防水透氣型膜復合面料應用研究及分析

趙艷嬌，葛愛雄，張 偉

1.際華集團股份有限公司系統工程中心，北京 100160；2.新興際華（北京）材料技術研究院有限公司，北京 100000；3.中國人民解放軍 65316部隊，遼寧大連 116000

0 前言

隨著市場的開放，競爭日益激烈，科技創新驅動，企業產品越來越注重功能性與時尚性的融合。雨衣、雨披的款式各式各樣，材料及質量也參差不齊。來自實驗室的面料理論數據，假人測試，以及消費者的實際穿著效果[1-3]，是目前其質量評價最有效、最直接的評定方式。

本文自研了“三明治”結構的錦綸與防水透氣型PTFE膜復合制成的面料，為驗證其綜合使用效果，以該復合面料為主材設計了雨衣、沖鋒衣款式的產品，對這些產品進行靜態假人淋雨性能測試及真人動態淋雨性能測試，并組織進行試穿試驗。

1 材料與方法

1.1 材料

自研防水透氣型PTFE膜與錦綸復合面料；自研防水錦綸PTFE膠條；縫紉線；拉鏈；四眼扣等。

1.2 儀器及設備

高低溫復合環境艙，見圖1所示；環境艙通過模擬自然界的低溫、濕度變化、溫度變化、淋雨、噴水、結冰、降雪和大風等復合環境條件，可開展個體防護服裝單一或者復合環境條件下的性能測試，并可為其他試驗提供測試環境條件；THTC-PSPL-013型暖體假人測試系統。

圖1 高低溫復合環境艙

1.3 款式結構設計

面料和膠條均采用自研的防水透氣型PTFE膜與錦綸復合面料、防水錦綸PTFE膠條，其他輔料依據設計圖實際采購。

1.3.1 雨衣款式結構設計

針對0～40℃的真人試驗區域設計雨衣，服裝款式結構見圖2。雨衣設計為中長款，防風雨立領，內藏風帽，風帽有抽緊繩和帽深調節搭袢。下擺設有大容量內插兜，兩肋設置防水拉鏈開口，便于內掏物品。雨褲為松緊腰圍，兩腰為防雨斜插兜，小腿拉鏈開合，便于雨靴的穿脫，褲腳可收緊。接縫處為壓膠處理，具有防水、透氣、阻燃及抗撕裂等性能。

圖2 雨衣款式結構

1.3.2 沖鋒衣款式結構設計

針對-25～-15℃的真人試驗區域設計沖鋒衣，服裝款式結構見圖3。設計采用防風雨立領，內藏風帽設計。腋下處設有透氣拉鏈，兩前胸有斜兜、兩下擺有斜插兜、兩臂兜。魔術貼可貼徽章標識等。高腰設計可采用腰帶、背帶2種固定方式。兩腿貫通拉鏈，便于快速穿脫。襠部、膝部和褲腳部位進行防磨補強加固。搭配抓絨內膽衣褲可增強保暖功效。兩腰設計了防雨斜插兜，兩腿部位設計了大容量前兜。

圖3 沖鋒衣款式結構

1.4 測試方法

1.4.1 靜態假人淋雨性能測試

（1）測試依據

將設計的雨衣產品在高低溫復合環境艙進行試驗。其環境溫度范圍-40～35℃，環境相對濕度范圍30%～95%，具備淋雨、覆冰和降雪功能，淋雨雨量范圍為0～40 mm/h，雨量可調。

據標準GBT 28592—2012《降水量等級》，降雨按雨量大小分為7個等級，雨量＜0.1 mm為微量降雨、雨量在0.1～9.9 mm為小雨、10.0～24.9 mm為中雨、25.0～49.9 mm為大雨、50.0～99.9 mm為暴雨、100.0～249.9 mm為大暴雨，雨量≥250.0 mm為特大暴雨。降水量一般按24 h、12 h兩個時間段進行劃分。為了加強模擬使用環境，以24 h降水量為測試依據。

