涤纶/长绒棉/汉麻织物的热舒适性研究

张红梅+孙润军

摘要：选用 8 种不同混纺比、不同纺纱方式的涤棉麻混纺薄型织物，对其热舒适性进行研究。采用美国西北公司的热阻湿阻仪，利用恒温恒湿箱控制，设计了11种温湿度条件，模拟织物在不同穿着环境下的热传导性能。目的是为了得到不同混纺比和不同纺纱方式织物的热阻值差异以及涤棉麻混纺织物的热舒适使用条件。结果表明，外界温湿度、原料混纺比及纺纱方式 4 个因素中，混纺比对织物热阻影响较小，而纺纱方式的影响最大；不论在怎样环境下，赛络菲尔纺织物总是比赛络纺织物热阻小，表现更凉爽；温度高于20 ℃，相对湿度低于70%环境下，涤棉麻混纺织物热阻值小且稳定，使用舒适。

关键词：涤棉麻混纺织物；热阻值；热舒适性

中图分类号：TS126，TS116 文献标志码：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

舒适性是一个多维而复杂的状态，它是穿着者在心理、生理和社会文化方面综合的基础上做出的主观感知和判断。心理因素，因人而异；社会人文方面，不同国家、不同民族的生活方式和居住环境都有所差异；一直以来，令研究者比较热衷的是狭义上的舒适性，即生理舒适性。生理舒适性主要包括热湿舒适性、接触舒适性、压力舒适性和视觉舒适性。而热湿舒适性在织物舒适性研究中占据着重要地位，有研究表明，热湿舒适性对人体舒适感的贡献率达到61.5%，紧跟其后的是接触舒适性11.5%。美国暖气及通风工程师学会（ASHRAE）将热舒适性定义为“人体对热环境感到满意的意识状态”，狭义地认为热环境是影响人体热舒适性的唯一因素。理想舒适的热湿状态与服装或织物的热湿传递性能密切相关。因此，本文对涤棉麻混纺织物的热舒适性研究，顺应新产品开发的趋势，对多元混纺织物以及舒适性产品的开发具有一定指导意义。

1 实验原料及织物规格

实验选用 8 种涤棉麻混纺织物，织物组织都是平纹，织物原料为汉麻纤维、新疆长绒棉及差别化涤纶长丝和短纤，采用两种纺纱方式，即赛络纺和赛络菲尔纺，将织物分为两组，每组 4 种混纺比，两组相同。并在纱线细度、织物组织、克重、织物厚度基本相同的情况下，对它们的热舒适性展开讨论，具体规格参数见表 1。两组织物纬纱不同，以下以纱线差异命名作为区分，其中，1#至4#为赛络纺织物，5#至8#为赛络菲尔纺织物。

2 测试仪器及方法

2.1 测试仪器

实验采用平板式散热仪法，美国西北测试公司SGHP-10.5型出汗热板，整个过程在一个恒温恒湿环境箱内进行。模拟不同环境下织物的热舒适性变化，主要测试指标织物热阻值。实验条件完全按照国标及ISO国际标准规定，风速波动控制在±0.1 m/s，环境温度±0.1 ℃，相对湿度波动范围控制在±4%。

2.2 测试方法

将样品在（20±0.5）℃、65%±4%的标准环境下，预处理超过24 h。样品大小50.8 cm × 50.8 cm，每个取样两块，求平均值。实验采用单因素变量法，观察环境温湿度对织物热舒适性的影响，以及纤维混纺比和纺纱方式不同时的热阻值变化规律。

根据GB T11048 — 2008和ASTM D1518 — 2003标准，模拟人体皮肤表面温度，测试热板及其热护环温度设置为35 ℃、风速（1±0.1）m/s。首先保持环境温度25 ℃不变，使人体与外界保持10 ℃温差，在相对湿度30%、40%、50%、60%、70%、80%下测试织物热阻值；然后维持相对湿度65%，测试15、20、25、30、34 ℃温度下的热传导情况。

