、滌綸織物(編號(hào)P1～P5)及錦綸織物(編號(hào)N1～N5)。

1.2 測(cè)試條件

根據(jù)GB/T 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》，試樣在恒溫恒濕室內(nèi)調(diào)濕24 h后備用，溫度為(20±2.0) ℃，相對(duì)濕度為65%±4.0%。

1.3 測(cè)試儀器

KES-F7-II型冷暖感測(cè)試儀(日本加多技術(shù)有限公司)、Y802N型烘箱及電子分析天平(常州第二紡織機(jī)械有限公司)、KES織物風(fēng)格儀(日本加藤技研株式會(huì)社)、Y511C織物密度鏡(北京同德創(chuàng)業(yè)科技有限公司)、YG141N數(shù)字式織物厚度儀(常州第二紡織機(jī)械有限公司)。

1.4 測(cè)試方法

1.4.1 接觸冷暖感測(cè)試

采用KES-F7-II冷暖感測(cè)試儀測(cè)試織物的接觸冷暖感，試樣尺寸為20 cm×20 cm。首先將儀器預(yù)熱30 min，然后將待測(cè)試樣放在恒溫臺(tái)上(20 ℃)加熱，最后把蓄熱板(30 ℃)快速放在試樣上，二者溫差(ΔT)為10 ℃[10-11]。從每個(gè)試樣反面選5個(gè)不同位置進(jìn)行測(cè)試，求出平均值為最大瞬態(tài)熱流量。

1.4.2 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

采用KES-F7-II冷暖感測(cè)試儀測(cè)出試樣熱流量，溫差為10 ℃，測(cè)試面積為25 cm2，根據(jù)下式計(jì)算出試樣的導(dǎo)熱系數(shù)λ。

式中：d為試樣厚度，m；S為測(cè)試面積， cm2；ΔT為溫差，℃；Q為試樣的熱流量，J/s；λ為導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

1.4.3 表面摩擦性能測(cè)試

首先將KES織物風(fēng)格儀預(yù)熱30 min，然后對(duì)25種織物的表面摩擦性能進(jìn)行測(cè)試，按經(jīng)紗方向、緯紗方向分別對(duì)25塊試樣進(jìn)行5次測(cè)試，求出平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 織物結(jié)構(gòu)對(duì)接觸冷暖感的影響

紗線線密度見表1，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)見表2。可以看出，棉織物C2、C4、C5試樣的經(jīng)紗線密度、緯紗線密度分別一致，而C2試樣的最大瞬態(tài)熱流量值最小；羊毛織物 W2、W3、W5試樣的經(jīng)紗線密度、緯紗線密度分別相近，其中W2的最大瞬態(tài)熱流量值最小。因?yàn)槠淇椢锝M織是縐組織，織物表面產(chǎn)生顆粒狀凹凸不平的縐效應(yīng)，其與皮膚實(shí)際接觸面積小，所以接觸暖感較好。因此，同種纖維的織物，紗線線密度相近時(shí)，縐織物比平紋織物、斜紋織物的接觸暖感好。

表1 紗線線密度 tex

織物最大瞬態(tài)熱流量及相關(guān)性能參數(shù)見表3。可以看出，25種織物最大瞬態(tài)熱流量的最小值和最大值相差很大，說明纖維種類對(duì)織物接觸冷暖感具有顯著影響。

求5類25種織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的平均值,并利用SPSS軟件，分析其值與最大瞬態(tài)熱流量之間的相關(guān)性，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與最大瞬態(tài)熱流量的相關(guān)性分析見表4。棉織物的最大瞬態(tài)熱流量與織物厚度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；麻織物的最大瞬態(tài)熱流量與織物經(jīng)向密度、緯向密度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與織物厚度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中對(duì)最大瞬態(tài)熱流量影響最顯著的是緯向密度；羊毛織物的最大瞬態(tài)熱流量與織物緯向密度及厚度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中織物厚度對(duì)最大瞬態(tài)熱流量的影響最顯著；滌綸織物的最大瞬態(tài)熱流量與織物厚度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；錦綸織物的最大瞬態(tài)熱流量與織物經(jīng)向密度、厚度及面密度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中織物面密度對(duì)最大瞬態(tài)熱流量的影響最顯著。

表2 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)

織物面密度增大，織物結(jié)構(gòu)更緊密，織物中靜止空氣含量更少，接觸冷感更好，反之接觸暖感更好。織物厚度越小，織物接觸冷暖感值越大，接觸冷感越好,反之接觸暖感越好。因此，冬季適宜選擇結(jié)構(gòu)疏松、厚型的織物作為服裝面料，其接觸暖感較好；夏季適宜選擇結(jié)構(gòu)緊密、光滑且輕薄的織物作為服裝面料，其接觸冷感好。

