張紅梅+孫潤軍

摘要：選用 8 種不同混紡比、不同紡紗方式的滌棉麻混紡薄型織物，對(duì)其熱舒適性進(jìn)行研究。采用美國西北公司的熱阻濕阻儀，利用恒溫恒濕箱控制，設(shè)計(jì)了11種溫濕度條件，模擬織物在不同穿著環(huán)境下的熱傳導(dǎo)性能。目的是為了得到不同混紡比和不同紡紗方式織物的熱阻值差異以及滌棉麻混紡織物的熱舒適使用條件。結(jié)果表明，外界溫濕度、原料混紡比及紡紗方式 4 個(gè)因素中，混紡比對(duì)織物熱阻影響較小，而紡紗方式的影響最大；不論在怎樣環(huán)境下，賽絡(luò)菲爾紡織物總是比賽絡(luò)紡織物熱阻小，表現(xiàn)更涼爽；溫度高于20 ℃，相對(duì)濕度低于70%環(huán)境下，滌棉麻混紡織物熱阻值小且穩(wěn)定，使用舒適。

關(guān)鍵詞：滌棉麻混紡織物；熱阻值；熱舒適性

中圖分類號(hào)：TS126，TS116 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

A Study on the Thermal Comfort of Polyester/Cotton/Hemp Blended Fabric

Abstract： Eight kinds of light-weight polyester/cotton/hemp blended fabric with different blending ratio and with yarns spun by different spinning methods were selected for investigating their thermal comfort. By using US-made humidity chamber and Sweating Guarded Hotplate， the thermal conductive property of the fabric was simulated under 11 designed temperature and humidity conditions. The objective of this study is to find the influence of blending ratio and spinning methods on the thermal comfort of multi-fiber blended fabric and the thermal comfort conditions of polyester/cotton/hemp blended fabric. The results indicate that among four major factors including temperature， humidity， blending ratio and spinning method， blending ratio has little effect on fabric thermal resistance， while spinning method is the most influential factor； whatever the condition is， the fabric made from sirofil-spun yarn is better than that made from siro-spun yarn in term of thermal transmission and the former is cooler than the latter； under the condition of temperature above 20 oC and relative humidity below 60%， the thermal resistance of the fabric is low and stable， which contribute to the fabric comfort.

Key words： hemp； polyester/cotton/hemp blended fabric； thermal resistance； thermal comfort

舒適性是一個(gè)多維而復(fù)雜的狀態(tài)，它是穿著者在心理、生理和社會(huì)文化方面綜合的基礎(chǔ)上做出的主觀感知和判斷。心理因素，因人而異；社會(huì)人文方面，不同國家、不同民族的生活方式和居住環(huán)境都有所差異；一直以來，令研究者比較熱衷的是狹義上的舒適性，即生理舒適性。生理舒適性主要包括熱濕舒適性、接觸舒適性、壓力舒適性和視覺舒適性。而熱濕舒適性在織物舒適性研究中占據(jù)著重要地位，有研究表明，熱濕舒適性對(duì)人體舒適感的貢獻(xiàn)率達(dá)到61.5%，緊跟其后的是接觸舒適性11.5%。美國暖氣及通風(fēng)工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）將熱舒適性定義為“人體對(duì)熱環(huán)境感到滿意的意識(shí)狀態(tài)”，狹義地認(rèn)為熱環(huán)境是影響人體熱舒適性的唯一因素。理想舒適的熱濕狀態(tài)與服裝或織物的熱濕傳遞性能密切相關(guān)。因此，本文對(duì)滌棉麻混紡織物的熱舒適性研究，順應(yīng)新產(chǎn)品開發(fā)的趨勢(shì)，對(duì)多元混紡織物以及舒適性產(chǎn)品的開發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)原料及織物規(guī)格

實(shí)驗(yàn)選用 8 種滌棉麻混紡織物，織物組織都是平紋，織物原料為漢麻纖維、新疆長絨棉及差別化滌綸長絲和短纖，采用兩種紡紗方式，即賽絡(luò)紡和賽絡(luò)菲爾紡，將織物分為兩組，每組 4 種混紡比，兩組相同。并在紗線細(xì)度、織物組織、克重、織物厚度基本相同的情況下，對(duì)它們的熱舒適性展開討論，具體規(guī)格參數(shù)見表 1。兩組織物緯紗不同，以下以紗線差異命名作為區(qū)分，其中，1#至4#為賽絡(luò)紡織物，5#至8#為賽絡(luò)菲爾紡織物。

