吳黛唯， 黃家成， 王云儀,2

1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 上海 200051； 2. 東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200051)

冷環(huán)境中，防寒服保護(hù)人體免受低溫侵害，主要通過抑制人體熱散失,促進(jìn)服裝對(duì)環(huán)境輻射熱的吸收[1]來(lái)實(shí)現(xiàn)良好的保暖能力。其中，增加靜止空氣含量以減少人體通過服裝向外界環(huán)境的傳導(dǎo)熱，是一種常見的保暖功能設(shè)計(jì)方法，典型的代表是羽絨服，其優(yōu)越的隔熱能力得益于其絮填料——羽絨。羽絨具有質(zhì)輕、高蓬松的特性，因而毛羽間的空隙中存在著大量低導(dǎo)熱系數(shù)的靜止空氣[2-3]，當(dāng)外層面料具備足夠的防風(fēng)性能時(shí)，這部分靜止空氣在很大程度上能夠阻礙人體熱量向外環(huán)境的傳遞，幫助人體抵御寒冷侵襲。

然而，空氣流動(dòng)的不同狀態(tài)使其在對(duì)服裝隔熱的貢獻(xiàn)中具有多重作用。有研究[4]表明：當(dāng)著裝人體皮膚溫度為33 ℃，環(huán)境溫度為25 ℃時(shí)，一旦衣下空氣層厚度超過臨界值16 mm，空氣層將從靜止向自然對(duì)流過渡，這將導(dǎo)致衣下空氣層對(duì)服裝隔熱作用的影響從積極的低導(dǎo)熱轉(zhuǎn)向消極的對(duì)流散熱。對(duì)于羽絨服來(lái)說，材料內(nèi)部的空氣層同樣會(huì)因流動(dòng)狀態(tài)的不同而發(fā)揮著促進(jìn)對(duì)流熱或阻隔傳導(dǎo)熱這2種截然相反的作用[5-6]，并受到充絨量、蓬松度等因素的影響。可見，羽絨服衣下空氣層、材料內(nèi)部以及表面邊界空氣層的流動(dòng)狀態(tài)，綜合影響著服裝隔熱性能。在這些空氣層中，靜止與流動(dòng)空氣量的占比決定著空氣對(duì)羽絨服隔熱能力的貢獻(xiàn)大小。

同時(shí)，對(duì)于羽絨服這種典型的防寒服來(lái)說，人們?cè)诖┲鴷r(shí)常常會(huì)經(jīng)歷坐、靠、躺、背包等各種姿勢(shì)或活動(dòng)，這可能導(dǎo)致蓬松的羽絨服因受壓而變形。在外力壓迫作用下，羽絨服的衣下空氣以及內(nèi)部空氣會(huì)因擠壓而發(fā)生轉(zhuǎn)移或排出，造成靜止空氣與流動(dòng)空氣量占比的變化，間接影響羽絨服的整體及局部的隔熱性能。目前有關(guān)防寒服隔熱性能的測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)如ISO 15831—2004《服裝 生理效應(yīng) 用暖體假人測(cè)試服裝熱阻》、ISO 9920—2009《熱環(huán)境工效學(xué) 成套服裝熱阻和濕阻的評(píng)定》、ASTM F 1291—2016《用暖體假人測(cè)量服裝熱阻的標(biāo)準(zhǔn)方法》、EN 342—2017《防護(hù)服:防寒套裝和服裝》等，這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)評(píng)方法主要考慮了材料性能、人體運(yùn)動(dòng)、環(huán)境條件等因素對(duì)服裝隔熱性能的影響，并未考慮服裝形變因素。綜上，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)得的羽絨服熱阻在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定的局限性。