3 测试结果分析

3.1 不同相对湿度下的织物热传导性

图 1 所示为环境温度25 ℃、相对湿度30% ～ 80%下的涤棉麻混纺织物热阻值变化曲线。其中，1#至8#织物含麻量从低到高。

由图 1 可以看出，随着相对湿度的增大，织物热阻值呈现略微上升趋势。当外界湿度越大，纤维回潮率越大，织物吸湿也就越多，而水的导热系数比一般纺织纤维都大，随着湿度的增大，织物热阻值理应呈下降趋势。但是，相对湿度的增加也引起空气水汽分压的增大，水分子浓度及水汽分压的共同作用促使水分不断向含湿较低的织物靠近，并进入织物内部。纤维吸湿后膨胀收缩，直径增大，同时纤维与纤维间空气也被水分子取代，直径增大，织物的屈曲波高增加，厚度增大，密度增大。因此，虽然水的介入有利于热的传递，但织物厚度和密度的增加对热阻的影响更大。这种现象可以在棉纤维含量较高的1#和5#织物上得到验证。涤棉麻 3 种原料中，棉纤维的吸湿膨胀系数最大，膨胀率最高，因此棉含量越高的织物，吸湿后的厚度和紧密程度变化越明显，对热阻值的影响也就越大。而1#和5#织物热阻值随相对湿度增加趋势明显，说明吸湿膨胀确实对热阻值存在影响。棉纤维含量相对较少的其它 6 种织物，热阻值增加趋势则并不明显。湿度小于70%时，热阻值上下波动剧烈，说明吸湿膨胀作用与水分子介入导热引起的热阻变化相当；当相对湿度大于70%时，热阻值增加趋势逐渐明显，这是空气湿度增大引起吸湿膨胀加强的结果。

观察不同含麻量带来热阻值差异。图 1 所示1#至4#赛络纺织物，含汉麻量依次为0、10%、15%、20%，热阻值基本随含麻量增加而减小。这是原料导热系数不同引起的差异。涤棉麻 3 种原料，麻的取向度、结晶度和聚合度均较高，不论是轴向还是径向导热系数均较大，因此汉麻含量越高，热阻值越小，导热性越好，织物越凉爽。5#至8#赛络菲尔纺织物也符合这个规律，随着汉麻增加，热阻值逐渐减小。

图 2 所示，5#至8#赛络菲尔纺织物的热阻值总体比1#至4#赛络纺织物小。两组织物原料、厚度、织物克重基本相同，经纱密度相同时纬纱密度赛络纺平均比赛络菲尔纺织物高30根/10 cm，这就意味着接触点的增加。按照热阻影响规律，织物与皮肤接触点越多，热传导越好，热阻值越小，即赛络纺织物热阻值小，而实验结果却恰恰相反。这说明还存在其它比经纬密影响大的因素，对热阻值起着决定作用。排除原料、织物以及外界环境影响，还有可能是纱线本身的差异。赛络纺纱是一种由两根短纤粗纱并和牵伸加捻而成，赛络菲尔纺纱则是由一根短纤粗纱和长丝复合而成。在捻度基本相同的情况下，短纤纱由于纤维短且多，沿轴向排列的取向度和均匀度很难完全一致，因此结构蓬松，含气量高，热阻值相对较大。赛络菲尔纺由于复合了一根长丝，纤维沿轴向取向度好，结构紧密，导热性更好，热阻值小。因此就热传导而言，赛络菲尔纺织物的性能更优异，表现更凉爽。

3.2 不同温度下的织物热传导性

图 3 为相对湿度65%、测试热板（皮肤）温度35 ℃时，1#至4#赛络纺织物和5#至8#赛络菲尔纺织物织物热阻值随外界温度变化曲线。

可以看出，相对湿度一定时，随着外界温度升高，皮肤与外界温差逐渐减小，织物热阻呈现减小趋势。外界温度小于20 ℃时，温差较大，减小趋势最明显，温度高于20 ℃后，减小趋势比较平缓，整体处于上下波动状态。温度越高，各种传热载体运动剧烈，导热速率快，织物热阻值越小。虽然织物内外存在的温差会使空气在织物孔隙及织物表面产生对流，加速热量的传输，但是在风速一定情况下，自然对流非常微弱。另外，随着外界温度的升高，同样相对湿度下，单位体积空气水分子含量增加，织物回潮率增大，含水量增加，热阻值减小。

