御寒紡織服裝制品的保暖性影響因素分析

韋玉輝，胡雅婷，王罡宇，丁雪梅，吳開(kāi)明

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051； 2.安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000； 3.應(yīng)急管理部上海消防研究所，上海 200032； 4.安徽古麒絨材股份有限公司，安徽 蕪湖 241300)

絮填紡織服裝制品能夠有效阻擋熱量的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，減少人體的熱量散失，維持體溫，因而成為人們冬季必不可少的御寒紡織服用制品[1-3]。御寒紡織服裝制品屬于可重復(fù)使用的產(chǎn)品，因其獨(dú)特的包覆結(jié)構(gòu)，在日常的洗護(hù)過(guò)程中，很容易出現(xiàn)填充材料堆絨或鉆絨等現(xiàn)象[3-5]，使其保暖性下降。目前關(guān)于御寒紡織服裝制品的研究主要集中在新型保暖材料的研發(fā)、結(jié)構(gòu)款式、圖案造型、縫制工藝、整體配色及其銷售策略等方面[6-8]。關(guān)于御寒紡織服裝制品自身特性(絮填材料種類、填充量、包覆面料、里料)和日常洗護(hù)(洗護(hù)方式、洗護(hù)設(shè)備參數(shù)、洗滌劑種類)與其保暖性的關(guān)系研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

日常洗護(hù)是一個(gè)機(jī)械力、水流、洗滌劑等物理化學(xué)復(fù)合作用的過(guò)程，不當(dāng)?shù)南醋o(hù)方式、洗護(hù)設(shè)備參數(shù)及洗滌劑產(chǎn)品均會(huì)不同程度地影響衣物洗后的服用性能[3,9-10]。絮填紡織服裝制品作為御寒衣物的典型代表，具有獨(dú)特的層狀填充復(fù)合結(jié)構(gòu)，其日常洗護(hù)過(guò)程及洗護(hù)性能的影響規(guī)律不同于單層衣物[3,11]，故研究絮填紡織服裝制品自身特性、洗護(hù)方式、洗護(hù)設(shè)備參數(shù)和洗滌劑種類與其保暖性的關(guān)系是十分必要的。

本文分別從絮填紡織服裝制品自身特性和日常洗護(hù)2個(gè)角度系統(tǒng)地探究影響絮填紡織服裝制品保暖性的因素，以期為消費(fèi)者正確洗護(hù)御寒紡織服裝制品，尤其是絮填紡織服裝制品提供參考，為洗護(hù)設(shè)備廠家研發(fā)專用于御寒紡織服裝制品的洗護(hù)程序提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

選擇使用頻率較高的羽絨棉(滌綸)、舒彈棉(索羅納聚合物)、PP棉(滌綸)及含絨量為50%的白鴨絨材料作為絮填材料；選擇210T塔夫綢(1#)、300T塔夫綢(2#)、50D(5.5 tex)棉感記憶布(3#)、珠光銀面料(4#)和燈芯絨(5#)作為試驗(yàn)用包覆面料與里料。除含絨量50%的白鴨絨為安徽古麒絨材股份有限公司提供，其余所有試驗(yàn)材料均購(gòu)于浙江紹興柯橋創(chuàng)新紡織科技有限公司，試驗(yàn)材料基本參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)材料基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of experimental material

1.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)主要用到的儀器有：SFY241型織物經(jīng)緯密度儀(常州德普紡織科技有限公司)；S-7200C型工業(yè)縫紉機(jī)(日本重機(jī)(中國(guó))投資有限公司)；P-AO型軋車(佛山市順德區(qū)容桂薈寶染整機(jī)械廠)；ZW-XT15型可視化洗脫機(jī)(泰州市匯滌機(jī)械設(shè)備有限)；CR-100s型超聲波清洗機(jī)(無(wú)錫鼎實(shí)電子科技有限公司)；LX-Q6826型微納米發(fā)生裝置(浙江中瀾環(huán)保設(shè)備有限公司)；YG(B)606E型平板式保溫儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)；WSB-3A型智能式數(shù)字白度儀(東莞市方圓儀器有限公司)；MF52-N型倒置熒光顯微鏡(廣州市明美光電技術(shù)有限公司)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探究影響絮填紡織服裝制品保暖性的主要因素，試驗(yàn)絮填材料自身特性選擇：絮填材料種類(羽絨棉、舒彈棉、PP棉、含絨量為50%的白鴨絨)、填充量(10、15、20、25 g)、包覆面料(面料和里料)；日常洗護(hù)選擇：洗護(hù)設(shè)備參數(shù)(主洗轉(zhuǎn)速、主洗時(shí)間、脫水時(shí)間、脫水轉(zhuǎn)速)；洗護(hù)方式(超聲波、微納米氣泡、機(jī)械攪拌；機(jī)械攪拌+超聲波、機(jī)械攪拌+微納米氣泡)；洗滌劑種類(中性洗滌劑、堿性洗滌劑、洗衣粉、洗衣皂片、洗衣凝珠)作為試驗(yàn)變量。其中，絮填材料自身特性試驗(yàn)和洗護(hù)設(shè)備參數(shù)組合采用正交試驗(yàn)，洗護(hù)方式和洗滌劑種類試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2～4所示。此外，試驗(yàn)選擇炭黑(工業(yè)級(jí)，粒徑為5μm，上海文華化工有限公司)作為污漬源分析絮填紡織服裝制品日常洗護(hù)與保暖性的關(guān)系。試驗(yàn)過(guò)程中，洗滌劑用量為固定值，為洗滌負(fù)載干質(zhì)量的3%。

