纺织品凉感性能的影响因素与评价方法

储 露

（江苏省纺织产品质量监督检验研究院，江苏 南京 210000）

纺织品凉感性能具体指的是在纺织品材料与人体皮肤接触的一瞬间，由于人体皮肤散发出一定热量而产生的凉爽感[1]。因此，在纺织物与人体皮肤接触时，皮肤散失热量的多少直接决定了凉感的强弱，即人体皮肤散失的热量越多，产生的凉感就越强；反之，纺织物凉感越弱。由于纺织品凉感性能会直接影响人们使用织物时的舒适程度，诸多学者曾针对纺织品凉感性能评价问题进行研究。

潘文丽等[2]对瞬间凉感纺织品的性能评估与测试标准问题进行了探讨，介绍了瞬间凉感面料的工作机理和产生凉感效果的不同功能，验证了瞬间凉感纺织品的测试标准和指标要求。袁志磊等[3]对纺织品接触冷暖感性能检测方法问题进行了探讨，介绍了织物接触冷暖感产生的原理，对其测试设备和试验条件进行了探索，建立了评价织物接触冷暖感的试验方法，对不同织物的接触冷暖感性能进行测试比较。研究结果表明，同类纤维的织物与皮肤接触的冷暖感取决于织物的表面结构。

1 纺织品凉感性能影响因素

要想实现对纺织品凉感性能的科学分析，首先需要明确会对纺织品凉感性能产生直接影响的因素，通常可以分为外部环境因素以及纺织物自身因素等。外部环境中会对纺织物凉感产生影响的因素主要包括环境湿度、环境温度等。纺织物自身会对纺织物凉感性能产生影响的因素主要包括接触热阻、热导率以及比热容等。

1.1 外部环境对纺织品凉感性能的影响

外部环境中会对纺织品凉感性能产生影响的因素主要包括环境温度以及环境湿度等。

1.1.1 环境温度对纺织品凉感性能的影响

外部环境与纺织品之间存在热传递情况，因此才会进一步对纺织品凉感性能产生影响[4]。导致热传递情况发生的主要原因为纺织物与外部环境之间存在温度差。在热传递的过程中，能量变化严格遵循傅里叶定律以及能量守恒定律，如式（1）所示。

式中，c代表比热容，单位为J/（kg·℃）；ρ代表密度，单位为kg/m3；t代表时间，单位为s；T代表温度，单位为℃。λ代表导热系数，单位为W/（m·K）。

从式（1）中可以直接观察出，外部环境温度的变化会对不同的两个物体之间热量的传递产生影响。相应地，外部环境温度势必会对纺织物与人体皮肤之间热量的传递产生影响，即如果纺织物的温度显著低于人体皮肤温度，那么势必会有更多的热量从皮肤传导至纺织物中，人体产生的凉感也会更加明显[5]。

1.1.2 环境湿度对纺织品凉感性能的影响

从结构层面来看，纺织品可以被看作水分、空气以及纤维等物质成分的集合体。其中，纤维结构的表面往往会凹凸不平，纺织品表面也因此存在许多空腔结构[6]。如果外部环境湿度比较大，存在于纺织品表面的空腔结构便会被水分子占据。相比于空气以及纤维等物质成分而言，水的导热系数更大，其热传递的速度也因此变得更快。同时，在此过程中，也会存在不同程度的水分蒸发的情况，而水分的蒸发最终也会对热量的散失产生一定的促进作用[7]。因此，环境湿度也会对纺织品凉感性能产生比较显著的影响。

1.2 纺织物自身对纺织品凉感性能的影响

通常，纺织物自身会对纺织物凉感性能产生影响的因素主要包括接触热阻、热导率以及比热容等。

1.2.1 比热容对纺织品凉感性能的影响

比热容是热力学中一个常见的概念，具体指的是当单位质量的材料温度下降或者升高1 ℃时，其所散失或者吸收热量的多少。根据比热容这一概念来看，比热容较大的材料的温度变化相对缓慢；反之，比热容较小的材料的温度变化相对显著，即在热量散失相同的情况下，比热容较小的材料温度下降得更多[8]。不同的纺织品材料所具备的比热容不同，因此，要想使得纺织品所具备的凉感性能比较显著，应尽量选择比热容较小的材料；反之，应尽量选择比热容较大的材料。

1.2.2 热导率对纺织品凉感性能的影响

针对不同的纤维材料而言，由于生成的方式不同，其所具备的孔隙结构、纤维集合体密度以及纤维结晶取向等均会存在不同。相应的，具备不同结构的纤维材料，在导热率方面也会表现出显著的差异性。热导率具体体现在纤维材料的热吸收能力以及热传递能力等方面，也会对纺织物的凉感性能产生直接影响。纺织物的导热性能通常包括3种形式，即热辐射、热对流以及热传导。一般而言，在纺织物材料热量传递过程当中，热传导的作用显著大于热辐射以及热对流的作用。因此，热传导是影响纺织物表面温度最为关键的因素。

1.2.3 接触热阻对纺织品凉感性能的影响

两个表面不光滑的固体表面相互接触时，实际接触的部位只存在于一些离散的点或微小的面积，没有接触的部位主要是空气或者其他介质。当热量经由相互接触的平面进行传递时，由于不完全接触，接触界面产生接触热阻。接触热阻的大小取决于表面的粗糙度、两侧材料的材质、导热系数及相互挤压产生的压力等条件[9]。人体和织物接触时，一方面，织物表面凹凸不平，难以与人体皮肤紧密接触；另一方面，织物和人体接触界面中还会有空气及其他介质存在。这都导致当热量从人体皮肤传递到织物时，存在温度梯度，即存在接触热阻，影响从人体到织物的实际传热量。