基于此，本文根據(jù)羽絨服的日常穿用場(chǎng)景，設(shè)計(jì)服裝形變部位和形變水平，實(shí)施暖體假人實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同形變水平下的羽絨服進(jìn)行隔熱性能測(cè)試，獲取服裝總熱阻和局部熱阻；同時(shí)利用三維掃描和圖像處理技術(shù)獲取服裝局部體積數(shù)據(jù)，分析不同的形變水平所引起的局部體積變化，以深入探索形變對(duì)熱阻的內(nèi)在影響機(jī)制；另外，加入充絨量因素進(jìn)一步探究充絨量與形變水平對(duì)羽絨服隔熱能力的交互影響。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 樣衣定制

在以往關(guān)于羽絨服隔熱性能的研究中，充絨量被認(rèn)為是影響其隔熱性能的主要因素之一。大量實(shí)驗(yàn)[7-9]證明，羽絨服的隔熱性能并非簡(jiǎn)單地隨著充絨量的增加而提升，而會(huì)在充絨量增至某一范圍時(shí)達(dá)到最優(yōu)保暖效果，然后隨著充絨量的繼續(xù)增加，其保暖效果會(huì)逐漸削弱。這個(gè)范圍會(huì)受到環(huán)境溫度和風(fēng)速[7]、羽絨服微胞結(jié)構(gòu)與形狀[8-9]、絎線數(shù)量[10]、絎縫縮率[11]等的影響。

本文依據(jù)暖體假人體型定制了4件相同款式、不同厚度的羽絨服實(shí)驗(yàn)樣衣，規(guī)格尺寸如表1所示。樣衣采用的面料、膽料和里料為塔夫綢，經(jīng)緯紗線密度分別為22、40 tex，經(jīng)緯紗排列密度分別為700和440根/(10 cm)，含絨量均為90%。對(duì)應(yīng)常見的不同防寒等級(jí)，4件樣衣的充絨量分別為：110 g/m2(薄型)、135 g/m2(普通型)、150 g/m2(中厚型)、180 g/m2(厚型)。

表1 羽絨服樣衣規(guī)格尺寸

1.2 形變?cè)O(shè)計(jì)

本文對(duì)羽絨服形變的設(shè)置方法為：在羽絨服局部安裝系帶，通過收緊系帶使羽絨服產(chǎn)生形變。實(shí)驗(yàn)前需要確定系帶放置部位、設(shè)置形變量及形變水平。

1.2.1 形變部位

有研究[12]證實(shí)人體的腰部、背部、胸部對(duì)寒冷刺激較為敏感。另外，考慮到人體日常負(fù)重(背包)時(shí)肩部也會(huì)受壓，因此，本文主要在上述人體部位模擬羽絨服的受壓形變。通過預(yù)實(shí)驗(yàn)確定了4個(gè)系帶放置部位，包括：左右肩部(A)、胸圍線(B)、腰圍線(D)以及胸圍和腰圍線之間1/2處(C)。在定制羽絨服樣衣時(shí)，預(yù)先在這4個(gè)部位縫制可進(jìn)行收緊調(diào)節(jié)的系帶，以模擬羽絨服受壓后的形變狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 系帶收緊法模擬羽絨服受壓形變

1.2.2 形變水平

羽絨服受壓后的形變量可用系帶收緊量來(lái)表征，本文實(shí)驗(yàn)為此設(shè)計(jì)了4個(gè)形變水平，如表2所示。由于所選形變部位的圍度大小不一，因此,并未設(shè)置統(tǒng)一的收緊尺寸，而是針對(duì)每個(gè)部位，將完全不收緊時(shí)的系帶長(zhǎng)度記作a0，然后嘗試收到保持合體的最大收緊狀態(tài)，測(cè)得此時(shí)的系帶長(zhǎng)度，記作amax，二者之間的差值記作a。每個(gè)形變部位均采用以a為基準(zhǔn)的相對(duì)比例作為形變水平的控制尺度。最終確定的形變水平包括0、a/3、2a/3和a，分別對(duì)應(yīng)無(wú)形變、低形變、中形變和高形變狀態(tài)，并折算出所對(duì)應(yīng)的系帶收緊量。

