基於灰色塔絲隆複合白色搖粒絨布料的冬季保暖服裝熱阻測試研究 引言 隨著全球氣候變暖背景下極端低溫天氣頻發，冬季保暖服裝在日常生活與戶外活動中扮演著愈發重要的角色。消費者對服裝功能性要求不斷...
基於灰色塔絲隆複合白色搖粒絨布料的冬季保暖服裝熱阻測試研究
引言
隨著全球氣候變暖背景下極端低溫天氣頻發，冬季保暖服裝在日常生活與戶外活動中扮演著愈發重要的角色。消費者對服裝功能性要求不斷提高，不僅關注外觀設計，更重視其保溫性能、透氣性、舒適度以及輕便性等綜合指標。在此背景下，新型複合麵料的研發成為紡織科技領域的熱點方向之一。
灰色塔絲隆（Nylon Taslan）與白色搖粒絨（Polar Fleece）複合布料作為一種兼具防風、耐磨與高保暖性的材料組合，近年來廣泛應用於羽絨服、滑雪服、工裝及戶外運動服飾中。該類複合結構通過將塔絲隆作為外層提供機械保護與防潑水功能，內層采用蓬鬆柔軟的搖粒絨實現高效隔熱，從而在保證穿著舒適性的同時顯著提升整體熱防護能力。
本研究旨在係統評估灰色塔絲隆複合白色搖粒絨布料在不同環境條件下的熱阻性能，結合標準測試方法與實際應用場景，分析其熱傳導機製、影響因素及優化路徑。通過對樣品進行多維度熱學參數測定，並對比國內外同類產品數據，為冬季功能性服裝的設計與選材提供科學依據。
一、材料與結構特性
1.1 灰色塔絲隆麵料概述
塔絲隆（Taslan）是尼龍（聚酰胺纖維）的一種高密度織造形式，早由美國杜邦公司開發並推廣使用。其典型特征為高撚度長絲經緊密編織形成表麵光滑、質地堅韌的斜紋或平紋結構。本研究所用灰色塔絲隆為20D×20D尼龍66原料製成，采用70D/24F細旦絲線織造，具備優異的抗撕裂性與輕量化特點。
| 參數項 | 數值 |
|---|---|
| 纖維成分 | 尼龍66（Polyamide 66） |
| 織物組織 | 平紋結構 |
| 克重（g/m²） | 85 ± 3 |
| 厚度（mm） | 0.28 ± 0.02 |
| 拉伸強度（經向/緯向，N/5cm） | 280 / 260 |
| 防潑水等級（AATCC 22） | ≥90分 |
| 透氣率（mm/s） | 12.5 |
塔絲隆因其致密結構可有效阻擋外部冷風侵入，在複合麵料中主要承擔“屏障層”角色。同時，其表麵可通過塗層處理進一步增強防水性能，但本實驗所用樣品未施加額外塗層，以保持基礎物理屬性一致性。
1.2 白色搖粒絨麵料特性
搖粒絨是一種由聚酯纖維（PET）拉伸成超細纖維後經起絨、剪毛和加熱定型工藝製成的仿羊毛類織物，具有類似羊羔絨的手感與極高比表麵積。本研究選用的白色搖粒絨為100%滌綸材質，克重為220 g/m²，雙麵起絨結構增強了空氣滯留能力。
| 參數項 | 數值 |
|---|---|
| 纖維成分 | 聚酯纖維（Polyester, PET） |
| 克重（g/m²） | 220 ± 5 |
| 厚度（mm） | 3.1 ± 0.2 |
| 回彈性（壓縮恢複率，%） | ≥85%（50次循環） |
| 導熱係數（W/(m·K)） | 0.032 ± 0.002 |
| 含氣量（%） | ≈78% |
搖粒絨內部大量微孔結構能夠有效鎖住靜止空氣，而空氣作為熱的不良導體，構成了天然的隔熱層。據文獻報道，搖粒絨的熱阻值可達普通棉織物的2.5倍以上（Zhang et al., 2018）。此外，其良好的吸濕排汗性能也提升了穿著時的體感舒適度。
1.3 複合結構構成與工藝
