人体衣着环境对红外纺织品开发的启示

1　红外纺织品的定义

“红外”一词是一个很宽的电磁频率范围，从用于通讯的最大电磁频率到可见光谱的最低频率。服装在穿着过程中，来自人体的辐射热以电磁波的形式产生，主要发生在红外区域。红外波谱的波长范围从0.75～1 000μm，而与人体生理过程相关的最典型的红外波谱范围在6～14μm之间。纺织品经过后整理技术使其表面能够直接反射或吸收后反射红外电磁波的纺织品和服装统称为红外纺织品。

通常生产红外功能纺织品是在整理过程中把一些特殊的物质施加到纺织品上，从而改变织物的红外性能，赋予穿着者保暖的感觉。另外，红外整理还用于特种职业服装上，如消防服中的隔热服，能够阻隔救火过程中热量对人的烧伤。红外整理还应用到了户外运动服装上，有人在羊皮的背面涂上红外材料，模仿北极熊的毛皮，可以抵抗-50℃的严寒。

由于红外纺织品的普及度日益提高，因此有必要进一步探讨红外整理对织物的物理性能、红外性能(吸收、反射、传导)及所产生的热性能的具体影响。为进一步拓展红外纺织品在其它服装领域的应用，结合人类衣着环境进行红外整理定向效应的研究以提高已有产品的性能具有重要意义。

2　纺织品的热性能

热功能性已经成为评价服装性能的一个基本参数，它与服装的舒适性紧密相关。舒适性是一种心理的愉悦状态，是在人体与环境之间的一种心理与身体之间的和谐。人体的舒适性是由身体、热生理学、神经生理学和心理学几方面共同作用的结果。

作为消费者，人们穿衣服的最终目的是获得生理和心理上的舒适性，最根本的是确保身体周围的自然条件适合人类的生存，尤其是心理的舒适性。心理舒适性与人体的热平衡密切相关，这种热平衡将保持人体体温叵定在37℃，体温如果升高或降低5℃都将是致命的。事实上，在一个特定的环境里，个体的生理舒适性很大程度上受所穿着的衣服的影响。它说明服装在人体的生理舒适性方面，尤其是在热生理舒适性方面起着重要的作用。因此，经常用热功能性来评价一件衣服是否为人类的生存提供一个适当的热的小气候。

热性能并没有一个准确的定义。但过去的研究发现，它是与服装设计紧密相关的重要因素。它涉及服装的保暖性能，而保暖性与人们的身体健康和生存相关，尤其在恶劣的热环境下。而且，它在影响人的主观感觉方面起着重要作用。

有几个因素对热性能起着重要作用，它们用数字的形式表示出来，即人体的体温调节性、服装面料的热湿传导性，以及人体、服装与环境体系之间动力学的相互作用。在数字模型中，发现服装面料的热性能和发展的结构特征是影响热性能的两个关键因素。

最近发现有很多人在研究服装的热功能性，比如服装对人体热平衡以及对不同气候和不同体育运动条件下热舒适性的影响。服装及其性能对防护服的物理性能、生理性能及心理性能具有影响。香港理工大学用CAD技术和热功能性服装的设计原理开发了一套热生物工程系统，用于预测和评估防护服的热性能，通过研究表明：热性能是测试服装性能的一个最基本指标。

由于服装的热性能受到日益重视和广泛接受，因此利用热功能性这一概念去评价红外整理的性能就显得迫切了，因为服装的热功能性能够提供一个基本的方针，有助于评价服装是否能够满足人们热生理舒适性的需求。

3　人体衣着环境系统分析

之前有很多研究指出：服装在人们生活中的重要性以及它对人体与服装间相互作用的重要影响。服装在保暖的同时，人体、服装、环境之间形成的小气候对每一个人来说都就是一个独立的湿热能系统，即人-服装-环境系统(HCE)。因为人生活在地球一个热的环境中，服装的热保护，防护作用是最基本的功能。日常生活中，大部分时间人体的80％～90％为服装所覆盖。因此，在评价服装的热性能时考虑人体衣着环境的影响是很重要的。

