（服装设计与工程专业论文）新型再生纤维素针织品的热湿舒适性能研究.pdf

摘要 索。作者所做的工作，为今后进一步研究的开展奠定了基础，也为这些 纤维的后续产品开发提供了较为科学的依据。 关键词：新型再生纤维素纤维针织产品热传递湿传递热湿舒适性 能灰色聚类 摘要 a s t u d yo nh e a t - m o i s t u r ec o m f o r t a b i l i t yo fn e w - t y p e so f r e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e rk n i t g o o d s a b s t r a c t a tt h eb e g i n n i n go ft h i sp a p e r ，t h ed e f i n i t i o no fc l o t h i n gc o m f o r tw a s i n d u c t e d ，t h e nt h eb a s i ct h e o r i e sa b o u tt h eh e a ta n dw a t e rv a p o rt r a n s p o r t ， t h e p a t h o f t r a n s m i s s i o n ，w e t t i n gp r o p e r t y o ft h ef i b e rm a t e r i a la n d w i c k i n gt h e o r i e so ft h ef a b r i cw e r ei n t r o d u c e d a n df r o mt h ep h y s i o l o g y a n g l e ，t h ei n f l u n e n c eo f f i b e rm a t e r i a l so nh e a t - m o i s t u r ec o m f o r t a b i l i t yo f c l o t h i n gw a sa n a l y z e d s e v e r a l n e w t y p e s o f r e g e n e r a t e d c e l l u l o s ef i b e r sh a v e g o o d p r o c e s s a b i l i t y a n d w e a r c o m f o r t ，s u c h a s t e n c e l ，m o d a l ，v i l o f ta n d b a m b o of i b e r e t c t h e y a r es u i t e df o rc o m f o r t a b l e p r o d u c t s ，s u c h a s u n d e r w e a r ，s p o r t s w e a r ，e t c b u t ，a sr e g a r d t ot h eh e a t - m o i s t u r e c o m f o r t a b i l i t y o f t h e k n i t t e dp r o d u c t s ，p e o p l e s t i l ll a c kt h e c o m p l e t e u n d e r s t a n d i n g t h e r e f o r e ，i t i ss o n e c e s s a r y 1 0m a k ear e s e a r c ho ni t b a s e do nt h ek n o w l e d g eo ft h es p i n n i n g p r o c e s sa n dp r o p e r t i e so ft h e s e n e wk i n d so f r e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r s ，w ep r o c e e d e d t ot h eo b s e r v a t i o n o ft h e i rm o r p h o l o g i c a ls t r u c t u r e ，a n dp r o v i d e dt h ef u n d a m e n t a lb a s i sf o r l a u n c h i n go ft h et h e s i s t h i s p a p e r s c o r e p a r t i st h e t e s t i n g a n d a n a l y z i n g o f t h e h e a t - m o i s t u r ec o m f o r t a b i l i t yo ft h et e nk i n d so fc e l l u l o s ef i b e rk n i t t e d f a b r i c s t h ep r o p e r t yi t e m si n v o l v e da