御寒紡織服裝制品的保暖性影響因素分析

韋玉輝，胡雅婷，王罡宇，丁雪梅，吳開明

(1.東華大學 服裝與藝術(shù)設計學院，上海 200051； 2.安徽工程大學 紡織服裝學院，安徽 蕪湖 241000； 3.應急管理部上海消防研究所，上海 200032； 4.安徽古麒絨材股份有限公司，安徽 蕪湖 241300)

絮填紡織服裝制品能夠有效阻擋熱量的傳導、對流和輻射，減少人體的熱量散失，維持體溫，因而成為人們冬季必不可少的御寒紡織服用制品[1-3]。御寒紡織服裝制品屬于可重復使用的產(chǎn)品，因其獨特的包覆結(jié)構(gòu)，在日常的洗護過程中，很容易出現(xiàn)填充材料堆絨或鉆絨等現(xiàn)象[3-5]，使其保暖性下降。目前關(guān)于御寒紡織服裝制品的研究主要集中在新型保暖材料的研發(fā)、結(jié)構(gòu)款式、圖案造型、縫制工藝、整體配色及其銷售策略等方面[6-8]。關(guān)于御寒紡織服裝制品自身特性(絮填材料種類、填充量、包覆面料、里料)和日常洗護(洗護方式、洗護設備參數(shù)、洗滌劑種類)與其保暖性的關(guān)系研究鮮見報道。

日常洗護是一個機械力、水流、洗滌劑等物理化學復合作用的過程，不當?shù)南醋o方式、洗護設備參數(shù)及洗滌劑產(chǎn)品均會不同程度地影響衣物洗后的服用性能[3,9-10]。絮填紡織服裝制品作為御寒衣物的典型代表，具有獨特的層狀填充復合結(jié)構(gòu)，其日常洗護過程及洗護性能的影響規(guī)律不同于單層衣物[3,11]，故研究絮填紡織服裝制品自身特性、洗護方式、洗護設備參數(shù)和洗滌劑種類與其保暖性的關(guān)系是十分必要的。

本文分別從絮填紡織服裝制品自身特性和日常洗護2個角度系統(tǒng)地探究影響絮填紡織服裝制品保暖性的因素，以期為消費者正確洗護御寒紡織服裝制品，尤其是絮填紡織服裝制品提供參考，為洗護設備廠家研發(fā)專用于御寒紡織服裝制品的洗護程序提供理論依據(jù)和技術(shù)指導。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

選擇使用頻率較高的羽絨棉(滌綸)、舒彈棉(索羅納聚合物)、PP棉(滌綸)及含絨量為50%的白鴨絨材料作為絮填材料；選擇210T塔夫綢(1#)、300T塔夫綢(2#)、50D(5.5 tex)棉感記憶布(3#)、珠光銀面料(4#)和燈芯絨(5#)作為試驗用包覆面料與里料。除含絨量50%的白鴨絨為安徽古麒絨材股份有限公司提供，其余所有試驗材料均購于浙江紹興柯橋創(chuàng)新紡織科技有限公司，試驗材料基本參數(shù)如表1所示。

表1 試驗材料基本參數(shù)Tab.1 Basic parameters of experimental material

1.2 試驗儀器

試驗主要用到的儀器有：SFY241型織物經(jīng)緯密度儀(常州德普紡織科技有限公司)；S-7200C型工業(yè)縫紉機(日本重機(中國)投資有限公司)；P-AO型軋車(佛山市順德區(qū)容桂薈寶染整機械廠)；ZW-XT15型可視化洗脫機(泰州市匯滌機械設備有限)；CR-100s型超聲波清洗機(無錫鼎實電子科技有限公司)；LX-Q6826型微納米發(fā)生裝置(浙江中瀾環(huán)保設備有限公司)；YG(B)606E型平板式保溫儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)；WSB-3A型智能式數(shù)字白度儀(東莞市方圓儀器有限公司)；MF52-N型倒置熒光顯微鏡(廣州市明美光電技術(shù)有限公司)。

