一、人体对服装织物的要求
人穿衣服除了装饰美观之外，另一个重要目的是维持人体产热与散热的平衡，保持体温使之感到舒适。不同的人产热略有差异，但规律是一样的，活动量大，产热量也高。据学者测定[1]，人在各种状态下的产热功率见下表1，
人体散热主要有辐射、传导、对流、蒸发四种方式，人体散热的百分数可由表2说明[2]。
|
产热（瓦） |
|
|
睡 |
60 |
|
坐 |
100 |
|
慢走 |
200 |
|
快走 |
300 |
|
带重物水平快走 |
500 |
|
带重物在山上快走 |
600-800 |
|
很繁重的工作 |
1000-1200 |
由下表2可以看出，人体散热的小部分需要通过服装。有文献记载[3]，人体在静态，每个成年人每天需排出700-1200克汗水蒸汽，称为"无感出汗"，在32-35℃的室外环境中搬运货物，每小时需排出汗水1200-2000克的有感出汗蒸发。因此，服装材料必须有良好的透湿性，否则会令人有闷感。
表2
|
散热(%) |
热量（千卡/天） |
|
|
尿及屎 |
1.8 |
48 |
|
呼气加温 |
3.5 |
84 |
|
肺表面蒸发 |
7.2 |
182 |
|
皮肤的蒸发 |
14.5 |
364 |
|
皮肤的传导、辐射 |
73.0 |
1792 |
|
计 |
100 |
2470 |
人体产热很大一部分是通过对流、传导、辐射形式散发的。对服装而言，对流和传导散热两种形式很难分开，常合在一起测试和论述。辐射散热在气流缓慢的环境中，占有较大比例，而在气流较快环境(即有风)，温度较低的情况下，绝大部分散热是以对流、传导形式进行的，这可从下表3中看出[4]。
表3
|
气流 （厘米/秒） |
环境温度（25℃） |
环境温度（-40℃） |
||
|
辐射散热% |
对流散热% |
辊射散热% |
对流散热% |
|
|
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 |
显然，普通织物通过涂层整理以减少透气量，对阻止服装的对流散热具有重要意义，对阻止辐射散热也会有一定作用。由上我们可以看出，防风防寒服装用涂层织物必须具有良好的透湿性，较小的透气性即防风性，较好的低温柔软性(以下有论述)，以及对于洗、晒、存放的稳定性等。
一、人体对服装织物的要求
人穿衣服除了装饰美观之外，另一个重要目的是维持人体产热与散热的平衡，保持体温使之感到舒适。不同的人产热略有差异，但规律是一样的，活动量大，产热量也高。据学者测定[1]，人在各种状态下的产热功率见下表1，
人体散热主要有辐射、传导、对流、蒸发四种方式，人体散热的百分数可由表2说明[2]。
|
产热（瓦） |
|
|
睡 |
60 |
|
坐 |
100 |
|
慢走 |
200 |
|
快走 |
300 |
|
带重物水平快走 |
500 |
|
带重物在山上快走 |
600-800 |
|
很繁重的工作 |
1000-1200 |
由下表2可以看出，人体散热的小部分需要通过服装。有文献记载[3]，人体在静态，每个成年人每天需排出700-1200克汗水蒸汽，称为"无感出汗"，在32-35℃的室外环境中搬运货物，每小时需排出汗水1200-2000克的有感出汗蒸发。因此，服装材料必须有良好的透湿性，否则会令人有闷感。
表2
|
散热(%) |
热量（千卡/天） |
|
|
尿及屎 |
1.8 |
48 |
|
呼气加温 |
3.5 |
84 |
|
肺表面蒸发 |
7.2 |
182 |
|
皮肤的蒸发 |
14.5 |
364 |
|
皮肤的传导、辐射 |
73.0 |
1792 |
|
计 |
100 |
2470 |