2.2 織物相關(guān)性能對(duì)接觸冷暖感的影響

2.2.1 織物導(dǎo)熱系數(shù)

織物的導(dǎo)熱系數(shù)越大，皮膚向織物傳遞的熱流量越大，冷感越強(qiáng)[12]。由表3的導(dǎo)熱系數(shù)值可以分別算出5類織物導(dǎo)熱系數(shù)的平均值，其中錦綸織物導(dǎo)熱羊系數(shù)的平均值最大，為0.123 W/(m·K)-1，毛織物導(dǎo)熱系數(shù)的平均值最小，為0.092 W/(m·K)-1。導(dǎo)熱系數(shù)的平均值按從大到小排序?yàn)椋哄\綸織物>麻織物>棉織物>滌綸織物>羊毛織物，因此，錦綸織物接觸冷感強(qiáng)烈，羊毛織物接觸暖感強(qiáng)烈。

表3 織物最大瞬態(tài)熱流量及相關(guān)性能參數(shù)

表4 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與最大瞬態(tài)熱流量的相關(guān)性分析

利用Microsoft Excel對(duì)數(shù)值進(jìn)行回歸分析,并建立了最大瞬態(tài)熱流量與導(dǎo)熱系數(shù)的線性回歸模型，利用SPSS分析織物的導(dǎo)熱系數(shù)與接觸冷暖感的相關(guān)性，回歸統(tǒng)計(jì)表及相關(guān)性見表5。其中：y為最大瞬態(tài)熱流量，x為織物導(dǎo)熱系數(shù)。擬合度R2為判定系數(shù)，當(dāng)R2趨近于1時(shí), 表示函數(shù)方程的參考價(jià)值較高[13]。由表5可以看出，各織物擬合度R2均大于0.5且趨近于1，織物的導(dǎo)熱系數(shù)與最大瞬態(tài)熱流量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。因此，織物的導(dǎo)熱系數(shù)與織物接觸冷暖感具有密切相關(guān)關(guān)系，隨著織物導(dǎo)熱系數(shù)的增大，織物熱阻變小，由皮膚向織物傳遞的熱流量變大，織物接觸冷感變好，反之接觸暖感變好。

表5 回歸統(tǒng)計(jì)表及相關(guān)性

2.2.2 織物表面摩擦性能

以棉織物、麻織物、羊毛織物、滌綸織物及錦綸織物為主，分析織物表面摩擦性對(duì)接觸冷暖感的影響，摩擦性與最大瞬態(tài)熱流量相關(guān)系數(shù)見表6。

表6 摩擦性與最大瞬態(tài)熱流量相關(guān)系數(shù)

由表6可以看出，最大瞬態(tài)熱流量與織物平均摩擦因數(shù)、表面粗糙度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，隨著織物表面粗糙度的增大，織物表面越凹凸不平整，皮膚與織物的接觸面積越小，傳導(dǎo)的熱流量越少，接觸暖感越好，反之接觸冷感越好。適當(dāng)增加織物表面粗糙度、表面蓬松度及厚度有利于提高織物接觸暖感；適當(dāng)增加織物表面滑爽度、平整度，減小厚度有利于提高織物接觸冷感。

3 結(jié) 論

本文通過測(cè)試棉、麻、羊毛、滌綸、錦綸5類25種織物的最大瞬態(tài)熱流量，從織物的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)、導(dǎo)熱性及表面摩擦性能等方面對(duì)織物接觸冷暖感的影響，得出以下結(jié)論。

① 纖維成分相同的織物，紗線線密度相近時(shí)，縐組織織物比平紋組織織物和斜紋組織織物的接觸暖感要好。

②冬季適宜選擇結(jié)構(gòu)疏松、厚度較大的織物作為服裝面料，其接觸暖感好；夏季適宜選擇結(jié)構(gòu)緊密、光滑且輕薄的織物作為服裝面料，其接觸冷感好。

③織物導(dǎo)熱系數(shù)與最大瞬態(tài)熱流量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，織物導(dǎo)熱系數(shù)越大，織物熱阻越小，織物最大瞬態(tài)熱流量越小，織物接觸冷感越好，反之織物接觸暖感越好。

④織物表面粗糙度與最大瞬態(tài)熱流量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，適當(dāng)增加織物表面粗糙度、表面蓬松度及厚度有助于提高織物接觸暖感；適當(dāng)增加織物表面滑爽度、平整度，減小厚度有助于提高織物接觸冷感。