通過實驗研究玉石纖維的熱濕舒適性能

　　玉石纖維是運用萃取和納米技術，使玉石和其他礦物質材料達到亞納米級粒徑，然后熔入滌綸紡絲熔體中，經紡絲加工制成。玉石和其他礦物質粒子的加入賦予了玉石纖維很多獨特的功能，如保健、降溫、抗菌等。每一根玉石纖維都呈內外貫穿的蜂窩狀微孔結構，這種獨特的微孔中空結構使得纖維的比表面積增加，毛細管芯吸效果好，從而提高了纖維的表面性能，使其具有吸濕、排汗、快干的特性。圖1為玉石纖維的形態結構。由于玉石能夠改善血液微循環，促進新陳代謝，帶走熱量，從而達到降溫效果，穿著玉石纖維制成的織物，人體感覺有較好的涼爽感，特別適合在炎熱的夏季或運動時穿著。試驗證明，溫度在32℃以上時，玉石纖維織物能降溫1.2～2.0℃，是T恤、貼身內衣、運動衣等面料的最佳材料。本文就玉石纖維熱濕舒適性兩個重要指標保暖性和透濕性進行研究，并分析了影響其保暖性和透濕性的因素。

　　1實驗

　　1.1實驗環境實驗在恒溫恒濕的室內進行，溫度為23±1℃，濕度65%±2%，風速≤0.1m/s。

　　1.2實驗材料選擇滌綸、莫代爾、滌棉、棉+超細丙綸且織物規格和玉石纖維織物較相近的4種織物，分別作保暖性和透濕性的對比測試。5種織物成分與規格見表1。

　　1.3測試儀器與方法

　　1.3.1保暖性測試

　　(1)干燥狀態下織物保暖性測試。用PBW-25智能平板式織物保溫儀測定。

　　(2)汗濕狀態下織物保暖性測試。選取一塊吸濕性強的針織物，潤濕后覆蓋在實驗板表面模擬出汗狀態的人體皮膚，用PBW-25智能平板式織物保溫儀測定汗濕織物保暖性。

　　(3)空氣層對織物保暖性影響測試。使用不同厚度的空氣層支架，裝在保溫儀實驗板上，將玉石纖維織物依次在不同厚度空氣層下，用PBW-25智能平板式織物保溫儀測定其保暖性。

　　1.3.2透濕性能測試用PBW-25智能平板式織物保溫儀，模擬蒸發熱板法測定織物透濕性能。選取一塊吸濕性強的薄型針織物，潤濕后覆蓋在實驗板表面模擬多孔電熱實驗板上的水分蒸發，測試織物的透濕性能。

　　2實驗結果與分析

　　2.1保暖性分析評價織物保暖性指標有多種，這里采用克羅值來表示。織物的克羅值除了與纖維材料有關外，還與織物厚度有關，為了排除不同織物厚度對織物熱阻的影響，將織物熱阻值除以該織物厚度，得到單位厚度織物熱阻值(clo•mm-1)來表示。

　　2.1.1干濕態條件下織物保暖性分析5種織物在干燥狀態和汗濕狀態下的單位厚度熱阻值見表2。

　　(1)在織物呈干燥狀態且內外表面存在溫度差的情況下，熱量的散失方式主要為傳導散熱。

　　5種織物中，滌綸和滌棉織物的干態熱阻值接近，都比較大，說明滌綸纖維熱傳導性較差。棉+超細丙綸中由于混紡入了超細丙綸，熱傳導性比滌棉稍好，莫代爾為高濕模量的纖維素再生纖維，熱傳導性較好。玉石纖維的干態熱阻值在5種織物里最小，因為玉石纖維呈內外貫穿的蜂窩狀微孔中空結構，這種微孔中空結構使得纖維的比表面積增加，超大的比表面積增加了纖維的傳導散熱面積，且內外貫穿的蜂窩狀微孔結構利于空氣的對流，從而加快與外界熱量的交換，因此具有良好的散熱性能。