人体产热很大一部分是通过对流、传导、辐射形式散发的。对服装而言，对流和传导散热两种形式很难分开，常合在一起测试和论述。辐射散热在气流缓慢的环境中，占有较大比例，而在气流较快环境(即有风)，温度较低的情况下，绝大部分散热是以对流、传导形式进行的，这可从下表3中看出[4]。
表3
|
气流 （厘米/秒） |
环境温度（25℃） |
环境温度（-40℃） |
||
|
辐射散热% |
对流散热% |
辊射散热% |
对流散热% |
|
|
9 |
52 |
48 |
32 |
68 |
|
25 |
39 |
61 |
22 |
78 |
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36 |
35 |
65 |
19 |
81 |
|
81 |
26 |
74 |
13 |
87 |
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225 |
18 |
82 |
8 |
92 |
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400 |
14 |
86 |
6 |
94 |
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625 |
11 |
89 |
5 |
95 |
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1024 |
9 |
91 |
4 |
96 |
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2500 |
6 |
94 |
3 |
97 |
显然，普通织物通过涂层整理以减少透气量，对阻止服装的对流散热具有重要意义，对阻止辐射散热也会有一定作用。由上我们可以看出，防风防寒服装用涂层织物必须具有良好的透湿性，较小的透气性即防风性，较好的低温柔软性(以下有论述)，以及对于洗、晒、存放的稳定性等。
二、关干透气性
由于空气分子的流动，将人体热量传递到衣外，这种叫对流散热、人体为了保温就要减少这种对流，其中很重要的是降低织物的透气性。透气性常以测定织物的透气量来衡量。据资料[5]介绍，从防风和保暖来看，织物的透气量要很小。例如0.3-0.9毫升/厘米2·秒。(JISL1096弗雷泽法)。天然皮革服装防风保暖与其透气量低亦很有关。一般织物透气量很大，例如涤/棉卡其约8-l2毫升/厘米2·秒，这不利于防风。高密度织物透气量低，一般为0.5-2毫升/厘米2·秒左右，防风保暖好，但目前生产效率低，成本较高。在普通织物上进行涂层以减少透气量，目前是个比较好的办法。用日本的ASTM织物保暖仪测得不同透气量的涂层织物的保温率见下表4[6]
表4
|
1＃ |
2＃ |
|
|
透气量(毫升/厘米2·秒) |
1.68 |
0.90 |
|
涂层量(克/米2) |
23.1 |
23.2 |
|
保温率(%) |
6.3 |
10.5 |
(上述两种涂层布用的是同一种涂层剂，同一种基布)
在有风的环境中，涂层布的保温作用更显著。据有关单位试验，用园筒保温试验仪测定有防风涂层布和无防风涂层布两种相同厚度的试样，它们的隔热值(导热系数的倒数)见下表5[7]。
表5
|
风速(米/秒) |
1 |
3 |
5 |
7 |
|
有防只涂层布 |
0.2239 |
0.2089 |
0.1950 |
0.1868 |
|
无防风涂层布 |
0.2228 |
0.1998 |
0.1681 |
0.1458 |
|
隔热值提高比率 |
0.4 |
4.5 |
16 |
28 |
由此可见，风速越大，防风涂层布的保温作用越明显。
各种涂层剂在基布上的成膜性是不一样的，因而测得的涂层布的透气量可以差别很大。我们用同一涂刮参数涂层，测得结果表明如下表6；
