翟世雄 范追追 靳凱麗 侯科如 蔡再生

1． 東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院(中國)2． 東華大學(xué) 國家染整重點實驗室(中國)

自20世紀80年代運動熱潮出現(xiàn)以來，運動休閑和全民健身的概念逐漸興起。伴隨著國民生活水平的提高，人們對服裝的服用性能要求越來越高[1]，這促進了以針織面料為主的運動服裝的發(fā)展。不斷問世的功能性面料，不僅滿足和豐富了消費者的個性化需求，也滿足了其在更多領(lǐng)域的重要應(yīng)用，贏得消費者的認可。本文從不同角度，對在運動服裝領(lǐng)域近40年發(fā)表的論文、授權(quán)的專利、舉行的重要會議及會展等信息進行歸納和總結(jié)，分析和概括運動服裝面料研發(fā)進程中的一些問題、現(xiàn)象及不足，以期明確當前運動服裝面料主要研究方向、研究內(nèi)容及未來發(fā)展趨勢，為運動服裝面料的進一步深入研究提供理論參考。

1 研究方法

利用Web of Science引文索引數(shù)據(jù)庫為檢索平臺，分別以“sports fabric”和“sports fiber”為關(guān)鍵詞，時間跨度為“1980—2019年”，共檢索出9 125條記錄(含專利、論文等文獻)，每條記錄包含作者、標題、出版物、摘要和引用的參考文獻。采用引文分析方法對所檢索的文獻進行梳理，對當前運動服裝面料研發(fā)的主要國家、機構(gòu)、文獻類型、專業(yè)刊物、重要學(xué)術(shù)會議及主要研究方向等進行系統(tǒng)分析。

2 文獻分析

2.1 主要國家及機構(gòu)

圖1為不同國家在1980—2019年關(guān)于運動服裝研究發(fā)表的論文數(shù)量。如圖1所示，截至2019年12月，在全球范圍內(nèi)，著眼于運動服裝面料的開發(fā)及性能提升研究的國家主要有中國、美國、印度、澳大利亞及加拿大等。其中，中國在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量居世界首位。中國在運動服裝面料開發(fā)及性能提升方面的研究逐年增多，從側(cè)面說明運動服裝面料巨大的市場需求及其廣闊的應(yīng)用前景。進一步分析文獻發(fā)現(xiàn)，前沿性、開創(chuàng)性和原創(chuàng)性較高的文獻主要集中在美國、中國及日本等。

圖1 不同國家/地區(qū)運動服裝面料領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量

圖2為1980—2019年全球相關(guān)科研機構(gòu)在運動服裝領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量。截至2019年12月，東華大學(xué)發(fā)表相關(guān)論文104篇，單從數(shù)量來看，目前東華大學(xué)關(guān)于運動服裝開發(fā)、設(shè)計等研究的論文產(chǎn)出已位居世界前列。

圖2 不同科研機構(gòu)運動服裝面料領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量

2.2 主要研究學(xué)者

表1為在國內(nèi)外主流刊物上公開發(fā)表運動服裝面料相關(guān)論文數(shù)量居前九位作者及其相關(guān)信息。這些論文對從事運動服裝面料設(shè)計的研究者具有參考價值。根據(jù)表1信息，關(guān)注和跟蹤其科研成果，可及時掌握前沿的關(guān)于運動服裝、面料的科學(xué)研究水平。