1.3 試驗設計

為探究影響絮填紡織服裝制品保暖性的主要因素，試驗絮填材料自身特性選擇：絮填材料種類(羽絨棉、舒彈棉、PP棉、含絨量為50%的白鴨絨)、填充量(10、15、20、25 g)、包覆面料(面料和里料)；日常洗護選擇：洗護設備參數(shù)(主洗轉(zhuǎn)速、主洗時間、脫水時間、脫水轉(zhuǎn)速)；洗護方式(超聲波、微納米氣泡、機械攪拌；機械攪拌+超聲波、機械攪拌+微納米氣泡)；洗滌劑種類(中性洗滌劑、堿性洗滌劑、洗衣粉、洗衣皂片、洗衣凝珠)作為試驗變量。其中，絮填材料自身特性試驗和洗護設備參數(shù)組合采用正交試驗，洗護方式和洗滌劑種類試驗采用單因素試驗，具體試驗設計如表2～4所示。此外，試驗選擇炭黑(工業(yè)級，粒徑為5μm，上海文華化工有限公司)作為污漬源分析絮填紡織服裝制品日常洗護與保暖性的關(guān)系。試驗過程中，洗滌劑用量為固定值，為洗滌負載干質(zhì)量的3%。

表2 御寒紡織服裝制品自身特性與保暖性關(guān)系的試驗設計Tab.2 Experimental design of relationship between self-property and warmth retention of cold-proof textile and clothing products

表3 洗護參數(shù)組合與保暖性關(guān)系的試驗設計Tab.3 Experimental design of relationship between daily washing parameters and warmth retention

表4 洗滌劑特性與洗護方式的試驗設計Tab.4 Experimental design of detergent properties and washing modes

1.4 樣品制備

為探究御寒紡織服裝制品自身特性對其保暖性的影響，首先將面料和里料裁成凈樣為36 cm×36 cm的方形試樣(縫份1 cm)，將3邊縫合，留出8 cm左右的充絨口，然后按照試驗設計的參數(shù)進行充絨并封口，最終得到尺寸為35 cm×35 cm的方形成品。制作過程如圖1(a)所示。

為探究日常洗護條件對御寒紡織服裝制品保暖性的影響，首先將面料和里料裁成凈樣為36 cm×36 cm的方形試樣(縫份1 cm)，3邊縫合并留出8 cm左右的充絨口；然后將試樣袋充分沾染上炭黑污漬，經(jīng)軋車軋染均勻，軋液率為100%；最后，將炭黑污漬試樣袋在80℃烘箱中烘干，按照試驗設計的參數(shù)進行充絨并封口，得到尺寸為35 cm×35 cm的方形成品，制作過程如圖1(b)所示。

圖1 試驗樣品制備過程Fig.1 Preparation of experimental samples. (a) Cold-proof textile and clothing products;(b) Daily washing conditions

1.5 測試指標與方法

采用YG(B)606E型平板式保溫儀對樣品的克羅值進行測試，具體測試操作如下：將裝有不同絮填材料的35 cm×35 cm的密封布包，平鋪于規(guī)定測試區(qū)，啟動儀器，進行測試。同時，為保證試驗結(jié)果的穩(wěn)定性，每個樣品測試3次，取其平均值作為該樣品的保暖性數(shù)據(jù)。整個測試在溫度為(25±5) ℃，相對濕度為(65±5)%恒溫恒濕試驗環(huán)境完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 御寒紡織服裝制品自身特性與保暖性的關(guān)系分析

不同絮填材料和包覆材料對御寒紡織服裝制品保暖性影響的試驗結(jié)果及其影響規(guī)律分別見圖2和表5。由圖2和表5可知，絮料種類、填充量、面料、里料種類均會不同程度影響御寒紡織服裝制品的保暖性。其中，影響的顯著程度依次為：絮料填充量>絮料種類>里料種類>面料種類。4種絮料中，克羅值從大到小依次為含絨量50%白鴨絨>舒彈棉>羽絨棉>PP棉，說明含絨量50%白鴨絨保暖性最佳。