表2 形變水平設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)試內(nèi)容

1.3.1 暖體假人熱阻測(cè)試

本文實(shí)驗(yàn)參考ISO 15831—2004，采用暖體假人(美國(guó)踏石國(guó)際集團(tuán)有限公司)對(duì)羽絨服不同形變狀態(tài)下的總熱阻和局部熱阻進(jìn)行測(cè)試，每件樣衣重復(fù)測(cè)試3次取平均值。采用恒皮膚溫度模式，設(shè)定假人各區(qū)段體表溫度為(34±0.2) ℃，并讓假人以靜止站立姿勢(shì)完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在全天候人工氣候艙中進(jìn)行，依照標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的低溫小風(fēng)環(huán)境條件為：溫度(0±0.5) ℃，相對(duì)濕度(50±20)%，風(fēng)速(0.4±0.1) m/s。同時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)為羽絨服搭配了統(tǒng)一的內(nèi)穿服裝及配件，包括貼身保暖內(nèi)衣、休閑外褲以及手套、襪子和帆布鞋。

1.3.2 服裝形變?nèi)S掃描

采用Handyscan 700手持式三維掃描儀(加拿大形創(chuàng)有限公司)對(duì)假人裸體表面、不同形變狀態(tài)下的著裝外表面進(jìn)行掃描，表面所貼的掃描標(biāo)記點(diǎn)用于采集假人、樣衣形態(tài)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖2所示。然后利用Geomagic Qualify 2013(美國(guó)杰魔軟件有限公司)軟件對(duì)捕獲的三維圖像進(jìn)行處理，包括假人裸體與著裝表面形態(tài)的“擬合對(duì)齊”“裁剪”及“三維比較”等操作命令，獲取實(shí)驗(yàn)樣衣在4個(gè)形變水平下的局部體積。

圖2 羽絨服樣衣及掃描標(biāo)記點(diǎn)

2 結(jié)果與討論

2.1 服裝總熱阻

4個(gè)形變水平下包括內(nèi)搭服裝在內(nèi)的羽絨服系統(tǒng)總熱阻測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 不同形變水平下羽絨服系統(tǒng)的總熱阻

從羽絨服充絨量的角度來(lái)看，在無(wú)形變狀態(tài)下，充絨量越多服裝總熱阻并非越大。表3中的熱阻(R)大小順序?yàn)椋篟135>R150>R180>R110(注：下標(biāo)數(shù)字代表充絨量)，這再次驗(yàn)證了研究者[7-9]有關(guān)存在最佳充絨量使得羽絨服保暖性最好的結(jié)論。由于135 g/m2的充絨量使得羽絨含量適中，既不會(huì)因充絨量過少、蓬松度不足導(dǎo)致對(duì)流散熱過多，也不會(huì)因充絨量過多、毛羽間變得更擁擠導(dǎo)致傳導(dǎo)散熱過多，因此，相對(duì)于其他羽絨服樣衣來(lái)說，該樣衣在羽絨含量、羽絨毛羽間的靜止空氣含量、衣下空氣層含量等各方面均達(dá)到了最佳的搭配比例，提供了最優(yōu)的隔熱能力。

羽絨服發(fā)生形變后，4件樣衣的熱阻值均發(fā)生了變化。總體上，無(wú)論服裝的厚薄程度如何，與系帶完全放松時(shí)的無(wú)形變狀態(tài)相比，羽絨服在低形變時(shí)的總熱阻有所增加，隨著形變的繼續(xù)增大呈遞減趨勢(shì)，且高形變時(shí)的熱阻仍低于無(wú)形變時(shí)的熱阻。這說明羽絨服在形變量逐漸增大的過程中，其材料內(nèi)部及衣下空間中包括傳導(dǎo)散熱、對(duì)流散熱等多種傳熱方式，其各自存在著不同的變化趨勢(shì)，從而形成了服裝總熱阻先增后減的綜合效果。

