基于纤维吸湿的织物多孔结构皮肤接触冷暖感机理研究

Fiber hygroscopicity is the key factor affecting the coupled heat and moisture transfer in porous textiles/fabrics. As playing an important role in fabric hand and tactile comfort, tactile thermo-sensation of fabric is the comprehensive exhibition of fabric inherent quality, geometrical structure and surface configuration and it is one of the most attractive research focuses in textile recently. Adopting physical tests and wear trial, based on fiber moisture absorption and desorption, the proposed project will discuss the heat and moisture transfer in porous fabric, detect the relationship between effective fabric-skin contact surface under low pressure and properties of fabric, such as stiffness and surface coarseness/roughness affected by diameter of fiber, yarn count as well as fabric structure. Further, the transient heat and moisture transfer between the osculated fabric and skin under specific temperature and moisture gradient will be exploreded and, via introducing neurophysiological mechanism of thermo-receptor response to thermal stimuli in the skin, how the heat transfer coupled with moisture phase change from the skin to fabric will affect subjective thermo-sensation of the wearer during the wear trial will be revealed. Thus, the influences of fiber hygroscopicity on tactile thermo-sensation within the fabric-skin system will be systematically studied, which will offer a strong experimental and theoretical support for improving fabric comprehensive quality with good comfort and inspire new ideas on designing and developing high value-added fabric in crossdisciplinary view of physical heat and moisture transfer, neurophysiology as well as subjective sensation.

纤维吸湿对织物的热湿耦合传递有决定性影响。织物皮肤接触冷暖感是影响其手感和触觉舒适性的重要因素，也是织物内在质量和几何结构、表面形态的综合体现，是纺织材料近年的研究热点。本项目采用物理实验和主观实验相结合的方法，基于纤维的吸湿放湿特性，探讨纤维、空气、水构成的多孔织物热湿传递特性；通过考虑织物-皮肤在微压力下的接触状态，确定织物的纤维和纱线细度及弯曲模量、织物结构、硬挺度及表面粗糙度等因素对织物-皮肤接触有效作用面的影响规律；基于上述工作，研究皮肤与织物接触过程中的温湿度变化及热湿传递机理；结合感温神经末梢的神经生理反应规律，探讨织物接触冷暖感的产生机理，比较皮肤表面温度物理刺激和主观织物接触冷暖感的差异，从而，系统研究典型温湿度环境下基于纤维吸湿的织物接触冷暖感产生机理及主要影响因素。这将在物理热湿耦合传递、刺激和神经生理信号、生理感觉交叉研究基础上，为高性能织物开发提供实验和理论依据。

随着人们生活水平的不断提高，服用织物的舒适性能逐渐引起消费者和生产者的关注，织物接触冷暖感作为舒适性的一方面，影响着消费者的穿着体验。并且随着人类活动范围的扩大和空调设备的普及，人类活动的服装-人体微环境与周围自然环境之间的冲突加剧，织物接触冷暖感问题显得尤为突出，但其表征方法、影响机理并没有准确、全面的、较为系统的认识，因此该研究方向逐渐成为近年的研究热点。.本项目在基金的支持下，以纤维的吸湿性为切入口，深入探讨了纤维吸湿性和组织结构等因素对织物接触冷暖感的影响。纤维的吸湿对织物热湿耦合传递性能有重要影响，本项目通过搭建模拟织物-皮肤热湿传递动态测试系统，改善了传统研究采用的静态测试指标，忽略特定温湿度环境的影响、表征指标单一的缺点，提供了更加系统、更符合实际情况的动态热湿传递测试系统；通过确立和引入关于纤维、纱线、织物的系统物理性能的织物粗糙度，进而影响织物-皮肤有效接触，确定更加细化的织物性能指标及其皮肤温度刺激之间的影响和变化规律；探讨了从织物接触冷暖感这一主观指标到织物几何结构和表面形态指标的关系。研究发现：针织物的物理性能测试、客观水槽模拟皮肤实验、主观织物冷暖感和粗糙度的评价（同时附加客观表征）和自主设备的粗糙度实验之间存在一定的相关性，织物的粗糙度影响了主观评价的手感，影响客观湿度的接触点大小；织物的客观实验反映了主观评价的总体趋势，体现了粗糙度的特征；主观实验表征了织物接触冷暖感的主观感觉，体现了客观接触冷暖感和粗糙度实验结论。但各部分仍然有独立的结果与其他实验的相关性不大，主要因为影响织物接触冷暖感的因素较多，众多因素的综合作用共同影响着接触舒适性和热湿舒适性，需要进一步实验探讨。项目的研究成果为接触冷暖感舒适织物的虚拟设计提供可行性新思路，为实现织物物性的预测和模拟提供了基础研究，进而为提高织物综合品质和舒适性提供基础研究数据，启发新的高附加值织物设计和开发。.项目按照研究方案和研究计划认真执行，在设备的研发和制造方面投入了较大的精力，自主开发并制造出两台测试系统，培养硕士研究生2名，本科生7名，共计发表论文6篇，其中CPCI检索1篇并报送EI检索，核心期刊3篇。为后续科研工作的深入打下较扎实的基础。