（2）測試方案

采用假人穿著被測樣品服裝，并置于低溫環境艙降雨噴頭下方。設置環境溫度為10℃、20℃和35℃這3種測試溫度工況。本次測試降雨強度采用中雨強度進行測試。本次對被測樣品帽子、肩部、袖子、大身及褲子等服裝部位進行測試，測試時長為12 h不間斷測試。在開始進行測試后，每隔2 h進行1次數據記錄，每個測試工況連續開展4 h。數據重點關注服裝內層滲透潤濕情況，如是否有淌水、水珠、滲透和潤濕等狀況出現[4]。

測試方案示意圖見圖4所示。

圖4 測試方案示意圖

1.4.2 動態真人淋雨性能測試

在模擬中雨環境下，由專業人員按照作業工況下的填埋、行進等常用動作展開連續2 h測試，每隔10 min觀測所穿樣衣的帽子、肩部、袖子、大身和褲子等其他服裝部位的內層滲透潤濕情況，如是否有淌水、水珠、滲透和潤濕等狀況出現。

1.4.3 沖鋒衣暖體假人性能測試

暖體假人試驗方案由項目組組織東華大學在清華大學合肥公共安全研究院檢驗檢測中心完成。試驗采用THTC-PSPL-013型暖體假人測試系統，通過分別模擬寒區（-25～-15℃）環境氛圍，根據標準GB/T 18398—2001《服裝熱阻測試方法暖體假人法》，測試分析了錦綸防水透氣型PTFE膜沖鋒衣。錦綸防水透氣型PTFE膜沖鋒衣測試環境溫度為-25℃。在溫度（-25±1）℃、相對濕度30%～50%、動態熱平衡后穩定時間≥30 min、假人狀態為靜態站姿的測試條件下，該沖鋒衣（配冬服）的空氣層熱阻為0.52 clo，總熱阻為3.75 clo，基本熱阻為3.75 clo，相對熱阻為3.99 clo。配套層次為內衣褲或保暖內衣褲、絨背心、絨衣褲、棉衣褲和冬服。

1.4.4 批量真人試穿試驗

為驗證評價上述面料及服裝的功能、款式結構和適用性總體效果，對本文研制的產品組織了批量真人試穿試驗，試穿試驗方案見表1。本次試穿試驗服裝配套層次，大體按“從內至外”層次配套，具體穿著配套層次建議見表2，表中所列為推薦的全套配套層次。

表1 試穿試驗表

表2 試穿服裝穿著配套建議表

2 結果與討論

2.1 靜態假人淋雨性能測試

雨衣靜態防雨性能測試通過第三方檢測機構測試完成。在開始進行測試后，每間隔1 h進行1次數據記錄，每個測試工況分別連續開展3 h、4 h、5 h。重點關注服裝內層滲透潤濕情況的數據。在室溫為15.3℃，相對濕度為66%條件下，對服裝部位包括帽子、肩部、袖子、主身、褲子和其他部位進行防雨性能測試。結果表明，在雨強為（20±2）mm/24 h條件下，當溫度為（10±1）℃時，上述服裝部位在1 h、2 h、3 h后無漏雨現象；當溫度為（20±1）℃，上述服裝部位在4 h、5 h、6 h、7 h后無漏雨現象，當溫度為（35±1）℃時，上述服裝部位在8 h、9 h、10 h、11 h、12 h后，無漏雨現象。測試數據表明，在測試過程中，雨衣并未出現淌水、水珠、滲透和潤濕等狀況，測試結果為無漏雨現象。