本實驗所測樣本為兩層壓合結構：外層為灰色塔絲隆，內層為白色搖粒絨，中間采用環保熱熔膠點狀粘合技術連接，避免整麵塗膠導致的透氣性下降。複合後總克重約為305 g/m²，厚度達3.38 mm。
| 結構層次 | 材料 | 功能定位 |
|---|---|---|
| 外層 | 灰色塔絲隆 | 防風、耐磨、防潑水 |
| 中間層 | 熱熔膠粘合點 | 結構固定，維持層間間隙 |
| 內層 | 白色搖粒絨 | 保溫、吸濕、柔軟貼膚 |
複合過程中控製溫度在110–120℃之間，壓力0.3 MPa，時間約15秒，確保粘結牢固且不損傷纖維原有性能。X射線顯微斷層掃描顯示，粘合點分布均勻，間距約為4 mm × 4 mm，占總麵積約6%，保留了大部分自由空間用於空氣儲存。
二、熱阻測試原理與方法
2.1 熱阻定義與理論基礎
熱阻（Thermal Resistance, Rct）是指材料阻止熱量傳遞的能力，單位為m²·K/W。根據傅裏葉導熱定律，穩態條件下通過單位麵積的熱流量q與溫差ΔT成正比，與熱阻成反比：
$$
R_{ct} = frac{Delta T}{q}
$$
其中，ΔT為試樣兩側溫度差（K），q為單位麵積熱流密度（W/m²）。熱阻越大，說明材料隔熱性能越強，越適合用於寒冷環境中。
國際標準化組織ISO 11092:2014《紡織品—生理效應的測定—使用出汗熱板儀測定熱和濕傳遞性能》規定了標準測試流程，被廣泛應用於功能性服裝評價體係中。
2.2 實驗設備與測試條件
本研究采用英國SDL Atlas公司生產的Alambeta熱流計式熱物性測試儀與德國TÜV認證的 sweating guarded-hotplate（SGHP）裝置雙係統驗證數據可靠性。
Alambeta測試參數：
| 項目 | 設置值 |
|---|---|
| 測試探頭溫度 | 32.0 ± 0.1 °C |
| 環境溫度 | 20.0 ± 0.5 °C |
| 相對濕度 | 65% ± 3% |
| 接觸壓力 | 8 g/cm² |
| 單次測試時間 | 10 s |
| 取樣次數 | 每樣本重複測量5次取均值 |
SGHP測試參數（依據ISO 11092）：
| 項目 | 設置值 |
|---|---|
| 熱板溫度 | 35.0 ± 0.1 °C |
| 風速 | 1.0 m/s（模擬輕風環境） |
| 黑球溫度 | 20.0 °C |
| 輻射溫度 | 20.0 °C |
| 濕度控製 | 無蒸發狀態（幹態熱阻） |
| 試樣尺寸 | 300 mm × 300 mm |
| 達到穩態時間 | ≥30 min |
所有樣品在測試前於標準大氣條件（20±2°C，65±4%RH）下調濕24小時，確保含水率一致。
三、實驗結果與數據分析
3.1 單層材料熱阻對比
首先對單一材料進行基準測試，結果如下表所示：
| 材料類型 | 厚度 (mm) | 克重 (g/m²) | 熱阻 Rct (m²·K/W) | 導熱係數 λ (W/(m·K)) |
|---|---|---|---|---|
| 灰色塔絲隆 | 0.28 | 85 | 0.012 | 0.043 |
| 白色搖粒絨 | 3.10 | 220 | 0.108 | 0.032 |
| 複合麵料 | 3.38 | 305 | 0.136 | 0.025 |
從數據可見，搖粒絨單獨熱阻已達0.108 m²·K/W，遠高於塔絲隆的0.012 m²·K/W，表明其主導保溫作用。複合後的總熱阻提升至0.136 m²·K/W，增幅達25.9%，體現出協同增效效應。
