紡織品涼感性能的影響因素與評價方法

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（江蘇省紡織產品質量監督檢驗研究院，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，由于人體皮膚散發出一定熱量而產生的涼爽感[1]。因此，在紡織物與人體皮膚接觸時，皮膚散失熱量的多少直接決定了涼感的強弱，即人體皮膚散失的熱量越多，產生的涼感就越強；反之，紡織物涼感越弱。由于紡織品涼感性能會直接影響人們使用織物時的舒適程度，諸多學者曾針對紡織品涼感性能評價問題進行研究。

潘文麗等[2]對瞬間涼感紡織品的性能評估與測試標準問題進行了探討，介紹了瞬間涼感面料的工作機理和產生涼感效果的不同功能，驗證了瞬間涼感紡織品的測試標準和指標要求。袁志磊等[3]對紡織品接觸冷暖感性能檢測方法問題進行了探討，介紹了織物接觸冷暖感產生的原理，對其測試設備和試驗條件進行了探索，建立了評價織物接觸冷暖感的試驗方法，對不同織物的接觸冷暖感性能進行測試比較。研究結果表明，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構。

1 紡織品涼感性能影響因素

要想實現對紡織品涼感性能的科學分析，首先需要明確會對紡織品涼感性能產生直接影響的因素，通常可以分為外部環境因素以及紡織物自身因素等。外部環境中會對紡織物涼感產生影響的因素主要包括環境濕度、環境溫度等。紡織物自身會對紡織物涼感性能產生影響的因素主要包括接觸熱阻、熱導率以及比熱容等。

1.1 外部環境對紡織品涼感性能的影響

外部環境中會對紡織品涼感性能產生影響的因素主要包括環境溫度以及環境濕度等。

1.1.1 環境溫度對紡織品涼感性能的影響

外部環境與紡織品之間存在熱傳遞情況，因此才會進一步對紡織品涼感性能產生影響[4]。導致熱傳遞情況發生的主要原因為紡織物與外部環境之間存在溫度差。在熱傳遞的過程中，能量變化嚴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代表時間，單位為s；T代表溫度，單位為℃。λ代表導熱系數，單位為W/（m·K）。

從式（1）中可以直接觀察出，外部環境溫度的變化會對不同的兩個物體之間熱量的傳遞產生影響。相應地，外部環境溫度勢必會對紡織物與人體皮膚之間熱量的傳遞產生影響，即如果紡織物的溫度顯著低于人體皮膚溫度，那么勢必會有更多的熱量從皮膚傳導至紡織物中，人體產生的涼感也會更加明顯[5]。

1.1.2 環境濕度對紡織品涼感性能的影響

從結構層面來看，紡織品可以被看作水分、空氣以及纖維等物質成分的集合體。其中，纖維結構的表面往往會凹凸不平，紡織品表面也因此存在許多空腔結構[6]。如果外部環境濕度比較大，存在于紡織品表面的空腔結構便會被水分子占據。相比于空氣以及纖維等物質成分而言，水的導熱系數更大，其熱傳遞的速度也因此變得更快。同時，在此過程中，也會存在不同程度的水分蒸發的情況，而水分的蒸發最終也會對熱量的散失產生一定的促進作用[7]。因此，環境濕度也會對紡織品涼感性能產生比較顯著的影響。

1.2 紡織物自身對紡織品涼感性能的影響

通常，紡織物自身會對紡織物涼感性能產生影響的因素主要包括接觸熱阻、熱導率以及比熱容等。

1.2.1 比熱容對紡織品涼感性能的影響

比熱容是熱力學中一個常見的概念，具體指的是當單位質量的材料溫度下降或者升高1 ℃時，其所散失或者吸收熱量的多少。根據比熱容這一概念來看，比熱容較大的材料的溫度變化相對緩慢；反之，比熱容較小的材料的溫度變化相對顯著，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，應盡量選擇比熱容較小的材料；反之，應盡量選擇比熱容較大的材料。

1.2.2 熱導率對紡織品涼感性能的影響

針對不同的纖維材料而言，由于生成的方式不同，其所具備的孔隙結構、纖維集合體密度以及纖維結晶取向等均會存在不同。相應的，具備不同結構的纖維材料，在導熱率方面也會表現出顯著的差異性。熱導率具體體現在纖維材料的熱吸收能力以及熱傳遞能力等方面，也會對紡織物的涼感性能產生直接影響。紡織物的導熱性能通常包括3種形式，即熱輻射、熱對流以及熱傳導。一般而言，在紡織物材料熱量傳遞過程當中，熱傳導的作用顯著大于熱輻射以及熱對流的作用。因此，熱傳導是影響紡織物表面溫度最為關鍵的因素。