含麻量对织物在不同温度环境中的热传导贡献并不大，可以看出，不同含麻量织物的热阻值并没有呈现出一定规律。这是因为在一定温湿度环境下，织物是一个纤维、空气和水的集合体，导热性受这 3 种因素影响。而纤维、空气和水的导热系数，以水最高，纤维次之，空气可以看做热绝缘体。因此含湿量和纤维导热系数成为导热性良好与否的决定因素。15 ～ 34 ℃的空气饱和湿度分别为12.721、17.117、22.795、30.036和37.183 g，以相对湿度65%计算，每立方米空气含湿量从8.26 g增加到24 g，增幅非常大，这也意味着各织物含湿量比较大。汉麻纤维与棉纤维相比，吸湿性基本相同，回潮率相差不大，而汉麻虽然比棉和涤纶的热传导系数高，但在含湿较大情况下，纤维导热与水相比微不足道。因此，虽然汉麻纤维导热系数比涤棉大，含湿较高情况下几乎表现不出来。相对湿度稳定，温度波动较大的热环境中，汉麻含量的增加对织物热传导性能的影响不大。

由图 4 可以看出，不论环境温度怎么变化，相同混纺比的赛络纺织物总是比赛络菲尔纺织物热阻大。这是因为，在纱线细度和捻度基本相同的情况下，赛络纺纱由两根短纤粗纱捻合而成，短纤维数量多，沿轴向排列均匀度一致性较差，因此蓬松多气，热阻值较大，且受温度影响大。经纬纱配置方面，两组织物经纱密度相同，纬纱赛络纺比赛络菲尔纺细度小，纬纱配置密度大，接触点多，平均厚度比赛络菲尔纺织物小0.01 mm，因此传输通道短，热阻值理应比赛络菲尔纺织物小。但是由于温度差的影响，赛络菲尔纺织物纬纱排列密度小，在克重基本相同的情况下，孔隙率自然比赛络纺织物的大，对流作用明显，导热性好，热阻值较小。

3.3 相关性分析

通过不同温湿度下的织物热阻值对比，影响织物热阻值的因素主要有4 个：外界温度、相对湿度、织物原料混纺比和纺纱方式。为了更好地反映4 个因素对热阻值的影响程度，课题使用Pearson相关分析法，对它们的相关性和显著性进行对比。置信度95%、99%时，各因素与热阻值的相关性情况如表 2 所示。由表 2 数据可以看出，显著性水平α=0.05时，外界温度、相对湿度和混纺比与热阻值的相关系数分别为-0.401 31、0.242 92、-0.200 54，相关性并不是很大。其中热阻与外界温度呈负相关，与相对湿度负相关，随着含麻量增加，织物热阻值越来越小，这与前面分析一致。显著水平α=0.01时，纺纱方式与热阻值的相关系数0.536 68，相关性最大。由此可以判定，各主要因素对热阻值影响的主次关系分别是：纺纱方式影响最大，外界温度次之，相对湿度和原料混纺比影响较小。

4 结论

（1）相对湿度与热阻值呈正相关，湿度越大，织物热阻值越大。当相对湿度小于70%时，热阻值上下波动剧烈，增加趋势并不大，湿度高于70%后，上升趋势明显。此外，不同混纺比也表现出明显差异，汉麻含量越高，热阻值越小。

（2）外界温度与织物热阻值呈负相关，温度越高，热阻值越小。温度小于20 ℃时，热阻值下降明显，高于20℃后，热阻值减小趋势平缓。皮肤与外界温差越大，热阻值减小趋势越明显。在相对湿度相对稳定，温度波动较大环境中，汉麻含量的增加对织物热传导性能的影响不大。

（3）各主要因素对热阻值影响的主次关系分别是：纺纱方式影响最大，外界温度次之，相对湿度和原料混纺比影响较小，几乎不相关。

（4）相对湿度虽然对织物热阻值影响不大，但却能够使不同含麻量的织物表现出差异，温度则不能。

（5）不论在怎样热湿环境下，同样混纺比赛络菲尔纺织物总是比赛络纺织物热阻值小，表现更凉爽。

参考文献

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