值得注意的是，複合麵料的導熱係數降至0.025 W/(m·K)，接近靜止空氣導熱係數（約0.024 W/(m·K)），說明其內部空氣層得到有效利用。
3.2 不同環境風速下的熱阻變化
為進一步模擬真實穿著場景，設置風速變量進行動態測試：
| 風速 (m/s) | 塔絲隆單層 Rct | 搖粒絨單層 Rct | 複合麵料 Rct |
|---|---|---|---|
| 0.0（靜態） | 0.012 | 0.108 | 0.136 |
| 0.5 | 0.011 | 0.095 | 0.128 |
| 1.0 | 0.010 | 0.082 | 0.115 |
| 1.5 | 0.009 | 0.070 | 0.102 |
| 2.0 | 0.008 | 0.058 | 0.089 |
數據顯示，隨著風速增加，各材料熱阻均呈下降趨勢，尤以搖粒紅單層為明顯——當風速達2.0 m/s時，熱阻損失達46.3%。而複合麵料僅下降34.6%，顯示出塔絲隆外層良好的防風屏蔽作用。此現象與日本京都大學山田教授團隊的研究結論相符：“致密表層可減少對流換熱，顯著延緩熱量流失”（Yamada et al., 2020）。
3.3 多層疊加效應分析
為探索該複合布料在成衣中的應用潛力，將其與其他常見保暖層組合測試：
| 組合方式 | 總厚度 (mm) | 總克重 (g/m²) | 實測 Rct (m²·K/W) | 理論疊加 Rct | 增益率 (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 複合麵料 + 普通棉內衣（150 g/m²） | 5.1 | 455 | 0.182 | 0.178 | +2.2% |
| 複合麵料 + 抓絨內膽（260 g/m²） | 6.8 | 565 | 0.241 | 0.234 | +3.0% |
| 複合麵料 + 超細纖維保暖襯裏（80 g/m²） | 4.5 | 385 | 0.167 | 0.161 | +3.7% |
結果顯示，實測熱阻普遍高於理論簡單相加值，表明層間存在“空氣夾層效應”。美國北卡羅來納州立大學紡織學院Smith等人指出：“合理設計層間空隙可形成‘微氣候區’，極大提升整體保溫效率”（Smith & Li, 2019）。
四、國內外相關研究比較
4.1 國內研究進展
中國是全球大的紡織品生產國，近年來在功能性複合麵料領域取得顯著成果。東華大學朱美芳院士團隊研發出納米纖維增強複合保暖材料，其熱阻可達0.15 m²·K/W以上（Zhu et al., 2021）。浙江理工大學張耀團隊則聚焦於智能調溫複合結構，引入相變材料（PCM）微膠囊，使熱緩衝能力提升約40%。
相較之下，本研究所用灰色塔絲隆/白色搖粒絨組合雖未采用高科技添加物，但憑借成熟工藝與成本優勢，在大眾市場仍具較強競爭力。
4.2 國際先進案例對比
| 產品名稱 | 所屬品牌 | 主要材料 | 厚度 (mm) | 熱阻 Rct (m²·K/W) | 應用場景 |
|---|---|---|---|---|---|
| Polartec Thermal Pro | Polartec（美國） | 高性能抓絨 | 3.5 | 0.145 | 極地探險 |
| Gore-Tex INFINIUM™ + Warm | Gore（德國） | 尼龍+合成保暖層 | 3.2 | 0.130 | 城市通勤 |
| Primaloft Silver | Primaloft Inc. | 超細聚酯纖維 | 2.8 | 0.120 | 軍用防寒服 |
