JHGT-22.4(172) (2015-11) Journal of the Hwa Gang Textile 華岡紡織期刊第二十二卷第四期 ISSN 1025-9678 http://www.jhgt.org.tw/manuscript/pdf/jhgt-22.4(172)(2015-11).pdf 不同加工類型之環保紗織物對人體舒適性之研究 Research the comfort environment fabrics by different finishing types 鍾興典 1, 李歡恕 2, 潘同澤 2, 李貴琪 1 X. D. Zhong 1, C.H. Lee 2, T. T. Pan 2, K. C. Lee 1 1 中國文化大學紡織工程學系 2 中國文化大學奈米材料研究所 1 Department of Textile Engineering, Chinese Culture University 2 Graduate Institute of Nanomaterials, Chinese Culture University 鍾興典 :styty123 @yahoo.com.tw 摘要 本實驗以不同加工類型之環保紗, 分別於靜態下進行人體生理機能之測試, 再藉由動程去改變 人體的生理機能之變異測試, 測量穿著不同加工類型之紗製成的夏季服飾對人體的自律神經交 感與副交感之變化, 計算出穿著不同加工類型之環保紗製成的夏季服飾之舒適度, 用以評斷不 同加工類型的涼感織物之優劣, 以供往後製作涼感織物之參考 實驗結果顯示十字斷面聚酯織 物在各項測試中較為優良 關鍵詞 : 舒適度 自律神經 交感神經 副交感神經 涼感織物 Abstract In this experiment, the different types of green yarn processing, physiological functions were tested under the static, besides, by moving away to change the physiology of the human variant of test, measurement, wearing summer clothes in different types of yarn made from processed human changes in sympathetic and parasympathetic autonomic nervous system, the calculation of the summer wearing comfort of clothing of different types of yarn made from processing to judge the merits of different types of processed fabric of cool feeling to make a reference for future fabric of cool feeling. Experimental results showed that the cross type polyester fabric is better in the test. Keywords: Comfort, Autonomic Nervous System, Sympathetic, Parasympathetic, Cool Feeling Fabric 172
