双面针织复合结构在寒冷环境用保暖卫衣中的应用
概述
随着现代纺织科技的不断进步，功能性服装在户外运动、极地探险、军事装备以及日常通勤等领域中发挥着日益重要的作用。尤其在寒冷环境中，人体热量流失加快，对服装的保暖性能提出了更高要求。传统保暖服装多依赖厚重填充材料（如羽绒、棉絮等）实现保温功能，但存在重量大、透气性差、压缩后恢复性不佳等问题。近年来，双面针织复合结构因其独特的织物构造和优异的热湿管理性能，逐渐成为寒冷环境下高性能保暖卫衣研发的核心技术之一。
双面针织复合结构是指通过双针床圆纬机或横编机将两种或多种不同纱线系统分别编织于织物的正面与背面，形成具有分层功能特性的三维立体结构。该结构不仅具备良好的弹性与贴合性，还能通过内外层材料的功能互补，实现高效保温、吸湿排汗、防风透汽等多重性能的集成。目前，这一技术已被广泛应用于高端户外品牌（如The North Face、Patagonia、探路者、凯乐石等）的冬季防护服装中。
本文将从双面针织复合结构的基本原理出发，系统阐述其在寒冷环境用保暖卫衣中的设计思路、材料选择、工艺参数、性能测试及实际应用场景，并结合国内外权威研究数据进行深入分析。
一、双面针织复合结构的技术原理
1.1 结构构成与工作机理
双面针织复合结构通常由三层组成：外层（表层面料）、中间连接层（起绒或空气层）和内层（亲肤层）。其核心在于利用双针床针织设备，在同一织造过程中同步形成两层织物，并通过集圈、浮线或嵌花等方式建立层间连接，从而构建出稳定的三维空间结构。
| 层级 | 功能定位 | 常用材料 |
|---|---|---|
| 外层 | 防风、耐磨、抗紫外线 | 聚酯纤维（PET）、尼龙66、混纺涤纶 |
| 中间层 | 保温隔热、储存静止空气 | 改性丙纶、中空涤纶、羊绒混纺 |
| 内层 | 吸湿导湿、亲肤舒适 | 莫代尔、天丝、超细旦聚酯 |
该结构的关键优势在于其“空气夹层效应”。根据传热学理论，静止空气是最佳的热绝缘体之一，导热系数仅为0.024 W/(m·K)。双面针织通过在内外层之间形成密集的绒毛或蓬松纤维簇，有效锁住大量静止空气，显著降低热传导速率。同时，由于针织结构本身具有高孔隙率，有利于水蒸气透过，避免因汗液积聚导致的体感潮湿。
1.2 国内外研究进展
国外学者早在20世纪90年代便开始关注双面针织结构的热力学性能。美国北卡罗来纳州立大学纺织学院（College of Textiles, NC State University）的研究团队通过对12种不同结构的双面针织样品进行热阻测试，发现采用中空涤纶作为夹层材料时，织物总热阻可提升至1.8 clo以上（1 clo ≈ 0.155 m²·K/W），满足EN 342标准中对寒冷环境防护服的要求（Berglund et al., 1994）。
国内方面，东华大学纺织学院张瑞云教授团队在《纺织学报》发表论文指出，通过优化双面针织的圈高比（loop height ratio）与纱线捻度，可在不增加单位面积质量的前提下，使织物保温率提高23.7%（Zhang et al., 2020）。此外，江南大学刘咏梅课题组进一步提出“梯度密度双面针织”概念，即外层致密、内层疏松，以实现外部防风与内部蓄热的协同效应。
二、双面针织复合保暖卫衣的产品设计要素
2.1 材料选型策略
材料的选择直接决定最终产品的性能表现。针对寒冷环境下的使用需求，需综合考虑保暖性、透气性、轻量化、耐用性及环保属性。
表1：常见双面针织复合卫衣材料性能对比
| 材料类型 | 导热系数 (W/m·K) | 吸湿率 (%) | 断裂强度 (cN/dtex) | 回弹率 (%) | 应用特点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 中空涤纶 | 0.038 | 0.4 | 4.2 | 95 | 高保温、低吸湿，适合夹层 |
| 羊毛 | 0.050 | 15.0 | 1.8 | 80 | 天然保暖，易缩水 |
| 莫代尔 | 0.075 | 12.0 | 2.5 | 88 | 亲肤柔软，吸湿快干 |
| 尼龙66 | 0.245 | 4.0 | 6.0 | 90 | 高强耐磨，用于外层 |