2.2 動態真人淋雨性能測試

項目組組織專業人員在淋雨棚中進行測試，測試當天氣溫為-2～6℃，降雨量為（20±3）mm/24 h，按照日常真人作業工況下的填埋和行進等動作展開連續2 h測試，每隔10 min觀測并記錄所穿樣衣內層滲透潤濕情況。3名受試者的穿著體驗表明，該雨衣挺闊、手感平滑、穿著舒適，不影響動作靈活性（如行走、下蹲、彎腰等），能夠有效防雨。此外，該雨衣面料及款式設計具有一定的防風保暖能力，穿著時無漏風現象。對服裝部位包括帽子、肩部、袖子、主身、褲子及其他分別進行連續2 h，每隔10 min觀測記錄的防雨性測試，結果均無漏雨現象。

2.3 沖鋒衣暖體假人性能測試

錦綸防水透氣型PTFE膜復合面料沖鋒衣測試示意見圖5。-25℃環境下的PTFE沖鋒衣熱阻測試結果：空氣層熱阻0.52 clo，總熱阻3.75 clo，基本熱阻3.32 clo，相對熱阻3.99 clo。沖鋒衣的總熱阻較高，其隔熱性能及保暖性較好。

圖5 沖鋒衣測試示意圖

原因可分為兩方面：一方面，透氣型膜復合面料本身就具備優良的耐寒性能，作為服裝面料可以有效地減少熱量散失，但是熱阻較高會導致其散熱性較差；另一方面，基于以上問題，該沖鋒衣還在上衣口袋以及下裝褲子進行了通風開口設計，而沖鋒衣的相對熱阻較高也是基于其服裝的特殊設計。人體胸部是主要的散熱部位之一，沖鋒衣對前胸口袋角度設計進行了調整，減少了覆蓋面積，可以加快外界環境和服裝之間的空氣流動，便于散熱散濕，同時口袋結合了拉鏈設計，需要通風透氣時可打開拉鏈，需要保暖保溫時則可閉合拉鏈。內外層協調作用可以起到防風保暖的效果，能夠達到腰腹、前襠以及小腿部位的熱濕平衡要求。總體而言，使用者可以根據自身情況對該沖鋒衣進行自由調節，該沖鋒衣兼具較好的保暖和散熱透氣性能，能夠保持人體的熱舒適性。

本項目開發的沖鋒衣保暖性較好，在服裝結構設計方面也有所創新，兼具保暖性和透氣性。

2.4 批量真人試穿試驗結果及改進建議

（1）雨衣試穿試驗結果

將雨衣在0～40℃地區進行日常作業穿著試驗。試穿結果總體評價是穿著舒適度較好，材質面料滿足野外作業任務的需要及防雨需求。雨衣款式簡潔、穿脫方便，有良好的防雨效果，在作業過程中可以起到很好的防雨防風作用，整體效果良好。針對反饋的建議，項目組組織技術人員及時進行分解與意見清零，反饋建議與解決措施見表3。

表3 雨衣試穿反饋建議與解決措施

（2）沖鋒衣試穿試驗結果

將本文研制的沖鋒衣在-25～-15℃地區進行日常生活和室外作業狀態下的試穿，試穿結果反饋如下：服裝穿著舒適度較好，材質面料能夠滿足作業的需要。該沖鋒衣夏季可以防雨，冬季可以避風雪，在作業任務中可以起到很好的保暖防風作用。相比較普通的服裝，其抗風雪的能力有顯著提高，整體效果良好。針對反饋的建議，項目組組織技術人員及時進行分解與意見清零，反饋建議與解決措施見表4。

表4 沖鋒衣試穿反饋建議與解決措施

3 結論

綜上所述，錦綸防水透氣型PTFE膜復合面料因其擁有“三明治”結構，上層為錦綸66，中間層為防水透氣型PTFE膜，里層為20 D錦綸針織布，其整體具有較好的防中雨性能和一定的保暖性能。在此基礎上，所研發的雨衣、沖鋒衣款式結構基于人體作業動作，符合人體工學設計，穿脫方便，基本已滿足日常作業時的穿著和使用。此外，其面料和款式結構設計等綜合性能都達到預期設計目標。