r eh e a tc o n d u e t i v i t y ，c o l ds e n s i t i v e p r o p e r t y ，h e a t i n s u l a t i n ga b i l i t y ，w a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t y ，w e t t i n g p r o p e r t y w i c ka b i l i t ya n da i rp e r m e a b i l i t y t h en b e rm a t e r i a l si n c l u d e t e n c e l ，m o d a l ，v i l o f t ，b a m b o of i b e r ，v i s c o s ea n d ，c o t t o nf i b e r d u r i n gt h e t e s t i n gp r o c e s s ，s w e a tc a s ea n dn o n - s w e a tc a s ew e r es i m u l a t e d t h r o u g h c o m p a r i n ga n da n a l y z i n g ，t h ec o n n e c t i o nb e t w e e nf a b r i c sh e a t m o i s t u r e c o m f o r t a b i l i t y a n df i b e rm a t e r i a l 。s p r o p e r t i e s a n dc o n s t r u c t i o nw e r e c o m p l e t e l yk n o w n f i n a l l y ，a d a p t i n g t h e g r a yc l u s t e ra n a l y s i s ，ab r i e fe v a l u a t i o nh a d b e e nm a d ew h i c hi n c l u d e d h e a t ，m o i s t u r ea n dc o m f o r t p r o p e r t i e s o f d i f f e r e n tk i n d so fu n d e r w e a rf a b r i t si nd i f f e r e n ta i rt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s 摘要 t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 u n d e rh i g ht e m p e r a t u r ec o n d i t i o n ，v i s c o s ef a b r i c ，v i l o f tf b r i c a n db a m b o of i b e rf a b r i ca r em o r ec o r n f o r t a b l et h a nt h eo t h e r s a n da r em o r es u i t e df o rs u m m e rc l o t h i n g ，b e c a u s et h e yh a v e g o o dd i a t h e r m a n c ya n dm o i s t u r ep e r m e a b i l i t y 2 u n d e rl o wt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n ，c o t t o nf a b r i c ，v i l o f tf a b r i c a n db a m b o of i b e r e df a b r i ch a v e g o o d h e a t m o i s t u r e c o m f o r t a b i l i t y ，a n da r em o r es u i t e df o ru n d e r w e a r 3 t e n c e lf a b r i ca n dm o d a lf a b r i ca r el e s st o m f o r t a b l et h a nt h e o t h e rk i n d so ff a b r i c su n d e rt h eb o t hc o n d i t i o n s t h r o u g h al o to f o b j e c t i v ee x p e r i m e n t s ，t h ea u t h o ra c q u i r e df i r s t h a n d d a t a ，d i ds o m eu s e f u le x p l o r a t i o n o nn e w - t y p eo f r e g e n e r