非标准条件下夏季服装面料的透湿性能研究

王革辉 严静雅

（东华大学服装·艺术设计学院，上海200051）

非标准条件下夏季服装面料的透湿性能研究

王革辉 严静雅

（东华大学服装·艺术设计学院，上海200051）

当环境温度和人体活动水平提高时，人体的不感知蒸发量 (非显汗量)增大，在标准条件下测得的织物透湿性不能充分解释服装穿着中的湿舒适性问题。本文选用7种常用的夏季面料，利用蒸发法，在透湿杯水温分别为30℃、35℃和40℃的条件下对面料的透湿性能进行测试，以模拟不同环境温度和人体活动水平下的不感知蒸发和服装穿着情况。结果表明：随着水温的提高，水分蒸发量（“不感知蒸发量”）增加，织物的透湿率也随之增加，但水汽透过织物的百分比逐渐减小，这将导致衣下微气候湿度增大，使服装湿舒适性降低；织物结构对透湿性有较大影响，稀疏轻薄的面料透湿性好。

夏季面料；透湿性；蒸发法；湿舒适性

人体是一个开放的、具有较强适应性的机体系统。当环境温度升高时，人体最快的适应性反应是循环系统的变化，它把体内产生的热量携带到皮肤，通过水汽蒸发来增加散热，保持人体舒适。服装是周围环境和人体之间热湿交换的交互媒介，人体和周围环境的热交换在很大程度上受到服装物理性能的影响[1]。环境温度在25℃至29℃之间时，身体的热平衡主要靠血管的规律舒缩完成；当环境温度超过29℃后，有一小部分热量开始通过对流散失，身体开始出汗且随着环境温度的升高出汗量持续增加，蒸发散热成为身体维持热平衡的主要途径；当环境温度超过35℃时，身体的热散失基本全部靠蒸发完成[2]。此外，在不同的人体生理状态下，人体的不感知蒸发量也不同[3]。服装能和因运动状态不同而变化的皮肤的热调节功能相互作用，并对后者起到调节作用[4]。故在选择夏季服装面料时，应该关注面料的透湿性能。

现有的织物透湿性测试标准中，测试方法分为蒸发法和干燥剂法两类，蒸发法中透湿杯中水的温度为20℃。因此，依据标准测试方法测试织物的透湿性，只能得到该条件下织物的透湿能力大小，不能很好地解释不同温度和人体活动水平下的服装湿舒适性问题。本文将常用的测试织物透湿性能的蒸发法与智能数显温控仪相结合，运用温控仪将透湿杯中水温分别稳定在30℃、35℃及40℃三种温度下，进而改变透湿杯中水的蒸发速度，以模拟不同温度和人体活动水平下的不感知蒸发量的变化，通过测试7种常用夏季服装面料在3种水温下的透湿率和水汽透过百分比，研究“不感知蒸发量”的变化对夏季服装面料的透湿性能的影响，为人们夏季服装面料的选择提供依据。

1 实验面料与方法

1.1 实验面料

考虑到织物的纤维原料、组织结构、织物紧密度对织物透湿性能的影响，在面料的选择上，织物结构选用平纹组织，纤维原料包含棉、毛、丝、涤纶，同种纤维原料的织物尽量挑选厚度和紧度有较大区别的织物。实验最终确定了7种夏季面料：2种纯棉织物、2种纯涤纶织物、2种纯丝织物、1种纯毛织物。

为了对实验面料的基本特性有初步的了解，本论文给每种织物编号，并且对面料的规格参数进行了测试，其中每种规格参数的测试结果均为3次测试取平均值所得，并在测得数据的基础上计算出织物的经纬向紧度及总紧度，得到实验面料的规格参数如表1。

1.2 不同水温下透湿杯水分蒸发率的测试

将实验用水放置在恒温恒湿室（20℃，65%RH）平衡至少24h。通过反复的预实验，我们发现，在环境温度为20℃时，要使透湿杯内的水温稳定在30℃、35℃和40℃，对应的加热板温度应分别为34℃、42℃和48℃。

实验一：向透湿杯内注入46ml水，通过温控仪将加热板的温度控制在34℃，使透湿杯内的水温稳定在30℃，平衡0.5h，使透湿杯内水温稳定，采用JA3003A电子天平称量透湿杯重量M1，并记录下试验的开始时间。保持加热板温度稳定，继续透湿1h，称量透湿杯重量M2。为了方便后续数据对比分析，将空杯1h的水分蒸发量按照织物透湿率 WVP的计算公式[5]换算成无面料覆盖时的水分蒸发率，记为WVP'，计算公式如下：

WVP'=24(M2-M1)/(A·t)

