郝靜雅， 李艷梅*， 王方明

(1. 上海工程技術大學 服裝學院，上海 201620；2. 蘇州市興豐強紡織科技有限公司，江蘇 蘇州 215228)

保暖是服裝的基本功能。一般通過在服裝里料和面料之間添加保暖絮填料提高服裝的保暖性，保暖絮填料是纖維與靜止空氣的集合體，靜止空氣的導熱系數(shù)遠小于纖維材料[1]，因此增加服裝中的靜止空氣可有效提高服裝的保暖性，于是科研人員提出了充氣保暖服裝的設計思路。

國內研究主要從提高充氣服裝的美觀性和實用性兩方面優(yōu)化充氣服裝的設計。王娟[2]基于人體工學，將充氣服裝整體分割成很多獨立且相連的微小氣室，使得服裝在充氣狀態(tài)下產(chǎn)生紋理，并提高了服裝與人體曲面的貼合度。陳存木等[3]著眼于服裝生產(chǎn)與制作，將馬甲設計為H型結構，并將服裝前后片紙樣整合為一體，這樣的連通結構減少了剪裁的工序。龔家財?shù)萚4]從款式設計的角度出發(fā)，通過壓痕的合理分布，實現(xiàn)通氣氣道的分隔，并設置裝有透氣膜的單向充氣口，進一步優(yōu)化充氣內膽的結構設計。

2018年興豐強科技有限公司借鑒羽絨充絨面料的制作方法，開始研發(fā)充氣服裝。作者團隊與企業(yè)合作設計了一款充氣保暖馬甲，文中對其保暖性能、試樣內氣壓進行測試，同時對人體著裝運動時的保暖性能、最佳充氣厚度和熱濕舒適性加以評估，以期為企業(yè)和研究人員提供理論參考。

1 充氣服裝款式設計

1.1 面料選擇

充氣服裝面料由蘇州興豐強紡織科技有限公司生產(chǎn)，是以高密滌綸春亞紡為底布、熱壓附著無孔TPU薄膜的閉氣面料。底布面料為100%滌綸高密織物(面密度45 g/m2)，TPU薄膜厚度為0.015 mm，在溫度為80～120 ℃條件下采用FH-PUR熱熔膠復合機將薄膜與面料壓合而成(覆膜后閉氣面料的面密度為68 g/m2)，再使用公司膠合專利技術熱壓出面料的花型。

1.2 款式設計

充氣類服裝多為上裝，為使服裝精簡和實用，確定款式為H型等寬立領男士馬甲。前后片連裁，并通過前置雙頭開合拉鏈方便服裝的穿脫，并在服裝的右側口袋中設置充氣嘴。充氣馬甲的充氣嘴與充氣膠球通過一條內置小球的橡膠管相連，擠壓充氣膠球可以為服裝手動充氣。馬甲款式如圖1所示，內置軟管和膠球如圖2所示。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1原料 與充氣保暖馬甲相同的制作面料。

2.1.2儀器 YG141LA織物厚度儀、平板式保溫儀，均由寧波紡織儀器廠制造；電子游標卡尺，德清盛泰芯電子科技有限公司制造；GDH 13 AN電子氣壓計，德國Greisinger公司制造。

2.2 方法

2.2.1充氣試樣的制備 通過加熱壓制成邊長為40 cm的可充氣試樣，并在邊角處熱壓充氣嘴，具體如圖3所示。

2.2.2充氣試樣厚度的測試 先把試樣靜置在溫度(20±2)℃，相對濕度(65±2)%環(huán)境中24 h，使用織物厚度儀測量其厚度。將圖2中的手動充氣膠球和軟管連接，軟管另一頭與充氣試樣的充氣口連接，通過擠壓膠球對試樣進行充氣；充入一定量的氣體后，將正方形亞克力板(邊長40 cm、厚度4 mm)放置在試樣上，使得試樣盡可能保持平整，再用電子游標卡尺測量試樣與亞克力板的總厚度，減去亞克力板的厚度后記為試樣的充氣厚度，測量3次取平均值。

2.2.3充氣試樣保暖性的測試 依據(jù)GB/T 11048—1989《紡織品保暖性能試驗方法》控制實驗環(huán)境溫度(20±2)℃、相對濕度(65±2)% ，平板保溫儀加熱板溫度設為36 ℃，預加熱時間為30 min；在此條件下使用平板保溫儀測量不同厚度下試樣的保溫率、熱傳導系數(shù)和熱阻，測量3次取平均值。

2.2.4充氣試樣內氣壓的測試 在相同的實驗環(huán)境中，對試樣繼續(xù)充氣，以聽到輕微膠膜撕裂聲音時的充氣厚度為最大值，測其厚度；使用電子氣壓計測量此時試樣的內氣壓，測量3次取平均值。

2.3 充氣服裝的人體著裝運動實驗

2.3.1實驗對象 參與人體著裝運動實驗的5名22～25歲的在校男大學生(身高175～180 cm，體質量68～78 kg，BMI值21～25)，體態(tài)勻稱，身體健康。