表6
|
涂层剂 |
涂层布透气量毫升/厘米2·秒 |
基布 |
|
|
原样 |
机洗三次 |
||
|
国产PU3（溶剂型） 国产PU7（溶剂型 国产PAl(水性) 同上 同上 日本PU2（溶剂型） 日本PU3（溶剂型） 日本PU3（溶剂型 同上 日本PA2（溶剂型） 意大利PU2(溶剂型) 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卡其未前处理 同上 T/C细布未前处理 T/C细布有机硅前处理 T/C细布有机氟前处理 T/C卡其未前处理 同上 同上 T/C卡其有机氟前处理 T/C卡其未前处理 同上 同上 |
从表6可看出，非但不同的涂层剂在基布上的成膜性不同，因而透气量不同，而且基布的涂前处理工艺对成膜后的透气性也有很大影响。
三、关于透湿性
如前所述，人体有”有感出汗”和”无感出汗”蒸发，若人体不断排出的汗汽不能通过服装织物排出去，那么，在织物内就要凝结(常温下为液态的水)，由于水的导热系数λ很大(见下表7)，这样就大大地降低了服装的保温性。
表7
|
λ（千卡/米·小时·℃）20℃ |
比较值 |
|
|
空气 |
0.022 |
1 |
|
水 |
0.515 |
23.4 |
|
棉右 |
0.063 |
2.9 |
|
涤棉 |
0.072 |
3.2 |
有人曾做过下述实验[6]，把两块透气量近似而透湿性不同的涂层布，分别盖在保温瓶上，瓶内装有热水，放入低温箱内(箱内控制温度为-22C)，测定瓶内热水温度变化，数据见下表8；
表8
|
透湿量 (克/米2·24h） |
透气量（毫升/厘米2·秒） |
温水冷却一定时间(分钟)后的温度 |
||||
|
0min |
20min |
40min |
60min |
|||
|
涂层织物Ⅰ |
1618 |
＜0.28 |
35℃ |
31.5℃ |
28.4℃ |
25.8℃ |
|
涂层织物Ⅱ |
2571 |
＜0.28 |
35℃ |
31.7℃ |
28.9℃ |
26.6℃ |
从上表中可以看出，涂层织物I的保温性能略差。
关于水蒸汽透过织物的途径和机理有以下几种[8]。
1．通过纱线问孔隙扩散
可由下列方程表示，
R=T/B+0.71d(1/B-1/√B)
R-水蒸汽扩散阻力，
T-织物厚度，
B-孔隙的面积分数!
d-孔径。
另外，还通过个别纤维的扩散，其机理是织物内表面的纤维吸收水蒸汽，通过纤维结构扩散，在织物外表面解吸，这与纤维的亲水或疏水性质有关。
2．通过涂层膜微孔
这种膜的外表面的微孔一般小于2μ，当膜的两面存在气压和湿度梯度差时，空气和水蒸汽就能自由通过膜内曲折的、贯通的微孔渠道。
透湿量WVT可由下式表示，
WVT=AB/[T+0.71d(l-B)]
B-开孔率(孔的体积%)
P-膜厚度
d-孔径
A-常数
当开孔率和厚度一定时，随着孔径的减小而透湿增加。
3．通过涂层膜的“分子间孔”(inter-molecularPore)或亲水性基团
高分子上含有亲水性基团，或涂层浆中加入适当的亲水性物质，都有利于透湿，透湿量WVT可由下式表示，
WVT=DS·P1-P2/L
D-扩散常数
S-溶解度系数
L-膜的厚度
P1，P2-膜的两个表面间的水蒸汽分压差。
我们研制了一种涂层防风布，是选用适当的PU涂层剂，以及采用适当薄涂等方法来解决低透气和高透湿这两个矛盾指标的。具体工艺为，基布(涤/棉卡其)→前防水→涂层→后防水→成品。这种涂层布的透湿机理，我们认为主要是通过第一种渠道，即通过普通的孔隙扩散，因为根据实验，其透湿量与透气量存在着某些相应的关系，但是涂层剂PU其上存在的某些亲水基团，以及它的分子结构中同时存在硬段与软段的不匀性，对涂层布的透湿也起着良好的作用。实验表明，在透气量相近情况下，PU涂层布的透湿量比PA涂层布高得多。以上请见下表9；