　　(1)潤濕狀態下，5種織物的熱阻均明顯下降，表明織物的潤濕性對保暖性有很大的影響，被潤濕的織物氣孔中的大部分或一部分的空氣被水汽所替換，水的熱傳導率遠遠高于纖維的熱傳導率，更比空氣的熱傳導率大。所以從整體看來熱傳導率顯著增加，即織物的保暖性大為降低。

　　其中棉+超細丙綸濕態熱阻值最小，散熱性能最好，這是因為棉纖維有很好的吸濕性能，而超細丙綸具有很好的導水性能，能快速將棉纖維吸收的水份導到織物外部蒸發，提高織物的散熱速度。玉石纖維的濕態熱阻值也較小，織物被浸濕時水分大多以中間水分形式存在，它呈水滴狀態充滿在織物紗線之間的空隙中，并且因毛細管現象沿著紗線纖維鋪展，形成毛細水分，玉石纖維因其獨特的微孔中空結構使得纖維的毛細管芯吸效果好，能迅速將織物內的毛細水分排出并在織物外表面蒸發，所以散熱性能好。滌綸纖維由于吸濕性差，莫代爾雖吸濕性好但放濕性差，因而濕態下散熱性能均不理想。{page_break}

　　2.1.2空氣層對玉石纖維織物保暖性影響分析

　　人在穿著服裝時，由于體表是一個不規則曲面，服裝不可能完全貼合人體皮膚，人體和服裝之間存在一定的空隙，即空氣層。空氣是熱的不良導體，對服裝的熱阻有顯著的影響，實驗就空氣層厚度對玉石纖維織物干態和濕態下熱阻的影響進行了研究。圖2為空氣層厚度和織物熱阻的變化關系曲線。

　　從圖2中可以看出，干濕態條件下的熱阻變化趨勢類似。當織物緊貼熱板時，測得的熱阻值最小，當織物與熱板之間有一定的空氣層時，隨著空氣層的厚度增大，織物的熱阻增大。在空氣層厚度10mm以下，熱阻增大趨勢很明顯，隨著空氣層繼續增厚，熱阻增大的趨勢變緩，這是因為空氣層厚度增大到一定程度時，空氣對流加大。到空氣層厚度為15mm時，熱阻達到最高值。事實上，熱對流時時存在，但是在空氣層厚度15mm以下時，表現不明顯，當空氣層厚度增加到15mm以上時，空氣分子活躍起來，對流作用明顯，從而體現在熱阻值的下降。因此熱阻值隨著層間空氣厚度的增加先增大后減小。

　　2.2透濕性分析

　　由于透濕的過程中伴隨著熱的變化，因此，對織物的透濕性能進行評價時，通常采用透濕指數和熱阻之比進行綜合評定，透濕指數和熱阻之比稱為蒸發散熱效能。蒸發散熱效能是由美國陸軍環境醫學研究所的Goldman博士提出的透濕性能指標，計算公式如下：蒸發散熱效能=im/Rt。

　　式中Rt──服裝和邊界層空氣的總熱阻;im──服裝的透濕指數。熱阻越大，蒸發散熱效能越低;反之，蒸發散熱效能越高。表3為5種織物的蒸發散熱效能。

　　從表3可以看出，玉石纖維的蒸發散熱效能最高，說明透濕性能比其他幾種纖維好。玉石纖維的多微孔中空結構使得纖維的比表面積增加，表面能增高，表面吸附的水分子數多，吸濕性強。纖維表面的微孔貫通至中空部，水分可迅速地自纖維表面侵入到中空部，由于毛細效應可在中空部移動至外部，擴散入外層空間，快速蒸發到周圍大氣中去，使織物迅速干燥，達到較好的排汗、吸濕、快干的效果，特別適宜做人體大量出汗或炎熱氣候條件下穿用的服裝面料或運動服面料。

　　3結語

　　實驗表明，玉石纖維熱阻值最小，散熱性能明顯優于其他4種纖維，有較好的涼爽感;透濕性也優良，有較好的排汗、吸濕、快干的效果，適合制作內衣、運動衣及導熱散熱性能要求高的夏季織物。