表2 御寒紡織服裝制品自身特性與保暖性關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 Experimental design of relationship between self-property and warmth retention of cold-proof textile and clothing products

表3 洗護(hù)參數(shù)組合與保暖性關(guān)系的試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.3 Experimental design of relationship between daily washing parameters and warmth retention

表4 洗滌劑特性與洗護(hù)方式的試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.4 Experimental design of detergent properties and washing modes

1.4 樣品制備

為探究御寒紡織服裝制品自身特性對(duì)其保暖性的影響，首先將面料和里料裁成凈樣為36 cm×36 cm的方形試樣(縫份1 cm)，將3邊縫合，留出8 cm左右的充絨口，然后按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行充絨并封口，最終得到尺寸為35 cm×35 cm的方形成品。制作過(guò)程如圖1(a)所示。

為探究日常洗護(hù)條件對(duì)御寒紡織服裝制品保暖性的影響，首先將面料和里料裁成凈樣為36 cm×36 cm的方形試樣(縫份1 cm)，3邊縫合并留出8 cm左右的充絨口；然后將試樣袋充分沾染上炭黑污漬，經(jīng)軋車軋染均勻，軋液率為100%；最后，將炭黑污漬試樣袋在80℃烘箱中烘干，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行充絨并封口，得到尺寸為35 cm×35 cm的方形成品，制作過(guò)程如圖1(b)所示。

圖1 試驗(yàn)樣品制備過(guò)程Fig.1 Preparation of experimental samples. (a) Cold-proof textile and clothing products;(b) Daily washing conditions

1.5 測(cè)試指標(biāo)與方法

采用YG(B)606E型平板式保溫儀對(duì)樣品的克羅值進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試操作如下：將裝有不同絮填材料的35 cm×35 cm的密封布包，平鋪于規(guī)定測(cè)試區(qū)，啟動(dòng)儀器，進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，為保證試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性，每個(gè)樣品測(cè)試3次，取其平均值作為該樣品的保暖性數(shù)據(jù)。整個(gè)測(cè)試在溫度為(25±5) ℃，相對(duì)濕度為(65±5)%恒溫恒濕試驗(yàn)環(huán)境完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 御寒紡織服裝制品自身特性與保暖性的關(guān)系分析

不同絮填材料和包覆材料對(duì)御寒紡織服裝制品保暖性影響的試驗(yàn)結(jié)果及其影響規(guī)律分別見(jiàn)圖2和表5。由圖2和表5可知，絮料種類、填充量、面料、里料種類均會(huì)不同程度影響御寒紡織服裝制品的保暖性。其中，影響的顯著程度依次為：絮料填充量>絮料種類>里料種類>面料種類。4種絮料中，克羅值從大到小依次為含絨量50%白鴨絨>舒彈棉>羽絨棉>PP棉，說(shuō)明含絨量50%白鴨絨保暖性最佳。

圖2 御寒紡織服裝制品自身特性對(duì)保暖性影響的試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Experimental results of effect of self-property on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

表5 御寒紡織服裝制品自身特性對(duì)其保暖性影響規(guī)律Tab.5 Effect of self-property on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