表9
|
透气量（毫升/厘米2·秒） |
透湿量（克/米2·24h） |
||
|
静态法38℃ |
动态法40℃，90%RH |
||
|
小样机涂 |
＜0.28 |
1836 |
|
|
上述布经高温皂洗 |
＜0.28 |
2126 |
|
|
大机器涂 |
＜0.28 |
- |
4344(用硅胶作吸湿剂) |
|
手工涂刮 |
0.33 |
2541 |
|
|
大机器涂 |
0.371 |
2640 |
5668(用硅胶作吸湿剂) |
|
6686（用无水氯化钙作吸湿剂） |
|||
|
手工涂刮 |
0.465 |
2651 |
|
|
大机器涂 |
0.868 |
- |
|
|
手工涂刮 |
1.87 |
2868 |
6469(用硅胶作吸湿剂) |
|
比较用布 |
|||
|
①涂另一种PU，微孔型 |
＜0.28 |
2586 |
6190（用无水氯化钙作吸湿剂） |
|
②涂PA |
0.333 |
2177 |
3665（用无水氯化钙作吸湿剂） |
上表中，所用的基布都是涤/棉65/35混纺布。透湿量测定方法静态法是自拟的[9]，动态法是参照J1SZ0208-1976条件B测定的。
织物到底需要多少透湿量才能满足穿着要求，这与衣服内部与外部的温湿度等有关，请见下表10[10，11]；
表10
|
衣服内部 温湿度 |
第一种情况 33℃，90%RH |
第二种情况 20℃，80%RH |
||||
|
外界温湿度 |
温度（℃） |
RH% |
(克/米2·24小时) |
温度（℃） |
RH% |
(克/米2·24小时) |
|
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：该文作者认为，织物的透湿量3000是必要的，希望在4000以上·《测试方法都为J1SZ0289》。
四。关于低温柔软性
仿风涂层布做的服装主要应用于寒区，若在低温下(例如；-2OC～-30C)发硬发脆，穿着则不舒适；还有可能涂层膜局部破裂，致使透气量增大而失去保温防风性能；或成膜牢度不好而易从布上脱落，造成不耐磨、不耐洗，这方面在国内己有人进行过很好的研究[12]。再有，涂层布低温柔软性差，则是低温下高分子链段的活动性变差，致使在某些情况下，低温透湿性也略会变差。故而涂层布的低温柔软性也是一个主要的技术性能指标。
柔软性与基布、涂层剂、涂刮工艺等都有关，其中影响最大的为涂层剂。在实验室筛选涂层剂时，我们采取两种方法结合进行，一个是固定所有条件，包括基布、工艺、涂刮参数等，用不同的涂层剂涂刮小样，测试涂层布的低温性熊，例如低温硬挺度等，作相对比较；另一个是把涂层剂制成膜，利用动态粘弹仪测定其内耗峰所在温度，或用DSC测定其玻璃化温度Tg等。
涂层布的耐低温性能测试方法有好几种，但有的测试方法(例如低温冲击压缩试验方法等)，我们认为仅适用于合成革等涂得较厚的产品。美国军用规范微孔聚氨酯涂层棉布和尼纶布，其编号为MIL-C-83008A(USAF)，采用了一种测试方法:织物定向硬挺度试验方法-自重悬臂式测定方法(编号为FZD-STD-l9lA中的5204)；我们认为可以用于防风涂层布等薄涂布。在本题研究中，我们从实际出发，采用了下述一种低温硬挺度测定方法，把布条(经向12厘米，纬向2.5厘米)平放在低温箱内，在规定温度下放4小时以上，放在45°木制硬挺度测定架上，用手推(戴厚手套)测定滑出长度，布样共3条，涂面向上及向下各测一次，6个数字平均。利用这个方法测定的数据见表11。·
上述涂层布中有些我们已做过试穿，试穿条件为:在哈尔滨地区，室外穿，气温=2O℃左右，年轻人穿，干重体力活，综合效果较好的有，涤/棉卡其涂PU3、涤/棉卡其涂RC-3，而有的品种仅适用于指标要求较低的场合。