2 測(cè)試儀器及方法

2.1 測(cè)試儀器

實(shí)驗(yàn)采用平板式散熱儀法，美國西北測(cè)試公司SGHP-10.5型出汗熱板，整個(gè)過程在一個(gè)恒溫恒濕環(huán)境箱內(nèi)進(jìn)行。模擬不同環(huán)境下織物的熱舒適性變化，主要測(cè)試指標(biāo)織物熱阻值。實(shí)驗(yàn)條件完全按照國標(biāo)及ISO國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，風(fēng)速波動(dòng)控制在±0.1 m/s，環(huán)境溫度±0.1 ℃，相對(duì)濕度波動(dòng)范圍控制在±4%。

2.2 測(cè)試方法

將樣品在（20±0.5）℃、65%±4%的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，預(yù)處理超過24 h。樣品大小50.8 cm × 50.8 cm，每個(gè)取樣兩塊，求平均值。實(shí)驗(yàn)采用單因素變量法，觀察環(huán)境溫濕度對(duì)織物熱舒適性的影響，以及纖維混紡比和紡紗方式不同時(shí)的熱阻值變化規(guī)律。

根據(jù)GB T11048 — 2008和ASTM D1518 — 2003標(biāo)準(zhǔn)，模擬人體皮膚表面溫度，測(cè)試熱板及其熱護(hù)環(huán)溫度設(shè)置為35 ℃、風(fēng)速（1±0.1）m/s。首先保持環(huán)境溫度25 ℃不變，使人體與外界保持10 ℃溫差，在相對(duì)濕度30%、40%、50%、60%、70%、80%下測(cè)試織物熱阻值；然后維持相對(duì)濕度65%，測(cè)試15、20、25、30、34 ℃溫度下的熱傳導(dǎo)情況。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 不同相對(duì)濕度下的織物熱傳導(dǎo)性

圖 1 所示為環(huán)境溫度25 ℃、相對(duì)濕度30% ～ 80%下的滌棉麻混紡織物熱阻值變化曲線。其中，1#至8#織物含麻量從低到高。

由圖 1 可以看出，隨著相對(duì)濕度的增大，織物熱阻值呈現(xiàn)略微上升趨勢(shì)。當(dāng)外界濕度越大，纖維回潮率越大，織物吸濕也就越多，而水的導(dǎo)熱系數(shù)比一般紡織纖維都大，隨著濕度的增大，織物熱阻值理應(yīng)呈下降趨勢(shì)。但是，相對(duì)濕度的增加也引起空氣水汽分壓的增大，水分子濃度及水汽分壓的共同作用促使水分不斷向含濕較低的織物靠近，并進(jìn)入織物內(nèi)部。纖維吸濕后膨脹收縮，直徑增大，同時(shí)纖維與纖維間空氣也被水分子取代，直徑增大，織物的屈曲波高增加，厚度增大，密度增大。因此，雖然水的介入有利于熱的傳遞，但織物厚度和密度的增加對(duì)熱阻的影響更大。這種現(xiàn)象可以在棉纖維含量較高的1#和5#織物上得到驗(yàn)證。滌棉麻 3 種原料中，棉纖維的吸濕膨脹系數(shù)最大，膨脹率最高，因此棉含量越高的織物，吸濕后的厚度和緊密程度變化越明顯，對(duì)熱阻值的影響也就越大。而1#和5#織物熱阻值隨相對(duì)濕度增加趨勢(shì)明顯，說明吸濕膨脹確實(shí)對(duì)熱阻值存在影響。棉纖維含量相對(duì)較少的其它 6 種織物，熱阻值增加趨勢(shì)則并不明顯。濕度小于70%時(shí)，熱阻值上下波動(dòng)劇烈，說明吸濕膨脹作用與水分子介入導(dǎo)熱引起的熱阻變化相當(dāng)；當(dāng)相對(duì)濕度大于70%時(shí)，熱阻值增加趨勢(shì)逐漸明顯，這是空氣濕度增大引起吸濕膨脹加強(qiáng)的結(jié)果。