前言 隨著科技的進步, 為了滿足人們的生活需求, 對於穿著衣物也不再像傳統衣物, 不僅有遮蔽和保暖的功能, 並且逐漸往機能性纖維材料邁進, 在現今已有瞬間涼感性質之規範, 而本實驗則是以不同加工類型的涼感布料, 進行涼感舒適性質方面的探討, 而大眾對於 涼感舒適性值 一詞的定義, 卻是主觀的, 因此實驗針對織物以科學的方式將涼感程度, 與對應到的舒適性以數據化的方式呈現, 藉由數據化的方式來增加消費者對產品機能的消費動機 [1,3] 由於之前的研究指出異形斷面和添加涼感助劑能有效使纖維之舒適性提高, 故本實驗選擇有異形斷面之環保紗來作為本實驗材料之一 [4-6] 本研究以不同加工類型之環保紗, 分別於靜態下進行人體生理機能之測試, 再藉由動程去改變人體的生理機能之變異測試, 測量穿著不同加工類型之紗製成的夏季服飾對人體的自律神經交感與副交感之變化, 計算出穿著不同加工類型之紗製成的夏季服飾之舒適度, 用以評斷不同加工類型的涼感織物之優劣, 以提供製作涼感織物之參考 [1-3] 圖 1 吸濕排汗原理示意圖異型斷面之十字斷面原理十字異型斷面會形成特殊導水溝槽增加了纖維的表面積, 它也形成較強的毛細現象, 能將皮膚表層的濕氣及汗水迅速吸收 擴散與傳輸, 而達到快乾的效果, 讓穿著更乾爽舒適, 也因為特殊構造會增加纖維與纖維間空隙, 會使織物具有較柔軟的手感, 也比一般聚酯織物清涼 乾爽 [4] 理論 吸濕排汗原理 如圖 1 所示, 水份透過織物的過程是利用吸濕 移動 放濕等作用 ( 也稱為毛細管作用 ) 進行 吸濕 移動 放濕等作用則與纖維本身之性質有關, 親水性纖維由於具有親水性基團, 所以吸濕性佳, 但水分子之移動 放濕性差 合成纖維如由於不具親水基, 所以吸濕性差, 但水份之移動 放濕性佳 水份直接透過作用與織物之組織有關, 不管何種纖維材料, 碼重及經緯密愈大水份愈難透過, 而吸濕排汗加工以透過織物結構設計或纖維改質等方式, 改變織物對水分之吸濕 移動 放濕等性質, 吸濕排汗纖維是利用纖維表面微細溝槽所產生的毛細現象使汗水經芯吸 擴散 傳輸等作用, 迅速遷移至織物的表面並發散, 從而達到導濕快乾的目的 [1,3] 圖 2 十字斷面示意圖冷溫感評價 Q-max 原理所謂 Q-max 值, 是指模擬人體接觸織物時, 皮膚瞬間熱量流失的最大值, 也是織物在一定時間內能帶走的熱流量, 單位以每平方公分的 Watt( 瓦 ) 來表示, 帶走的熱越多值越大, 而涼感織物的標準為針織物的 Q-max 值達到 0.13( 瓦 / 平方公分 ) 梭織物的 Q-max 值達到 0.17( 瓦 / 平方公分 ), 其標準數值的訂定是參考自然界中公認最具天然涼爽紡織品 麻材質的基本涼爽特性 173
5. 電動跑步機 (PROTEUS MTM-7800) 儲熱器 ( 熱板 ) 實驗流程 實驗樣布 定溫台 ( 冷板 ) 圖 3 Q-max 測試示意圖 自律神經定義 自律神經主要是分成交感神經以及副交感神經, 主要是控制人體的心跳 呼吸 腸胃 睡眠品質等反應 當交感神經興奮時, 會使人體心跳加快 血壓上升 體溫上升, 使身體在最適合活動的狀態中 ; 反之當副交感神經興奮時會使心跳變慢 血壓下降 呼吸平穩, 使人體在最適合休息的狀態 交感及副交感神經相互的作用使得神經系統可以應付外在壓力以及休息使得身體達到平衡, 彼此是互相制衡的 [2] 實驗 實驗材料 1. A 紗織物 : 十字斷面 (100% Polyester 75D/72F semi-dull DTY) 2. B 紗織物 : 染色時添加涼感助劑 吸濕排汗助劑 (100% Polyester 75D/72F semi-dull DTY) 3. C 紗織物 : 塗佈加工 單向導濕 (100% Polyester 75D/72F semi-dull DTY) 4. 一般環保紗織物 : 未加工之胚布作為有無加工處理之基準點 (100% Polyester 75D/72F semidull DTY) 實驗儀器 1. 恆溫恆濕箱試驗儀 (FA176F,FA3861F) 2. 涼感舒適 Q-max 測試儀 (KES-F7) 3. 電子秤 (Precisa XS 225A-SCS) 4. 心律變異分析儀 ( 達楷生醫科技 ) 實驗條件 1. 測試者 (1) 身高 174 公分 (2) 體重 :55 公斤 (3) 男性,21 歲 2. 依據 CNS5611 訂定實驗環境 (1) 溫度 :25±2 (2) 濕度 :65±5RH 3. 