雖然4件樣衣的總熱阻均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，但在每次形變狀態(tài)改變時(shí)熱阻變化率卻有所不同，如表4所示?？砂l(fā)現(xiàn)：低形變與無(wú)形變時(shí)相比，薄型(110 g/m2)和厚型(180 g/m2)2件樣衣熱阻增加率更高，分別為1.74%、2.19%，反觀普通型(135 g/m2)、中厚型(150 g/m2)樣衣的熱阻僅略微增加(0.18%)或基本沒有變化(0.00%)。而中形變與低形變時(shí)相比，4件樣衣熱阻值均下降，但值得注意的是，低形變時(shí)熱阻增加率較高的薄型、厚型羽絨服在該形變狀態(tài)下的熱阻下降率分別為最低(0.32%)和最高(2.02%)。高形變與中形變時(shí)相比，4件樣衣的熱阻繼續(xù)下降，但此時(shí)的變化率又呈現(xiàn)出不一樣的趨勢(shì)，中形變時(shí)熱阻下降率最低的薄型樣衣在高形變時(shí)呈現(xiàn)出驟降趨勢(shì)，下降率為2.28%，是中形變時(shí)的7倍多；而中形變時(shí)熱阻下降率均較高的普通型、厚型樣衣在高形變時(shí)的熱阻下降率減小，分別為0.86%、0.75%，是中形變時(shí)的一半左右;該形變狀態(tài)下熱阻下降最快的是中厚型羽絨服，下降率達(dá)到3.10%。綜上，4件樣衣在不同的形變狀態(tài)下會(huì)因充絨量的差異而顯現(xiàn)出不同的熱阻變化規(guī)律。

表4 形變狀態(tài)改變時(shí)羽絨服系統(tǒng)總熱阻的變化率

一般來(lái)說，低形變時(shí)的輕微施壓能夠打破填充不適量(羽絨填充過少或過多)的羽絨服內(nèi)部及衣下空間的空氣狀態(tài)，對(duì)增加隔熱、減少散熱產(chǎn)生積極影響；當(dāng)受壓達(dá)到一定程度之后，繼續(xù)施壓會(huì)轉(zhuǎn)變之前的空氣狀態(tài)，對(duì)增加隔熱、減少散熱產(chǎn)生消極影響。低形變狀態(tài)下熱阻變化率相似但厚薄差異較大的羽絨服，在中高形變狀態(tài)下的變化率相差越來(lái)越大，這說明在中高形變時(shí)，充絨量因素開始發(fā)揮作用，使得不同厚薄的羽絨服呈現(xiàn)出不同的熱阻下降趨勢(shì)。

2.2 服裝局部熱阻

由于服裝形變產(chǎn)生于局部，針對(duì)本文中4個(gè)系帶所影響的身體部位，進(jìn)一步考察暖體假人在上胸部、下胸部、腰腹部、右腹部、上背部、下背部、腰臀部、右臀部這8個(gè)部位的局部熱阻變化。為方便表示，用字母表示暖體假人局部部位：UC為上胸部，UB為上背部，LC為下胸部，LB為下背部，WA為腰腹部，WB為腰臀部，RA為右腹部，RB為右臀部，如圖3所示。

圖3 暖體假人的8個(gè)部位與系帶位置

表5～8分別示出4件羽絨服樣衣在4個(gè)形變水平下8個(gè)部位的局部熱阻。可發(fā)現(xiàn)，從暖體假人不同部位來(lái)看，UC、UB、RA部位的熱阻一般比LC、LB、WA、WB更小。這一方面是因?yàn)榍罢呖拷b邊緣開口(領(lǐng)口、下擺)處，更易受到空氣對(duì)流散熱的影響，因而熱阻較?。涣硪环矫媸且?yàn)楹笳呖拷w假人凹陷的腰部，服裝與人體之間所形成的衣下靜止空氣層更厚，阻隔傳導(dǎo)散熱能力更強(qiáng)，因而熱阻較大。另外，從熱阻變化幅度來(lái)看，LC、LB、WA、WB這些靠近腰部凹陷的部位因形變而產(chǎn)生的熱阻變化率要比體表曲線更為平緩的UC、UB部位更大，說明人體表面凹凸起伏較大的區(qū)域由于形成了較厚的衣下空氣層，因此，更易受到形變的影響。同樣的現(xiàn)象可從處于相同水平位置，分別位于暖體假人正、背面的UC、UB部位以及RA、RB部位觀察到?？砂l(fā)現(xiàn)，在同一形變水平下，UC部位熱阻總是小于UB部位，除個(gè)別情況外，RA部位熱阻一般均小于RB部位，這也是由更為凹凸的肩背處、后臀處所形成的更大衣下空氣層決定的。