表1 運動服裝面料領(lǐng)域發(fā)表文獻數(shù)量較多的專家學(xué)者

由表1可知，文獻發(fā)表數(shù)量最多的是東華大學(xué)LI J(李俊)教授課題組。截至2019年12月份，李俊教授課題組在ScientificReports，F(xiàn)ibersandPolymers，JournalofIndustrialTextiles，JournalofHazardousMaterials，InternationalJournalofClothingScienceandTechnology及《紡織學(xué)報》《東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》等重要刊物上公開發(fā)表研究論文34篇，國家授權(quán)發(fā)明專利22篇。其主要研究方向為服裝設(shè)計領(lǐng)域服裝舒適性研究及產(chǎn)品開發(fā)、功能防護服裝研發(fā)與測評，在同領(lǐng)域處于前沿水平。香港理工大學(xué)LI Y(李毅)教授課題組的研究方向主要是吸濕排汗功能性防護面料的開發(fā)與設(shè)計，他們系統(tǒng)研究了多層織物氣隙夾帶及水分對熱防護性能的影響、相變材料對織物吸濕排汗性能的影響等一系列關(guān)于材料、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，其研究成果發(fā)表在TextileResearchJournal，PolymerTesting等紡織類知名期刊上計25篇，獲得國家發(fā)明專利授權(quán)26項，其研究水平處于世界前列。除了上述在服裝領(lǐng)域和面料開發(fā)領(lǐng)域發(fā)表科研成果較多的作者外，還有其他如東華大學(xué)丁彬教授課題組等。

2.3 重要專業(yè)刊物

表2列出了在運動服裝面料及服裝設(shè)計開發(fā)等領(lǐng)域具有重要影響力的期刊。

表2 在運動服裝面料及服裝設(shè)計開發(fā)等領(lǐng)域具有重要影響力的期刊

PROGRESSINPOLYMERSCIENCE是一本國際知名學(xué)術(shù)期刊，其影響因子高達32.88，已有不少紡織行業(yè)相關(guān)的靜電紡絲、纖維改性等理論性、實驗性及綜述性論文在該期刊發(fā)表。如2010年西班牙布爾戈斯大學(xué)Garcia教授在該期刊發(fā)表論文，系統(tǒng)深入地介紹了全芳香族聚酰胺材料[2]。芳酰胺被認為是高性能有機材料，其優(yōu)異的耐熱性和力學(xué)性能源于其芳香結(jié)構(gòu)和酰胺鍵，被證實在更多行業(yè)具有潛在的利用價值。ADVANCEDFUNCTIONALMATERIALS是材料領(lǐng)域重要權(quán)威期刊，在該期刊也不乏關(guān)于纖維材料改性及整理等內(nèi)容的文章。如2013年澳大利亞迪肯大學(xué)華裔科學(xué)家周華在該期刊發(fā)表論文，重點介紹了含氟聚合物、氟烷基硅烷和改性二氧化硅納米粒子兩步法制備超疏水織物，利用納米粒子效應(yīng)及表面微孔效應(yīng)，使用由聚偏氟乙烯-共六氟丙烯、氟烷基硅烷和改性劑組成的簡單易得的材料體系，可制備具有自修復(fù)能力、免受化學(xué)損傷的新型超雙疏織物[3]。涂層織物可經(jīng)受至少600次標準洗衣和8 000次磨損循環(huán)，且不會明顯改變超疏水性。該研究成果可應(yīng)用于運動面料防水透氣整理[4]。

分析頂級期刊學(xué)術(shù)論文發(fā)表情況可知，在頂級期刊發(fā)表相關(guān)論文的研究機構(gòu)主要位于美國和澳大利亞，成果歸屬中國的科研機構(gòu)和學(xué)者相對較少。這說明目前一些核心技術(shù)成果和頂尖前沿性科研主要掌握在歐美發(fā)達國家，中國需要繼續(xù)努力，不斷縮小差距，提升自主研發(fā)能力和核心競爭力。同時這也說明中國關(guān)于運動服裝面料的研究與開發(fā)具有巨大的進步空間。

2.4 相關(guān)國際學(xué)術(shù)會議

截至2019年12月，全球召開運動服裝面料改性的國際學(xué)術(shù)會議共計200余次，在web of science數(shù)據(jù)庫收錄的公開發(fā)表的會議論文有362篇。表3為截至2019年12月運動服裝面料相關(guān)科研領(lǐng)域收錄論文數(shù)量較多的會議。由表3可知，發(fā)表關(guān)于運動服裝面料開發(fā)論文較多的會議主要有紡織生物工程與信息學(xué)國際學(xué)術(shù)研討會、世界紡織品大會、國際體育工程協(xié)會及紡織工程與材料國際會議等在紡織領(lǐng)域享譽海內(nèi)外的學(xué)術(shù)交流會。