2.3.2實驗儀器 學校自主研發(fā)的溫濕度測試儀器。硬件主要由溫濕度傳感器、NI數(shù)據(jù)采集裝置和電腦終端組成。在 Labview數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件中將傳感器反饋的電壓信號轉化為溫度和濕度的測試值。實驗前需對各個通路的傳感器進行測試和校準標定，以確保實驗數(shù)據(jù)的真實可靠性[5]。

2.3.3實驗方法 先在溫度為(15±2)℃、相對濕度為(60±2)%的條件下對測試服裝充氣后調溫調濕12 h，再讓實驗對象在此環(huán)境人工氣候倉中穿著號型為175/88A的相同襯衣和馬甲進行靜坐、行走、慢跑和休息4種活動，同時使用溫濕度測試儀分別對左胸口、背部、腰部、腹部[6-7]的襯衫外表面的近體表溫度和空氣層濕度進行測量。圖4為人體著裝運動實驗流程，圖5為測試著裝示意，圖6為傳感器測試部位示意。

3 結果與分析

3.1 充氣試樣的保暖性分析

保溫率、熱傳導系數(shù)和熱阻是表征樣品導熱性能的重要參數(shù)，試樣的保溫率越高，熱傳導系數(shù)越小，熱阻越大，則蓄熱保暖效果越好。不同厚度樣品的保暖參數(shù)測試結果見表1。由表1可以看出，試樣的充氣厚度越大，保溫率越高，充氣厚度從0～10 mm時，保溫率和熱阻有明顯的增大，繼續(xù)增加充氣厚度，保溫率和熱阻均有所增大，但是變化幅度不大，充氣厚度和保溫率之間并沒有明顯的線性關系。

表1 不同厚度樣品的保溫參數(shù)測試結果

Tab.1 Results of different thermal parameters under different thicknesses

實驗序號充氣厚度/mm保溫率/%熱傳導系數(shù)/(W/(m2·℃))熱阻/(m2·K/W)1027.2219.5251.152544.955.10120.9031056.246.50153.4541557.386.21161.2052058.755.86170.5062560.125.45182.90

3.2 充氣試樣的內氣壓分析

不同充氣厚度對應的袋內氣壓值見表2。利用Origin軟件對表2中數(shù)據(jù)進行差值擬合處理，使用Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法迭代至收斂，得到非線性擬合方程和差值擬合后的圖像，具體如圖7所示。對擬合方程的系數(shù)進行t檢驗，并對擬合方程進行F檢驗，檢驗均滿足p<0.05，且相關性參數(shù)值均高于0.995。由此表明，在95%的置信區(qū)間內，曲線擬合效果良好，符合試樣氣壓內的變化規(guī)律。

在充氣過程中，隨著充氣厚度的增加，試樣內部的充氣氣壓也在升高，試樣的柔軟性隨之降低；充氣厚度達到一定量后，繼續(xù)充氣試樣內氣壓驟增，直至有薄膜撕裂的微響聲。如此時繼續(xù)無節(jié)制充氣則會發(fā)生局部漏氣或者氣袋爆破，影響穿著的安全性，因此試樣內氣壓值也是篩選合適充氣厚度的重要指標。由圖7可以看出，在此熱壓花型中，充氣厚度大于20 mm時，試樣內氣壓驟然增加；而充氣厚度低于20 mm時，試樣內氣壓變化相對穩(wěn)定。在氣壓穩(wěn)定的厚度范圍內選取最高的充氣厚度，可以使服裝有較好的保暖性能，且確保安全，故確定20 mm為相對最佳的充氣厚度，并作為后續(xù)服裝實驗的充氣厚度值。

表2 充氣厚度與對應的氣壓值

Tab.2 Inflation thickness and corresponding air pressure value

實驗序號厚度/mm氣壓/kPa1234567891011121314151617262524232221201918171615141312111012.010.06.34.42.31.81.41.00.70.60.50.40.30.20.20.10

3.3 人體著裝運動的分析

環(huán)境溫度在35 ℃以下時體表溫度與溫度感覺密切相關，體表溫度是衡量人體熱舒適性的重要指標，溫度變化不僅可以直觀反映不同運動狀態(tài)下人體代謝產(chǎn)熱的變化，還可以間接反映人體的熱舒適性[8]。由于傳感器的硬件不易貼在人體上使用，故文中通過測量衣下空氣層的濕度和襯衫外表面近體表溫度評價服裝在不同運動狀態(tài)下的熱濕變化。以0.5 min為時間間隔，取時間段內實時數(shù)據(jù)平均值為該時間單元內的溫濕度值，隨后進行統(tǒng)計和分析。5名受試者各部位近體表溫度變化如圖8所示。

4 結語

通過對充氣保暖服裝的熱濕舒適性分析，驗證了在活動量較小時充氣保暖服裝有良好的熱濕舒適性。保暖性能和氣壓測試結果表明，在保證較高的保溫率和較穩(wěn)定的氣壓值時，這款充氣服裝最大充氣厚度為20 mm。該款充氣服裝在低強度運動時能通過服裝的領口、袖窿口和下擺等開口部位排出濕氣，保證日常工作及生活所需要的服用舒適性，但在跑步過程中的透濕性較差。因此，可以通過優(yōu)化設計服裝款式、改變服裝結構、在壓膠部位增加微孔等方式提高充氣服裝的透濕性能，使產(chǎn)品性能得到進一步完善，增加產(chǎn)品的實用性。