觀察不同含麻量帶來熱阻值差異。圖 1 所示1#至4#賽絡(luò)紡織物，含漢麻量依次為0、10%、15%、20%，熱阻值基本隨含麻量增加而減小。這是原料導(dǎo)熱系數(shù)不同引起的差異。滌棉麻 3 種原料，麻的取向度、結(jié)晶度和聚合度均較高，不論是軸向還是徑向?qū)嵯禂?shù)均較大，因此漢麻含量越高，熱阻值越小，導(dǎo)熱性越好，織物越?jīng)鏊?#至8#賽絡(luò)菲爾紡織物也符合這個(gè)規(guī)律，隨著漢麻增加，熱阻值逐漸減小。

圖 2 所示，5#至8#賽絡(luò)菲爾紡織物的熱阻值總體比1#至4#賽絡(luò)紡織物小。兩組織物原料、厚度、織物克重基本相同，經(jīng)紗密度相同時(shí)緯紗密度賽絡(luò)紡平均比賽絡(luò)菲爾紡織物高30根/10 cm，這就意味著接觸點(diǎn)的增加。按照熱阻影響規(guī)律，織物與皮膚接觸點(diǎn)越多，熱傳導(dǎo)越好，熱阻值越小，即賽絡(luò)紡織物熱阻值小，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻恰恰相反。這說明還存在其它比經(jīng)緯密影響大的因素，對(duì)熱阻值起著決定作用。排除原料、織物以及外界環(huán)境影響，還有可能是紗線本身的差異。賽絡(luò)紡紗是一種由兩根短纖粗紗并和牽伸加捻而成，賽絡(luò)菲爾紡紗則是由一根短纖粗紗和長絲復(fù)合而成。在捻度基本相同的情況下，短纖紗由于纖維短且多，沿軸向排列的取向度和均勻度很難完全一致，因此結(jié)構(gòu)蓬松，含氣量高，熱阻值相對(duì)較大。賽絡(luò)菲爾紡由于復(fù)合了一根長絲，纖維沿軸向取向度好，結(jié)構(gòu)緊密，導(dǎo)熱性更好，熱阻值小。因此就熱傳導(dǎo)而言，賽絡(luò)菲爾紡織物的性能更優(yōu)異，表現(xiàn)更涼爽。

3.2 不同溫度下的織物熱傳導(dǎo)性

圖 3 為相對(duì)濕度65%、測(cè)試熱板（皮膚）溫度35 ℃時(shí)，1#至4#賽絡(luò)紡織物和5#至8#賽絡(luò)菲爾紡織物織物熱阻值隨外界溫度變化曲線。

可以看出，相對(duì)濕度一定時(shí)，隨著外界溫度升高，皮膚與外界溫差逐漸減小，織物熱阻呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。外界溫度小于20 ℃時(shí)，溫差較大，減小趨勢(shì)最明顯，溫度高于20 ℃后，減小趨勢(shì)比較平緩，整體處于上下波動(dòng)狀態(tài)。溫度越高，各種傳熱載體運(yùn)動(dòng)劇烈，導(dǎo)熱速率快，織物熱阻值越小。雖然織物內(nèi)外存在的溫差會(huì)使空氣在織物孔隙及織物表面產(chǎn)生對(duì)流，加速熱量的傳輸，但是在風(fēng)速一定情況下，自然對(duì)流非常微弱。另外，隨著外界溫度的升高，同樣相對(duì)濕度下，單位體積空氣水分子含量增加，織物回潮率增大，含水量增加，熱阻值減小。

含麻量對(duì)織物在不同溫度環(huán)境中的熱傳導(dǎo)貢獻(xiàn)并不大，可以看出，不同含麻量織物的熱阻值并沒有呈現(xiàn)出一定規(guī)律。這是因?yàn)樵谝欢貪穸拳h(huán)境下，織物是一個(gè)纖維、空氣和水的集合體，導(dǎo)熱性受這 3 種因素影響。而纖維、空氣和水的導(dǎo)熱系數(shù)，以水最高，纖維次之，空氣可以看做熱絕緣體。因此含濕量和纖維導(dǎo)熱系數(shù)成為導(dǎo)熱性良好與否的決定因素。15 ～ 34 ℃的空氣飽和濕度分別為12.721、17.117、22.795、30.036和37.183 g，以相對(duì)濕度65%計(jì)算，每立方米空氣含濕量從8.26 g增加到24 g，增幅非常大，這也意味著各織物含濕量比較大。漢麻纖維與棉纖維相比，吸濕性基本相同，回潮率相差不大，而漢麻雖然比棉和滌綸的熱傳導(dǎo)系數(shù)高，但在含濕較大情況下，纖維導(dǎo)熱與水相比微不足道。因此，雖然漢麻纖維導(dǎo)熱系數(shù)比滌棉大，含濕較高情況下幾乎表現(xiàn)不出來。相對(duì)濕度穩(wěn)定，溫度波動(dòng)較大的熱環(huán)境中，漢麻含量的增加對(duì)織物熱傳導(dǎo)性能的影響不大。