表5 110 g/m2羽絨服系統(tǒng)在不同形變水平下的局部熱阻

表6 135 g/m2羽絨服系統(tǒng)在不同形變水平下的局部熱阻

表7 150 g/m2羽絨服系統(tǒng)在不同形變水平下的局部熱阻

表8 180 g/m2羽絨服系統(tǒng)在不同形變水平下的局部熱阻

根據(jù)服裝的局部熱阻及面積權(quán)重可計(jì)算出服裝總熱阻，如式(1)所示。為說明羽絨服總熱阻的變化規(guī)律因服裝厚薄而不同的原因，可從不同形變水平下羽絨服局部熱阻的變化趨勢(shì)來(lái)分析。

(1)

式中：R總為服裝總熱阻，clo；Ri為服裝覆蓋區(qū)段i的局部熱阻，clo；pi為該區(qū)段占整個(gè)服裝覆蓋區(qū)域的面積權(quán)重,%；n為服裝覆蓋區(qū)域的區(qū)段數(shù)。

假設(shè)羽絨服的局部熱阻Ri在某一形變水平下的變化率為yi，則該局部在下一個(gè)形變水平的熱阻為Ri(1+yi)，為便于計(jì)算式(1)中等號(hào)右邊的變化情況，設(shè)置式(2)以表示局部熱阻的倒數(shù)1/Ri的變化率δi。

(2)

查閱羽絨服覆蓋的假人各區(qū)段面積，計(jì)算得出面積權(quán)重pi，如表9所示。

表9 羽絨服覆蓋區(qū)段不同部位的面積權(quán)重

由于各區(qū)段的面積權(quán)重pi均為百分比形式，同時(shí)由式(2)計(jì)算得出的δi值一般也為百分比形式。為便于探討樣衣總熱阻的變化情況，定義整數(shù)αi表示局部熱阻變化對(duì)于總熱阻增加的貢獻(xiàn)情況，即貢獻(xiàn)數(shù)。為消除百分比的影響采用下式進(jìn)行計(jì)算。

(3)

需要注意的是，由于系帶A、B、C、D的收緊對(duì)左右手臂的服裝形變影響甚微，因此，默認(rèn)左右手臂在每個(gè)形變狀態(tài)下的熱阻變化率均為0。另外，假定系帶收緊量對(duì)于假人的左右部位是均勻的，那么左腹部、左臀部分別與右腹部、右臀部的局部熱阻變化率保持一致。由于式(1)等號(hào)左邊為1/R總，即式(3)中的局部熱阻貢獻(xiàn)數(shù)之和代表的是對(duì)總熱阻倒數(shù)變化的貢獻(xiàn)，因此,當(dāng)αi>0時(shí)，表明局部熱阻對(duì)整體熱阻的增加起消極作用,當(dāng)αi<0時(shí)則起積極作用。

根據(jù)式(3)統(tǒng)計(jì)出不同充絨量羽絨服的各局部熱阻在每次形變狀態(tài)改變時(shí)對(duì)總熱阻增加的貢獻(xiàn)數(shù)αi的總和，并按正負(fù)情況進(jìn)行區(qū)分如表10所示。

表10 形變狀態(tài)改變時(shí)羽絨服局部熱阻變化對(duì)總熱阻增加的貢獻(xiàn)數(shù)統(tǒng)計(jì)