| 本研究複合麵料 | — | 塔絲隆+搖粒絨 | 3.38 | 0.136 | 戶外作業/日常穿著 |
可以看出，本複合麵料熱阻表現優於Gore-Tex Warm係列與Primaloft Silver，接近Polartec Thermal Pro水平，尤其在性價比方麵優勢突出。
五、影響熱阻的關鍵因素探討
5.1 厚度與密度關係
厚度是決定熱阻的核心參數之一。研究表明，在一定範圍內，熱阻與厚度近似呈線性關係。但當厚度超過臨界值（通常>4 mm）時，會出現“過厚塌陷”現象，即內部纖維因自重壓縮導致空氣腔減少，反而降低保溫效率。
本複合麵料厚度為3.38 mm，處於理想區間（2.5–3.8 mm），既能容納足夠空氣體積，又不易發生形變。
5.2 濕度對熱阻的影響
水分會顯著改變織物導熱性能。當相對濕度升至85%以上時，搖粒絨內部孔隙部分被水分子填充，導熱係數上升約30%-50%。因此，複合結構中外層塔絲隆的防潑水功能尤為重要，能有效延緩濕氣滲透。
實驗數據顯示，在連續噴霧測試（AATCC 199）下，該複合麵料在30分鍾內未出現明顯潤濕現象，保持初始熱阻的88%以上。
5.3 穿著形態與貼合度
服裝的立體剪裁方式也會影響實際熱阻。若服裝過於緊身，壓迫保溫層導致厚度減小；若過於寬鬆，則產生強製對流加速散熱。理想狀態應維持0.5–1.5 cm的適當中間空氣層。
人體假人實驗表明，該複合麵料製成的夾克在胸圍預留1.2 cm空隙時，全身平均熱阻達到峰值0.141 m²·K/W，較平麵測試提升3.7%。
六、應用場景拓展與改進建議
6.1 適用領域
該複合麵料適用於以下幾類冬季服裝：
- 戶外工作服：建築、電力巡檢、環衛等崗位需長時間暴露於低溫環境；
- 學生冬季校服：兼顧安全性（反光條可縫於塔絲隆層）與保暖需求；
- 中端滑雪輔助裝備：作為中間層搭配硬殼外套使用；
- 老年防寒服飾：柔軟觸感減少皮膚刺激，適合敏感人群。
6.2 未來改進方向
盡管當前複合結構已具備良好性能，但仍存在優化空間：
- 引入疏水改性搖粒絨：通過等離子體處理或納米二氧化矽塗層提升內層抗潮能力；
- 優化粘合工藝：采用激光點焊替代熱熔膠，減少化學殘留並提高透氣性；
- 嵌入溫度感應元件：結合柔性電路開發智能溫控模塊，實現主動調節；
- 生物基材料替代：嚐試以再生尼龍（如ECONYL®）與生物聚酯構建環保版本。
此外，可借鑒加拿大Arc’teryx公司的“Layering System”理念，將該複合麵料納入多層次穿搭體係中，充分發揮其在過渡季節與嚴寒初期的適應性優勢。
七、結論與展望（非總結性陳述）
本研究係統揭示了灰色塔絲隆複合白色搖粒絨布料在多種環境條件下的熱阻行為規律。實驗結果證實，該複合結構通過外層防風、內層蓄熱的協同機製，實現了較高的隔熱效能，其熱阻值達到0.136 m²·K/W，滿足GB/T 35762-2017《紡織品保溫性能試驗方法》中Ⅱ級保暖標準。在風速1.0 m/s條件下仍能維持84.6%的初始熱阻，展現出優良的動態穩定性。
借助現代測試手段與多維度數據分析，進一步明確了厚度、風速、濕度及層間結構對熱傳遞過程的影響路徑。與國內外主流產品橫向對比表明，該材料在性能與成本之間取得了良好平衡，具備大規模推廣應用的基礎條件。
後續研究可延伸至濕阻（Ret）、透濕率、機械耐久性及生命周期評估等領域，構建更加全麵的功能評價模型。同時，結合人工智能算法預測不同氣候區的佳服裝配置方案，推動個性化、智能化冬季防護裝備的發展。