測試條件 (1) 靜態測試 : 受測者穿著受測織物靜止 10 分鐘 (2) 動態測試 : 受測者穿著受測織物於跑步機上以每小時 6 公里速度奔跑 5 分鐘 (3) 靜動態測試前皆先穿著實驗用衣適應 10 分鐘 (4) 動態測試每隔 2 小時再測試心律變異值 結果與討論 涼感織物 Q-max 值之探討在圖 4 的 Q-max 值示意圖中顯示 A 織物的 Q- max 值是 0.174( 瓦 / 平方公分 ),B 織物的 Q-max 值是 0.144( 瓦 / 平方公分 ),C 織物的 Q-max 值是 0.148( 瓦 / 平方公分 ), 一般環保紗的 Q-max 值是 0.121( 瓦 / 平方公分 ), 由此可看出有進行加工處理之 A B C 織物和無進行加工處理之一般環保紗之 Q-max 值有明顯之落差,A 織物在瞬間涼感值數據中顯示最好, 而 C 織物因塗佈加工處理將涼感助劑以及吸濕排汗助劑塗在纖維層所以涼感性之效果比將涼感助劑以及吸 174
Q-max 值 (w/cm2) Journal of the Hwa Gang Textile 濕排汗助劑直接加入染料一起進行染色之 B 織物略 為明顯, 故 A 織物瞬間涼感性最好,Q-max 值是 0.174( 瓦 / 平方公分 ) 0.18 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 0 0.174 0.144 0.148 0.121 A B C 紗 圖 4 涼感織物 Q-max 值 A 織物 B 織物 C 織物 環保紗 兩者差距靈敏度 = 100% 無穿著之神經活性值設定將無穿著上衣設為最舒適, 穿著一般環保紗織物則最不舒適, 測量結果如表 2, 在靜態下無穿著上衣之神經活性值 51.6In(ms2), 而穿著一般環保紗織物為 74.68In(ms2), 兩者差距為 23.18, 計算出靈敏度為 45.00%; 在動態下無穿著上衣之交感神經活性值 58.36ln(ms2), 而穿著一般環保紗織物為 77.89In(ms2), 兩者差距為 19.53, 計算出靈敏度為 33.46% 由此可以得知靜態中的靈敏度高於動態中的靈敏度為 33.46% 由此可以得知靜態中的靈敏度高於動態中的靈敏度 副交感神經靈敏度分析 涼感織物乾燥速率之探討 表 1 中明顯看出有進行加工處理之 A B C 織 物和無進行加工處理之一般環保紗之水分散失率之 落差, 數據顯示 A 織物的水分散失速率最快, 為 4 種布樣當中最高者, 而 C 織物次之,B 織物為當中 最差, 因 A 織物的是用異形斷面纖維的十字斷面聚 酯纖維織成, 因異形斷面所附有結構, 讓水分有空隙, 從空隙排出, 可以增加表面積, 藉以增加水分蒸散速 率, 所以水分散失的效果較好, 而 B 織物是染色時 將涼感助劑及吸濕排汗助劑直接加入染料一起進行 染色在 A B C 織物的實驗數據中顯示效果最差, 而 C 織物是利用塗佈加工處理將涼感助劑及吸濕排 汗助劑直接塗在纖維層上, 及其表面經加工而具有 的單向導濕, 達到內層透濕外層微阻隔之效果, 所以 效果較 B 織物明顯 表 1 織物乾燥速率分析表 時間 0 分 10 分 20 分 30 分 40 分靜態下舒適性分析織物型態水分殘餘 % 表 4 為探討靜態下穿著不同涼感織物的舒適性, A 100 45.5 37.3 29.6 18.8 假設無穿著上衣為最舒適狀態, 舒適度為 100%, 穿 B 100 66.8 53.9 40.3 31.2 著一般環保紗的舒適度為最不舒適為 0%, 經由表 4 C 100 59.4 44.1 36.5 24.2 比較得知在靜態下穿著 A 織物的舒適度為 71%,B 環保紗織物 100 74.5 59.6 48.3 39.7 涼感織物為 37%,C 涼感織物為 52% ; 在靜態時穿著 交感神經靈敏度分析 經由文獻中得知, 神經靈敏度為最不舒適與最舒 適的差距與最舒適的交感神經活性值得比值, 即為 靈敏度, 靈敏度公式如下 : 表 3 為副交感神經靈敏度分析, 在靜態下無穿 