由表10可發(fā)現(xiàn)，正、負(fù)貢獻(xiàn)數(shù)總和能夠在一定程度上解釋羽絨服系統(tǒng)總熱阻的變化規(guī)律。如無(wú)形變至低形變時(shí)，薄型和厚型的負(fù)貢獻(xiàn)數(shù)總和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正貢獻(xiàn)數(shù)總和，因而呈現(xiàn)出總熱阻增加率較高的趨勢(shì)；低形變至中形變時(shí)，除薄型的正負(fù)貢獻(xiàn)數(shù)總和之比約為2以外，中厚型、厚型均達(dá)到了10倍以上，普通型甚至無(wú)負(fù)貢獻(xiàn)數(shù)，因此，普通型、中厚型、厚型這3件樣衣總熱阻呈現(xiàn)出驟降趨勢(shì)，而薄型樣衣的總熱阻下降率放緩；中形變至高形變時(shí)，除普通型樣衣的負(fù)貢獻(xiàn)數(shù)總和高于正貢獻(xiàn)數(shù)總和外，其余樣衣的正貢獻(xiàn)數(shù)總和均遠(yuǎn)大于負(fù)貢獻(xiàn)數(shù)總和，這也解釋了高形變狀態(tài)下普通型樣衣的總熱阻下降率放緩的情況。然而，厚型樣衣在高形變狀態(tài)下無(wú)負(fù)貢獻(xiàn)數(shù)，但總熱阻下降率也放緩，這需進(jìn)一步通過掃描數(shù)據(jù)加以分析。

2.3 服裝局部形態(tài)

采用Geomagic Qualify 2013軟件對(duì)掃描得到的暖體假人裸體和著裝時(shí)的外表面形態(tài)進(jìn)行圖像處理，獲取了8個(gè)局部體積，數(shù)據(jù)包括了羽絨服本身和衣下空間2部分之和。

表11示出4件羽絨服樣衣在每次形變狀態(tài)改變時(shí)8個(gè)部位的局部體積變化率?？芍^大多數(shù)部位的體積在每次形變程度增加時(shí)均減小。其中也有例外，如從無(wú)形變向低形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，一些樣衣(如薄型、中厚型)在上背部的體積有所增加；從低形變向中形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，一些樣衣(如厚型)在右臀部的體積大大增加；從中形變向高形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，所有樣衣的上胸部體積均有增加。由此發(fā)現(xiàn)，這些部位均靠近服裝邊緣開口處，說明系帶的收緊很可能會(huì)將靠近軀干中心部位的空氣擠壓至服裝邊緣部位，使得服裝膨起體積增加。

表11 形變狀態(tài)改變時(shí)羽絨服系統(tǒng)的局部體積變化率

為進(jìn)一步探究局部空氣量的變化對(duì)服裝局部熱阻的影響，將4件樣衣在3次形變狀態(tài)改變時(shí)的局部體積和局部熱阻的增減差異進(jìn)行匯總和分類，如表12所示。為方便表示，羅馬符號(hào)Ⅰ(第一象限)代表局部體積和局部熱阻均增加的情況；符號(hào)Ⅱ(第二象限)代表體積減小熱阻增加的情況；符號(hào)Ⅲ(第三象限)代表二者均減小的情況；符號(hào)Ⅳ(第四象限)代表體積增加熱阻減小的情況。

由表12分類結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著服裝形變水平的增加，符號(hào)Ⅲ在無(wú)形變至低形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)零星出現(xiàn),之后的低形變至中形變、中形變至高形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)大面積出現(xiàn)；符號(hào)Ⅱ在無(wú)形變至低形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)占比較大,之后的低形變至中形變、中形變至高形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)數(shù)量銳減，這說明在略微施壓的情況下，大多數(shù)部位的羽絨服內(nèi)部及衣下的流動(dòng)空氣先被排出，使得對(duì)流散熱效應(yīng)慢慢減弱，熱阻增加。而隨著中高形變狀態(tài)下系帶收緊程度的增加，流動(dòng)空氣慢慢排盡，羽絨間及衣下的靜止空氣開始不斷排出或轉(zhuǎn)移，這將削弱靜止空氣量對(duì)隔熱作用的貢獻(xiàn)，降低熱阻值。