其中A=0.0054113㎡，t=两次称重的时间间隔（1h），M2-M1为测试时间内的透湿杯的水分蒸发量。重复测试3次，并对WVP'值取平均值。

实验二：向透湿杯内注入46ml水，通过温控仪将加热板的温度控制在42℃，使透湿杯内的水温稳定在35℃，其余部分同实验一。

实验三：向透湿杯内注入46ml水，通过温控仪将加热板的温度控制在48℃，使透湿杯内的水温稳定在40℃，其余部分同实验一。

1.3 不同水温下织物透湿性能测试

实验四：每种面料裁剪直径8.8cm的试样3块，将实验用水和试样放置在恒温恒湿室（20℃，65% RH）平衡至少24h，向透湿杯内注入46ml水，将三脚形支撑架放于透湿杯上，将试样正面朝上放于三脚架上，盖好透湿杯压盖，用胶带沿透湿杯密封一圈。使透湿杯内的水温分别稳定在30℃、35℃和40℃，平衡0.5h，使透湿杯内水温稳定，采用JA3003A电子天平称量透湿杯重量M1，并记录下测试的开始时间。保持加热板温度稳定，继续透湿1h，称量透湿杯重量M2。

此时织物的透湿率WVP（g/(㎡·day))计算公式如下：

WVP=24(M2-M1)/(A·t)

其中A=0.0054113㎡，t=两次称重的时间间隔（1h），M2-M1为测试时间内通过织物的透湿量。

表1 实验面料的规格参数

每种面料测试3块试样，取其WVP值的平均值作为该面料在这一水温时的透湿率。

实验五：向透湿杯内注入46ml水，通过温控仪将加热板的温度控制在42℃，使透湿杯内的水温稳定在35℃，其余部分同实验四。

实验六：向透湿杯内注入46ml水，通过温控仪将加热板的温度控制在48℃，使透湿杯内的水温稳定在40℃，其余部分同实验四。

2 实验结果与讨论

2.1 水分蒸发率

不同水温下透湿杯水分蒸发率测试结果如图1所示。

由图1可以看出，当透湿杯上不覆盖面料时，随着水温的升高，透湿杯的水分蒸发率WVP'值增大，这是因为当透湿杯中水温上升时，透湿杯中水的动能增大，水分的蒸发速率变大。且水温从30℃上升至在35℃时，WVP'值由8306.5g/(㎡· day)升至13808.1g/(㎡· day)，WVP'增加值5772 g/(㎡·day)；水温从35℃上升至40℃时，WVP'值由 13808.1g/(㎡· day)升至20854.1g/(㎡· day)，增加7046 g/(㎡· day)。这说明水温越高，透湿杯的水分蒸发率变大的速率也在增加。

图1 不同水温下的水分蒸发率测试结果

图2 不同水温下的织物透湿率WVP

2.2 水温和织物结构对织物透湿率的影响

不同水温下织物透湿率的测试结果如图

2所示。

由图2可以看出，透湿杯中水温为30℃时，这7种面料的透湿率在3000～4000g/ (㎡· day)；透湿杯中水温为35℃时，这7种面料的透湿率在 5000～ 6000 g/(㎡· day)；透湿杯中水温为 40℃时，除了面料B2的透湿率小于7000 g/(㎡·day)，其余6种面料的透湿率都在7000～8000 g/(㎡· day)。表明:随着透湿杯中水温的升高，水分蒸发率增大，透过面料的水汽量也增大。这主要是因为这时面料两面的水汽压差的增大造成的。

由图2还可以看出，在相同测试条件下，涤纶乔其纱B1的透湿率明显大于涤纶缎B2的透湿率，原因是涤纶乔其纱B1比涤纶缎B2薄、稀疏；相同测试条件下，真丝乔其纱C1的透湿率明显大于真丝双绉C2的透湿率，原因是真丝乔其纱C1比真丝双绉C2稀疏。

为了更加明确，对这7种实验面料在30℃、35℃、40℃下测试得到的WVP值进行配对样本t检验，结果见表2。

从表2可以看出，30℃和35℃时的WVP差值序列的平均值为-2102.27，35℃和40℃时的WVP差值序列的平均值为-2065.94，t统计值分别为-17.69和-12.76，其相伴概率均为 0.000，小于显著性水平0.05。因此，拒绝t检验的零假设。说明：随着透湿杯水温的升高，面料的透湿率WVP值有了明显的变化，且随着水温的上升而增大。

2.3 水汽透过百分比

表2 不同水温下织物WVP值的配对样本检验

通过比较图1和图2可以看出，7种面料的透湿率WVP值均远小于同一水温下的透湿杯的水分蒸发率WVP'值，即当透湿杯上覆盖面料时，水蒸气透过面料的速率远小于同一温度下透湿杯上无面料覆盖时的水分的蒸发速率。这说明所有覆盖在透湿杯上的被测试面料均对透湿杯中水汽的扩散起到了明显的阻碍作用。为了探讨人体不感知蒸发量发生变化时的服装面料的透湿能力的变化，我们来分析不同水分蒸发率条件下的织物透湿性能。