表3 運動服裝面料相關(guān)科研領(lǐng)域收錄論文數(shù)量較多的會議

第一屆紡織生物工程與信息學(xué)國際學(xué)術(shù)研討會刊發(fā)了一篇綜述論文[5]，展望了應(yīng)用于運動穿著的最新材料進展，介紹了關(guān)于紡織品纖維、紗線、組織結(jié)構(gòu)、面料、后整理、織物涂層與壓層技術(shù)的發(fā)展歷程及最新科研成果。第三屆紡織工程與材料國際會議論文集收錄了一篇論文[6]，該文系統(tǒng)定義和研究了戶外運動服裝穿著和戶外運動之間的關(guān)系，分析了戶外運動服裝設(shè)計的關(guān)鍵因素：面料、造型設(shè)計風(fēng)格和色彩。面料是戶外運動服裝設(shè)計的基本元素，服裝是否可稱為戶外運動服取決于織物面料。運用不同的色彩以提高戶外運動服裝的品牌品位非常必要。風(fēng)格結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出面料與色彩結(jié)合的整體效果，并直接影響戶外運動服裝品牌的功能性和實用性[7]。

通過關(guān)注一些時效性很強的國際學(xué)術(shù)會議、會展，可獲得前沿和系統(tǒng)的研究成果與科研進展情況，獲取來自世界各地的豐富資源和信息，為自身發(fā)展提供廣泛的思路和建設(shè)性的參考。

2.5 涉及文獻類型

圖3為所調(diào)研文獻涉及的不同類型資料的數(shù)量比例餅狀圖，其中專利比例高達81.60%，而論文、書籍等文獻相對較少，在文獻資料中占比為18.40%。所查到的專利內(nèi)容多以原創(chuàng)性工藝、方法為主，偏重實際操作應(yīng)用。研究者主要從吸濕排汗、拉伸彈性、防水透氣、溫度控制及穿著舒適度等方面改進運動服裝的材料。濕度控制直接影響服裝的舒適性，通過織物結(jié)構(gòu)設(shè)計或纖維改性等方式，可改變織物對水分的吸濕、移動與放濕等性質(zhì)，提升織物的吸濕排汗功能，賦予其吸水性和快干性[8]。文獻類型反映出現(xiàn)階段世界各地對運動服裝面料的研究多以應(yīng)用為主，忽略了理論創(chuàng)新。

圖3 運動服裝面料領(lǐng)域不同類型文獻占比

2.6 涉及研究領(lǐng)域

圖4為不同研究領(lǐng)域文獻數(shù)量圖，其中部分文獻屬于不同的交叉學(xué)科，分別在不同領(lǐng)域被統(tǒng)計。圖4表明，涉及材料科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)文獻數(shù)量最多。進一步分析文獻內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，有關(guān)功能性運動服裝的研究內(nèi)容主要為對服裝服用性能進行改進，集中在材料科學(xué)、工藝生產(chǎn)、工程技術(shù)及化學(xué)等領(lǐng)域。其中，相關(guān)研究手段和研究方法主要集中在材料領(lǐng)域，研究者們更傾向于從源頭材料出發(fā)，對現(xiàn)有的纖維進行改性，或開發(fā)新型材料以提高最終成品的服用性能。近年來也有相當一部分科學(xué)研究集中在工藝生產(chǎn)和化學(xué)研究上，研究后整理和化學(xué)處理改性的文獻占比也在逐漸增加，成為纖維面料改性的主流發(fā)展趨勢。藝術(shù)領(lǐng)域相關(guān)論文數(shù)量也呈逐年增長趨勢并占一定的比例，這說明人們在不斷追求服裝服用性能提升的同時，也追求服裝設(shè)計上的時尚性、多樣性，反映了人們對服裝成品的各方面需求日益提高。有關(guān)運動服裝面料改性處理在數(shù)學(xué)、物理等基礎(chǔ)理論性學(xué)科領(lǐng)域的研究文獻較少，說明當前關(guān)于纖維、面料研發(fā)的基礎(chǔ)理論性研究不夠深入，有待加強。

