新型面料在运动服设计中的应用综述

张玉秀

（江苏理工学院体育部，江苏常州 213001）

体育运动具有调节人体紧张情绪，改善生理、心理状态，恢复体力、精力的作用，生活理念的转变使人们更注重体育运动，同时人们对于运动服高功能性的需求也在不断增强。运动服饰的舒适性、多功能性、防护性、保健性、环保性和减少能量消耗等实践问题也得以能动性地推动。

1 保健面料在运动服设计中的应用研究

人体表面受到远红外辐射后，细胞效应使体温升高，可调节和改善机体功能，对人体不产生任何毒副作用。远红外纺织品可以吸收红外辐射后作用于人体，促进血液循环，改善微循环，可以使心血管系统、呼吸系统、神经系统和内分泌系统从适应剧烈运动的状态逐渐过渡到安静状态，具有活化细胞组织、增强人体免疫力、抗菌消炎、消肿止痛、减轻肌肉张力等保健功效。

近年来，有不少专家学者对远红外纺织品的保温、抑菌、防臭和保健等功效进行了探究和临床试验。李萱等[1]对骑行裤的远红外纱线含量及其组织结构的研究发现：远红外面料骑行裤可以改善血液循环，促进代谢产物如肌肉中乳酸的消除，减轻肌肉酸痛和僵硬。远红外纱线含量与抗肌肉疲劳有显著相关性，纱线含量越高抗疲劳效果越好。结果表明，远红外面料骑行裤对肌肉疲劳恢复有显著作用。邓亚敏[2]对咖啡炭纤维无缝针织物的研究表明：咖啡炭纤维是咖啡渣高温煅烧微粉化后，加入涤纶纤维中制得的功能性纤维；织物的透气性、导湿性随着咖啡炭含量的增加先增大后减小；织物的拉伸弹性回复率与咖啡炭含量显著相关，随着咖啡炭含量的增加而减小；咖啡炭/锦纶纤维表面的纳米微孔结构对织物的蓄热保温具有促进作用，咖啡炭纤维在光照射下的升温幅度比普通PET纤维高，咖啡炭含量越高保温性越好；咖啡炭的多孔吸附效果让体表水分得到有效控制，可以抑制细菌滋生，最大限度地消除产生异味的微生物；释放负离子中和氧自由基，使细胞的氧化减缓；发射远红外性能可以使人体的皮肤温度升高0.5～1.0℃，远红外放射率约为0.87（国家标准为0.80）。与普通锦纶运动服相比，咖啡炭功能运动服对人体参与运动的大肌肉群疲劳可产生一定程度的延迟作用，能减少乳酸生成，减少热量产生，延长运动时间，提高运动成绩，加快运动恢复，即具有缓解运动疲劳和优化运动表现的功效[3]。Vatansever等[4]和Dyer等[5]研究发现：远红外服装能够辐射波长为2.5～30.0 μm的远红外线。介于4～14 μm的远红外线被称为“生命之光”，与人体辐射相匹配，能产生温热效应，促进人体的新陈代谢；容易被人体细胞吸收，与体内水分子产生共振，使毛细血管扩张，具有促进血液循环、提高人体温度、增强细胞再生等能力，达到最佳的机体调节，进而在抗疲劳和消除疲劳方面具有较大的作用。冯雨思等[6]研究发现：负离子多功能面料制成的服装有增强免疫力、恢复体力、消除焦虑、提高睡眠质量的功能；磁性面料的磁场可以促进全身血液流动，提高皮肤温度，降低血液黏度，提高供氧量，对风湿病和高血压有一定的辅助疗效。

