輕量化高強滌綸麵料在跑步服裝中的熱濕舒適性優化 引言 隨著全民健身意識的提升與運動科學的不斷進步，跑步作為一項普及性極高的有氧運動，其參與人數逐年攀升。在跑步過程中，人體代謝產生大量熱量與...
輕量化高強滌綸麵料在跑步服裝中的熱濕舒適性優化
引言
隨著全民健身意識的提升與運動科學的不斷進步，跑步作為一項普及性極高的有氧運動，其參與人數逐年攀升。在跑步過程中，人體代謝產生大量熱量與汗液，若服裝無法及時導濕散熱，將導致體感悶熱、出汗不均、皮膚黏膩，甚至引發運動不適或熱應激反應。因此，跑步服裝的熱濕舒適性成為影響運動表現與用戶體驗的關鍵因素。
近年來，輕量化高強滌綸（Lightweight High-Strength Polyester, LHSP）因其優異的力學性能、低密度、快幹特性及良好的可加工性，逐漸成為高性能運動服裝的主流材料。尤其在跑步服裝領域，通過結構設計、後整理工藝與複合技術的協同優化，LHSP麵料在熱濕管理方麵展現出顯著潛力。本文係統探討輕量化高強滌綸麵料在跑步服裝中熱濕舒適性優化的技術路徑，結合國內外研究成果，分析其物理性能、結構參數、熱濕傳遞機製及實際應用表現，旨在為高性能運動服裝的設計與開發提供理論支持與實踐指導。
一、輕量化高強滌綸麵料的物理特性與技術參數
1.1 基本定義與材料特性
輕量化高強滌綸（LHSP）是以聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）為基礎，通過分子鏈結構優化、紡絲工藝改進（如高速紡、複合紡、異形截麵紡絲）等手段，實現纖維輕質化與高強度並存的一類合成纖維。其典型特征包括：
- 低密度：通常在1.30–1.38 g/cm³之間，低於常規滌綸（1.38–1.40 g/cm³），有助於減輕服裝整體重量；
- 高斷裂強度：可達5.5–7.0 cN/dtex，顯著高於普通滌綸（約4.5–5.0 cN/dtex）；
- 低吸濕性：回潮率僅為0.4%左右，遠低於棉（8–10%），但可通過改性提升親水性；
- 快幹性能：水分蒸發速率快，幹燥時間短，適合高強度運動場景。
1.2 主要產品參數對比
下表列出了輕量化高強滌綸與常規滌綸、尼龍66及棉纖維在關鍵性能指標上的對比：
| 性能參數 | 輕量化高強滌綸 | 常規滌綸 | 尼龍66 | 棉 |
|---|---|---|---|---|
| 密度 (g/cm³) | 1.32–1.36 | 1.38–1.40 | 1.14 | 1.54 |
| 斷裂強度 (cN/dtex) | 5.8–7.0 | 4.5–5.2 | 5.0–6.0 | 2.5–4.0 |
| 斷裂伸長率 (%) | 18–25 | 20–35 | 20–40 | 5–10 |
| 回潮率 (%) | 0.4 | 0.4–0.6 | 4.0–4.5 | 8.0–10.0 |
| 熱導率 (W/m·K) | 0.15–0.18 | 0.15 | 0.25 | 0.07 |
| 幹燥時間 (min) | 8–15 | 15–25 | 10–20 | 60–120 |
| 抗紫外線能力 (UPF) | 30–50+ | 20–30 | 20–25 | 5–10 |
數據來源：中國紡織科學研究院《功能性纖維材料手冊》（2021）；ASTM D5034-17；ISO 6330:2012
從表中可見，LHSP在強度、輕量化和幹燥性能方麵具有顯著優勢，尤其適合用於高強度、長時間的跑步運動場景。
二、熱濕舒適性的評價體係與影響因素
2.1 熱濕舒適性的定義
熱濕舒適性（Thermal and Moisture Comfort）是指服裝在人體運動過程中，能夠有效調節體表微氣候，維持皮膚溫度與濕度在舒適區間的能力。其核心包括：
- 熱傳遞性能：通過傳導、對流、輻射等方式調節體溫；
- 濕傳遞性能：包括吸濕、導濕、蒸發與幹燥能力；
- 透氣性：空氣流通能力，影響散熱效率；
- 貼膚感：織物與皮膚接觸的柔軟度、摩擦感等。
2.2 評價指標與測試方法
國際標準化組織（ISO）與美國材料與試驗協會（ASTM）已建立多項標準用於評估服裝熱濕性能，主要包括：
| 評價指標 | 測試標準 | 測試方法簡述 |
|---|---|---|
| 透氣性 | ISO 9237 / ASTM E96 | 測量單位時間內通過織物的空氣或水蒸氣量 |
| 透濕性（WVT） | ISO 11092 / ASTM E96 | 使用 sweating guarded-hotplate 測定 |
| 熱阻（Rct） | ISO 11092 | 衡量織物隔熱能力，單位 m²·K/W |
| 濕阻（Ret） | ISO 11092 | 衡量濕氣傳遞阻力，單位 m²·kPa/W |
| 接觸冷感（Q-max） | ASTM D7984 | 通過瞬態熱流傳感器測定皮膚接觸瞬間涼感 |
| 液態水導濕性 | AATCC 195 / ISO 13034 | 測定織物單向導濕能力（如芯吸高度） |
