御寒纺织服装制品的保暖性影响因素分析

韦玉辉，胡雅婷，王罡宇，丁雪梅，吴开明

(1.东华大学 服装与艺术设计学院，上海 200051； 2.安徽工程大学 纺织服装学院，安徽 芜湖 241000； 3.应急管理部上海消防研究所，上海 200032； 4.安徽古麒绒材股份有限公司，安徽 芜湖 241300)

絮填纺织服装制品能够有效阻挡热量的传导、对流和辐射，减少人体的热量散失，维持体温，因而成为人们冬季必不可少的御寒纺织服用制品[1-3]。御寒纺织服装制品属于可重复使用的产品，因其独特的包覆结构，在日常的洗护过程中，很容易出现填充材料堆绒或钻绒等现象[3-5]，使其保暖性下降。目前关于御寒纺织服装制品的研究主要集中在新型保暖材料的研发、结构款式、图案造型、缝制工艺、整体配色及其销售策略等方面[6-8]。关于御寒纺织服装制品自身特性(絮填材料种类、填充量、包覆面料、里料)和日常洗护(洗护方式、洗护设备参数、洗涤剂种类)与其保暖性的关系研究鲜见报道。

日常洗护是一个机械力、水流、洗涤剂等物理化学复合作用的过程，不当的洗护方式、洗护设备参数及洗涤剂产品均会不同程度地影响衣物洗后的服用性能[3,9-10]。絮填纺织服装制品作为御寒衣物的典型代表，具有独特的层状填充复合结构，其日常洗护过程及洗护性能的影响规律不同于单层衣物[3,11]，故研究絮填纺织服装制品自身特性、洗护方式、洗护设备参数和洗涤剂种类与其保暖性的关系是十分必要的。

本文分别从絮填纺织服装制品自身特性和日常洗护2个角度系统地探究影响絮填纺织服装制品保暖性的因素，以期为消费者正确洗护御寒纺织服装制品，尤其是絮填纺织服装制品提供参考，为洗护设备厂家研发专用于御寒纺织服装制品的洗护程序提供理论依据和技术指导。

1 试验部分

1.1 试验材料

选择使用频率较高的羽绒棉(涤纶)、舒弹棉(索罗纳聚合物)、PP棉(涤纶)及含绒量为50%的白鸭绒材料作为絮填材料；选择210T塔夫绸(1#)、300T塔夫绸(2#)、50D(5.5 tex)棉感记忆布(3#)、珠光银面料(4#)和灯芯绒(5#)作为试验用包覆面料与里料。除含绒量50%的白鸭绒为安徽古麒绒材股份有限公司提供，其余所有试验材料均购于浙江绍兴柯桥创新纺织科技有限公司，试验材料基本参数如表1所示。

表1 试验材料基本参数Tab.1 Basic parameters of experimental material

1.2 试验仪器

试验主要用到的仪器有：SFY241型织物经纬密度仪(常州德普纺织科技有限公司)；S-7200C型工业缝纫机(日本重机(中国)投资有限公司)；P-AO型轧车(佛山市顺德区容桂荟宝染整机械厂)；ZW-XT15型可视化洗脱机(泰州市汇涤机械设备有限)；CR-100s型超声波清洗机(无锡鼎实电子科技有限公司)；LX-Q6826型微纳米发生装置(浙江中澜环保设备有限公司)；YG(B)606E型平板式保温仪(温州市大荣纺织仪器有限公司)；WSB-3A型智能式数字白度仪(东莞市方圆仪器有限公司)；MF52-N型倒置荧光显微镜(广州市明美光电技术有限公司)。

1.3 试验设计

为探究影响絮填纺织服装制品保暖性的主要因素，试验絮填材料自身特性选择：絮填材料种类(羽绒棉、舒弹棉、PP棉、含绒量为50%的白鸭绒)、填充量(10、15、20、25 g)、包覆面料(面料和里料)；日常洗护选择：洗护设备参数(主洗转速、主洗时间、脱水时间、脱水转速)；洗护方式(超声波、微纳米气泡、机械搅拌；机械搅拌+超声波、机械搅拌+微纳米气泡)；洗涤剂种类(中性洗涤剂、碱性洗涤剂、洗衣粉、洗衣皂片、洗衣凝珠)作为试验变量。其中，絮填材料自身特性试验和洗护设备参数组合采用正交试验，洗护方式和洗涤剂种类试验采用单因素试验，具体试验设计如表2～4所示。此外，试验选择炭黑(工业级，粒径为5μm，上海文华化工有限公司)作为污渍源分析絮填纺织服装制品日常洗护与保暖性的关系。试验过程中，洗涤剂用量为固定值，为洗涤负载干质量的3%。