综上所述，远红外线面料的研究已经受到国内外科研人员的重视，取得了一定的成果。现有的研究已经对远红外纤维及其纺织品的性能有了初步的了解，远红外纺织品具有优异的保温性，可改善微循环，消除肌肉疲劳。咖啡炭纤维具有抑菌除臭、发散负离子、抗紫外线等特性，而且织物中咖啡炭含量越高，织物的抑菌性能、产生负离子、促进血液流动的效果越好。但是，研究工作者还需追踪这类服装对人体消化、呼吸、循环、内分泌、神经、泌尿以及生殖系统的影响，在追求功能和高科技的同时重视健康。研究人员需要制定出可鉴易测的保健运动服评价方法和指标，对这类服装的功能性和安全性进行客观、准确的评价。

2 智能控温在运动服设计中的应用研究

智能可调温运动服装在不同环境下，通过智能吸收并储存热能或者快速释放热能，调节服装微环境的温度，维持运动员体表温度的相对恒定，提高服装舒适性和运动员的运动表现。李爽等[7]和陆明艳等[8]研究发现：Breath Thermo是一种新型的科技与人类感性相结合的能量转换材料，在炎热的环境中，通过回收的汗水提供降温作用，保持人体与外部环境的热湿平衡；在严寒的环境中，将人体散发的水分转化成热量，减少身体的能量损耗，保证运动服装干爽的前提下，提供可抵御寒冷的热量，实现双向调节，确保运动更加舒适、安全；还可以抑制细菌繁殖，达到消臭除菌的效果。

电加热运动服装是将辅助加热设备置入运动服装中，利用电源驱动将电能转化成热能的一类运动服装。电加热运动服装可为速度滑冰、短道速滑、花样滑冰、跳台滑雪、自由式滑雪、单板滑雪、高山滑雪、越野滑雪、冰球、雪橇、冰壶等低温极寒环境中的运动员、教练和裁判员等提供热量，起到保暖和提高运动表现的效果。李萍等[9]、徐进进等[10]和Dong等[11]研究了可穿戴技术和加热织物的发展，电加热服装在结构造型方面，以基本款为主，服装的加热装置包括电池、启动开关、控制器和多个加热片，电池一般安装在服装本体中的特定位置；电源一般选取12 V以下的低压直流便携式可充电电源；加热元件选择柔软、可加工、电阻稳定，被誉为“黑色黄金”的碳纤维发热片；在调温控制方面，大多数电加热服装的“积极的舒适调节”功能是通过电池供电对服装本体的多个区域进行加热实现的，可手动调温，通过触压软式开关壳体启动电池及旋钮设定电压来获得所需功率；智能控温的电加热服装中加入了传感器和温控装置。不同性能的可调温纤维还包括Thermo-regu⁃lated纤维、牛奶蛋白调温纤维、Lyocell纤维、Outlast聚丙烯腈纤维等。

综上所述，随着导电缝纫线各方面性能的优化，智能调温服装的集成化和可穿性有显著的提高。目前的智能控温服装存在一定的优缺点，结构简单的电加热织物虽然柔软舒适，但涂覆法制备的导电可加热织物性能不稳定，导电纱线在织成织物时易受损。电加热服装多使用碳纤维丝发热片，其形状、大小、发热功率、放置部位都可以进行个性化设计，但欠缺轻薄性、延展性和舒适性，影响运动员做翻腾、旋转、伸展等动作。建议进一步从生物学、力学、解剖学、人体工程学、医学角度探究智能调温服装对人体关节、肌肉、血液微循环、体表神经系统、排汗系统等的影响。未来，加热服装的实际研制可根据运动项目的特点和不同项目运动员的需求改善纤维结构、整合不同性能的纤维，使纤维的调温性能更加显著，调温效果持续提高，协调电加热织物防水防汗和导热透湿的矛盾，使穿着更舒适，洗涤更方便，用电更安全。研究人员需要制定出可鉴易测的评价方法和标准体系，能对调温服装的调温性能和安全性能进行客观准确的评价和测评。