a t e dc e l l u l o s e f i b e rk n i t t e df a b r i c sh e a t - m o i s t u r ec o m f o r t a b i l i t ya n dl a i dt h ef o u n d a t i o n s f o rf u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r d s ：n e w - t y p er e g e n e r a t e d e e i l u l o s e f i b e r ；k n i t g o o d s ；h e a t t r a n s m i s s i o n ； w e t t r a n s m i s s i o n ；h e a t - m o i s t u r e c o m f o r t a b i l i t y ；g r a yc l u s t e ra n a l y s i s g r a d u a t es t u d e n t ：l i uh u i ( d e p a r t m e n to fc l o t h i n g ) d i r e c t e db ya s s 0 e l a t ep r o f e s s o rw a n g l i b i n g 第一章绪论 第一章绪论 随着社会的发展和进步，人们的生活水平不断提高，人们对服装的 舒适性越来越重视。人总是处在一定的自然和社会环境中，环境对人有 着不同的影响作用，服装则在人体与环境之间的相互作用中起调节作 用。在物理、生理、心理舒适中，热湿舒适性是服装舒适性能中最基本 和最重要的组成部分之一。 服装热湿舒适性是“人体、服装、环境”系统内的生物热力学的综 合平衡，是人体生理和环境气侯要素之间的动态协调。服装的热湿舒 适性能指的就是其调节内外热湿传递的能力。对服装来说，纤维原料成 分对热湿调节能力有非常大的决定作用。 再生纤维素纤维是人类开发成功的第一种化学纤维，在服用领域中 一直占有一定的位置。2 q 世纪9 0 年代以来，国内外陆续研制出一些新 型再生纤维素纤维，差别化的新产品不断进入市场。此时，这些新型服 装材料的热湿舒适性能就成为一个非常值得关注的研究课题。 1 再生纤维素纤维的研究与发展 1 1 再生纤维素纤维的兴起与发展 化学纤维是人类在2 0 世纪里最为重簧螅科技成果之一，而再生纤 维素纤维正是第一个被开发成功豹纯奸嚣漱。 1 8 8 4 年，法国人c h a r d o n n e t 发谚了硝酸纤维。在巴黎搏览会上展 出，引起了轰动n 1 。因为生产中魇使用鼢潞辅锈辫* 纤维质量也较差， 所以，硝酸纤维未能推广开来。 l8 9 8 年，英国人s t e m 甩= 硫纯磷俸爨于该终维索。再经黄酸酯化 制成纤维素溶液，纺出粘胶纤维。分。这种舞镳垮酸澎悛好一透气性强、抗 静电、易于纺织加工，制成的织物花色鳟艳穿着? 舒适丽且原料丰富， 很快成了再生纤维的主要品种。 1 9 0 1 年，法国入d e s p e i s s i s 采用纤维素韵铜氨溶液，制成了铜氨纤 维”1 。该纤维手感柔软，富有光泽，适合做高档衣料，但由于成本较高， 未得到充分发展。随后，以天然纤维素为藏料静醋酯纤维问世，但其纤 第一章绪论 维产品的化学成分已有所改变，为醋酸纤维素酯，已不能属于再生纤维 素纤维。另外，其生产规模也不大。 1 9 0 5 年，穆勒( m u l l e r ) 等发明了一种稀硫酸和硫酸盐组成的凝固浴， 实现了粘胶纤维的工业化生产”1 。 2 0 世纪3 0 年代末期，出现了强力粘胶纤维；5 0 年代初期，高湿模 量粘胶纤维实现工业化；到了6 0 年代初期，粘胶纤维的发展达到了高 峰，其产量占化学纤维总产量的8 0 以上”1 。 从6 0 年代中期起，由于合成纤维的陆续出笼，加之再生纤维素纤 维自身性能的一些局限，粘胶纤维的发展逐渐趋于平缓，其在化纤中的 地位也随之下降。 我国的粘胶工业起步较晚。自2 0 世纪5 0 年代开始发展，随后产量 长时间呈上升趋势，但在2 0 世纪8 0 年代之后，随着合成纤维工业的发 展，粘胶纤维的产量增长迟缓，几乎处于停滞状态3 。 7 0 年代，阿克苏( a k z o ) 公司开始研究溶剂法纺丝制造纤维素纤维， 19 7 8 年阿克苏公司将专利授予奥地利兰精( l e n z i n g ) 公司，随后又将专 利授予英国考陶尔兹( c o u r t a u l d s ) 公司。考陶尔兹公司经过1 0 多年努力， 率先推出以溶剂法纺丝制造出来的纤维素纤维一一t e n c e l 。1 9 8 9 年， t e n c e l 纤维被正式定义为“通过有机溶纺工艺获得的一种纤维素纤维”， 国内称之为“天丝”；1 9 8 6 年，兰精公司开始发展l y o e e l l 纤维。这两 种纤维除了继承粘胶的优点外，又弥补了粘胶的缺点，提高了强度、初 始模量及尺寸稳定性。 9 0 年代初，兰精公司还推出了新一代高湿模量的m o d a l 纤维。与 t e n c e l 、l y o c e l l 纤维一样，m o d a l 纤维也采用溶魏纺技术“。 