圖2 御寒紡織服裝制品自身特性對保暖性影響的試驗結(jié)果Fig.2 Experimental results of effect of self-property on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

表5 御寒紡織服裝制品自身特性對其保暖性影響規(guī)律Tab.5 Effect of self-property on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

圖3示出各絮料的微觀形貌。由圖3(d)可知，白鴨絨屬于一種由羽絲、絨枝、絨絲、羽軸構(gòu)成的多維空隙結(jié)構(gòu)的羽絨纖維材料，其中羽絨纖維的羽軸因其硬挺的中空結(jié)構(gòu)，為羽絨纖維儲存大量空氣的空間結(jié)構(gòu)提供了良好的力學支撐。而羽絨纖維的羽絲、絨枝、絨絲進一步細化了纖維的空間結(jié)構(gòu)空隙，能夠有效阻擋內(nèi)部空氣流動，使其容納的大量空氣成為靜止空氣。此外，羽絨纖維的羽軸、絨枝、絨絲和菱節(jié)也均為中空結(jié)構(gòu)，存在大量不規(guī)則空隙，也進一步提升了其容納靜止空氣的能力，故其保暖性最佳[3,12-13]。相反，舒彈棉、羽絨棉和PP棉均是利用纖細中空纖維的交錯排列，形成空間結(jié)構(gòu)，其容納空氣的能力相對有限，故其保暖性相對有限。

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

結(jié)合圖2和表5數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：隨著填充量的增加，服裝制品的保暖性呈現(xiàn)增加趨勢，但超過一定限度，繼續(xù)增加絮料，制品保暖性提高并不明顯甚至輕微下降。因為保暖性主要與靜止空氣含量有關(guān)，在一定填充空間結(jié)構(gòu)中，隨著絮料填充量的增加，空間被分割成越來越小的容納靜止空氣的有效微空隙，超過一定界限后再繼續(xù)增加填充量，會導致容納靜止空氣的微空間變小，故保暖性增加不明顯甚至輕微下降。面料和里料在一定程度上會影響御寒紡織服裝制品保暖性，但影響程度較小(P>0.05)，說明御寒紡織服裝面料的選擇只需滿足基礎的防風、透氣等要求即可。外面包覆材料主要通過紗線之間空隙、面料厚度影響制品保暖性，而試驗所選擇的面料均屬于高密織物，紗線之間的空隙均較小，且無明顯差異，故其保暖性差異不顯著。最終得出保暖性最佳的參數(shù)組合為包覆材料選取燈芯絨(面料)和300T塔夫綢(里料)，35 cm×35 cm的試樣中填充15 g含絨量為50%白鴨絨，因此后續(xù)試驗均采用最佳參數(shù)組合下的試驗樣品進行測試。

2.2 洗護方式與保暖性的關(guān)系分析

不同洗護方式對御寒紡織服裝制品保暖性影響的試驗結(jié)果見圖4。

注：1—機械攪拌洗護，2—超聲波洗護，3—微納米氣泡洗護，1+2—機械攪拌+超聲波洗護，1+3—機械攪拌+微納米氣泡洗護方式。圖4 洗滌方式對制品保暖性影響試驗結(jié)果Fig.4 Experimental results of effect of washing models on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

由圖4可知，4種絮填材料，均呈現(xiàn)洗護方式顯著影響絮填紡織服裝制品保暖性的趨勢，其下降顯著程度基本上依次為機械攪拌>機械攪拌+微納米氣泡>機械攪拌+超聲波>超聲波洗護>微納米氣泡。機械攪拌洗護過程，制品會經(jīng)歷連續(xù)摔打、纏繞、摩擦、揉搓、墜落及水流沖擊等劇烈復雜機械外力作用，很容易造成纖維斷裂或者空間結(jié)構(gòu)受損破壞，故保暖性下降較大。在日常洗護過程中，在保證洗滌效果的情況下，應盡量減少機械攪拌或縮短攪拌時間。而微納米氣泡和超聲波洗滌過程是通過微小氣泡空化作用或帶電離子的離子作用力，使表面污漬清除，其洗護過程相對溫和，制品無劇烈摔打、纏繞、摩擦等機械運動，其纖維和纖維空間結(jié)構(gòu)的變化相對較小，故保暖性較穩(wěn)定。