圖4 不同研究領(lǐng)域與運動服裝面料相關(guān)的文獻數(shù)量

2.7 主要研究方向

進一步分析文獻資料發(fā)現(xiàn)，運動服裝面料研究方向主要集中在吸濕排汗、相變調(diào)溫及織物結(jié)構(gòu)等方面。

2.7.1 吸濕排汗

檢索吸濕排汗改性纖維方面的文獻，經(jīng)統(tǒng)計，有論文1 587篇，專利3 528篇，總計5 115篇，約占所有文獻的56.5%，約占材料領(lǐng)域發(fā)表的論文量的76.9%，說明對纖維進行吸濕排汗改性是研究運動面料服用性能提升的熱點與重點。

吸濕排汗纖維包括高吸放濕聚氨酯纖維、細旦丙綸纖維及聚酯多孔中空截面纖維等，其利用纖維表面微細溝槽所產(chǎn)生的毛細現(xiàn)象使汗液迅速遷移至織物的表面并發(fā)散，從而保持人體皮膚的干爽感。例如杜邦公司的Cool Max系列纖維、美國哥倫比亞公司研制的類似Coolmax的Omni-Dry材料[9]，日本TORAY公司研制的Fiedsensor XX聚酯針織物及中國石化儀征股份有限公司研制開發(fā)的Coolbst系列纖維等。

纖維的吸濕排汗整理、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)造是提升面料在運動過程中服用性的行之有效的方法。近年來，有關(guān)新型吸濕排汗纖維制備、相關(guān)整理工藝及其助劑開發(fā)、織物分層結(jié)構(gòu)設(shè)計與組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化賦予纖維吸濕涼爽和速干性能等的研究，成為研究開發(fā)高服用性能運動服裝的主流，相關(guān)文獻數(shù)量增長明顯。

2.7.2 相變調(diào)溫

關(guān)于相變材料的研究文獻多達241 848篇，應(yīng)用于紡織材料的文獻有1 263篇。

溫度控制織物最重要的發(fā)展是采用相變材料(PCM)及防曬材料。相變材料可以根據(jù)溫度的變化從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，在不同狀態(tài)間轉(zhuǎn)變的同時，材料可儲存、釋放或吸收熱量[10]。當人體運動程度加劇或環(huán)境溫度升高時，該材料可防止“熱量尖峰”的形成，維持人體基礎(chǔ)代謝的穩(wěn)定，從而節(jié)省大量的能耗，明顯提高人體運動成績。因此，其尤其適用于人體短時間高強度運動時著裝。目前該領(lǐng)域的知名企業(yè)有美國的Outlast公司和Frisby公司、瑞士的Schoeller公司。新型面料實現(xiàn)了有效的熱能管理和高水平的紫外線阻隔[11]。目前，一些新型相變材料在紡織品的應(yīng)用上可能存在一定的局限性，如難以復(fù)合或復(fù)合后的結(jié)合牢度不理想，以及某些應(yīng)用場合耐磨損性欠佳等。將這些新型高性能相變材料與紡織品復(fù)合，研發(fā)其應(yīng)用性能，有待嘗試。與吸濕排汗的結(jié)構(gòu)設(shè)計、后整理相比，新型材料與紡織品復(fù)合研究方向的論文、專利數(shù)量較少，該領(lǐng)域的研究空間較大。

2.7.3 織物結(jié)構(gòu)

有關(guān)通過紡織技術(shù)改良紡織品運動服用性能的文獻共計223篇，其中，期刊論文191篇，中國授權(quán)的發(fā)明專利15項。從文獻調(diào)研情況可知，紡織技術(shù)研究方面的研究工作占比較小，文獻數(shù)量僅約占總文獻數(shù)量的2.44%。

運動服裝面料的導(dǎo)熱排汗功能可通過改善織物結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。采用不同的編織方法可獲得不同的導(dǎo)熱排汗效果。常使用的編織技術(shù)包括集圈編織、多層添紗、空氣層或半空氣層編織、雙面襯緯及雙面集圈編織等[12]。