9 0 年代中后期，英国阿考迪斯( a c o r d i s ) 公司又推出了一种新型 的再生纤维素纤维一一维劳夫特( v i l o f t ) 。v i l o f t 是一种木质纤雏素纤 维，具有可降解性，属绿色环保纾维1 。 ” 与此同时，我国自行研发成功了以竹予为原料豹再生纤维素纤维 一竹纤维。竹纤维是由土海纺织控骰公弼缀蔫露“点海僦缓浆糙总厂和上 海月季化学纤维有限公弱合作开发镳删。据簧繁| 瀛鬻缝j t 霄天然抗菌功 能，属于绿色纤维。竹纤维的生产翦秘影豢黪i 黪潦瓣鞭赞，也为竹材的 合理利用找出了一条较佳的途径。 概括地讲，到目前为止，再生纤维索纤维的发展已经经历了三个 历史阶段，形成了三代产品。第一代以1 9 世纪末面世的普通粘胶纤 维为代表。第二代是2 0 世纪5 0 年代实现工业化生产的高湿模量粘胶。 2 第一章绪论 第三代就是2 0 世纪9 0 年代以来陆续面市的新型再生纤维素纤维 ”“。目前，最具代表性的新型纤维素纤维主要有t e n c e l 纤维、 l y o c e l l 纤维、v i l o f t 纤维、竹纤维及新工艺生产的m o d a l 纤维等。 1 2 再生纤维素纤维的开发现状 天丝( t e n c e l ) 的开发成功比较早，到目前为止，已有两种类型的 t e n c e l 纤维：一种是标准型的原纤化t e n c e lg 1 0 0 ；另一种是非原纤化 的t e n c e la 1 0 0 。非原纤化t e n e e l 是在纺标准型t e n e e l 后道，经a x i s 助剂交联处理而成，不会发生原纤化。这两种t e n e e l 纤维的性能差别不 大。 经过近2 0 年的研究，l y o e e l l 纤维的纺丝工艺日趋成熟。随着开发 研究的进展，现已开发出以下几个产品系列：l e z i n gl y o c e l lm i c r o ( 兰 精绿赛尔超细纤维) 、l e z i n gl y o e e l ll f ( 兰精绿赛尔l f 纤维) 、l e z i n g l y o e e l lf i l l ( 兰精绿赛尔f i l l 纤维) 等1 。 t e n c e l 和l y o e e l l 纤维代表了纤维素纤维的发展方向，被誉为2 1 世 纪最具发展前途的绿色环保纤维。我国也将l y o e e l l 纤维列入了“十五” 国家纺织工业重点发展项目。它们在短时期内也许还不能成为纤维素纤 维的主导产品，但可以相信，其发展潜力无艰。 作为高湿模量纤维，m o d a l 具有优于粘胶的机械性能。新型m o d a l 不仅保持了原有的优点，而且更加环保。目前已开发出的品种有l e n z i n g m o d a lm i c r o ( 兰精莫代尔超细纤维) 、l e n z i n gm o d a ls u n ( 兰精莫代 尔抗紫外线纤维) 、l e n z i n gm o d a lc o l o r ( 兰糖莫代尔彩色纤维) 、 l e n z i n gp r o m o d a l ( 兰精p r o m o d a l 纤维) i | 簿系列= 产品n ”。 岂开发出的v i l o r 纤维品种有；v i l o f to r i g i n a l 翔v i l o f tm i c r o 。 v i l o f tm i c r o 是一种手感柔顺的趣纲纤维。爱窀翻作盼织物质轻、超 柔软、美观，更适用予精细赧饰。 竹纤维作为一种新型的蒋奄野维素窭嚣壤，。豫善德精方面的特殊性 外，更重要的是具有天然抗菌性这一独特饶势，蘧虢决定了竹纤维比其 它纤维素纤维更适宜用作内衣、贴赛套德够曩橼翟露、运动袭、袜子等产 品。但总的来说，竹纤维的应聪研究滠黪港镰糖谶酾篓卷并发阶段， 但是，据专家预测，竹纤维在纺织行避申糖簧蓠声惆钓前景。 3 第一章绪论 2 熟湿舒适性的研究与发展 2 1 舒适性概述 2 1 1 舒适性的基本理解 舒适性是一个含义复杂的概念，它的涉及面十分广泛，与人体、服 装及外部环境都有关系。专家给出的舒适性定义基本可以归结为人与环 境之间在生理、物理和心理方面相互协调的一种令人愉悦的状态。换言 之，舒适性包含生理舒适性、物理舒适性和心理舒适性。 生理舒适性与人体维持生命状态的能力有关。物理舒适性则是指外 部环境对人体的物理机械作用。心理舒适性指人的大脑在外来帮助下保 持满意的自身功能的能力。舒适性的三个方面互相联系，互相影响。在 感知过程中，各个具体。因素都是与另外的因素交互作用后得出综合感 受。舒适性的感觉流程如图1 1 所示“。 物理过程一一视觉刺激：颜色、光泽、质地等 i 热刺激：热漫传递 t i 机械刺激：触觉、压力等 生理过程一一神经末梢对刺激的反应：热、力等 it 体温调节反应：血液流动、汗 心理过程一一感官知觉反应 lt 评估 综合感知一一舒适或不舒适。程度 图1 1 舒适性的感觉流程 舒适性的正面描述显得有点模糊，如果从反面、即不舒适的感觉来 描述，可以使之更加清晰。有专家对舒适傲7 如下定义：无痛、无不舒 适感觉的一种中性状态“。 对服装来讲，舒适性应该是其功能的一种匿清实现的状态。