聚氨酯材料在服装设计中的保暖性与透气性研究

聚氨酯材料在服装设计中的保暖性与透气性研究
李晓岩
【期刊名称】《《合成树脂及塑料》》
【年(卷),期】2019(036)006
【总页数】4页(P36-39)
【关键词】聚氨酯; 服装设计; 保暖性; 透气性
【作者】李晓岩
【作者单位】成都纺织高等专科学校四川省成都市 611731
【正文语种】中文
【中图分类】TQ322.9
聚氨酯面料也被称为氨纶，是指含有聚氨酯纤维的制品。

由于其弹性非常突出，因此又被称为弹性纤维［1］。

氨纶有多种使用方式，较为多见的是裸丝直编、外包其他纤维编织的方式。

一般的面料均不会采用100%的聚氨酯，而是适当地掺入一些其他纤维，本工作中的锦氨纶（记作NS）、莱卡棉（记作CL）、蚕丝氨纶棉（记作SS）与聚氨酯制作的试样均采用外部黏接的方式进行。

聚氨酯面料本身弹性极好，能够使混合后的试样紧密地贴合皮肤而不产生紧绷感［2］。

因此，聚氨酯被大量应用于贴身衣物（如保暖内衣、泳衣等）。

此外，不同的材质在与皮肤接触时由于热熔性不同，因此感觉也会有差异。

本工作使用不同的材质与聚氨酯进行混合，在保证弹性的前提下，对其透气性与保暖性进行研究，对于保暖内衣行业的
发展具有重要意义。

1 实验部分
1.1 主要原料
NS，聚酰胺与聚氨酯质量比为21∶4，厚度为0.59 mm，质量为187 g/m2；CL，纯棉与莱卡质量比为9∶1，厚度为0.56 mm，质量为189 g/m2；SS，蚕丝与聚氨酯质量比为19∶1，厚度为0.22 mm，质量为85 g/m2：绍兴飞拓纺织品有限公司。

发泡聚氨酯Ⅰ（记作NF1），厚度为0.67 mm，质量为84.3 g/m2；发泡聚氨酯Ⅱ（记作NF2），厚度为0.66 mm，质量为62.0 g/m2；发泡聚氨酯Ⅲ（记作NF3），厚度为0.91 mm，质量为63.9 g/m2；编织聚氨酯Ⅰ（记作
F1），厚度为2.16 mm，质量为302.7 g/m2；编织聚氨酯Ⅱ（记作F2），厚度为1.88 mm，质量为354.0 g/m2；编织聚氨酯Ⅲ（记作F3），厚度为1.63 mm，质量为352.8 g/m2：南通联赢海绵制品有限公司。

1.2 主要仪器与设备
Q259型热阻湿阻测试仪，上海千实精密机电科技有限公司；YG461E型数字式织物透气量仪，温州百恩仪器有限公司。

1.3 试样制备
1.3.1 制备方式
将成品面料（NS，CL，SS）与聚氨酯泡沫（NF1，NF2，NF3和F1，F2，F3）
结合，结合方式为6种泡沫分别作为夹心层，将成品面料分别置于夹心两侧，以
正面朝外，反面贴近皮肤，结构见图1。

其顺序为表层成品面料-聚氨酯泡沫-底层成品面料。

图1 面料与聚氨酯泡沫结合示意Fig.1 Combination of fabric and polyurethane foam
1.3.2 实验前准备
实验前，将所有试样存放于温度20 ℃、湿度65%的环境中，静置至试样内部温度、湿度均处于自然状态，且不再发生变化。

1.4 性能测试
热阻测定：将试样置于实验板上，成品面料反面朝向实验板，该过程需确保试样无褶皱，与实验板紧密贴合。

将实验板调节至35 ℃，环境温度恒定为20 ℃，空气湿度为65%，空气流速小于0.1 m/s，记录数据。

按式（1）计算保温率［3］。

式中：Q为保温率；Q1为不放置试样时的散热量，W/℃；Q2为放置试样后的散热量，W/℃。

透气性测定：将试样放置于实验台，确保试样无褶皱，与实验板紧密结合，对其施加100 Pa的压力，检测面料两侧的压力差，透气率按式（2）计算。

式中：R为透气率，mm/s；qv为空气流量的平均值，dm3/s；A为试样的实验面积，cm2。

2 结果与讨论
2.1 保温率
2.1.1 发泡类聚氨酯的保温率
分析实验结果发现，如果单纯对发泡类聚氨酯进行研究，当其处于不同密度时，保温率明显低于与不同面料复合后的试样，最大差距来自于NF3与NF2和两部分CL复合后的试样所测得保温率，差距高达13.32%。