由圖 4 可以看出，不論環(huán)境溫度怎么變化，相同混紡比的賽絡(luò)紡織物總是比賽絡(luò)菲爾紡織物熱阻大。這是因?yàn)?，在紗線細(xì)度和捻度基本相同的情況下，賽絡(luò)紡紗由兩根短纖粗紗捻合而成，短纖維數(shù)量多，沿軸向排列均勻度一致性較差，因此蓬松多氣，熱阻值較大，且受溫度影響大。經(jīng)緯紗配置方面，兩組織物經(jīng)紗密度相同，緯紗賽絡(luò)紡比賽絡(luò)菲爾紡細(xì)度小，緯紗配置密度大，接觸點(diǎn)多，平均厚度比賽絡(luò)菲爾紡織物小0.01 mm，因此傳輸通道短，熱阻值理應(yīng)比賽絡(luò)菲爾紡織物小。但是由于溫度差的影響，賽絡(luò)菲爾紡織物緯紗排列密度小，在克重基本相同的情況下，孔隙率自然比賽絡(luò)紡織物的大，對(duì)流作用明顯，導(dǎo)熱性好，熱阻值較小。

3.3 相關(guān)性分析

通過不同溫濕度下的織物熱阻值對(duì)比，影響織物熱阻值的因素主要有4 個(gè)：外界溫度、相對(duì)濕度、織物原料混紡比和紡紗方式。為了更好地反映4 個(gè)因素對(duì)熱阻值的影響程度，課題使用Pearson相關(guān)分析法，對(duì)它們的相關(guān)性和顯著性進(jìn)行對(duì)比。置信度95%、99%時(shí)，各因素與熱阻值的相關(guān)性情況如表 2 所示。由表 2 數(shù)據(jù)可以看出，顯著性水平α=0.05時(shí)，外界溫度、相對(duì)濕度和混紡比與熱阻值的相關(guān)系數(shù)分別為-0.401 31、0.242 92、-0.200 54，相關(guān)性并不是很大。其中熱阻與外界溫度呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度負(fù)相關(guān)，隨著含麻量增加，織物熱阻值越來越小，這與前面分析一致。顯著水平α=0.01時(shí)，紡紗方式與熱阻值的相關(guān)系數(shù)0.536 68，相關(guān)性最大。由此可以判定，各主要因素對(duì)熱阻值影響的主次關(guān)系分別是：紡紗方式影響最大，外界溫度次之，相對(duì)濕度和原料混紡比影響較小。

4 結(jié)論

（1）相對(duì)濕度與熱阻值呈正相關(guān)，濕度越大，織物熱阻值越大。當(dāng)相對(duì)濕度小于70%時(shí)，熱阻值上下波動(dòng)劇烈，增加趨勢(shì)并不大，濕度高于70%后，上升趨勢(shì)明顯。此外，不同混紡比也表現(xiàn)出明顯差異，漢麻含量越高，熱阻值越小。

（2）外界溫度與織物熱阻值呈負(fù)相關(guān)，溫度越高，熱阻值越小。溫度小于20 ℃時(shí)，熱阻值下降明顯，高于20℃后，熱阻值減小趨勢(shì)平緩。皮膚與外界溫差越大，熱阻值減小趨勢(shì)越明顯。在相對(duì)濕度相對(duì)穩(wěn)定，溫度波動(dòng)較大環(huán)境中，漢麻含量的增加對(duì)織物熱傳導(dǎo)性能的影響不大。

（3）各主要因素對(duì)熱阻值影響的主次關(guān)系分別是：紡紗方式影響最大，外界溫度次之，相對(duì)濕度和原料混紡比影響較小，幾乎不相關(guān)。

（4）相對(duì)濕度雖然對(duì)織物熱阻值影響不大，但卻能夠使不同含麻量的織物表現(xiàn)出差異，溫度則不能。

（5）不論在怎樣熱濕環(huán)境下，同樣混紡比賽絡(luò)菲爾紡織物總是比賽絡(luò)紡織物熱阻值小，表現(xiàn)更涼爽。

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