关于一些涂层膜及涂层布的动态粘弹性能，其数据见下表12[6]。
在我们筛选的涂层剂中，PU3的低温柔软性是比较好的，但在-30℃时还不够理想，这样我们就通过其它方法改进，如涂层浆中酌加耐低温的柔软剂，基布在涂层前后进行有机硅防水剂处理等。
表11
|
织物 |
涂层 |
30℃硬挺度（厘米）经向 |
透气量(毫升/厘米2·秒) |
透湿量(克/米2·24h) |
|
涤棉卡其 |
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 |
|
|
涤棉细布 |
未涂 |
4.7 |
42.7 |
|
|
PU3 |
0.28 |
|||
|
PA** |
7.8 |
0.333 |
3665 |
|
|
锦纶绸 |
未涂 |
64.2 |
||
|
PU3 |
0.53 |
|||
|
PA** |
7.6 |
＜0.28 |
1730 |
注：*某单位涂，浆内加亲水物质。
**涂另一种PA。
表12
|
厚度 （厘米） |
内耗峰所在位置温度（℃） |
||||
|
低温区 |
高温区 |
||||
|
次峰 |
主峰 |
||||
|
薄膜 |
PU3 |
0.01 |
-118.8 |
-28.7 |
|
|
PU3+交联剂 |
0.0061 |
-134.0 |
-16.7 |
||
|
PU11 |
0.0120 |
-118.7 |
-4.7 |
||
|
锦纶涂层布 |
PU3 |
0.0130 |
-51.0 |
-26.8 |
98.9 |
|
涤/棉涂层布 |
PU3 |
0.019 |
-23.9 |
138.0 |
|
|
涤/棉卡其涂层布 |
PU3 |
0.0386 |
-26.9 |
135.1 |
|
|
PU11 |
0.0369 |
-9.6 |
129.0 |
||
五、防水透湿与防风透湿的异同
介绍防水透湿涂层方面的文章较多，大家较熟悉，但对文章防风透湿润涂层布较少述及。根据我们的体会这两种布的主要特点如下；
|
防风透湿润涂层布 |
防水透湿涂层 |
|
|
主要使用场合 |
寒区保温用 |
常温防水用 |
|
低温柔软性 |
要嫠高， |
一般要求 |
|
涂层布上孔隙 |
孔径小，降低透气量 |
孔径小，提高耐水压 |
|
表面抗湿性 |
一般要求 |
要求高 |
|
透湿性 |
要求在低温下透湿好 |
常温下透湿好 |
|
使用时耐老化性 |
一般要求，耐日晒要求较高 |
要求高，尤其是耐湿热老化与气候老化 |
国内外介绍的一些防水透湿涂层布，若其低温柔软性好，则也能用于做防风保温布，否则就不甚适用。而防风透湿涂层布经防水剂浸轧处理后，则也可以做一般性的防水用。
参考文献
[l]J.H.KEIGHLEY，JOURNALOFCOATEDFABRICS，VOL,l5，October,1985
[2](日)弓削治著，宋增仁译，《服装卫生学》；纺织工业出版社/1984
[3]YASKUNO，MD.，《HUMANPERSPIRATION》，1956年版
[4]凌天德译，"人在寒冷环境中"，总后军需装备研究所内部翻译资料·
[5]《防水透湿织物译文选辑》山东纺织科技情报站，1984年
[6]黄鑫，天津纺织工学院"纺织部研究院研究生硕士论文，1987年
[7]杨风鸣，《军需研究》，1981年，第2期
[8]G.R.LOMAX，《IOURNALOFCOATEDFABRICS》，VOL,15，JULY，1985，
[9]施守军，《纺织标准与检测》，1988年，第3期
[10]森罔教美;《纤维与工业》N0.11(1985)
[11]森周教美等，《染色工业》N0.1(1984)
[12]胡伯康。《印染》,1988年，第6期
