一、人體對服裝織物的要求
人穿衣服除了裝飾美觀之外，另一個重要目的是維持人體產(chǎn)熱與散熱的平衡，保持體溫使之感到舒適。不同的人產(chǎn)熱略有差異，但規(guī)律是一樣的，活動量大，產(chǎn)熱量也高。據(jù)學(xué)者測定[1]，人在各種狀態(tài)下的產(chǎn)熱功率見下表1，
人體散熱主要有輻射、傳導(dǎo)、對流、蒸發(fā)四種方式，人體散熱的百分?jǐn)?shù)可由表2說明[2]。
產(chǎn)熱（瓦） | |
睡 | 60 |
坐 | 100 |
慢走 | 200 |
快走 | 300 |
帶重物水平快走 | 500 |
帶重物在山上快走 | 600-800 |
很繁重的工作 | 1000-1200 |
由下表2可以看出，人體散熱的小部分需要通過服裝。有文獻記載[3]，人體在靜態(tài)，每個成年人每天需排出700-1200克汗水蒸汽，稱為"無感出汗"，在32-35℃的室外環(huán)境中搬運貨物，每小時需排出汗水1200-2000克的有感出汗蒸發(fā)。因此，服裝材料必須有良好的透濕性，否則會令人有悶感。
表2
散熱(%) | 熱量（千卡/天） | |
尿及屎 | 1.8 | 48 |
呼氣加溫 | 3.5 | 84 |
肺表面蒸發(fā) | 7.2 | 182 |
皮膚的蒸發(fā) | 14.5 | 364 |
皮膚的傳導(dǎo)、輻射 | 73.0 | 1792 |
計 | 100 | 2470 |
人體產(chǎn)熱很大一部分是通過對流、傳導(dǎo)、輻射形式散發(fā)的。對服裝而言，對流和傳導(dǎo)散熱兩種形式很難分開，常合在一起測試和論述。輻射散熱在氣流緩慢的環(huán)境中，占有較大比例，而在氣流較快環(huán)境(即有風(fēng))，溫度較低的情況下，絕大部分散熱是以對流、傳導(dǎo)形式進行的，這可從下表3中看出[4]。
表3
氣流 （厘米/秒） | 環(huán)境溫度（25℃） | 環(huán)境溫度（-40℃） | ||
輻射散熱% | 對流散熱% | 輥射散熱% | 對流散熱% | |
9 | 52 | 48 | 32 | 68 |
25 | 39 | 61 | 22 | 78 |
36 | 35 | 65 | 19 | 81 |
81 | 26 | 74 | 13 | 87 |
225 | 18 | 82 | 8 | 92 |
400 | 14 | 86 | 6 | 94 |
625 | 11 | 89 | 5 | 95 |
1024 | 9 | 91 | 4 | 96 |
2500 | 6 | 94 | 3 | 97 |
顯然，普通織物通過涂層整理以減少透氣量，對阻止服裝的對流散熱具有重要意義，對阻止輻射散熱也會有一定作用。由上我們可以看出，防風(fēng)防寒服裝用涂層織物必須具有良好的透
二、關(guān)干透氣性
由于空氣分子的流動，將人體熱量傳遞到衣外，這種叫對流散熱、人體為了保溫就要減少這種對流，其中很重要的是降低織物的透氣性。透氣性常以測定織物的透氣量來衡量。據(jù)資料[5]介紹，從防風(fēng)和保暖來看，織物的透氣量要很小。例如0.3-0.9毫升/厘米2·秒。(JISL1096弗雷澤法)。天然皮革服裝防風(fēng)保暖與其透氣量低亦很有關(guān)。一般織物透氣量很大，例如滌/棉卡其約8-l2毫升/厘米2·秒，這不利于防風(fēng)。高密度織物透氣量低，一般為0.5-2毫升/厘米2·秒左右，防風(fēng)保暖好，但目前生產(chǎn)效率低，成本較高。在普通織物上進行涂層以減少透氣量，目前是個比較好的辦法。用日本的ASTM織物保暖儀測得不同透氣量的涂層織物的保溫率見下表4[6]
表4
1＃ | 2＃ | |
透氣量(毫升/厘米2·秒) | 1.68 | 0.90 |