相比于單純的機械攪拌式洗護方式，經(jīng)超聲波洗護、微納米氣泡洗護、機械攪拌+超聲波洗護后的樣品的保暖性下降程度均有明顯改善，機械攪拌+微納米氣泡洗護后的改善效果不明顯。但機械攪拌是清除衣物表面污漬的關(guān)鍵，相比于單純的機械攪拌式洗護方式，機械攪拌+超聲波或者機械攪拌+微納米氣泡洗護方式的保暖性下降程度有明顯改善。復合洗護方式可以充分發(fā)揮2種洗護方式的優(yōu)勢(如機械攪拌+超聲波洗護不僅能夠機械去污，還可以發(fā)揮超聲波的空化作用，進一步強化清洗液的化學作用)，加速污漬剝離，縮短洗護時間，降低洗護損傷，故在今后洗護研究中，應重視復合洗護方式的開發(fā)，以便最大限度的提升洗滌效率和保護衣物品質(zhì)。

2.3 日常洗護設備參數(shù)組合與保暖性的關(guān)系分析

機械攪拌為當前最常用的衣物洗護方式，故在此部分僅對機械攪拌式洗護設備參數(shù)組合與保暖性的關(guān)系進行研究。圖5示出不同機械攪拌式洗護設備參數(shù)組合(見表3)對御寒紡織服裝制品保暖性影響的試驗結(jié)果。

圖5 日常洗護設備參數(shù)組合對保暖性影響試驗結(jié)果Fig.5 Experimental results of effect of daily washing parameters on warmth retention of cold-proof textile and clothing products

由圖5可知，無論何種洗護參數(shù)組合，經(jīng)過洗護處理后4種絮填材料的保暖性均呈現(xiàn)下降趨勢，其下降程度從大到小依次為含絨量50%白鴨絨(32.4%)>羽絨棉(25.7%)>舒彈棉(24.1%)>PP棉(19.3%)。羽絨是由羽軸(空間骨架支撐作用)、絨枝(網(wǎng)狀)、絨絲、菱節(jié)多級朵狀結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)纖維，強力低，受外力作用易折斷，遇水空間結(jié)構(gòu)坍塌，故洗護處理后的羽絨材料保暖性下降明顯。羽絨棉和舒彈棉分別由纖細化纖和纖細卷曲中空植物纖維定向排列構(gòu)成，空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相對低，外力輕微作用，便可使其空間結(jié)構(gòu)破壞。而洗護過程是一個機械攪拌、摩擦、摔打、水流沖刷等相互作用的過程，很容易導致羽絨棉和舒彈棉的纖細纖維斷裂或空間結(jié)構(gòu)損傷或塌陷，且不可逆，容納靜止空氣能力下降，故其保暖性下降也相對明顯。PP棉屬于由中空纖維通過相互交叉纏繞形成三維卷曲的空間螺旋結(jié)構(gòu)，纖維交織點較多，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，洗護處理對其影響相對較小，故保暖性下降較小。

主洗階段，轉(zhuǎn)速較低，制品與筒壁發(fā)生相對運動，二者摩擦較大，易導致纖維及纖維之間的空間結(jié)構(gòu)受損，故主洗轉(zhuǎn)速和主洗時間對其保暖性的影響較大(P<0.01)。脫水階段，轉(zhuǎn)速較大，制品緊貼筒壁，制品隨筒壁做離心運動，二者無相對運動，無相對摩擦，故脫水時間和脫水轉(zhuǎn)速對其保暖性的影響不大(P<0.05)。因此，在洗護參數(shù)組合中，主洗時間和主洗轉(zhuǎn)速是影響4種絮填材料保暖性下降的主要因素，脫水時間和脫水轉(zhuǎn)速的影響相對較小。