为了更好的衡量面料的湿舒适性，我们引入了水汽透过百分比P（%）的概念，来量化面料对水汽透过的这种阻碍作用。计算公式如下：

P=（WVP/WVP'）·100%

其中，WVP为织物透湿率，WVP'为同一水温下透湿杯的水分蒸发率。P值越大，说明面料对水汽透过的阻碍越小，则面料的湿舒适性越

好。根据测试数据计算得出7种面料在

不同的透湿杯水温下的水汽透过百分比

P（%）值如图3所示。

图3 不同水温下织物的水汽透过百分比P（%）

由图3可以看出，随着透湿杯中水温的升高，织物的水汽透过百分比P值均呈下降趋势，这将使得衣下微气候中的湿度增大，导致服装穿着过程中湿舒适性降低。

其中，涤纶乔其纱B1和涤纶缎B2在水温由30℃升高至35℃时，P值迅速下降，说明当透湿杯中水汽蒸发率由8036.5 g/(㎡· day)增加至13808.1 g/ (㎡· day)时，这两种涤纶涤纶面料的湿舒适度都下降非常明显；纯棉细布A1、纯棉府绸A2和真丝双绉C2在水温由30℃升高至35℃时，P值几乎没有变化，在水温由35℃升高至40℃时，其P值下降才十分明显；而真丝乔其纱C1和毛凡立丁E1在透湿杯中水温不断上升的过程中，P值始终变化不明显。这可能与纤维的吸湿性有关，这几种纤维的公定回潮率：涤纶纤维仅为0.4%，棉纤维为8.5%，蚕丝为11%，羊毛为15%[5]。这说明在人体的不感知蒸发量不断上升的过程中，公定回潮率低的涤纶织物湿调节功能较差，水汽透过百分比最快表现出下降趋势然后趋于稳定。公定回潮率较高的棉织物和丝织物湿调节功能稍好，在人体的不感知蒸发量少量上升时，湿舒适度不会发生明显的变化，在人体的不感知蒸发量大量上升时，湿舒适度才会明显下降。在实验面料中，纤维公定回潮率最大的羊毛织物湿调节功能最好，在“人体不感知蒸发量”逐渐上升的过程中该织物的水汽透过百分比变化很小，湿舒适性能十分稳定。这一点与杨凯等[6]在2010年织物动态热湿舒适性能的评价研究中得出的结论一致，回潮率较大的织物其动态湿舒适性能较好。

3 结论

通过以上分析，得到以下结论：

1）随着透湿杯水温的提高，水分蒸发率增加，织物的透湿率也随之增加，但织物的透湿率的增加速率小于水分蒸发率的增加速率，使得织物的水汽透过百分比减小，将造成服装穿着过程中的湿舒适性降低。

2）纤维原料相同的织物，织物的紧密程度和厚度对织物的透湿性有明显影响，薄而稀疏的面料透湿性好。

3）在织物结构相近的情况下，纤维原料的公定回潮率越大，相应织物的动态湿舒适性能越好.

[1]Farnworth B.Anumerical model of thecombined diffusionofheatandwater vapor throughclothing[J]．Textile research journal．1986，56(11)：653-665.

[2]Chao K.N,Esiley J.G,Yang W.Heat and water migration through normal skin：part 1-steady state[J].Medical&biological

engineering&computing．1979，17(3)：301-310.

[3]Tokura H,Shimomoto M,Tsurutani T.and Ohta T..Circadian variation of insensible perspiration in man[J].International journal of biometeorology.1978,22(4)：271-278.T.

[4]Fourt L，Hollies NRS．Clothing Comfort and Function[M].1970：Marcel Dekker,New York，31.

[5]王革辉.服装材料学[M].第一版.北京：中国纺织出版社，2006.

[6]杨凯，郑瑾，张渭源.织物动态热湿舒适性能的评价及预测[J].东华大学学报（自然科学版），2010，36(2)：136-139.

A Study on Water Vapor Permeability of Summer Clothing Fabrics under Non-standard Conditions

WANG Ge-hui YAN Jing-ya (School of Fashion and Art Design,Donghua University,Shanghai,200051,China)

With the rising of ambient temperature and human body activity levels，the amount of insensible evaporation increases.The wet comfort of clothing cannot be well explained by the water vapor permeability (WVP)of fabrics measured under standard conditions.In this paper，7 common summer clothing fabrics have been selected and their water vapor permeability has been measured at the temperatures of 30℃、35℃and 40℃respectively by using evaporation method to simulate the insensible evaporation and wearing status at different ambient temperature and human body activity levels.The result shows that with the rising of water temperature，the amountof water evaporation---“the amountof insensible evaporation”increases，so does thevalueof fabricWVP，whilethe percentage of water vapor transmitting through the fabrics decreases.This will cause the increase of humidity of the under clothing microclimate and lead to the decrease of clothing wet comfort.Fabric structure has great influence on water vapor permeability and the loose and thin fabrics have good water vapor permeability.

summer clothing fabric;water vapor permeability;evaporation method;wet comfort

TS101.92

B

1674-2346(2015)01-0004-05

（责任编辑 田 犇）

2014－10－08

王革辉，女，教授，博士。研究方向：服装材料与服装舒适性。