具体划 分，服装的舒适性包括以下几个方面： 1 热湿舒适性一一体表的令人愉悦的热湿状态。 2 感觉舒适性一衣料与人体接触时韵感觉 3 运动舒适性一一舍身性与功能性。 4 第一章绪论 4 外观舒适性一一人对服装的主观感觉，包括服装样式、色泽 等外观形态因素，也包含价值、流行等社会因素“。 2 1 2 热湿舒适性 热湿舒适性是指服装调节人体与环境之间的热湿交换，使服装内气 候达到舒适状态的能力。在“人体一服装一环境”系统中，人的感觉受 人体状态、服装性能及气候条件的影响。人体代谢产热量和环境气候状 态决定着人体与环境之间的热湿交换倾向，而服装对热湿交换的调控是 决定服装气候及人的感觉的关键因素。 从基本生存的角度讲，合适的体内外温度是生理舒适的第一要素， 所以，服装的热湿舒适性曾被狭义地理解为人体与环境之间合适的热平 衡。早期学者杜波瓦( d u b o i s ) 和伯顿( b u r t o n ) 曾有过这样的叙述： 人是否能够舒适地生活，取决于他自身产生的热量和向环境散失的热量 之间能量交换的平衡，这个能量平衡必须保持在人体对冷和热的耐受限 度之内“”。 温度舒适固然很重要，但是，如果忽视了气候四要素中的另外三项 一一湿度、风速和热辐射，未免有失偏颇。一方面，这三个因素对温度 性舒适存在直接的影响；另一方面，这三个气象要素本身也会分别对人 体的生理感觉产生影响，尤其是湿度。 2 2 热湿舒适性的研究现状 2 2 1 国内外热湿舒适性的发展 1 9 世纪末，r u b n e r 提出了以圆筒作为人体局部简化模型来研究织 物的含湿量与环境相对湿度对其保暖性能的影响，髓后在1 9 1 2 年美国 科学家已经开始使用热欧姆( t - q ) 作为隔熟指标来评价服装的保暖性 能。 1 9 4 0 年气候学家和生理学家西泊尔( 1 i ! s i p l e )等人发表了“选评 寒冷气候服装的叛则”一文，从生理学鞠r 馈候学韵角度提出了服装的防 寒保暖原则：1 9 4 1 年g a g g e 、b u r t o r 和b a z e t t 提出了综合人体生理参 数、心理感觉和环境条件三者的服装隔热保暖指标一一克罗( c l o ) ：1 9 4 6 年p e i r e e 和r e s s 提出了用以衡量织物或戳榜层隔热性能的热阻单位 t o g ；1 9 4 9 年至1 9 5 7 年期间的研究主要集中在防寒服装，定量评价指 标也只有克罗值。 6 0 年代，化纤工业的发展使得合成纤维的应用越来越广泛，合成纤 第一章绪论 维的研制和发展给纺织服装业带来了极大的发展。然而常规合成纤维制 品的吸湿性差，这使得服装的湿闷感成为被关注的现象。因此人们对织 物的传湿性和热湿舒适性的研究也越来越多。为此纺织界的科学家们经 过大量艰苦的研究，使服装舒适性的研究又进一步。1 9 6 2 年伍德科克 “”7 1 ( a h w o o d c o c k ) 提出了服装的透湿指数i 。，作为热气侯条件下 服装舒适性的评价指标，这项指标的提出具有重要的意义，但其忽略了 辐射热的影响；1 9 6 5 年美国著名服装生理学家戈德曼( r f g o l d m a n ) 把服装的克罗值与透湿指数结合起来，提出了服装的蒸发散热效能指 数。 1 9 7 0 年，丹麦科技大学范格“引( f a n g e r ) 教授以在美国采暖通风工 程师协会环境实验室( 堪萨斯州立大学环境实验室) 所做的大量实验为 基础，建立了考虑人体、服装、环境三个方面六个因素的热舒适方程、 舒适图和7 点标尺系统，并在1 9 8 4 年成为国际标准。 7 0 年代以后，世界范围内关于纺织品和服装舒适性的研究进一步活 跃。人们在前期研究的基础上逐步地认识到人体服装一环境是一个不 可分割的系统，在这一阶段人们注重和强调对服装穿着舒适功能性要从 多角度展开全面的研究，并出现了模拟人体一服装一环境系统的仪器和 各种类型的假人；1 9 7 2 年m e c h l e s s 研制了皮肤模型装置并用其测试服 用织物的干态导热性与热湿传递性；1 9 8 2 、8 3 两年日本相继报道了用于 服装微小气候模拟装置和用电子计算机模拟服装热湿传递性能的研究 方法，并提出了用服装内气候作为评价服装舒适性标准的新理论。 我国对服装舒适性与功能的研究起步比较晚。“文革”前，只有个 别纺织高校里有少部分人从事相关的研究。他们的研究基本是针对纺织 品的服用性能，较少涉及整个服装系统。2 0 世纪7 0 年代末，相关研究 在纺织院校和研究机构里重新被起动。虽然比国辨晚了锒多年，但在过 去的二十几年里，也取得了不少科研成累。 国内早期的研究主要是引进和消化国羚的基本成果和相关理论。 1 9 8 4 年，曹俊周翻译了福特和霍剥斯 服装肫赣逐性与瑰貌 - - 书。1 9 8 5 年，欧阳骅编著了服装卫生学一书。这翁本书澍翟肉的服装舒适性 研究有过重大的影响。 2 0 世纪8 0 年代，国内的服装舒适性能研究童要在舞专业纺织院校 展开，各地的纺织科研院所也有一些研究人员参与。其中，原中国纺织 大学( 现东华大学) 、原硒北纺织工学院 现西安工程科技学院) 、原天 津纺织工学院( 现天津工业大学) 和解放军总后勤部军需装备研究所的 6 第一章绪论 研究开展得比较好。 