1.2.3 接觸熱阻對紡織品涼感性能的影響

兩個表面不光滑的固體表面相互接觸時，實際接觸的部位只存在于一些離散的點或微小的面積，沒有接觸的部位主要是空氣或者其他介質。當熱量經由相互接觸的平面進行傳遞時，由于不完全接觸，接觸界面產生接觸熱阻。接觸熱阻的大小取決于表面的粗糙度、兩側材料的材質、導熱系數及相互擠壓產生的壓力等條件[9]。人體和織物接觸時，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有空氣及其他介質存在。這都導致當熱量從人體皮膚傳遞到織物時，存在溫度梯度，即存在接觸熱阻，影響從人體到織物的實際傳熱量。

2 紡織品涼感性能測定方法評價

導致紡織品存在涼感性能最為根本的原因為人體皮膚與紡織物之間存在溫度差。因此，紡織物與人體皮膚發生接觸的瞬間，會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，當人體的皮膚與紡織物接觸時，勢必會存在熱量的散失，使得人體產生涼感，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來代表紡織品對熱量的吸收能力（同時也可以直接用來描述紡織品涼感性能），那么可以將紡織品對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量；λ代表紡織品的平均熱導率。

通過觀察紡織品對熱量的吸收能力表達式可以發現，會對紡織品吸收熱量的能力產生影響的因素主要為比熱容、體積質量以及熱導率等。基于這一機制，相關學者研究開發出了一系列切實可行的紡織品涼感性能測定方法。

2.1 KES-F7涼感測試方法及評價分析

2.1.1 方法介紹

目前，在針對紡織品涼感性能進行測定時，最常用的方法為使用日本公司的KES-F7冷暖感測試儀對織物的接觸涼感進行測試。該方法能夠準確地模擬日常生活中人體皮膚與服裝接觸時的熱傳遞過程，相對客觀地描述織物接觸涼感的強弱。測試原理為：將內置熱流傳感器和一定熱容量的銅板探頭T-Box，放置在恒溫熱源BT-Box上（一般溫度設置為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，該測試儀器會得到一個qmax值，即織物的瞬間熱流密度最大值，以此來描述織物的接觸涼感。

2.1.2 方法評價

KES-F7冷暖感測試儀及其測試方法能夠較好地描述織物與人體皮膚接觸時的冷暖感，也能夠給出熱量隨時間變化的數據，但是還存在一些不足之處。具體表現為4個方面：（1）該測試儀器只給出一個qmax值，不能反映織物持續散熱的能力。（2）該測試方法在實施過程中，選擇使用的測試探頭為平面硬質材料，不能反映皮膚的柔軟表面，不能確保和待測試樣有良好的接觸，且當織物有較小的褶皺時，就會產生相對較大的誤差。（3）該測試方法所采用的測試探頭，對織物產生的壓強值僅達到10 kg/m2。因此，該方法僅適合用來對一些質地相對輕薄的紡織品涼感性能進行測定。如果使用該方法測定質地相對厚重的紡織品涼感性能，得到的結果可能會存在較大的偏差。（4）在實際的測試過程當中，該方法使用的測定設備探頭的溫度會隨著測定時間的推移，出現逐漸降低的可能性，直至探頭溫度與紡織物之間的溫度保持在動態平衡的狀態，同時會直接導致測試時的外部環境溫度出現劇烈的變化，最終直接增加涼感性能測定操作的復雜性以及測定誤差發生的概率。

2.2 熱流式織物涼感儀測試方法及評價分析

2.2.1 方法介紹

在既往的紡織品涼感性能測定實踐中，也有人選擇采用一種熱流式織物涼感測試儀來完成對紡織品涼感性能的測定，主要借助測試探頭和織物接觸時的熱傳遞來模擬皮膚表面和服裝面料接觸時的熱傳導過程。熱流傳感器采集到的熱流數據信號通過熱流表傳送到計算機終端，然后通過計算得到瞬間熱流密度的最大值qmax和穩態熱流密度值qbal。該測試儀器能夠方便、快速地檢測出各類織物的接觸瞬間涼感和穩態涼感。

2.2.2 方法評價

針對熱流式織物涼感儀測定紡織物涼感性能這一方法，可以從穩態接觸涼感以及接觸瞬間涼感兩個方面來進行評價。熱流式織物涼感測試儀在實際的紡織物涼感性能測定過程當中，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兩個方面的熱傳導過程。同時，這也充分滿足了人們在不同情況下對織物接觸涼感測試以及評價的實際需求。

3 結語

紡織物在社會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方面的差異，紡織物的性能往往存在一定的差異性，最終會對紡織物使用的舒適程度產生較顯著的影響。本研究討論對紡織品涼感性能產生影響的重要因素。關于紡織品涼感性能評價方法問題，在既往研究中也多有學者對其進行探討。本研究則結合既往研究對這一問題進行了系統分析，指出會對紡織品涼感性能產生影響的因素主要可以分為外部環境因素以及紡織物自身因素，外部環境中會對紡織物涼感性能產生影響的因素主要包括環境濕度、環境溫度等。紡織物自身會對紡織物涼感性能產生影響的因素主要包括接觸熱阻、熱導率以及比熱容等。除此之外，還對KES-F7涼感測試方法以及熱流式織物涼感儀測試方法進行了評價。