| 再生涤纶（rPET） | 0.040 | 0.6 | 4.0 | 93 | 环保可持续，性能接近原生涤纶 |
注：数据来源于《中国纺织工程学会年鉴（2023）》与中国产业用纺织品行业协会测试报告。
当前主流高端保暖卫衣多采用“外层尼龙+中层中空涤纶+内层莫代尔”的三明治式复合结构。例如，The North Face推出的“Thermoball Eco”系列卫衣即采用100%再生聚酯纤维制成的双面针织结构，其保温性能相当于传统羽绒的85%，且在潮湿环境下仍能保持90%以上的保暖效率（TNF Product Technical Sheet, 2022）。
2.2 工艺参数设定
双面针织的成形质量高度依赖于针织机的工艺参数调控。以下是典型双面圆纬机加工保暖卫衣面料的关键参数设置：
表2：双面针织复合结构主要工艺参数
| 参数名称 | 推荐范围 | 影响机制 |
|---|---|---|
| 针筒直径 | Φ30–Φ36英寸 | 决定布幅宽度，影响裁剪利用率 |
| 路数（Feeders） | 4–8路 | 控制多色/多材质共编能力 |
| 纱线支数 | 16–32S（tex 18–35） | 支数越高，织物越细腻轻薄 |
| 圈距（Course Density） | 18–24 courses/cm | 密度越大，织物越厚实，保温性增强 |
| 横列密度（Wale Density） | 16–22 wales/cm | 影响横向延展性与尺寸稳定性 |
| 绒毛高度 | 2.5–5.0 mm | 高度增加可提升空气滞留量，但易倒伏 |
| 张力控制 | 正面：8–12 cN；背面：6–10 cN | 不均衡张力可能导致卷边或扭曲 |
日本岛精（Shima Seiki）MSV®系列电脑横编机支持全成型（Whole Garment）编织技术，可一次性完成整件卫衣的前后片、袖子及领口结构，减少缝合工序，提升穿着舒适度。据该公司技术白皮书显示，采用该技术生产的双面针织卫衣接缝处热阻损失较传统缝制产品降低约17%。
三、性能测试与评价体系
为科学评估双面针织复合保暖卫衣的实际效能，需依据国际标准开展系统的物理与生理性能测试。
3.1 保温性能测试
保温性能主要通过热阻（Thermal Resistance, Rct）和保温率（Warmth Retention Rate）两个指标衡量。
表3：不同结构卫衣的保温性能对比（测试条件：环境温度5℃，相对湿度65%）
| 产品类型 | 克重 (g/m²) | 厚度 (mm) | Rct (m²·K/W) | 保温率 (%) |
|---|---|---|---|---|
| 普通单面卫衣 | 320 | 2.1 | 0.12 | 45 |
| 双面针织复合卫衣 | 410 | 4.3 | 0.28 | 78 |
| 羽绒填充卫衣（650FP） | 380 | 5.0 | 0.31 | 82 |
| 抓绒卫衣（Polartec® 300） | 360 | 4.8 | 0.25 | 70 |
数据来源：国家纺织制品质量监督检验中心（CTTC），2023年度冬季服装测评报告。
结果显示，尽管双面针织复合卫衣的Rct略低于高品质羽绒产品，但其在动态活动状态下的综合热湿平衡表现更优。这是因为在人体运动过程中，羽绒易发生纤维位移导致局部保温失效，而双面针织结构则依靠连续纤维网络维持均匀热分布。
3.2 透气性与湿传递性能
湿传递指数（Moisture Vapor Transmission Rate, MVTR）是衡量服装排汗能力的重要参数。双面针织结构通过内层亲水纤维快速吸收皮肤表面汗液，并借助毛细作用向外部扩散蒸发。
表4：不同材料组合的湿传递性能比较
| 结构配置 | MVTR (g/m²·24h) | 透湿等级（ISO 11092） | 干燥时间（滴水法，min） |
|---|---|---|---|
| PET/PET双层平纹 | 850 | 1级（差） | >120 |
| PET/Modal双面针织 | 1420 | 3级（良） | 65 |
| TENCEL®/中空涤纶 | 1680 | 4级（优） | 48 |
| Wool/Polyester复合 | 1200 | 2级（一般） | 80 |