3 仿生元素在运动服设计中的应用研究

人类的发明创造与世间万物有着密切的联系，与自然密不可分。服装设计作为一门艺术，其设计灵感来源于生活的方方面面。仿生元素对服装设计有重要的启迪作用，宇宙万物的千姿百态、精巧奇妙的轮廓造型、迷人的色彩、丰富的肌理等自然特征和形态是服装仿生设计的灵感源泉[12]。运动服装面料的仿生设计主要通过意象仿生、用途仿生以及形态仿生等方式来进行设计，在保障服装面料美观的基础上丰富服装面料的功能，满足人们对服装面料的视觉、触觉感受，有效地提高运动员的运动体验和运动成绩[13]。

长跑或者力量训练时穿着的压缩衣，篮球运动或排球运动时穿着的臂套，这些健身压缩装备最大的效用就是通过对身体特定部位施加压力促进血液流动[14]，加速血管内氧及养分流通，辅助静脉血液回流，缓解静脉曲张，有助于运动员加速排出乳酸和其他代谢废物，使肌肉快速恢复；优化了肌肉和大脑神经的信息交流，增强肌肉的反应，使肌肉更好地收缩协调，增强运动员的本体感受能力，从而提高运动能力和关节的灵活度，使运动更精确、高效，提升运动员的表现；对肌肉群形成包裹和支撑作用，使肌肉周围的神经细胞始终保持在一个恒定的状态，有助于运动员感知身体位置和位移，减少运动中肌肉的颤抖，防止肌肉微撕裂，减少损伤和疼痛，降低受伤的风险[15-16]。

仿生元素在服装设计中的应用反映人类内在向往自然的潜意识。研究发现，服装设计工作人员在面料中添加荧光物质设计出反光的服装，使夜跑者在黑暗的环境下能够被发现，从而提高夜间运动的安全性。刁均艳[17]通过观察珊瑚的形态设计出四道沟聚酯纤维，并通过服装设计工艺来设计高导湿快干纤维，特点是吸湿量大且放湿速度快，能迅速把蒸汽和汗液向外释放，而且具有优良的保暖防寒作用，提高了服装面料的透气性和功能性。人们冬天所穿的保暖内衣面料仿生北极熊的皮毛结构。北极熊的皮毛结构是中空的管状结构，面料设计者使用人工合成碳管纤维设计出一种具有弹性的轻质材料，这种结构能够吸收紫外线带来的热量，并有效地减少热量逃逸[18]。X-BIONIC是瑞士运动用品第一品牌，研发出了革命性的Fennec恒温运动服装材质，通过模仿大耳小银狐的表皮，不仅能够反射外界的热辐射，还可以阻断人体自身的热辐射，类似双向调节的空调，不仅能够抵御炎热的环境，还能储存人体热量。X-BIONIC还研发出另一款模仿两栖动物薄膜的运动服装，能够3 s吸汗，6 s扩散，8 s将汗水排出体外。

综上所述，仿生元素在运动服装面料设计中的应用能够有效地对服装进行创新，拓展服装设计的思路，有利于丰富服装面料设计方法和个性化表现形式。在运动服装面料的设计过程中，面料的仿生设计通过面料的图案仿生模拟、肌理仿生模拟、人造纤维的设计开发3个方式进行。今后的研究需要深入探索仿生元素组合设计，将服装面料与生态环境进行有效结合，提高运动服装面料设计的实用性、美观性、功能性。设计研究者需要深入认识和发掘自然之美，并用艺术设计的巧思结合各个运动项目的技术特点。

4 展望

远红外面料的研究已经受到国内外科研人员的重视，取得了一定的成果。远红外纺织品具有优异的保温、改善微循环、消除肌肉疲劳等性能。智能调温服装的集成化和可穿性有显著的提高。仿生设计能够拓展服装设计的思路，有利于丰富服装面料设计的方法和个性化表现形式。今后的研究方向：将服装面料与生态环境进行有效结合；追踪这类运动服装对人体消化、呼吸、循环、内分泌、神经、泌尿以及生殖系统的影响，在追求功能和高科技的同时重视健康；制定可鉴易测的运动服评价方法和指标体系。