涂層量(克/米2) | 23.1 | 23.2 |
保溫率(%) | 6.3 | 10.5 |
(上述兩種涂層布用的是同一種涂層劑，同一種基布)
在有風(fēng)的環(huán)境中，涂層布的保溫作用更顯著。據(jù)有關(guān)單位試驗，用園筒保溫試驗儀測定有防風(fēng)涂層布和無防風(fēng)涂層布兩種相同厚度的試樣，它們的隔熱值(導(dǎo)熱系數(shù)的倒數(shù))見下表5[7]。
表5
風(fēng)速(米/秒) | 1 | 3 | 5 | 7 |
有防只涂層布 | 0.2239 | 0.2089 | 0.1950 | 0.1868 |
無防風(fēng)涂層布 | 0.2228 | 0.1998 | 0.1681 | 0.1458 |
隔熱值提高比率 | 0.4 | 4.5 | 16 | 28 |
由此可見，風(fēng)速越大，防風(fēng)涂層布的保溫作用越明顯。
各種涂層劑在基布上的成膜性是不一樣的，因而測得的涂層布的透氣量可以差別很大。我們用同一涂刮參數(shù)涂層，測得結(jié)果表明如下表6；
表6
涂層劑 | 涂層布透氣量毫升/厘米2·秒 | 基布 | |
原樣 | 機洗三次 | ||
國產(chǎn)PU3（溶劑型） 國產(chǎn)PU7（溶劑型 國產(chǎn)PAl(水性) 同上 同上 日本PU2（溶劑型） 日本PU3（溶劑型） 日本PU3（溶 同上 日本PA2（溶劑型） 意大利PU2(溶劑型) 瑞士PSi(水性) | 9.44 6.92 45.56 38.82 0.718 1.726 0.465 8.32 ＜0.28 5.3 8.5 7.34 | / / / / 1.158 1.87 0.498 7.48 0.618 5.6 8.44 8.88 | T/C卡其未前處理 同上 T/C細布未前處理 T/C細布有機硅前處理 T/C細布有機氟前處理 T/C卡其未前處理 同上 同上 T/C卡其有機氟前處理 T/C卡其未前處理 同上 同上 |
從表6可看出，非但不同的涂層劑在基布上的成膜性不同，因而透氣量不同，而且基布的涂前處理工藝對成膜后的透氣性也有很大影響。
三、關(guān)于透濕性
如前所述，人體有”有感出汗”和”無感出汗”蒸發(fā)，若人體不斷排出的汗汽不能通過服裝織物排出去，那么，在織物內(nèi)就要凝結(jié)(常溫下為液態(tài)的水)，由于水的導(dǎo)熱系數(shù)λ很大(見下表7)，這樣就大大地降低了服裝的保溫性。
表7
λ（千卡/米·小時·℃）20℃ | 比較值 | |
空氣 | 0.022 | 1 |
水 | 0.515 | 23.4 |
棉右 | 0.063 | 2.9 |
滌棉 | 0.072 | 3.2 |
有人曾做過下述實驗[6]，把兩塊透氣量近似而透濕性不同的涂層布，分別蓋在保溫瓶上，瓶內(nèi)裝有熱水，放入低溫箱內(nèi)(箱內(nèi)控制溫度為-22C)，測定瓶內(nèi)熱水溫度變化，數(shù)據(jù)見下表8；
表8
透濕量 (克/米2·24h） | 透氣量（毫升/厘米2·秒） | 溫水冷卻一定時間(分鐘)后的溫度 | ||||
0min | 20min | 40min | 60min | |||
涂層織物Ⅰ | 1618 | ＜0.28 | 35℃ | 31.5℃ | 28.4℃ | 25.8℃ |
涂層織物Ⅱ | 2571 | ＜0.28 | 35℃ | 31.7℃ | 28.9℃ | 26.6℃ |
從上表中可以看出，涂層織物I的保溫性能略差。
關(guān)于水蒸汽透過織物的途徑和機理有以下幾種[8]。
1．通過紗線問孔隙擴散
可由下列方程表示，
R=T/B+0.71d(1/B-1/√B)
R-水蒸汽擴散阻力，
T-織物厚度，
B-孔隙的面積分?jǐn)?shù)!