2.4 洗滌劑種類與保暖性關(guān)系分析

不同洗滌劑種類對御寒紡織服裝制品保暖性的影響見圖6。由圖可知，洗滌劑種類在一定程度上會影響絮填材料保暖性，且不同洗滌劑的影響趨勢存在輕微差異。其中，洗衣粉對4種絮料(羽絨棉、舒彈棉、PP棉和羽絨材料)的保暖性影響均相對較大，中性洗滌劑對4種絮料的保暖性影響均相對較小。這是因為洗衣粉中的堿性成分會使絮料的超細纖維或絨絲受損甚至斷裂，使其儲存空氣能力下降，從而導致試樣的克羅值較低，保暖性下降。而中性洗衣液的pH值為中性，對纖維的損傷較小，因此試樣的克羅值較大，保暖性下降相對較小。

圖6 洗滌劑種類對制品保暖性影響試驗結(jié)果Fig.6 Experimental results of the effect of detergents on warmth retention of cold-proof textile and clothing

不同洗滌劑種類與羽絨絮料保暖性的關(guān)系顯著(P<0.01)；對羽絨棉、舒彈棉、PP棉保暖性的影響差異不大(P>0.05)。白鴨羽絨絮料屬于天然蛋白質(zhì)纖維，易受外界環(huán)境(酸堿、表面活性劑等化學試劑)的影響，故洗滌劑種類對其保暖性的影響較大。羽絨棉、舒彈棉、PP棉屬于合成纖維，對外界環(huán)境的酸堿度、化學試劑等反應敏感度較低，受其影響的程度較小，故不同洗滌劑種類對其保暖性的影響較小。

5種洗滌劑中，洗衣粉的去污效果最佳，中性洗衣液、堿性洗衣液、洗衣皂片、洗衣凝珠的洗凈率均相對較好，但差異不大，說明在日常洗護過程中，除洗衣粉外，其他洗滌劑可從經(jīng)濟成本角度進行選擇。洗衣凝珠洗護后的制品柔順性和芳香氣味最佳，因此若對制品柔順度和芳香氣味有要求，建議選擇洗衣凝珠進行洗護。

3 結(jié)束語

從日常使用角度，系統(tǒng)探究影響御寒紡織服裝制品保暖性的主要因素，研究發(fā)現(xiàn)影響御寒紡織服裝制品保暖性的因素依次為：絮料種類>絮料填充量>洗護方式>洗護設備參數(shù)組合>洗滌劑產(chǎn)品>包覆材料，具體結(jié)論如下：

①制品自身特性方面。影響御寒紡織服裝制品的顯著因素依次為：絮料填充量>絮料種類>里料種類>面料種類；御寒紡織服裝制品最佳的保暖性面輔料搭配組合為：包覆材料選取燈芯絨和300T塔夫綢，35 cm×35 cm的試樣中填充15 g含絨量為50%的白鴨絨材料。

②洗護方式方面。無論何種洗護方式，洗護處理后制品保暖性均呈現(xiàn)下降趨勢，不同洗護方式的下降顯著程度依次為機械攪拌>機械攪拌+微納米氣泡>機械攪拌+超聲波>超聲波洗護>微納米氣泡，在今后的日常洗護程序研發(fā)中，應注重復合洗護方式的開發(fā)。

③日常洗護設備參數(shù)組合方面。主洗時間和主洗轉(zhuǎn)速是影響御寒紡織服裝制品保暖性的關(guān)鍵因素(P<0.01)，脫水時間和脫水轉(zhuǎn)速對其影響不大(P>0.05)。

④洗滌劑種類方面，洗衣粉對各種絮料制品保暖性影響顯著(P<0.01)，中性洗滌劑、堿性洗滌劑、洗衣皂和洗衣凝珠對其保暖性方面的影響相對較小(P>0.05)，故御寒紡織服裝制品日常洗護過程中，應盡量避免洗衣粉的使用。