研究表明，理想的跑步服裝應具備低熱阻（Rct < 0.1 m²·K/W）、低濕阻（Ret < 20 m²·kPa/W）、高透濕量（>10,000 g/m²/24h）及良好的單向導濕性能（芯吸高度 >5 cm/30min）。
三、輕量化高強滌綸在跑步服裝中的結構優化設計
3.1 織物結構設計
為提升LHSP麵料的熱濕舒適性，常采用以下結構設計策略：
（1）雙層麵料結構（Double-Layer Structure）
通過外層疏水、內層親水的雙層設計，實現“內吸外排”的導濕機製。內層采用改性親水滌綸或混紡棉纖維，快速吸收汗液；外層為高強滌綸，利用毛細效應將水分導出並快速蒸發。
| 結構類型 | 內層材料 | 外層材料 | 透濕量 (g/m²/24h) | 濕阻 (m²·kPa/W) |
|---|---|---|---|---|
| 單層平紋 | 常規滌綸 | 常規滌綸 | 8,500 | 24.5 |
| 雙層網眼結構 | 親水改性滌綸 | 輕量化高強滌綸 | 12,800 | 16.2 |
| 三維立體編織 | 滌/棉混紡 | 高強異形截麵滌綸 | 14,200 | 14.8 |
數據來源：東華大學《紡織學報》，2022，Vol.43(5): 89–95
（2）異形截麵纖維的應用
采用十字形、Y形或中空截麵的LHSP纖維，可顯著提升毛細導濕能力。例如，Y形截麵纖維的比表麵積比圓形截麵增加約35%，芯吸速率提高40%以上（Zhang et al., 2020）。
3.2 後整理技術優化
（1）親水整理（Hydrophilic Finishing）
通過浸軋法施加聚醚類或矽烷類親水劑，提升滌綸表麵親水性，降低接觸角。經整理後，LHSP麵料的回潮率可由0.4%提升至2.5%，芯吸高度由2.1 cm提升至6.8 cm（30min）。
（2）微孔塗層與激光打孔
在織物表麵引入微米級孔洞或激光穿孔（孔徑0.1–0.5 mm），可顯著提升透氣性。實驗表明，打孔密度為20孔/cm²時，透氣性提升約300%，濕阻降低至12.5 m²·kPa/W（Li et al., 2021）。
（3）相變材料（PCM）複合
將微膠囊相變材料（如石蠟類PCM，相變溫度28–32℃）嵌入LHSP纖維中，可在體溫升高時吸收熱量，降低體感溫度。研究表明，含5% PCM的LHSP麵料可使皮膚溫度降低1.2–1.8℃（Wang et al., 2019）。
四、國內外研究進展與典型案例分析
4.1 國內研究現狀
中國在輕量化高強滌綸的研發與應用方麵已取得顯著進展。東華大學、浙江理工大學等高校在功能性纖維改性、智能紡織品開發等領域發表了多項高水平成果。
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東華大學團隊（2021）開發了一種基於LHSP的“仿生蜘蛛網”結構織物，通過徑向與緯向纖維的疏密交替排列，實現汗液的快速定向導出。測試顯示，該麵料在跑步模擬實驗中，背部區域濕度降低32%，體感舒適度提升41%（Chen et al., 2021, Textile Research Journal）。
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恒力集團推出的“UltraDry™”係列高強滌綸麵料，采用三葉異形截麵與納米親水塗層，透濕量達15,600 g/m²/24h，已廣泛應用於國內馬拉鬆賽事服裝中。
4.2 國際研究動態
國際上，以美國杜邦（DuPont）、德國拜耳（Bayer）、日本帝人（Teijin）為代表的材料企業持續推動高性能滌綸的創新。
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杜邦Coolmax® EcoMade：采用再生PET為原料的輕量化高強滌綸，具備四溝槽截麵結構，導濕效率比普通滌綸高20%以上。根據Smith et al.（2020）在《Journal of the Textile Institute》中的研究，穿著Coolmax®服裝的跑步者在30分鍾高強度運動後，皮膚濕度比棉質服裝低45%。
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Adidas Climacool® 係列：采用LHSP與聚氨酯網眼複合結構，結合3D立體編織技術，在腋下、背部等高汗區設置通風通道。實測數據顯示，該係列服裝的透氣性達380 mm/s（ASTM D737），顯著優於普通滌綸T恤（約120 mm/s）。
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Nike Dri-FIT ADV：使用高強滌綸與彈性纖維混編，結合激光切割通風孔，實現“動態透氣”效果。在Nike內部測試中，運動員在32℃環境下的核心體溫上升速率降低18%。
五、熱濕舒適性優化的多尺度模擬與實驗驗證
5.1 數值模擬方法
近年來，計算流體力學（CFD）與有限元分析（FEA）被廣泛應用於服裝熱濕傳遞模擬。例如，Luo et al.（2022）構建了“人體-服裝-環境”耦合模型，模擬LHSP麵料在跑步狀態下的微氣候變化。結果顯示：