NF1，NF2，NF3与不同面料复合后的保暖性最高值也有所不同，NF1的最高保温率是与两部分NS复合，其值为54.50%；NF2的最高保温率是与两部分CL复合，其值为57.80%；NF3的最高保温率是将NS正面与泡沫接触、CL反面与泡沫接触复合，其值为
56.20%。

从图2可以看出：当NS正面与泡沫接触或者CL反面与泡沫接触时，
表现出更好的保温性能。

实验还发现，即使同样的两种材料与泡沫复合，但接触顺序也会对保温率产生影响，从图2还可以看出：不同材料、不同顺序结合后所记
录的保温数据均不同。

图2 发泡聚氨酯泡沫与面料复合的保温性Fig.2 Thermal insulation of foamed polyurethene and surface material compounding
2.1.2 编织聚氨酯的保温率
从图3可以看出，编织聚氨酯的初始保温率：F1为55.9%，F2为52.4%，F3为55.2%。

经复合后，所有试样均高于其初始保温率。

F1的最高保温率来自于与CL 的两侧复合；F2的最高保温率来自于与NS的两面复合；F3的最高保温率来自于NS-F3-SS组合与CL-F3-NS组合，均为58.8%。

其中，SS-F2-SS的保温率最低，为56.8%。

通过对比NS-F-SS与SS-F-NS，NS-F-CL与CL-FNS，CL-F-SS与
SS-F-CL（F表示编织类聚氨酯）发现，结合顺序不同，其保温率也不同。

结合发
泡聚氨酯的保温特性可知，编织聚氨酯与发泡聚氨酯与成品面材复合而成的试样均具有良好的保温性能。

图3 编织聚氨酯及其与面料复合的保温性Fig.3 Thermal insulation of woven polyurethane and surface material compounding
2.1.3 与编织聚氨酯或发泡聚氨酯复合后试样的保温率
通过三种不同的面料与NF复合发现，复合后的新材料的保温率在原有的基础上增加了8%～10%；与编织聚氨酯复合后的新材料保温率在原有基础上增加了4%～5%。

通过两者对比发现，编织聚氨酯的复合试样保温率高于发泡泡沫，这是由于
编织聚氨酯为编织结构，包括两层织物与内芯。

因此，编织聚氨酯本身就含有三层结构，加之与两种材料复合，相当于五层，减少了空气流动，增加了保温率［4］。

2.2 透气性
2.2.1 发泡聚氨酯的透气性
从图4可以看出：发泡聚氨酯的透气性超过了80 mL/（s·cm2·100 Pa），已经远超其他复合材料；NF1，NF2，NF3与不同织物组成的试样，透气性能相近，表明三者之间存在一定的联系。

从图4还可以看出：所有试样中，与CL复合的试样透气性均表现较差，当正面与反面均为CL织物时，该现象更加明显。

与此同时，与NS复合的所有试样均有良好的透气性，当正面与反面均为NS，这种效果更加明显。

这说明NS透气性较好，CL透气性较差。

但是如果NS与CL复合时，其表现出了低透气性，在同样的100 Pa压强下，其他复合面料的透气性超过了30 mL/（s·cm2·100 Pa），而NF复合材料显示透气性不超过20 mL/（s·cm2·100 Pa）。

因此，衡量衣物是否透气时适用木桶原理［5］，参照透气率最低的材料。

通过对CL-NF-NS与NS-NFCL，CL-NF-SS与SS-NF-CL，NS-NF-SS与SS-NFNS的透气性对比，织物复合顺序对透气性影响不大。

此外，与其他面料复合之后，发泡类聚氨酯的透气性大幅下降，这是由于原始聚氨酯为单层，而复合其他面材之后为三层。

在编织聚氨酯的透气性实验中表现出了同样的特性，原因也一样。

图4 发泡聚氨酯与面料复合的透气性Fig.4 Air permeability of foamed polyurethane and surface material compounding
2.2.2 编织聚氨酯的透气性
在三种编织聚氨酯中，F1的透气性最低，最高为16 mL/（s·cm2·100 Pa）；F3的透气性最高，超过80 mL/（s·cm2·100 Pa）。