2 纺织品凉感性能测定方法评价

导致纺织品存在凉感性能最为根本的原因为人体皮肤与纺织物之间存在温度差。因此，纺织物与人体皮肤发生接触的瞬间，会使得人体皮肤与纺织物材料之间存在热量的传递。通常，人体皮肤的温度要高于纺织物表面温度。因此，当人体的皮肤与纺织物接触时，势必会存在热量的散失，使得人体产生凉感，而最终决定纺织品凉感性能是否显著的则是皮肤表面散失热量的多少。

如果用B来代表纺织品对热量的吸收能力（同时也可以直接用来描述纺织品凉感性能），那么可以将纺织品对热量的吸收能力表述为式（2）。

式中，c代表纺织品的比热容；ρ代表纺织品的平均体积质量；λ代表纺织品的平均热导率。

通过观察纺织品对热量的吸收能力表达式可以发现，会对纺织品吸收热量的能力产生影响的因素主要为比热容、体积质量以及热导率等。基于这一机制，相关学者研究开发出了一系列切实可行的纺织品凉感性能测定方法。

2.1 KES-F7凉感测试方法及评价分析

2.1.1 方法介绍

目前，在针对纺织品凉感性能进行测定时，最常用的方法为使用日本公司的KES-F7冷暖感测试仪对织物的接触凉感进行测试。该方法能够准确地模拟日常生活中人体皮肤与服装接触时的热传递过程，相对客观地描述织物接触凉感的强弱。测试原理为：将内置热流传感器和一定热容量的铜板探头T-Box，放置在恒温热源BT-Box上（一般温度设置为35 ℃，模拟人体躯干皮肤的平均温度），加热直到T-Box的探头温度升高到35 ℃，然后立即将T-Box放在绝热保温板上面的试样上，在前0.2 s内，该测试仪器会得到一个qmax值，即织物的瞬间热流密度最大值，以此来描述织物的接触凉感。

2.1.2 方法评价

KES-F7冷暖感测试仪及其测试方法能够较好地描述织物与人体皮肤接触时的冷暖感，也能够给出热量随时间变化的数据，但是还存在一些不足之处。具体表现为4个方面：（1）该测试仪器只给出一个qmax值，不能反映织物持续散热的能力。（2）该测试方法在实施过程中，选择使用的测试探头为平面硬质材料，不能反映皮肤的柔软表面，不能确保和待测试样有良好的接触，且当织物有较小的褶皱时，就会产生相对较大的误差。（3）该测试方法所采用的测试探头，对织物产生的压强值仅达到10 kg/m2。因此，该方法仅适合用来对一些质地相对轻薄的纺织品凉感性能进行测定。如果使用该方法测定质地相对厚重的纺织品凉感性能，得到的结果可能会存在较大的偏差。（4）在实际的测试过程当中，该方法使用的测定设备探头的温度会随着测定时间的推移，出现逐渐降低的可能性，直至探头温度与纺织物之间的温度保持在动态平衡的状态，同时会直接导致测试时的外部环境温度出现剧烈的变化，最终直接增加凉感性能测定操作的复杂性以及测定误差发生的概率。

2.2 热流式织物凉感仪测试方法及评价分析

2.2.1 方法介绍

在既往的纺织品凉感性能测定实践中，也有人选择采用一种热流式织物凉感测试仪来完成对纺织品凉感性能的测定，主要借助测试探头和织物接触时的热传递来模拟皮肤表面和服装面料接触时的热传导过程。热流传感器采集到的热流数据信号通过热流表传送到计算机终端，然后通过计算得到瞬间热流密度的最大值qmax和稳态热流密度值qbal。该测试仪器能够方便、快速地检测出各类织物的接触瞬间凉感和稳态凉感。

2.2.2 方法评价

针对热流式织物凉感仪测定纺织物凉感性能这一方法，可以从稳态接触凉感以及接触瞬间凉感两个方面来进行评价。热流式织物凉感测试仪在实际的纺织物凉感性能测定过程当中，能够在一定程度上较为客观地反映人体表面皮肤与织物接触时两个方面的热传导过程。同时，这也充分满足了人们在不同情况下对织物接触凉感测试以及评价的实际需求。

3 结语

纺织物在社会生活中属于常用的日用品，但是由于所采用的材料以及各种技术方面的差异，纺织物的性能往往存在一定的差异性，最终会对纺织物使用的舒适程度产生较显著的影响。本研究讨论对纺织品凉感性能产生影响的重要因素。关于纺织品凉感性能评价方法问题，在既往研究中也多有学者对其进行探讨。本研究则结合既往研究对这一问题进行了系统分析，指出会对纺织品凉感性能产生影响的因素主要可以分为外部环境因素以及纺织物自身因素，外部环境中会对纺织物凉感性能产生影响的因素主要包括环境湿度、环境温度等。纺织物自身会对纺织物凉感性能产生影响的因素主要包括接触热阻、热导率以及比热容等。除此之外，还对KES-F7凉感测试方法以及热流式织物凉感仪测试方法进行了评价。