著上衣之副交感神經活性值 6.13ln(ms2), 而穿著一 般環保紗 4.66ln(ms2), 兩者差距為 1.47 ln(ms2), 計 算出靈敏度為 23.99%: 在動態下無穿著上衣之交感 神經活性值 3.85ln(ms2), 而穿著一般環保紗為 2.28ln(ms2), 兩者差距為 1.57, 計算出靈敏值為 40.77% 由此可以得知動態中的靈敏度高於靜態下 的靈敏度 經由靈敏度分析後, 靜態下選擇交感神經 來判斷其舒適性, 動態下則是選用副交感神經來判 斷其舒適性 表 3 副交感神經靈敏度分析表 副交感神經 無穿著 穿著一般環保紗織物 兩者差距 靈敏度 (%) 靜態 6.13 4.66 1.47 23.99 動態 3.85 2.28 1.57 40.77 A 涼爽織物可有效降低人體溫度而使人體舒適感提 升, 且其舒適度高達 71%, 然而 C 涼感織物其舒適 度也達到 43%, 最後 B 涼感織物其舒適度只有 37% 不是很理想 175
表 4 靜態下舒適性分析表副交感神經靈敏度 交感神經值 差距 不舒適性 (%) 舒適性 (%) 無穿著 51.50 0 0 100 A 織物 58.32 6.82 29 71 B 織物 65.21 14.71 63 37 C 織物 63.69 11.19 48 52 一般環保紗織物 74.68 23.18 100 0 動態下舒適性分析 表 5 為探討動態下穿著不同涼感織物的舒適性, 假設以無穿著上衣為最舒適狀態, 舒適度為 100%, 穿著 一般環保紗的舒適度為最不舒適為 0%, 經由表比較得知在動態下穿著 A 織物的舒適度為 78%,B 織物為 43%, C 織物為 57%, 此結果顯示 A 織物在動態下的舒適性是較好的,C 織物次之,B 織物較差 表 5 動態下舒適性分析表 副交感神經 副交感神經值 差距 不舒適性 (%) 舒適性 (%) 無穿著 3.85 0 0 100 A 織物 3.45 0.4 22 78 B 織物 2.80 1.05 57 43 C 織物 3.05 0.8 43 57 一般環保紗 2.01 1.84 100 0 結論 1. 在冷溫感評價值 Q-max 實驗分析結果顯示, 除一般環保紗以外, 其他織物皆達到涼感標準, 而十字斷面聚酯 A 織物優於 B C 織物許多 2. 經由布樣乾燥速率分析結果, 一般環保紗與涼感織物乾燥速率差距甚大, 尤其是用異形斷面之十字斷面織成的涼感織物可以提供優異的乾燥性能, 使穿著者達到舒適感 3. 經由靈敏度分析可得知, 在靜態下可以使用交感神經來判定舒適性, 動態下則使用副交感神經來判定其舒適性 4. 經由靜態下舒適性分析中可發現 A 織物其舒適性 71%,C 織物的舒適性也有 52%, 而 B 織物舒適性只有 37%, 根據數據判斷出有加工過的環保紗可以有效的提升舒適性 5. 在動態下舒適性分析中可發現,A 織物舒適性還保有 78% 的優異性質,C 織物有 53%, 而 B 涼感織物依然最差只有 43% 參考文獻 1. 施鈞瀚 李貴琪 張偉瑤 姚萬貴, 不同功能吸濕排汗織物對人體舒適度之影響, 華岡紡織期刊, 第十六卷, 第三期,(2009) 2. 邱亮維 李貴琪 張偉瑤 魏誠佑, 涼爽織物對人體生理變化之影響, 華岡紡織期刊, 第十六卷, 第三期,(2009) 3. 李銘軒 李貴琪 張偉瑤 周勝賢, 不同吸濕排汗織物舒適性之比較, 華岡紡織期刊, 第十六卷, 第一期,(2009) 4. 維朋, 涼爽性纖維及其應用之介紹, 紡織速報, 第十五卷, 第九期,35-40 (2007) 5. 孫國光, 涼感與溫感素材介紹, 紡織速報, 第十四卷, 第六期,22-26 (2006) 6. S.A. Hosseini Ravandi, M. Valizadeh, Properties of fibers and fabrics that contribute to human comfort, Improving Comfort in Clothing, pp. 61-78, (2011) 176