研究表明，引入纤维素纤维（如莫代尔、天丝）可显著改善织物的吸湿放热特性。当环境湿度上升时，这些纤维可通过吸附水分释放潜热，产生“自加热”效应，进一步提升穿着者的温暖感（Li et al., 2019，《Textile Research Journal》）。
3.3 防风性能
风冷效应是冬季失温的主要诱因之一。ASTM F1868标准规定，防风面料的空气渗透率应低于8 L/m²·s（测压差为125 Pa）。
表5：双面针织外层处理方式对防风性的影响
| 外层处理工艺 | 空气渗透率 (L/m²·s) | 防风等级 | 表面摩擦系数 |
|---|---|---|---|
| 未处理涤纶针织 | 25.3 | 不合格 | 0.32 |
| 微涂层（PU轻涂） | 6.7 | 合格 | 0.38 |
| 贴膜复合（ePTFE膜） | 1.2 | 优秀 | 0.45 |
| 紧密编织+拒水整理 | 5.1 | 合格 | 0.36 |
值得注意的是，虽然贴膜结构防风效果最佳，但会牺牲部分透气性。因此，多数品牌倾向于采用“紧密编织+DWR（耐久拒水）整理”的折中方案，在保障基础防风能力的同时维持良好呼吸性。
四、实际应用案例分析
4.1 户外运动领域
在高海拔登山、滑雪等极限运动中，运动员面临剧烈温差变化与高强度代谢产热。加拿大Arc’teryx公司推出的“Delta LT”抓绒外套即采用双面针织结构，外层为耐磨聚酯，内层为网格状吸湿纤维，中间通过点状连接形成空气腔。实测数据显示，在-15℃环境中持续徒步4小时后，穿着者核心体温仅下降0.6℃，远优于普通棉质卫衣（下降1.9℃）。
4.2 军事与应急救援
中国人民解放军某寒区部队试用的新型冬季作训服中，上衣采用双面针织复合结构，克重控制在420 g/m²以内，配备可拆卸风帽与腋下拉链通风系统。野外试验表明，在-20℃静态暴露条件下，士兵平均耐受时间延长至3小时以上，且主观舒适度评分达4.3/5.0（参照GB/T 35762-2017《纺织品 舒适性评价》）。
4.3 日常城市通勤
都市消费者对保暖服装的需求趋向“轻便+时尚+智能”。安踏（ANTA）于2023年发布的“炽热科技”系列卫衣，融合双面针织与相变材料（PCM），在外层加入微胶囊相变层，可在18–22℃区间吸收或释放热量，实现温度缓冲功能。实验室模拟通勤场景（室内外温差15℃，步行速度4 km/h）下，该产品体感温度波动幅度比普通卫衣减少40%。
五、未来发展趋势
5.1 智能化集成
随着柔性电子技术的发展，双面针织结构正成为可穿戴设备的理想载体。麻省理工学院媒体实验室开发出一种内置银纤维传感网络的双面针织织物，可实时监测心率、呼吸频率及肌肉活动状态，并通过蓝牙传输至移动终端（O’Brien et al., 2021）。此类“智能保暖衣”有望在未来应用于老年人健康监护与运动员训练反馈系统。
5.2 可持续材料创新
欧盟《绿色新政》推动纺织行业向循环经济转型。意大利纺机制造商Santoni推出生物基聚酰胺（Bio-PA）专用双面针织生产线，原料源自蓖麻油提取物，碳足迹较石油基尼龙降低60%。与此同时，中国恒力集团已实现“海洋废弃渔网再生尼龙”规模化生产，并成功应用于李宁（LI-NING）冬季系列产品中。
5.3 定制化与数字化制造
基于AI驱动的虚拟试穿系统与3D针织技术相结合，使得个性化定制成为可能。用户可通过手机APP输入体型数据与偏好风格，系统自动生成最优针织路径并下单生产。这种“按需制造”模式不仅减少库存浪费，还可精准匹配个体热调节需求，例如为代谢率较低的老年人设计更高密度的保温区域。
六、挑战与改进方向
尽管双面针织复合结构展现出巨大潜力，但在推广应用中仍面临若干技术瓶颈：
- 成本较高：高端双针床设备投资大，且多材质共编对工艺精度要求严苛，导致单位产量成本比传统针织高出30%-50%。
- 染整难度大：不同纤维对染料亲和力差异明显，易出现色差或牢度不足问题，需采用分段染色或数码印花工艺加以弥补。
- 长期压缩恢复性有限：相比羽绒，双面针织夹层在长时间受压后回弹率下降较快，影响重复使用体验。
- 标准化缺失：目前尚无统一的双面针织保暖服装性能评级体系，消费者难以横向比较产品优劣。
为此，行业亟需建立涵盖热阻、透湿、防风、耐久性等多项指标的综合性评价标准，并推动智能制造与绿色供应链协同发展。
（全文完）