d-孔徑。
另外，還通過個別纖維的擴散，其機理是織物內(nèi)表面的纖維吸
2．通過涂層膜微孔
這種膜的外表面的微孔一般小于2μ，當(dāng)膜的兩面存在氣壓和濕度梯度差時，空氣和水蒸汽就能自由通過膜內(nèi)曲折的、貫通的微孔渠道。
透濕量WVT可由下式表示，
WVT=AB/[T+0.71d(l-B)]
B-開孔率(孔的體積%)
P-膜厚度
d-孔徑
A-常數(shù)
當(dāng)開孔率和厚度一定時，隨著孔徑的減小而透濕增加。
3．通過涂層膜的“分子間孔”(inter-molecularPore)或親水性基團
高分子上含有親水性基團，或涂層漿中加入適當(dāng)?shù)挠H水性物質(zhì)，都有利于透濕，透濕量WVT可由下式表示，
WVT=DS·P1-P2/L
D-擴散常數(shù)
S-溶解度系數(shù)
L-膜的厚度
P1，P2-膜的兩個表面間的水蒸汽分壓差。
我們研制了一種涂層防風(fēng)布，是選用適當(dāng)?shù)?span style="font-family:times new roman;">PU涂層劑，以及采用適當(dāng)薄涂等方法來解決低透氣和高透濕這兩個矛盾指標(biāo)的。具體工藝為，基布(滌/棉卡其)→前防水→涂層→后防水→成品。這種涂層布的透濕機理，我們認為主要是通過第一種渠道，即通過普通的孔隙擴散，因為根據(jù)實驗，其透濕量與透氣量存在著某些相應(yīng)的關(guān)系，但是涂層劑PU其上存在的某些親水基團，以及它的分子結(jié)構(gòu)中同時存在硬段與軟段的不勻性，對涂層布的透濕也起著良好的作用。實驗表明，在透氣量相近情況下，PU涂層布的透濕量比PA涂層布高得多。以上請見下表9；
表9
透氣量（毫升/厘米2·秒） | 透濕量（克/米2·24h） | ||
靜態(tài)法38℃ | 動態(tài)法40℃，90%RH | ||
小樣機涂 | ＜0.28 | 1836 | |
上述布經(jīng)高溫皂洗 | ＜0.28 | 2126 | |
大機器涂 | ＜0.28 | - | 4344(用硅膠作吸濕劑) |
手工涂刮 | 0.33 | 2541 | |
大機器涂 | 0.371 | 2640 | 5668(用硅膠作吸濕劑) |
6686（用無水氯化鈣作吸濕劑） | |||
手工涂刮 | 0.465 | 2651 | |
大機器涂 | 0.868 | - | |
手工涂刮 | 1.87 | 2868 | 6469(用硅膠作吸濕劑) |
比較用布 | |||
①涂另一種PU，微孔型 | ＜0. | 2586 | 6190（用無水氯化鈣作吸濕劑） |
②涂PA | 0.333 | 2177 | 3665（用無水氯化鈣作吸濕劑） |
上表中，所用的基布都是滌/棉65/35混紡布。透濕量測定方法靜態(tài)法是自擬的[9]，動態(tài)法是參照J1SZ0208-1976條件B測定的。
織物到底需要多少透濕量才能滿足穿著要求，這與衣服內(nèi)部與外部的溫濕度等有關(guān)，請見下表10[10，11]；
表10
衣服內(nèi)部 溫濕度 | 第一種情況 33℃，90%RH | 第二種情況 20℃，80%RH | ||||
外界溫濕度 | 溫度（℃） | RH% | (克/米2·24小時) | 溫度（℃） | RH% | (克/米2·24小時) |
20 10 0 -10 -20 | 40 40 40 40 40 | 2700 3030 3200 3320 3360 | - 10 0 -10 -20 | - 80 80 80 80 | - 660 1030 1240 1340 | |
注：該文作者認為，織物的透濕量3000是必要的，希望在4000以上·《測試方法都為J1SZ0289》。
四。關(guān)于低溫柔軟性
仿風(fēng)涂層布做的服裝主要應(yīng)用于寒區(qū)，若在低溫下(例如；-2OC～-30C)發(fā)硬發(fā)脆，穿著則不舒適；還有可能涂層膜局部破裂，致使透氣量增大而失去保溫防風(fēng)性能；或成膜牢度不好而易從布上脫落，造成不耐磨、不耐洗，這方面在國內(nèi)己有人進行過很好的研究[12]。再有，涂層布低溫柔軟性差，則是低溫下高分子鏈段的活動性變差，致使在某些情況下，低溫透濕性也略會變差。故而涂層布的低溫柔軟性也是一個主要的技術(shù)性能指標(biāo)。
