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针织物的热湿传递及其对运动中人体生理健康的影响

周立亚  
【摘要】: 服装是需要保持恒定内部体温的人体与周围环境进行热湿传递的动态媒介,人体和周围环境的热交换取决于人体状态和周围的气候环境(温度、相对湿度和风速),但也在很大程度上受到服装物理性能的影响。"认识到服装不仅仅是覆盖在皮肤的一个被动体,而是和皮肤的热调节功能相互作用,并对后者起到调节作用,甚至会影响到人体运动,是非常重要的"。 纺织品材料的热湿传递是非常复杂的过程。热传递和湿传递的相互影响,随着环境温湿度以及热湿传递进程的不同而变化,也受到纺织材料物理属性的影响。随着纺织科技的进步,为了满足甚至超越消费者的着装需求以及期望,功能性的纺织品得到开发,应用于运动服装的设计与生产,来提高着装过程中的舒适性,灵活性和着装者运动能力。 人体是一个开放的、具有很强的整体协调和生理适应能力的有机系统,运动中人体热量的产生和散失、热压力、心血系统、紧张一反应系统以及主观感觉的变化等是相互影响的,人体积聚的热量主要通过循环系统,最后在皮肤表面出汗蒸发来散失。服装的热湿传递属性是对运动中人体积聚的热量以及产生的汗液能否被积极传递到服装外,从而散热散湿,降低人体热压力,提高舒适性具有重要影响,而在热的环境下,织物的液态水传递性能就显得尤为重要。 本课题通过组织结构设计、纱线设计和后整理的设计和最优化搭配,以控制水分在织物中厚度方向上的传递和分布,生产具有不同液态水传递属性的针织物织物。 通过开展人体穿着实验,测量人体-服装系统的温度和湿度变化,试验主体平均体表温度、耳道温度以及人体心率、血压、心率变异、尿液儿茶酚氨含量等生理指标以及主观感受评定在实验前后的变化,进尔综合探讨和比较了纤维的吸湿性、织物亲水或拒水性以及水分管理性能对运动中人体热平衡反应的影响、心脏血管系统、生理紧张反应以及主观感受之间的影响。 通过数据统计分析方法,了解织物的热湿性能和人体生理指标间的基本联系;确定对人体运动生理指标有重要影响的关键因素。 本论文研究与以往其他的研究相比,在课题研究出发点以及研究方法的设计上有创新之处,首次通过纤维、纱线、织物结构的选择,系统地实现了液态水在织物内的分布;首次从运动生理健康的角度探讨了纺织服装材料对人体的影响;首次探讨了织物液态水传递的指标对人体热压力、心血系统指标、紧张压力指标以及热湿舒适感觉之间的相关性。主要结论如下: (1)纤维的吸湿性能(hygroscopicity)在不同的液态水传导的情况下,对运动中人体生理反应的影响是不同的:亲水的情况下,棉织物由于具有较大的吸湿能力,可以吸收大量的气态和液态水分进而降低织物的热阻,从而有利于降低人体的热压力,但是引起了较大的心血管压力,较低的生理紧张反应,导致了较强烈的热感觉、湿感觉、不舒适感觉和疲劳感觉;而拒水情况下,热量主要通过蒸发散热,因而具有较高透汽性的低吸湿性涤纶织物更容易降低人体的热张力,但引起较大的心血管压力,较低的生理紧张程度,倾向于在运动中导致较低的热感觉,恢复阶段结束时倾向于导致较低的不舒适感和较强的疲劳感;在水分管理情况下,涤纶织物不仅有利于降低热压力,而且引起较小的心血系统压力,较低的生理紧张,较低的热感觉;在反水分管理情况下,棉织物引起了运动中较高的热生理压力和心血系统压力,较强的生理紧张程度,较强的热感觉和运动阶段的湿感觉。 (2)纤维和织物的织物表面能(亲水或拒水性能,hydrophilicityor hydrophobicity)分别对棉和涤纶织物的影响是不同的。对于棉织物,亲水的织物和相应的拒水织物比较,都更容易降低着装者在运动中积聚的热量,引发了较大的心血管循环转变(cardiovascular drift)而增加了心脏的压力,较低的生理紧张,引起了较强的热感觉、湿感觉,但是引起较弱的疲劳感觉;在涤纶组内,亲水的涤纶织物更容易降低人体热张力,但是差异并不是很显著,引发了稍强的心血管循环转变(cardiovascular drift)反应,较低的生理紧张,较强的热感觉和较弱的湿感觉。 (3)织物的水分管理性对棉和涤纶织物的影响也是不同的。对于棉织物,MM棉织物比RMM棉织物更容易降低人体在运动中积累的热量,但引发了较大的心血管循环转变(cardiovascular drift)而增加了心脏的压力,有利于引起较弱的交感神经系统的活动,减弱运动中人体的生理紧张程度,但是同时却有利于提高人体在运动中的应激反应,棉织物在恢复阶段结束时引起较强的疲劳感觉;而涤纶织物的水分管理能力对体内温度整体上没有显著影响,但引发了较大的心血管循环转变而增加了心脏的压力,同样也有利于引起较弱的交感神经系统的活动,减弱运动中人体的生理紧张程度,但是同时却有利于提高人体在运动中的应激反应,涤纶织物在运动结束时引起了较强的湿感觉。 本论文的研究结果首次比较系统而清晰地表明,由于纤维吸湿性、纱线亲水性(表面能)以及织物的水分管理能力的不同而导致的服装的液态水传导特性不仅由于不同的热湿传递能力在不同程度上影响了运动中人体-服装微环境的温湿度,进而对人体的热湿平衡和心脏血管系统的适应性反应有不同程度的影响,还在这个基础上进一步对运动中人体交感神经和副交感神经的活动以及荷尔蒙的变化有不同程度的影响。这些非常有价值的研究结果为运动员如何选择和设计运动服装,从而提高运动中人体的应激反应,提高运动水平,降低人体生理的紧张程度提供了宝贵的资料;对于运动状态下的纺织纤维和面料的设计以及服装的设计和使用提供有价值的参考。


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