彈性服裝在提高運動員的各項運動能力、速度、耐力和力量等方面發(fā)揮著重要作用，氨綸是運動裝中不可缺少的材料，其抗拉扯特性、制成服裝后的光滑程度、與身體的緊貼度及突出的伸展性都是理想的運動服裝要素。一些運動服裝公司還提出了“能量維持”的概念。華歌爾運動科學(xué)公司生產(chǎn)的CW-X緊身褲，采用氨綸材料制作經(jīng)特殊設(shè)計制造的束帶環(huán)繞腿部，能在運動中為肌肉提供額外的定向支撐，這種束縛層可保持肌肉的協(xié)調(diào)，防止腿部出現(xiàn)的震顫。

對于水上運動服裝而言，既能防水又不阻礙人體體表濕氣散發(fā)是確保服裝舒適性的前提。防水透氣面料由高支高密紗線制成，可阻止水分子從外界進入，同時允許體內(nèi)水氣散發(fā)到外界。Gore-Tex系列面料由微孔聚四氟乙烯纖維薄膜層壓材料組成，這種薄膜上的微孔可使汗氣透過薄膜，阻止外界風(fēng)雨滲入。穿著這種面料制成的服裝即使在潮濕的條件下活動也可保持干燥，這尤其適合潛水、劃船等運動。

總體而言，目前運動服裝面料的研究主要側(cè)重于新材料的開發(fā)、改性和應(yīng)用。其中，關(guān)于運用紡織技術(shù)設(shè)計提升運動面料服用性能的文獻數(shù)量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，但是其增長速率與吸濕排汗面料、相變控溫面料等的研發(fā)相比較小，因此，紡織技術(shù)的改進和研究也有很大的探索空間。

2.7.4 其他方向

除了前文列舉的材料開發(fā)、吸濕排汗改性、相變控溫面料及紡織技術(shù)方向文獻，還有其他研究方向的文獻2 283篇，約占總文獻數(shù)量的25%。這些文獻主要集中在服裝款式設(shè)計、色彩搭配及時尚元素運用等，主要應(yīng)用于服裝的造型設(shè)計、色彩設(shè)計和輔料等方面。

此外，運動服的穿著舒適性也是研究方向之一。通過對功能運動服的市場與產(chǎn)業(yè)化進行研究發(fā)現(xiàn)，全球功能運動服市場發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｄ壳爸袊δ苓\動服的科技含量、品牌建設(shè)及國際競爭力相對較弱[13]。有學(xué)者運用生物力學(xué)的理論研究并分析Speedo公司生產(chǎn)的鯊魚皮泳衣的力學(xué)原理及工藝流程[14-17]，自主研發(fā)將先進的納米材料引入面料，開發(fā)制作功能運動服[18]。武漢紡織大學(xué)在純棉、純羊毛運動服裝的研究方面取得進展，并與耐克、阿迪達斯等運動服品牌建立合作關(guān)系。

3 結(jié)語

本文以運動服裝面料為主題，以Web of Science引文索引數(shù)據(jù)庫為主要來源數(shù)據(jù)庫對國內(nèi)外截止目前所發(fā)表的科研成果進行系統(tǒng)調(diào)研，著重分析了不同研究領(lǐng)域、國家地區(qū)、科研機構(gòu)、研究學(xué)者、主流學(xué)術(shù)期刊及業(yè)內(nèi)重要學(xué)術(shù)會議等方面關(guān)于運動服裝面料研究進展，得出如下結(jié)論。

——近年來運動服裝面料領(lǐng)域科學(xué)研究發(fā)展迅猛，市場需求逐步提高，在未來很長一段時期內(nèi)具有科研價值和廣闊的市場前景。

——目前運動服裝面料領(lǐng)域的研發(fā)主要集中在材料改性、新材料研發(fā)方面，但對整個織物結(jié)構(gòu)體系進行設(shè)計與構(gòu)筑、對后整理工藝的全面總結(jié)缺乏系統(tǒng)深入研究；現(xiàn)階段研究多偏向于新材料的應(yīng)用，理論性研究不足。

——目前中國在運動服裝面料領(lǐng)域論文數(shù)量居世界首位，說明近年來中國相關(guān)領(lǐng)域科研取得長足進步和發(fā)展，但是其所發(fā)表論文被引用率和影響因子普遍不高，在尖端和前沿領(lǐng)域的研究有待進一步提升。