1 9 8 2 年中国纺织大学对织物的热传递性能进行了研究，并于1 9 8 5 年研制成功了服用织物传热透湿装置“。1 9 8 3 年西北纺院对纺织品热、 湿舒适性测试方法进行了研究，并研制出织物微气候仪”“。天津纺织工 学院于1 9 8 7 年开始，根据西德皮肤模型的原理，开始研制能模拟人体 出汗和体温的皮肤模型以及与其配套的人工气候箱，于1 9 9 0 年完成“。 该装置可用来测试织物的热阻抗、湿阻抗及其透湿指数。另外，总后军 需装备研究所功效室的研究人员对织物热湿传递性能的评价方法也做 了大量研究，研制成功了衣内微气候测试仪沁“，并提出了非显性蒸发和 显汗条件下织物热湿传递性能的评价指标。从而为全面评价织物的热湿 传递性能提供了依据。 2 2 2 热湿舒适性的研究方法 服装( 织物) 热湿舒适性的研究方法可以概括地分为两大类，即人 体穿着试验和仪器试验两大类伸“。其中，人体穿着试验是一种生理学 和心理学相结合的评价方法，而仪器试验则属于物理学评价方法。 2 2 2 1 人体穿着试验评价方法 采用人体穿着试验进行观察和评价，是最为直接的方法，试验环境 可以在人工气候室内进行，或采用自然环境，人体活动量也可以被控制 或是按照环境的变化、活动的要求加以人为的选择进行调整r 。在人体穿 着试验中，主要是对一系列的生理和物理参数进行测定，然后作统计分 析。 人体穿着试验虽然很好地模拟了实际穿着情况，但也存在着一个明 显的问题：对服装着装感觉的语言评价、感觉的语畜描述和感觉程度的 刻度划分涉及心理因素，加上人的个体差异，缀难得出公正和统一的结 论。 此外，人体穿着试验需要的实验时闻长，丽且要耗费大量的人力和 物力。 2 2 2 2 客观评价方法 即仪器测定方法。织物的热湿传递性能是决定服装是否舒适的主要 因素。用仪器对服装及织物的热漫传递性髓避行溅定并建立相应的指 标，可以对服装舒适性能进行定量描述，而虽仪嚣篝 i 测量迅速，不受心理、 生理因素影响，测试结果具有可比性，有利于生产部门对服装或织物进 行质量控制和产品设计。 仪器测试方法有以下两种类型凹“：一类是单纯测定织物的热、湿传 第一章绪论 递性能指标，如热阻、湿阻等，也包括测量织物的热湿综合传递性能， 即在织物两侧温差和湿差同时存在时，织物中热流和质流同时传递的情 况。第二类是研究服装舒适性的测试方法，包括仪器模拟穿着状态和假 人法。 总体上，人体穿着试验评价方法主观性强，一致性差，一般只能作 为客观方法的补充和检验；而仪器测定方法简单迅速，受主观因素的影 响较小，始终是国内外学者研究的重点。许多仪器已经能很好地模拟衣 服穿着时的叠层和内外空气层状态。 2 2 3 服装舒适性的研究方向 2 0 世纪9 0 年代以来，由于基本理论已经基本成型，所以，国内外 对服装舒适性的研究重点已转向以下几个方面： 1 服装及织物动态热湿传递性能的研究心“”7 ”2 8 2 ”。突破以往只 能在相对稳定、平衡状态下进行舒适性研究的局面，提高对不同人体状 态和不同穿着状态的模拟程度。 2 某些特殊着装条件下服装的舒适性与功能研究。o ”m 小“1 ，包 括对风、雨、霜、雪、冰雹、极地、高原、太空、深海等条件下，服装 的热湿及力学舒适与功能情况，还包括以上各种条件的实验室模拟及测 试分析。 3 新的实验方法和装置的研究拍副臼们口 凹钉”，包括计算机技术的运 用，以提高测试精度，尤其是实现连续的动态监测；还包括高逼真假人、 环境条件模拟和精密测量等。 4 新型服装材料的舒适性与功熊研究”引 h 引“1 。针对市场 上不断涌现的高新功能服装材料。进行相应韵舒适性或功能研究，以形 成系统的产品开发指导原则。本课题的研究就归属于这个范畴。 3 本课题的主要工作及意义 3 1 本课题的内容和方法 3 1 1 内容 本课题意在从各个不同状态，对m o d a l 、t e 疵e l 、v n o f t 以及竹纤维 等再生纤维素纤维针织产品的热、漫性能指标进行测试分析，进而通过 选取指标，利用模糊数学方法进行综合评判，建立起对上述材料的舒适 性的全面认识，以明确这些新材料的使用方法和原则。 3 第一章绪论 3 1 2 方法 本课题选取上述新型纤维的同规格纱线织成的同组织、结构近似的 纬编针织物，通过仪器测试的方法。所用仪器为可适度模拟服装穿着状 态的k e s f t l i i 型精密热物性仪。 按以下几个步骤来完成： 1 利用k e s f t l i i 型精密热物性仪，对上述新型材料的针织产品 进行热学性能测试，根据样品在普通室温条件下的热传递情况，系统深 入地分析样品热舒适性与其材料性能、结构之间的关系，并通过与棉、 粘胶等对照样品传热性质的对比分析，建立对样品热舒适性的认识。 2 普通室温条件下，分别测试上述新型材料针织产品在人体低出汗 量和高出汗量条件下的传湿情况，并通过与其它对照样品湿传递性质的 对比分析，最终建立对样品湿舒适性与其材料性能、结构之间关系的全 面认识。 3 根据已测性能指标( 包括参照试样) 数值，选取其中与热湿舒适 性关系密切的指标，利用灰色聚类方法，分别对高温、低温环境下内衣 织物的热湿舒适性进行综合评判，从顶得到上述四种新型再生纤维素纤 维针织产品热湿舒适性的综合认识。 