表2 御寒纺织服装制品自身特性与保暖性关系的试验设计Tab.2 Experimental design of relationship between self-property and warmth retention of cold-proof textile and clothing products

表3 洗护参数组合与保暖性关系的试验设计Tab.3 Experimental design of relationship between daily washing parameters and warmth retention

表4 洗涤剂特性与洗护方式的试验设计Tab.4 Experimental design of detergent properties and washing modes

1.4 样品制备

为探究御寒纺织服装制品自身特性对其保暖性的影响，首先将面料和里料裁成净样为36 cm×36 cm的方形试样(缝份1 cm)，将3边缝合，留出8 cm左右的充绒口，然后按照试验设计的参数进行充绒并封口，最终得到尺寸为35 cm×35 cm的方形成品。制作过程如图1(a)所示。

为探究日常洗护条件对御寒纺织服装制品保暖性的影响，首先将面料和里料裁成净样为36 cm×36 cm的方形试样(缝份1 cm)，3边缝合并留出8 cm左右的充绒口；然后将试样袋充分沾染上炭黑污渍，经轧车轧染均匀，轧液率为100%；最后，将炭黑污渍试样袋在80℃烘箱中烘干，按照试验设计的参数进行充绒并封口，得到尺寸为35 cm×35 cm的方形成品，制作过程如图1(b)所示。

图1 试验样品制备过程Fig.1 Preparation of experimental samples. (a) Cold-proof textile and clothing products;(b) Daily washing conditions

1.5 测试指标与方法

采用YG(B)606E型平板式保温仪对样品的克罗值进行测试，具体测试操作如下：将装有不同絮填材料的35 cm×35 cm的密封布包，平铺于规定测试区，启动仪器，进行测试。同时，为保证试验结果的稳定性，每个样品测试3次，取其平均值作为该样品的保暖性数据。整个测试在温度为(25±5) ℃，相对湿度为(65±5)%恒温恒湿试验环境完成。

2 结果与分析

2.1 御寒纺织服装制品自身特性与保暖性的关系分析

不同絮填材料和包覆材料对御寒纺织服装制品保暖性影响的试验结果及其影响规律分别见图2和表5。由图2和表5可知，絮料种类、填充量、面料、里料种类均会不同程度影响御寒纺织服装制品的保暖性。其中，影响的显著程度依次为：絮料填充量>絮料种类>里料种类>面料种类。4种絮料中，克罗值从大到小依次为含绒量50%白鸭绒>舒弹棉>羽绒棉>PP棉，说明含绒量50%白鸭绒保暖性最佳。

图2 御寒纺织服装制品自身特性对保暖性影响的试验结果Fig.2 Experimental results of effect of self-property on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

表5 御寒纺织服装制品自身特性对其保暖性影响规律Tab.5 Effect of self-property on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

图3示出各絮料的微观形貌。由图3(d)可知，白鸭绒属于一种由羽丝、绒枝、绒丝、羽轴构成的多维空隙结构的羽绒纤维材料，其中羽绒纤维的羽轴因其硬挺的中空结构，为羽绒纤维储存大量空气的空间结构提供了良好的力学支撑。而羽绒纤维的羽丝、绒枝、绒丝进一步细化了纤维的空间结构空隙，能够有效阻挡内部空气流动，使其容纳的大量空气成为静止空气。此外，羽绒纤维的羽轴、绒枝、绒丝和菱节也均为中空结构，存在大量不规则空隙，也进一步提升了其容纳静止空气的能力，故其保暖性最佳[3,12-13]。相反，舒弹棉、羽绒棉和PP棉均是利用纤细中空纤维的交错排列，形成空间结构，其容纳空气的能力相对有限，故其保暖性相对有限。

图3 絮料微观形貌(×5)Fig.3 Microstructure of filling material(×5). (a) Down-cotton;(b) Swabs-cotton; (c)PP-cotton;(d) 50% white duck down