表12 形變狀態(tài)改變時(shí)羽絨服局部體積和熱阻的變化情況

從暖體假人的不同部位來(lái)看，8個(gè)部位可分為2類情況：UC、UB、RA、RB代表變化部位，LC、LB、WA、WB代表穩(wěn)定部位。具體來(lái)說，UC、UB、RA、RB部位涵蓋了所有符號(hào)類型，且并未遵循一定的變化規(guī)律；相比之下，LC、LB、WA、WB部位的符號(hào)變化較為模式化，隨著形變水平的增加，這4個(gè)部位的體積一直在減小，而熱阻先增后減或一直減小，僅有個(gè)別部位出現(xiàn)熱阻先減后增的情況。這主要是因?yàn)樽兓课惶幱诜b邊緣開口處，因此，系帶的束緊不一定減小體積，而有可能將離軀干中心部位較近(穩(wěn)定部位)的羽絨服內(nèi)部或衣下空間中的空氣擠壓至邊緣處，導(dǎo)致變化部位的體積增加，而這其中又包含2種情況：一種是羽絨內(nèi)部的靜止空氣被擠壓至邊緣處，將會(huì)增強(qiáng)隔熱作用增大熱阻，對(duì)應(yīng)符號(hào)Ⅰ；另一種是衣下空間中的空氣被擠壓至邊緣開口處，將會(huì)增強(qiáng)開口處的空氣對(duì)流，增加散熱量減小熱阻，對(duì)應(yīng)符號(hào)Ⅳ。穩(wěn)定部位靠近軀干中心處，也是系帶B、C、D施壓的主要部位，因此，其在每一形變狀態(tài)下的受壓較為均勻，熱阻的變化較為一致。

由表12的符號(hào)變化也可從側(cè)面說明不同厚薄的羽絨服系統(tǒng)總熱阻變化規(guī)律不一的原因。從無(wú)形變向低形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，薄型、厚型樣衣的大多數(shù)部位為符號(hào)Ⅱ，表明當(dāng)充絨量較少時(shí)，服裝內(nèi)部較為空蕩，流動(dòng)空氣量占比較大，略微的施壓就能夠排出流動(dòng)空氣，使得熱阻增大；當(dāng)充絨量較多時(shí)，服裝內(nèi)部較為緊實(shí)，羽絨體積占比較大，但羽絨之間仍存在些許空隙，此時(shí)的空隙相當(dāng)于織物孔洞，能夠促進(jìn)散熱，略微的施壓會(huì)減少這些空隙，使得羽絨纖維之間更為緊密，減少散熱作用，增大熱阻。而普通型和中厚型樣衣的符號(hào)Ⅲ數(shù)量均占有一半左右，說明在近一半左右的部位內(nèi)，由于羽絨填充適量，靜止空氣量已達(dá)最優(yōu)配比，略微施壓會(huì)降低靜止空氣量從而減小熱阻。上述分析便解釋了低形變狀態(tài)下最薄和最厚的2件樣衣熱阻增加率更高的現(xiàn)象。

從低形變向中形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，系帶收緊達(dá)到中等程度，薄型樣衣仍有一定數(shù)量的部位表現(xiàn)為符號(hào)Ⅱ，即處于排出流動(dòng)空氣、減少對(duì)流散熱作用的過程中，因此，總熱阻下降率是4件樣衣中最低的(0.32 %)。其余3件樣衣的大多數(shù)部位均為符號(hào)Ⅲ，說明有的部位內(nèi)部因靜止空氣不斷排出而導(dǎo)致熱阻下降；有的部位內(nèi)部已無(wú)空氣，繼續(xù)增加形變會(huì)壓縮羽絨本身的厚度，縮短傳導(dǎo)散熱路徑，縮小服裝內(nèi)外表面溫差，降低熱阻值。