4 在综合认识样品热湿舒适性能的基础上，结合已知试样的其它基 本性质，进一步探讨该产品的适用性。 3 2 本课题的研究意义 人们在穿着服装的时候，往往既要求服装美观大方、整洁文雅，又 要求其具有尽可能高的舒适性。这就要求服装能够在人体与环境的能量 交换中起到良好的调节作用，使入体处于满意的热湿平衡状态中。而服 装的热湿舒适性能受纤维原料的影响缀大，不随的纤维材料，由于其内 部结构和形态结构的不同，热、湿传递性能不碍，由其制成的服装的热 湿舒适性能也就不同。 2 0 世纪9 0 年代以来，t e n e e l 、l y o e e l l 、m o d a l 。以及v i l o f t 等第三 代环保型再生纤维素纤维的陆续面世，使再生纤锥素纤维的发展进入了 一个崭新的阶段。新_ 代再生纤维索的共、硒缝镊考两夺；一是服用性能 得到改善；二是克服了已往再生纤维素纤维生产过程中能耗大、污染环 境的问题。另外，竹纤维的研制成功，缓解了植物纤维原誊斗的供需矛盾， 为再生纤维素纤维的进一步发展提供了原料保障。因此，再生纤维素纤 9 第一章绪论 维优良的物理枫械性能肢其适合制作各种不同组织结构和不同风格的 产品，但从目前已知的纤维基本性能，它们特别适合做内衣类、运动休 闲服装以及袜子等舒适性产品。而针织物本身所具有的良好的伸缩性， 以及良好的透湿、透气性，正好适用于上述舒适性产品。因此开发再生 纤维素纤维针织产品具有很大的现实意义。 要想开发出对路的产品，必须有先行的理论做引导。尽管通过开发 商的产品资料，我们对新型再生纤维素纤维的性质有了一个大概的认 识，但是，对其针织产品的热、湿舒适性能，我们还缺乏系统完整的了 解。因此对新型再生纤维素纤维针织产品的热湿舒适性能进行研究分 析，具有一定的必要性。其相关的研究成果对于m o d a l 、t e n e e l 、v i l o f t 以及竹纤维等新型再生纤维素纤维在新型服装面料的开发和针织服装 的设计、生产及消费方面都具有指导意义。 l o 第二章服装热湿传递理论 第二章服装热湿传递理论 对新型再生纤维素纤维针织品热湿舒适性的研究，必须建立在服装 的热湿传递理论的基础之上。本章将从人体产热和散热机理入手，介绍 服装对热交换的影响、服装的传热原理、服装内外空气层的隔热性能以 及湿传递理论、纤维材料的润湿性能、织物的芯吸效应等理论，并提出 针织内衣的舒适性要求，为本论文的研究工作做一些理论上的准备。 1 人体的热湿生理 1 1 人体的产热和散热 人体维持恒温及正常生存是依靠饮食进行能量补给。食物中的糖、 蛋白及脂肪在体内经生化反应丽产生能量( 能量代谢) ，代谢能除了少 部分( 约1 1 4 ) 为消耗于心脑波动、血管放缩及组织增殖的机械能和化 学能外，其余均为热能h ”。 人体的代谢产热量主要取决予营养和人体运动状态，还与年龄、性 别、体质等因素有关。不同的代谢状态一一基础代谢、额外代谢，对人 体与环境之间的热湿交换有显著的影响。 为了维持体温恒定，体热要向外界散发。体热由血液携带，并运送 到身体的不同部位，经过各种途径散发到体外。体热散失量与人体条件 ( 代谢水平、出汗程度、体温、血液循环) 、环境条件( 气温、风速、 湿度及辐射热) 有关。体热散失的途径包括显热传递一一传导、对流、 辐射和潜热传递一蒸发。其中，除了极少部分热最用于加热饮食或通 过呼吸道及排泄散发外，绝太多数( 8 5 左右) 经由皮肤表面散失。因 此，作为人体覆盖物，服装的讽节作用非常关键。 1 2 出汗生理 人体所产生水分的排放可分为两种情况“：一是不显性蒸发，二是 出显汗。 不显性蒸发也称作非显性蒸发、无感出汗，是指在代谢水平低下时， 第二章服装热湿传递理论 填充表皮组织间隔的组织液水分在汗腺孔内或汗腺孔附近形成水汽，通 过皮肤表面的蒸发。此时，皮肤上不呈润湿状态。呼吸器官的蒸发也属 于不显性蒸发。 不显性蒸发是组织间液直接进出皮肤和肺泡表面进行汽化的过程。 它是一种被动的物理弥散现象，并没有主动的生理调节意向，所以它不 受体温调节中枢的控制。 出显汗也称为有感出汗。在高代谢水平时，当环境温度很高或有其 它原因引起的体热蓄积时，体温升高。当温度超过体温调节区时，出汗 中枢受到刺激，人体内汗腺开始排放水分，以液态方式渗透到体外，遍 及皮肤表面，即为出汗。何时开始出汗以及汗量多少由体内温度和皮肤 温度共同决定，温度越高，越容易出汗，但如果皮肤温度较低，即使体 内温度高也不会出汗，或汗量不多。 2 服装( 织物) 的热传递性能 服装处在人体和外环境之间，因此在人和环境之间的热交换过程 中，服装必然会发生一定的影响。 2 1 服装对热交换的影响 人体与环境之间的热传递途径有四种，即传导、对流、辐射和蒸发。 服装对热传递的影响发生于各个途径中。 2 1 1 服装对热传导的影响 热传导符合傅立叶导热定律“”。傅立叶( f o u r i e r ) 定律提出于1 8 2 2 年，后成为导热的基本定律。其内容为：单位时间经由物体单位面积所 传导的热量与温度梯度成正比，即： q g = 一 d t d h ( 2 一1 ) 式中： 7 q 。一单位时间单位面积的传热囊； x - 热导率( 导热系数) ； d t d h 一温度梯度。 负号表示传热方向与温度梯度的方向相反。 