结合图2和表5数据发现：随着填充量的增加，服装制品的保暖性呈现增加趋势，但超过一定限度，继续增加絮料，制品保暖性提高并不明显甚至轻微下降。因为保暖性主要与静止空气含量有关，在一定填充空间结构中，随着絮料填充量的增加，空间被分割成越来越小的容纳静止空气的有效微空隙，超过一定界限后再继续增加填充量，会导致容纳静止空气的微空间变小，故保暖性增加不明显甚至轻微下降。面料和里料在一定程度上会影响御寒纺织服装制品保暖性，但影响程度较小(P>0.05)，说明御寒纺织服装面料的选择只需满足基础的防风、透气等要求即可。外面包覆材料主要通过纱线之间空隙、面料厚度影响制品保暖性，而试验所选择的面料均属于高密织物，纱线之间的空隙均较小，且无明显差异，故其保暖性差异不显著。最终得出保暖性最佳的参数组合为包覆材料选取灯芯绒(面料)和300T塔夫绸(里料)，35 cm×35 cm的试样中填充15 g含绒量为50%白鸭绒，因此后续试验均采用最佳参数组合下的试验样品进行测试。

2.2 洗护方式与保暖性的关系分析

不同洗护方式对御寒纺织服装制品保暖性影响的试验结果见图4。

注：1—机械搅拌洗护，2—超声波洗护，3—微纳米气泡洗护，1+2—机械搅拌+超声波洗护，1+3—机械搅拌+微纳米气泡洗护方式。图4 洗涤方式对制品保暖性影响试验结果Fig.4 Experimental results of effect of washing models on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

由图4可知，4种絮填材料，均呈现洗护方式显著影响絮填纺织服装制品保暖性的趋势，其下降显著程度基本上依次为机械搅拌>机械搅拌+微纳米气泡>机械搅拌+超声波>超声波洗护>微纳米气泡。机械搅拌洗护过程，制品会经历连续摔打、缠绕、摩擦、揉搓、坠落及水流冲击等剧烈复杂机械外力作用，很容易造成纤维断裂或者空间结构受损破坏，故保暖性下降较大。在日常洗护过程中，在保证洗涤效果的情况下，应尽量减少机械搅拌或缩短搅拌时间。而微纳米气泡和超声波洗涤过程是通过微小气泡空化作用或带电离子的离子作用力，使表面污渍清除，其洗护过程相对温和，制品无剧烈摔打、缠绕、摩擦等机械运动，其纤维和纤维空间结构的变化相对较小，故保暖性较稳定。

相比于单纯的机械搅拌式洗护方式，经超声波洗护、微纳米气泡洗护、机械搅拌+超声波洗护后的样品的保暖性下降程度均有明显改善，机械搅拌+微纳米气泡洗护后的改善效果不明显。但机械搅拌是清除衣物表面污渍的关键，相比于单纯的机械搅拌式洗护方式，机械搅拌+超声波或者机械搅拌+微纳米气泡洗护方式的保暖性下降程度有明显改善。复合洗护方式可以充分发挥2种洗护方式的优势(如机械搅拌+超声波洗护不仅能够机械去污，还可以发挥超声波的空化作用，进一步强化清洗液的化学作用)，加速污渍剥离，缩短洗护时间，降低洗护损伤，故在今后洗护研究中，应重视复合洗护方式的开发，以便最大限度的提升洗涤效率和保护衣物品质。

2.3 日常洗护设备参数组合与保暖性的关系分析

机械搅拌为当前最常用的衣物洗护方式，故在此部分仅对机械搅拌式洗护设备参数组合与保暖性的关系进行研究。图5示出不同机械搅拌式洗护设备参数组合(见表3)对御寒纺织服装制品保暖性影响的试验结果。

图5 日常洗护设备参数组合对保暖性影响试验结果Fig.5 Experimental results of effect of daily washing parameters on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

由图5可知，无论何种洗护参数组合，经过洗护处理后4种絮填材料的保暖性均呈现下降趋势，其下降程度从大到小依次为含绒量50%白鸭绒(32.4%)>羽绒棉(25.7%)>舒弹棉(24.1%)>PP棉(19.3%)。羽绒是由羽轴(空间骨架支撑作用)、绒枝(网状)、绒丝、菱节多级朵状结构的蛋白质纤维，强力低，受外力作用易折断，遇水空间结构坍塌，故洗护处理后的羽绒材料保暖性下降明显。羽绒棉和舒弹棉分别由纤细化纤和纤细卷曲中空植物纤维定向排列构成，空间结构稳定性相对低，外力轻微作用，便可使其空间结构破坏。而洗护过程是一个机械搅拌、摩擦、摔打、水流冲刷等相互作用的过程，很容易导致羽绒棉和舒弹棉的纤细纤维断裂或空间结构损伤或塌陷，且不可逆，容纳静止空气能力下降，故其保暖性下降也相对明显。PP棉属于由中空纤维通过相互交叉缠绕形成三维卷曲的空间螺旋结构，纤维交织点较多，结构相对稳定，洗护处理对其影响相对较小，故保暖性下降较小。