從中形變向高形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，系帶收緊量達(dá)到最大值，各樣衣的總熱阻均下降至最低。值得注意的是，普通型樣衣在中形變至高形變狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)表現(xiàn)出更多的符號(hào)Ⅰ和Ⅱ，而符號(hào)Ⅲ占比下降；反觀其他3件樣衣，其符號(hào)Ⅲ占比達(dá)到最大，且主要集中在軀干中心部位。這說明當(dāng)充絨量適中時(shí)，即使服裝形變程度增至保持合體的最大限度，對(duì)于某些部位來(lái)說形變對(duì)隔熱仍會(huì)起一些積極作用；而當(dāng)充絨量過少或過多時(shí)，對(duì)軀干中心部位來(lái)說形變水平的增加最終會(huì)削弱隔熱效果，降低保暖性。上述分析可以解釋普通型樣衣在高形變時(shí)熱阻下降率放緩的情況。然而，由表12尚不能說明厚型樣衣的總熱阻在高形變時(shí)下降率也放緩的原因，需考慮結(jié)合左右手臂的局部熱阻變化率來(lái)綜合分析，本文中暫不討論。

綜上所述，一般情況下隨著服裝形變水平的增加，一開始會(huì)排出流動(dòng)空氣，流動(dòng)空氣排盡后會(huì)繼續(xù)排出羽絨握持的靜止空氣，即先降低對(duì)流散熱作用,后降低空氣層隔熱作用，因此，熱阻先增后減；之后的靜止空氣排盡，羽絨間仍存在一些空隙，這些空隙起著促進(jìn)散熱的作用，形變水平的繼續(xù)增加能減少空隙，增加熱阻；當(dāng)空隙消失羽絨服內(nèi)已無(wú)空氣，傳導(dǎo)散熱成為主導(dǎo)散熱方式時(shí)，繼續(xù)增加形變則會(huì)壓縮羽絨本身的厚度，縮短傳熱路徑，減小熱阻。上述過程中，羽絨服體積在逐漸減少(見圖4)，而熱阻的變化卻呈“M”型趨勢(shì)，即先增后減、再增加、最后減少。羽絨服充絨量的不同僅會(huì)改變上述過程的初始空氣狀態(tài)，當(dāng)充絨量較少時(shí)，可能存在流動(dòng)空氣量占比較大的初始情況；當(dāng)充絨量較多時(shí)，可能存在靜止空氣量或羽絨本身體積占比較大的情況。

圖4 形變過程中羽絨服內(nèi)部物質(zhì)體積的變化

3 結(jié) 論

本文通過設(shè)計(jì)羽絨服形變方法，采用暖體假人實(shí)驗(yàn)測(cè)量了4件防寒等級(jí)不同的羽絨服樣衣在不同形變水平下的隔熱性能，結(jié)合形變后包含服裝本身的衣下空間體積變化情況，經(jīng)分析得出以下結(jié)論。

1)羽絨服內(nèi)部及衣下空間中的空氣，在不同的流動(dòng)狀態(tài)下對(duì)服裝的隔熱能力會(huì)產(chǎn)生截然相反的作用。服裝形變會(huì)改變空氣的流動(dòng)狀態(tài)，對(duì)服裝整體及局部的隔熱能力產(chǎn)生規(guī)律性影響，而這種影響會(huì)因充絨量的不同存在差異。

2)使服裝保暖性達(dá)到最優(yōu)的形變水平值與充絨量均遵循適中原則，即羽絨服存在一個(gè)適宜的形變程度使得服裝最保暖，也存在一個(gè)適宜的充絨量使得服裝最保暖。

3)人體穿著羽絨服時(shí)，體表曲線更為明顯的部位(如腰部凹陷處、肩胛骨、后臀)，其局部隔熱能力更強(qiáng)，也更易受到形變作用的影響；離服裝邊緣開口處(如領(lǐng)口、下擺)較近的部位，形變可能造成這些部位內(nèi)部或衣下空間的空氣量增加，增強(qiáng)空氣層隔熱或促進(jìn)對(duì)流散熱，對(duì)局部隔熱能力產(chǎn)生積極或消極作用，無(wú)一定規(guī)律可循。