物体内部或相接触的物体之间只要存在着温度梯度，就会发生热传 导。服装包覆人体时形成几个等温面而构成一个温度场。 1 2 第二章服装热湿传递理论 在计算导热量q 耐，式( 2 1 ) 可写作： q = x a t t h ( 2 2 ) 式中： q 一导热量( j ) ； 凡一服装材料的导热系数( w m ) ； a 一服装的导热面积( m 2 ) ： t 一导热时间( s ) ； t 一内外表面温差( ) ； h 一服装厚度( m ) 。 2 1 2 服装对对流传热的影响 对流传热是依靠空气分子传递的，它与空气的一些物理特性有关， 比如，( 1 ) 衣服之间流动的原因，是自然对流还是强迫对流；( 2 ) 空气 对流是层流还是紊流；( 3 ) 空气流动速度；( 4 ) 空气的物理参数，包括 导热系数、比热容、密度和粘滞度等。 根据传热学定律裸体时体表的对流散热量为： c = h 。a 。( t 。一t 。)( 2 - 3 ) 式中： c 一对流散热量( k j h ) ： h 。一对流散热系数( k j ( n 1 2 h ) ) ； a 。一体表面积( m 2 ) ： t 。一平均体表温度( 1 2 ) ； t 。一环境气温( ) 。 对流散热系数与对流性质有关，当空气流速很小时，它是温差的函 数( 自然对流时，h o = 2 0 5 at o , 2 5 ) ：当风速教犬时，它是风速的函数( 强 迫对流时，h 。= l o ，4 v 嵋) 。 按照式( 2 - 3 ) ，着装后的对流散热量为： c = h c a i ( t 。广t ) ( 2 - 4 ) 式中： a 。l 一服装的覆盖面积( m 2 ) ； t 。i 一服装外表面温度( ) 。 着装后的对流散热量与h 。、a 。l 及温蓑t 。l - t 。) 成正比。在正常环境 温度( 低于3 5 ) 条件下，t 。i 低于t 。，所以。由式( 2 - 4 ) 得出的传 热量肯定小于式( 2 - 3 ) 所得出的传热量。二者之间的差值表明了服装 对人体与环境之间的对流传热所起的阻隔作用。 第二章服装热湿传递理论 2 1 3 服装对辐射传热的影响 辐射传热量取决于物体的表面温度、黑度和表面积： h ，= s b e 。eb ( t 。斗| tb 。) a ，( 2 5 ) 式中： h ，一热体与环境之间单位时间内的辐射热( w ) ： s b 一斯蒂芬一波尔兹曼常数( 5 6 6 9 6 1 0 4 w m 2 k ) ； e 。、e 。一分别为热体和环境的发射率； t 。、t 。一分别为热体和环境的绝对温度( k ) ； a ，一有效辐射面积( m 2 ) 。 穿上服装后，有效辐射面积有了变化，此时，衣服外表与环境之间 的辐射热为： h ，= 1 1 5 1 0 罐a 。i f c f f ( t 。1 + 2 7 3 1 5 ) 4 一( t 。+ 2 7 3 1 5 ) 4 】( 2 - 6 ) 式中： h ，一人体辐射热( k j m 2 h ) ； a 。i 一服装有效辐射面积( m 2 ) ； f e f f 一有效辐射面积系数( 站立时为o 7 5 ，静坐时0 6 5 ) ； t 小t 。一分别为服装与环境温度( ) 。 根据基尔霍夫辐射定律，物体发出和吸收辐射热的能力相等，即服 装具有同等吸、放能力。皮肤黑度接近黑体，为o 9 9 ，而衣服的黑度均 小于皮肤。另外，在正常环境温度( 低于3 5 ) 下，衣服表面温度低予 皮肤温度，所以，服装对皮肤发出辐射起阻隔作用。反过来，在暑热条 件下，气温高于体表温度，服装对人体吸收外界辐射热也起阻碍作用。 2 1 4 服装对蒸发散热的影响 、 蒸发本身是个散瀑的过程，但同时也伴随着热交换。它发生于体表 和呼吸道，通过水分的相变吸收汽化热，从丽逸散体热。单位时间由蒸 发吸收的热量为： h c h = h 口m 。( 2 7 ) 式中： h 。h 一单位时阔蒸发散热壁( i t s ) ； h 。一水的蒸发潜热( j g ) ： m 。一单位时间的蒸发爨( g s k 从水分蒸发量的角度看，蒸发散热与水分蒸发量成正比关系，即与 内外水汽分压差及服装的蒸发阻力有关一一正比于前者，反比于后者。 裸体时，只有皮肤表面可能存在的边界空气层会对水分蒸发有阻 l 幸 第二章服装热湿传递理论 力。着装后，服装及材料对水分蒸发显然有更大的阻力，即式( 2 - 7 ) 中的蒸发速率m 。小于裸体时，所以，服装增加了蒸发散热阻力。其阻 力大小取决于材料的吸湿性、导湿性、润湿性，还与衣服结构如开口、 宽松度有关，另外涉及面料的组织、密度、厚度及透气性等因素。 2 2 服装的传热原理 按傅立叶定律，服装在人体与环境之间的导热与服装内外表面的温 度差、时间及传热面积成正比，与服装厚度成反比。即： q = a t at h ( 2 - 8 ) 式中： q 一服装的导热量( 焦耳) ； 一导热系数( 焦耳米秒) ： a 一服装面积( h i2 ) ； t 一时间( 秒) ； t 一服装内外表面温度差( ) ： h 一服装的厚度( 米) 。 每小时每平方米面积上通过的热量，叫做热流量，用q 。表示，则： q g = q a t 2 x t h 改变形式后，得： q g = t ( h ) ( 2 9 ) ( 2 - 9