主洗阶段，转速较低，制品与筒壁发生相对运动，二者摩擦较大，易导致纤维及纤维之间的空间结构受损，故主洗转速和主洗时间对其保暖性的影响较大(P<0.01)。脱水阶段，转速较大，制品紧贴筒壁，制品随筒壁做离心运动，二者无相对运动，无相对摩擦，故脱水时间和脱水转速对其保暖性的影响不大(P<0.05)。因此，在洗护参数组合中，主洗时间和主洗转速是影响4种絮填材料保暖性下降的主要因素，脱水时间和脱水转速的影响相对较小。

2.4 洗涤剂种类与保暖性关系分析

不同洗涤剂种类对御寒纺织服装制品保暖性的影响见图6。由图可知，洗涤剂种类在一定程度上会影响絮填材料保暖性，且不同洗涤剂的影响趋势存在轻微差异。其中，洗衣粉对4种絮料(羽绒棉、舒弹棉、PP棉和羽绒材料)的保暖性影响均相对较大，中性洗涤剂对4种絮料的保暖性影响均相对较小。这是因为洗衣粉中的碱性成分会使絮料的超细纤维或绒丝受损甚至断裂，使其储存空气能力下降，从而导致试样的克罗值较低，保暖性下降。而中性洗衣液的pH值为中性，对纤维的损伤较小，因此试样的克罗值较大，保暖性下降相对较小。

图6 洗涤剂种类对制品保暖性影响试验结果Fig.6 Experimental results of the effect of detergents on warmth retention of cold-proof textile and clothing

不同洗涤剂种类与羽绒絮料保暖性的关系显著(P<0.01)；对羽绒棉、舒弹棉、PP棉保暖性的影响差异不大(P>0.05)。白鸭羽绒絮料属于天然蛋白质纤维，易受外界环境(酸碱、表面活性剂等化学试剂)的影响，故洗涤剂种类对其保暖性的影响较大。羽绒棉、舒弹棉、PP棉属于合成纤维，对外界环境的酸碱度、化学试剂等反应敏感度较低，受其影响的程度较小，故不同洗涤剂种类对其保暖性的影响较小。

5种洗涤剂中，洗衣粉的去污效果最佳，中性洗衣液、碱性洗衣液、洗衣皂片、洗衣凝珠的洗净率均相对较好，但差异不大，说明在日常洗护过程中，除洗衣粉外，其他洗涤剂可从经济成本角度进行选择。洗衣凝珠洗护后的制品柔顺性和芳香气味最佳，因此若对制品柔顺度和芳香气味有要求，建议选择洗衣凝珠进行洗护。

3 结束语

从日常使用角度，系统探究影响御寒纺织服装制品保暖性的主要因素，研究发现影响御寒纺织服装制品保暖性的因素依次为：絮料种类>絮料填充量>洗护方式>洗护设备参数组合>洗涤剂产品>包覆材料，具体结论如下：

①制品自身特性方面。影响御寒纺织服装制品的显著因素依次为：絮料填充量>絮料种类>里料种类>面料种类；御寒纺织服装制品最佳的保暖性面辅料搭配组合为：包覆材料选取灯芯绒和300T塔夫绸，35 cm×35 cm的试样中填充15 g含绒量为50%的白鸭绒材料。

②洗护方式方面。无论何种洗护方式，洗护处理后制品保暖性均呈现下降趋势，不同洗护方式的下降显著程度依次为机械搅拌>机械搅拌+微纳米气泡>机械搅拌+超声波>超声波洗护>微纳米气泡，在今后的日常洗护程序研发中，应注重复合洗护方式的开发。

③日常洗护设备参数组合方面。主洗时间和主洗转速是影响御寒纺织服装制品保暖性的关键因素(P<0.01)，脱水时间和脱水转速对其影响不大(P>0.05)。

④洗涤剂种类方面，洗衣粉对各种絮料制品保暖性影响显著(P<0.01)，中性洗涤剂、碱性洗涤剂、洗衣皂和洗衣凝珠对其保暖性方面的影响相对较小(P>0.05)，故御寒纺织服装制品日常洗护过程中，应尽量避免洗衣粉的使用。