圖3示出各絮料的微觀形貌。由圖3(d)可知，白鴨絨屬于一種由羽絲、絨枝、絨絲、羽軸構(gòu)成的多維空隙結(jié)構(gòu)的羽絨纖維材料，其中羽絨纖維的羽軸因其硬挺的中空結(jié)構(gòu)，為羽絨纖維儲(chǔ)存大量空氣的空間結(jié)構(gòu)提供了良好的力學(xué)支撐。而羽絨纖維的羽絲、絨枝、絨絲進(jìn)一步細(xì)化了纖維的空間結(jié)構(gòu)空隙，能夠有效阻擋內(nèi)部空氣流動(dòng)，使其容納的大量空氣成為靜止空氣。此外，羽絨纖維的羽軸、絨枝、絨絲和菱節(jié)也均為中空結(jié)構(gòu)，存在大量不規(guī)則空隙，也進(jìn)一步提升了其容納靜止空氣的能力，故其保暖性最佳[3,12-13]。相反，舒彈棉、羽絨棉和PP棉均是利用纖細(xì)中空纖維的交錯(cuò)排列，形成空間結(jié)構(gòu)，其容納空氣的能力相對(duì)有限，故其保暖性相對(duì)有限。

圖3 絮料微觀形貌(×5)Fig.3 Microstructure of filling material(×5). (a) Down-cotton;(b) Swabs-cotton; (c)PP-cotton;(d) 50% white duck down

結(jié)合圖2和表5數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：隨著填充量的增加，服裝制品的保暖性呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但超過(guò)一定限度，繼續(xù)增加絮料，制品保暖性提高并不明顯甚至輕微下降。因?yàn)楸Ｅ灾饕c靜止空氣含量有關(guān)，在一定填充空間結(jié)構(gòu)中，隨著絮料填充量的增加，空間被分割成越來(lái)越小的容納靜止空氣的有效微空隙，超過(guò)一定界限后再繼續(xù)增加填充量，會(huì)導(dǎo)致容納靜止空氣的微空間變小，故保暖性增加不明顯甚至輕微下降。面料和里料在一定程度上會(huì)影響御寒紡織服裝制品保暖性，但影響程度較小(P>0.05)，說(shuō)明御寒紡織服裝面料的選擇只需滿足基礎(chǔ)的防風(fēng)、透氣等要求即可。外面包覆材料主要通過(guò)紗線之間空隙、面料厚度影響制品保暖性，而試驗(yàn)所選擇的面料均屬于高密織物，紗線之間的空隙均較小，且無(wú)明顯差異，故其保暖性差異不顯著。最終得出保暖性最佳的參數(shù)組合為包覆材料選取燈芯絨(面料)和300T塔夫綢(里料)，35 cm×35 cm的試樣中填充15 g含絨量為50%白鴨絨，因此后續(xù)試驗(yàn)均采用最佳參數(shù)組合下的試驗(yàn)樣品進(jìn)行測(cè)試。

2.2 洗護(hù)方式與保暖性的關(guān)系分析

不同洗護(hù)方式對(duì)御寒紡織服裝制品保暖性影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

注：1—機(jī)械攪拌洗護(hù)，2—超聲波洗護(hù)，3—微納米氣泡洗護(hù)，1+2—機(jī)械攪拌+超聲波洗護(hù)，1+3—機(jī)械攪拌+微納米氣泡洗護(hù)方式。圖4 洗滌方式對(duì)制品保暖性影響試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Experimental results of effect of washing models on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

由圖4可知，4種絮填材料，均呈現(xiàn)洗護(hù)方式顯著影響絮填紡織服裝制品保暖性的趨勢(shì)，其下降顯著程度基本上依次為機(jī)械攪拌>機(jī)械攪拌+微納米氣泡>機(jī)械攪拌+超聲波>超聲波洗護(hù)>微納米氣泡。機(jī)械攪拌洗護(hù)過(guò)程，制品會(huì)經(jīng)歷連續(xù)摔打、纏繞、摩擦、揉搓、墜落及水流沖擊等劇烈復(fù)雜機(jī)械外力作用，很容易造成纖維斷裂或者空間結(jié)構(gòu)受損破壞，故保暖性下降較大。在日常洗護(hù)過(guò)程中，在保證洗滌效果的情況下，應(yīng)盡量減少機(jī)械攪拌或縮短攪拌時(shí)間。而微納米氣泡和超聲波洗滌過(guò)程是通過(guò)微小氣泡空化作用或帶電離子的離子作用力，使表面污漬清除，其洗護(hù)過(guò)程相對(duì)溫和，制品無(wú)劇烈摔打、纏繞、摩擦等機(jī)械運(yùn)動(dòng)，其纖維和纖維空間結(jié)構(gòu)的變化相對(duì)較小，故保暖性較穩(wěn)定。

