暖体出汗假人的双层保暖内衣热舒适性研究
发布时间:2019-09-16 16:56
服装与人体之间的空气层体积对服装的热阻和湿阻均有重要影响。McCullough E.A.等曾使用站立式假人分别对宽松长裤和紧身长裤的热阻进行过测量，通过比较发现宽松长裤的热阻大于相同条件下的紧身长裤，并认为服装内空气层厚度是决定服装热阻的一个重要因素。Y. S. Chen等使用出汗暖体假人同时研究了夹克的放松量对热阻和湿阻的影响，发现在较小的空气层范围内，夹克的热阻和湿阻均逐渐增大。在有关服装松量对其热舒适性影响的研究中，大部分都局限于对服装热阻的测量，对服装湿阻的测量则比较有限。本研究以男士双层保暖针织内衣为研究对象，使用暖体出汗假人，对其热阻和湿阻进行了测量，并使用三维人体扫描仪对内衣与假人表面的空气层体积也进行了测量，以此探明保暖内衣与人体之间的空气层厚度对其热舒适性的影响。
1 实验方案
1.1 测量用服装
本研究中，选用号型为M、L、XL、XXL的 4 件男士双层保暖针织内衣进行测量。其中，M、L、XL及XXL号分别对应于紧身型、合体型、较宽松型、宽松型。4 件内衣均为圆领长袖，并随着号型的增大在胸围、腰围、肩宽指标上均匀增加，但衣长、袖长、领围指标上保持一致。内衣各部位尺寸如表 1 所示。
表 2 所示为保暖内衣织物的纤维组成及物理性能。
其中，织物的厚度由FAST-1在低负荷（196 Pa）下测量完成，弯曲刚度利用FAST-2测量完成，织物自身的热阻则由PREMETEST测量完成。
1.2 暖体假人
本研究使用站立式暖体出汗假人Walter对保暖内衣的热阻和湿阻进行测量。测量时假人上半身穿着不同号型的保暖内衣，下半身则穿着相同的紧身针织长裤。
1.3 三维人体扫描仪
三维人体扫描仪VITUS用于本次的人体测量。根据标准ISO20685：2005，测量前先对其进行校正。人体测量在（25 ± 2）℃的温度环境下进行。进行人体扫描时，假人头部固定，足部离地。扫描时先对裸态假人进行测量，以获得假人裸态时的体积，再对穿着不同号型内衣的假人进行测量，以获得穿着内衣的假人体积。为确保测量数据的可靠性，每种状态的测量都从假人的 3 个不同角度进行 3 次扫描。
1.4 热阻、湿阻及透湿指数的确定热阻可根据标准ASTM 1291-10获得，其计算公式如式（1）所示。
式（2）中，Re为湿阻（Pa·m2/W），Pss为皮肤温度下饱和水分蒸汽压 （Pa），Pas为环境温度下饱和水分蒸汽压（Pa），RHa为环境相对湿度（％），Res为皮肤湿阻（8.6 Pa·m2/W），He为蒸发热损失（W）。He=λQ，其中Q为出汗率，λ为蒸发热。
透湿指数（im）则可根据标准ISO 9920：2007（ISO2007）进行计算，如式（3）所示。
式（4）中，Vair为内衣与假人之间的空气体积，Vcl为着装假人的体积，Vbody为裸态假人的体积。
1.6 热阻和湿阻的测量
（1）在一个恒温恒湿的人工气候室进行测量，环境温、湿度分别为（25 ± 2）℃、65％±5％；（2）整个测量过程假人平均皮肤温度维持在35 ℃；（3）所有内衣在进行测量前均在气候室放置24 h；（4）所有内衣各测量 3 次，且在下一次测量时先脱下然后穿上再进行测量；
（5）在测量热阻与湿阻时至少经过 8 h，待内衣水分积聚速度稳定后进行取值。
2 结果与讨论
2.1 热阻与湿阻测量结果
表 3 所示为不同号型的保暖内衣在不同空气层体积下的总体热阻与湿阻的测量值。
从表 3 可以看出，在保暖内衣所测号型范围内，其总体热阻随着号型的增大先增加后减小。当号型增加到XL时，其热阻大，说明此时内衣的保暖性能好。这是因为随着内衣号型的增加，内衣与假人之间的空气层体积也在增大，由于静止的空气热阻较高，这使得内衣的热阻也逐渐增加。但随着空气层体积的进一步增大，空气对流产生的热损失开始增加，因此热阻又会逐渐减小。从表 3 可以看出，在所测号型范围内，保暖内衣的湿阻随着内衣号型的增大则逐渐增加，且从M号增加到L号时，其增加较为明显，但从L号到XXL号时，增加较为缓慢，增加率逐渐减小。这与保暖内衣的纤维成分有关，其由100％纯棉纤维制成，吸湿性好，吸收的水分也不易散失到空气中去，因此湿阻也大。
2.2 发热内衣的透湿指数
由表 3 中保暖内衣热阻与湿阻的测量值及式（3）可计算其透湿指数。图 1 显示，保暖内衣的透湿指数随着内衣号型的增加而逐渐减小，且在L号和XL号时其透湿指数几乎保持一致。说明在保暖内衣所测号型范围内，M号热舒适性好，此时所对应的空气层体积为3 283cm3；XXL号差，相应的空气层体积为11 068 cm3。说明空气层体积是影响内衣热舒适性能的重要因素。
如图 2 所示，为进一步分析空气层体积对保暖内衣热阻的影响，建立了内衣与假人之间的空气层体积与其热阻之间的多项式回归模型（R2 = 0.99， p ＜ 0.05），其回归模型如式（5）所示。
其中y为内衣的总体热阻，x为内衣与假人之间的空气层体积。
从回归模型可以看出，保暖内衣的热阻在一定的空气层体积范围内逐渐增加，当热阻达到一定值后，会随着空气层体积的增大而逐渐减小。
2.4 空气层体积与湿阻的关系
图 3 所示为保暖内衣的湿阻随空气层体积的变化规律。为进一步分析空气层体积对保暖内衣湿阻的影响，建立了空气层体积与湿阻之间的多项式回归模型（R2 = 0.91，p ＜ 0.05），其回归模型如式（6）所示。
式（6）中，y为保暖内衣的湿阻，x为内衣与假人之间的空气层体积。
从回归模型可以看出，保暖内衣的湿阻在一定的空气层体积范围内逐渐增加，当湿阻达到一定值后，也随着空气层体积的增大而逐渐减小。
3 结论
一方面，在所测范围内，保暖内衣的热阻随着空气层体积的增加先增加后减小，而其湿阻在所测范围内则逐渐增加。从所建立的回归模型来看，热阻与湿阻均随着空气层体积的增加而增大到各自的大值，而后再逐渐减小。另一方面，保暖内衣的透湿指数在所测内衣号型范围内随着内衣号型的增加而逐渐减小，表明其热舒适性能逐渐减弱。基于此，本课题还将对保暖内衣的热舒适性及美观性进行进一步测量与评价，以确定保暖内衣热舒适性与美观性兼顾的合适的放松量设计。