柔軟性與基布、涂層劑、涂刮工藝等都有關(guān)，其中影響最大的為涂層劑。在實驗室篩選涂層劑時，我們采取兩種方法結(jié)合進行，一個是固定所有條件，包括基布、工藝、涂刮參數(shù)等，用不同的涂層劑涂刮小樣，測試涂層布的低溫性熊，例如低溫硬挺度等，作相對比較；另一個是把涂層劑制成膜，利用動態(tài)粘彈儀測定其內(nèi)耗峰所在溫度，或用DSC測定其玻璃化溫度Tg等。
涂層布的耐低溫性能測試方法有好幾種，但有的測試方法(例如低溫沖擊壓縮試驗方法等
上述涂層布中有些我們已做過試穿，試穿條件為:在哈爾濱地區(qū)，室外穿，氣溫=2O℃左右，年輕人穿，干重體力活，綜合效果較好的有，滌/棉卡其涂PU3、滌/棉卡其涂RC-3，而有的品種僅適用于指標(biāo)要求較低的場合。
關(guān)于一些涂層膜及涂層布的動態(tài)粘彈性能，其數(shù)據(jù)見下表12[6]。
在我們篩選的涂層劑中，PU3的低溫柔軟性是比較好的，但在-30℃時還不夠理想，這樣我們就通過其它方法改進，如涂層漿中酌加耐低溫的柔軟劑，基布在涂層前后進行有機硅防水劑處理等。
表11
織物 | 涂層 | 30℃硬挺度（厘米）經(jīng)向 | 透氣量(毫升/厘米2·秒) | 透濕量(克/米2·24h) |
滌棉卡其 | 未涂 | 6.0 | 9.04 | 6438 |
PU3 | 6.3 | 0.384 | 5547 | |
PU11 | 9.4 | 0.15 | ||
PA* | 9.7 | 0.893 | 5634 | |
CR-3 | 6.7 | 0.992 | 6669 | |
滌棉細布 | 未涂 | 4.7 | 42.7 | |
PU3 | 0.28 | |||
PA** | 7.8 | 0.333 | 3665 | |
錦綸綢 | 未涂 | 64.2 | ||
PU3 | 0.53 | |||
PA** | 7.6 | ＜0.28 | 1730 |
注：*某單位涂，漿內(nèi)加親水物質(zhì)。
**涂另一種PA。
表12
厚度 （厘米） | 內(nèi)耗峰所在位置溫度（℃） | ||||
低溫區(qū) | 高溫區(qū) | ||||
次峰 | 主峰 | ||||
薄膜 | PU3 | 0.01 | -118.8 | -28.7 | |
PU3+交聯(lián)劑 | 0.0061 | -134.0 | -16.7 | ||
PU11 | 0.0120 | -118.7 | -4.7 | ||
錦綸涂層布 | PU3 | 0.0130 | -51.0 | -26.8 | 98.9 |
滌/棉涂層布 | PU3 | 0.019 | -23.9 | 138.0 | |
滌/棉卡其涂層布 | PU3 | 0.0386 | -26.9 | 135.1 | |
PU11 | 0.0369 | -9.6 | 129.0 | ||
五、防水透濕與防風(fēng)透濕的異同
介紹防水透濕涂層方面的文章較多，大家較熟悉，但對文章防風(fēng)透濕潤涂層布較少述及。根據(jù)我們的體會這兩種布的主要特點如下；
防風(fēng)透濕潤涂層布 | 防水透濕涂層 | |
主要使用場合 | 寒區(qū)保溫用 | 常溫防水用 |
低溫柔軟性 | 要嫠高， | 一般要求 |
涂層布上孔隙 | 孔徑小，降低透氣量 | 孔徑小，提高耐水壓 |
表面抗?jié)裥?/span> | 一般要求 | 要求高 |
透濕性 | 要求在低溫下透濕好 | 常溫下透濕好 |
使用時耐老化性 | 一般要求，耐日曬要求較高 | 要求高，尤其是耐濕熱老化與氣候老化 |
國內(nèi)外介紹的一些防水透濕涂層布，若其低溫柔軟性好，則也能用于做防風(fēng)保溫布，否則就不甚適用。而防風(fēng)透濕涂層布經(jīng)防水劑浸軋?zhí)幚砗?，則也可以做一般性的防水用。
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