- 在風速5 m/s、環境溫度30℃條件下，LHSP雙層結構服裝的皮膚表麵濕度穩定在65% RH以下，而棉質服裝高達85% RH；
- 蒸發效率提升38%，體感熱應力指數（PET）降低2.1級。
5.2 實際穿著實驗
清華大學體育與健康工程研究所開展了一項雙盲對照實驗，招募20名男性跑者（年齡25–35歲），分別穿著LHSP優化服裝與普通滌綸服裝進行5公裏跑步測試（氣溫28℃，相對濕度60%）。監測指標如下：
| 指標 | LHSP優化服裝 | 普通滌綸服裝 | 改善率 |
|---|---|---|---|
| 平均皮膚溫度 (℃) | 33.2 ± 0.4 | 34.8 ± 0.6 | -4.6% |
| 背部濕度 (%RH) | 68.5 ± 5.2 | 82.3 ± 6.8 | -16.8% |
| 出汗量 (g/30min) | 128 ± 15 | 135 ± 18 | -5.2% |
| 主觀舒適評分（1–10） | 8.6 ± 0.7 | 6.3 ± 0.9 | +36.5% |
| 幹燥時間（運動後） | 18 ± 3 min | 35 ± 5 min | -48.6% |
數據來源：Tsinghua University Sports Engineering Report, 2023
實驗表明，LHSP優化服裝在熱濕管理方麵具有顯著優勢，尤其在主觀舒適性與幹燥速度上表現突出。
六、環境適應性與多功能集成
6.1 不同氣候條件下的性能表現
LHSP麵料在不同環境下的熱濕性能存在差異，需針對性優化：
| 環境條件 | 推薦結構 | 關鍵性能要求 |
|---|---|---|
| 高溫高濕（>30℃, >70%RH） | 高透氣網眼 + 激光打孔 | 透濕量 >12,000 g/m²/24h，Ret <18 |
| 低溫幹燥（<10℃） | 雙層保暖 + 防風外層 | Rct >0.12 m²·K/W，防風率 >80% |
| 晝夜溫差大 | PCM複合 + 可調節通風口 | 相變溫度28–32℃，動態調節 |
6.2 多功能集成趨勢
現代跑步服裝趨向於多功能集成，LHSP作為基材，可與其他技術結合：
- 抗菌功能：通過銀離子或殼聚糖整理，抑製細菌滋生，減少異味；
- 抗紫外線：LHSP本身具有較高UPF值，經紫外線吸收劑處理後可達UPF 50+；
- 智能傳感：嵌入柔性傳感器，實時監測心率、體溫與出汗量，實現健康管理。
參考文獻
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- Chen, M., et al. (2021). "Biomimetic moisture-wicking fabric with spider-web-like structure for athletic apparel." Textile Research Journal, 91(21-22), 2456–2467.
- Smith, R., Johnson, K., & Brown, T. (2020). "Comparative study of moisture management in synthetic sportswear." Journal of the Textile Institute, 111(8), 1123–1131.
- Luo, Y., et al. (2022). "CFD simulation of thermal and moisture transfer in sportswear under dynamic conditions." International Journal of Heat and Mass Transfer, 185, 122345.
- ASTM D5034-17. Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Fabrics (Grab Test).
- ISO 11092:2014. Clothing — Physiological effects — Measurement of thermal and evaporative resistance under steady-state conditions (sweating guarded-hotplate test).
- AATCC Test Method 195-2011. Liquid Moisture Management of Textile Fabrics.
- 清華大學體育與健康工程研究所. 《高性能運動服裝熱濕舒適性實測報告》. 2023.
- 杜邦公司. Coolmax® 技術白皮書. 2022.
- Adidas AG. Climacool® Innovation Report. 2021.
- Nike, Inc. Dri-FIT ADV Product Testing Summary. 2023.
（全文約3,800字）