在人体衣着环境系统中，人体总是处于一种与周围环境相互影响的动态之中，这种作用以物理、感官、心理和其他信息传递的方式进行。在这个体系中，有很多决定穿着者舒适性因素相互作用的过程，如图1所示。

(1)服装与周围环境间的物理过程

这些过程给人体提供物理刺激(或信号)，例如服装中的热湿传递，就是服装和人体之间的一种机械作用，也可以说是光被服装反射和吸收。

(2)身体中的生理过程

这些过程决定了人体和幸存者在危急状态下的生理状态，例如人体的热平衡，就是体温调节的反应及服装和环境之间的动态作用。

(3)神经生理过程

该过程是指人体通过皮肤感受到来自外界的信号，并累积这些信号转化为总体感受后跟人体过去形成的感受信号对比和评估的过程。

(4)心理学过程

该过程是大脑首先通过接收神经心理学的感官信号形成主观概念，然后根据过去的经验和内在的需求，通过对不同感觉进行评价和测定来形成主观的、整体的概念。

这4个过程是同时发生的。环境和服装中的物理过程由一些物理规律来支配，这些规律决定了人体赖以生存与舒适性的物理条件。有一些生理规律控制着热调节，并对来自于神经末梢的物理刺激产生反应，通过神经传导到大脑，大脑生理过程进行调节以保证人体生命体征的正常运行，并对舒适状态进行干预。这一生理过程非常复杂。大脑需要来自于神经末梢的信号并对舒适状态的感官信号进行累积，判断并作出反应。另一方面，大脑的生理能量可能也会改变生理状态反应，比如出汗、流血和颤抖。通过这些过程，这些生理变化将可以通过衣着修正物理过程。

4　人体衣着环境中的辐射传热

热传导因其直接关系到人体与衣着的相互作用而在人体衣着环境系统中成为关键问题。由于温度的差异，传热被定义为运动的能量。每当在一个系统中存在温度梯度或在不同温度下两个系统进入热接触时，热传导现象就会产生。所以，热传导与温度和热流的关系密不可分。温度代表热能量，而热流是热能转移的过程。从微观上看，热能是分子的动能。某种材料的温度越高，组成分子的热搅动就越大。自然法则是具有较高分子动能的区域会将该能量传导到动能较低的区域。

热有3种热传导因素，即传导、对流和辐射。关于传导，分子和/或电子的短程相互作用导致热传导；对流由流体混合和传导结合，涉及热传导；辐射是在2或3个人体间的热辐射能的交换产生热传导。所有这些都体现在人体一衣着的关系中，随纺织品中的湿气输送而传导。

实际上，在3种热传导的因素中，热辐射传导与红外辐射密切相关。这是因为当外表交换电磁波，红外辐射是产生于电磁波的一个组成部分时，辐射传导热量。因此，在辐射热传导上，红外辐射起着重要作用，通过上述4种方式影响人体衣着环境系统。换句话说，改变服装的红外辐射能增加或减少人体与环境间的辐射传热，因而有助于人体在不同的环境下保持适当的热度。因此，红外辐射传导涂层应对辐射传热，从而在人体衣着环境系统中发挥作用。

在人体衣着环境系统中，掌握辐射传热有若干物理定律。所有绝对温度值在0℃以上的物体都会产生红外辐射。物体辐射最强烈的波长取决于其温度，温度较低，其波长较长。根据stefan-Boltzmann定律，物体越热，在一定时间段的辐射能量越大(强度=能量/时间)。上述定律说明辐射传热直接关系到物体的温度。

5　红外产品开发启示

通过研究人体衣着环境系统，可以发现，人体和服装之间是一个湿热平衡的环境，服装的热性能是通过人体的热辐射激发出来的。因此红外纺织品的开发一定要充分考虑人体衣着环境的特点，而不是仅仅考虑对红外电磁波的反射。这对红外纺织品开发的启示是：①红外产品并非越保温越好，当人体出汗时，人体体温受衣服和人体两个发因素调节；②红外产品的开发要考虑使用人群和环境，因为舒适性是最重要的，没有舒适性的产品是失败的，只能应用在特定环境中；③运用红外产品的选择性吸收和反射可以开发出更加智能的红外纺织品，营造更加舒适的人体衣着环境。