相比于單純的機(jī)械攪拌式洗護(hù)方式，經(jīng)超聲波洗護(hù)、微納米氣泡洗護(hù)、機(jī)械攪拌+超聲波洗護(hù)后的樣品的保暖性下降程度均有明顯改善，機(jī)械攪拌+微納米氣泡洗護(hù)后的改善效果不明顯。但機(jī)械攪拌是清除衣物表面污漬的關(guān)鍵，相比于單純的機(jī)械攪拌式洗護(hù)方式，機(jī)械攪拌+超聲波或者機(jī)械攪拌+微納米氣泡洗護(hù)方式的保暖性下降程度有明顯改善。復(fù)合洗護(hù)方式可以充分發(fā)揮2種洗護(hù)方式的優(yōu)勢(shì)(如機(jī)械攪拌+超聲波洗護(hù)不僅能夠機(jī)械去污，還可以發(fā)揮超聲波的空化作用，進(jìn)一步強(qiáng)化清洗液的化學(xué)作用)，加速污漬剝離，縮短洗護(hù)時(shí)間，降低洗護(hù)損傷，故在今后洗護(hù)研究中，應(yīng)重視復(fù)合洗護(hù)方式的開(kāi)發(fā)，以便最大限度的提升洗滌效率和保護(hù)衣物品質(zhì)。

2.3 日常洗護(hù)設(shè)備參數(shù)組合與保暖性的關(guān)系分析

機(jī)械攪拌為當(dāng)前最常用的衣物洗護(hù)方式，故在此部分僅對(duì)機(jī)械攪拌式洗護(hù)設(shè)備參數(shù)組合與保暖性的關(guān)系進(jìn)行研究。圖5示出不同機(jī)械攪拌式洗護(hù)設(shè)備參數(shù)組合(見(jiàn)表3)對(duì)御寒紡織服裝制品保暖性影響的試驗(yàn)結(jié)果。

圖5 日常洗護(hù)設(shè)備參數(shù)組合對(duì)保暖性影響試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Experimental results of effect of daily washing parameters on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

由圖5可知，無(wú)論何種洗護(hù)參數(shù)組合，經(jīng)過(guò)洗護(hù)處理后4種絮填材料的保暖性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其下降程度從大到小依次為含絨量50%白鴨絨(32.4%)>羽絨棉(25.7%)>舒彈棉(24.1%)>PP棉(19.3%)。羽絨是由羽軸(空間骨架支撐作用)、絨枝(網(wǎng)狀)、絨絲、菱節(jié)多級(jí)朵狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)纖維，強(qiáng)力低，受外力作用易折斷，遇水空間結(jié)構(gòu)坍塌，故洗護(hù)處理后的羽絨材料保暖性下降明顯。羽絨棉和舒彈棉分別由纖細(xì)化纖和纖細(xì)卷曲中空植物纖維定向排列構(gòu)成，空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對(duì)低，外力輕微作用，便可使其空間結(jié)構(gòu)破壞。而洗護(hù)過(guò)程是一個(gè)機(jī)械攪拌、摩擦、摔打、水流沖刷等相互作用的過(guò)程，很容易導(dǎo)致羽絨棉和舒彈棉的纖細(xì)纖維斷裂或空間結(jié)構(gòu)損傷或塌陷，且不可逆，容納靜止空氣能力下降，故其保暖性下降也相對(duì)明顯。PP棉屬于由中空纖維通過(guò)相互交叉纏繞形成三維卷曲的空間螺旋結(jié)構(gòu)，纖維交織點(diǎn)較多，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定，洗護(hù)處理對(duì)其影響相對(duì)較小，故保暖性下降較小。

主洗階段，轉(zhuǎn)速較低，制品與筒壁發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，二者摩擦較大，易導(dǎo)致纖維及纖維之間的空間結(jié)構(gòu)受損，故主洗轉(zhuǎn)速和主洗時(shí)間對(duì)其保暖性的影響較大(P<0.01)。脫水階段，轉(zhuǎn)速較大，制品緊貼筒壁，制品隨筒壁做離心運(yùn)動(dòng)，二者無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，無(wú)相對(duì)摩擦，故脫水時(shí)間和脫水轉(zhuǎn)速對(duì)其保暖性的影響不大(P<0.05)。因此，在洗護(hù)參數(shù)組合中，主洗時(shí)間和主洗轉(zhuǎn)速是影響4種絮填材料保暖性下降的主要因素，脫水時(shí)間和脫水轉(zhuǎn)速的影響相對(duì)較小。