对比F1，F2，F3与CL，NS，SS复合后的透气性发现，与F3复合而成的试样的透气性均强于与F1，F2复合的试样；与F1复合而成的试样的透气性均弱于与F2，F3复合的试样。

由此可以得出，当织物一致时，夹心泡沫的透气性越好，制成的衣服的透气性越好。

此外，在与其他织物复合后，透气性普遍降低；与NS复合的试样的透气性高于其他织物；对比相同的织物、不同复合顺序时发现，织物的复合顺序对其透气性无明显影响，这些结果均与发泡聚氨酯结果一致。

通过与织物复合前后透气性效果对比发现，编
织聚氨酯在复合其他面料以后，透气性降幅较大，这是由于编织聚氨酯本身就有三层结构，加之外面两层材料，总共有五层，层数越多空气通过量越少。

这也说明，试样的透气性适用木桶原理，靠近透气性更低的面料，多层复合后这一效果会更加明显。

图5 编织聚氨酯与面料复合的透气性Fig.5 air permeability of woven polyurethane and surface material compounding
2.2.3 编织聚氨酯与发泡聚氨酯透气性对比
通过对比编织聚氨酯与发泡聚氨酯的透气性可以得出，复合面料以后，透气性均有所下降。

其中，编织聚氨酯的降幅更大。

这是由于织物结构对空气流动阻碍作用直接影响着其透气性［6］，两者之间成反比关系，即织物结构对空气流动阻碍程度越大其透气性越差，这也是导致编织聚氨酯透气性降幅更大的原因。

与F1，F2相比，F3可使编织层与泡沫层分离而不破坏本身结构，而F1，F2在编织层与泡沫层分离时不可避免地破坏了其本身结构。

此外，在进行复合时，黏接剂和使用方式也是造成透气性影响的关键因素［7］。

然而无论是编织聚氨酯还是发泡聚氨酯，对比不同材料的复合顺序发现，材料间的复合顺序对透气性影响不大。

3 结论
a）聚氨酯自身保温率高，则所制试样的保温率也高。

b）在使用相同的聚氨酯时，保暖性能高的试样与复合织物的保暖性、复合顺序也有着密切的联系，一般表现为织物保暖性与复合试样的保暖性成正比。

c）不同织物与泡沫组合的顺序导致保温率不同，其决定因素可能来自于底层织物的种类。

发泡聚氨酯本身的透气性非常高，这是由于其为单层结构所致。

因此，在对编织聚氨酯进行实验时发现透气性大幅降低，与其他织物复合后该特性被加强。

d）经过对实验结果的对比发现，泡沫材料与织物的复合方式对透气性影响不大，最终的数值较为相似。

4 参考文献
【相关文献】
[1] 那英，杨福斌，陈运能.聚氨酯涂层棉织物性能研究［J］.棉纺织技术，2017，45（6）：34-36.
[2] 张萍.织物经密及组织对织物透气性的影响［J］.纺织导报，2017（3）：58-59.
[3] 王冰，张荣波，邹汉涛.聚丙烯/亚麻针刺无纺布及其复合材料性能的研究［J］.武汉纺织大学学报，2017，30（3）：8-11.
[4] Kan C W，Ko C M C，Udon S，et al.Characteristics of fabric-foam-fabric plied material：water transport capability［C］//Key Engineering Materials.Trans Tech Publications，2018，777：13-16.
[5] Abbas A，Zhao Yan，Ali U，et al.Improving heat-retaining property of cotton fabrics through surface coatings［J］.J Text I，2017，108（10）：1808-1814.
[6] 周颖，姚理荣，高强.聚氨酯/聚偏氟乙烯共混膜防水透气织物的制备及其性能［J］.纺织学报，2014，35（5）：23-29.
[7] 张华，秦雅伟，周永凯.锦纶棉混纺织物的热湿舒适性研究［J］.棉纺织技术，2016，44（8）：27-30.。