2.4 洗滌劑種類與保暖性關(guān)系分析

不同洗滌劑種類對(duì)御寒紡織服裝制品保暖性的影響見(jiàn)圖6。由圖可知，洗滌劑種類在一定程度上會(huì)影響絮填材料保暖性，且不同洗滌劑的影響趨勢(shì)存在輕微差異。其中，洗衣粉對(duì)4種絮料(羽絨棉、舒彈棉、PP棉和羽絨材料)的保暖性影響均相對(duì)較大，中性洗滌劑對(duì)4種絮料的保暖性影響均相對(duì)較小。這是因?yàn)橄匆路壑械膲A性成分會(huì)使絮料的超細(xì)纖維或絨絲受損甚至斷裂，使其儲(chǔ)存空氣能力下降，從而導(dǎo)致試樣的克羅值較低，保暖性下降。而中性洗衣液的pH值為中性，對(duì)纖維的損傷較小，因此試樣的克羅值較大，保暖性下降相對(duì)較小。

圖6 洗滌劑種類對(duì)制品保暖性影響試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Experimental results of the effect of detergents on warmth retention of cold-proof textile and clothing

不同洗滌劑種類與羽絨絮料保暖性的關(guān)系顯著(P<0.01)；對(duì)羽絨棉、舒彈棉、PP棉保暖性的影響差異不大(P>0.05)。白鴨羽絨絮料屬于天然蛋白質(zhì)纖維，易受外界環(huán)境(酸堿、表面活性劑等化學(xué)試劑)的影響，故洗滌劑種類對(duì)其保暖性的影響較大。羽絨棉、舒彈棉、PP棉屬于合成纖維，對(duì)外界環(huán)境的酸堿度、化學(xué)試劑等反應(yīng)敏感度較低，受其影響的程度較小，故不同洗滌劑種類對(duì)其保暖性的影響較小。

5種洗滌劑中，洗衣粉的去污效果最佳，中性洗衣液、堿性洗衣液、洗衣皂片、洗衣凝珠的洗凈率均相對(duì)較好，但差異不大，說(shuō)明在日常洗護(hù)過(guò)程中，除洗衣粉外，其他洗滌劑可從經(jīng)濟(jì)成本角度進(jìn)行選擇。洗衣凝珠洗護(hù)后的制品柔順性和芳香氣味最佳，因此若對(duì)制品柔順度和芳香氣味有要求，建議選擇洗衣凝珠進(jìn)行洗護(hù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

從日常使用角度，系統(tǒng)探究影響御寒紡織服裝制品保暖性的主要因素，研究發(fā)現(xiàn)影響御寒紡織服裝制品保暖性的因素依次為：絮料種類>絮料填充量>洗護(hù)方式>洗護(hù)設(shè)備參數(shù)組合>洗滌劑產(chǎn)品>包覆材料，具體結(jié)論如下：

①制品自身特性方面。影響御寒紡織服裝制品的顯著因素依次為：絮料填充量>絮料種類>里料種類>面料種類；御寒紡織服裝制品最佳的保暖性面輔料搭配組合為：包覆材料選取燈芯絨和300T塔夫綢，35 cm×35 cm的試樣中填充15 g含絨量為50%的白鴨絨材料。

②洗護(hù)方式方面。無(wú)論何種洗護(hù)方式，洗護(hù)處理后制品保暖性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，不同洗護(hù)方式的下降顯著程度依次為機(jī)械攪拌>機(jī)械攪拌+微納米氣泡>機(jī)械攪拌+超聲波>超聲波洗護(hù)>微納米氣泡，在今后的日常洗護(hù)程序研發(fā)中，應(yīng)注重復(fù)合洗護(hù)方式的開(kāi)發(fā)。

③日常洗護(hù)設(shè)備參數(shù)組合方面。主洗時(shí)間和主洗轉(zhuǎn)速是影響御寒紡織服裝制品保暖性的關(guān)鍵因素(P<0.01)，脫水時(shí)間和脫水轉(zhuǎn)速對(duì)其影響不大(P>0.05)。

④洗滌劑種類方面，洗衣粉對(duì)各種絮料制品保暖性影響顯著(P<0.01)，中性洗滌劑、堿性洗滌劑、洗衣皂和洗衣凝珠對(duì)其保暖性方面的影響相對(duì)較小(P>0.05)，故御寒紡織服裝制品日常洗護(hù)過(guò)程中，應(yīng)盡量避免洗衣粉的使用。