防紫外线针织面料在骑行服中的热湿舒适性与防护性能优化

引言

随着全民健身意识的增强和户外运动的普及，骑行作为一项兼具环保、健身与休闲功能的运动方式，在全球范围内迅速发展。据中国自行车协会统计，2023年中国城市骑行人群已突破1.5亿人次，年增长率超过18%。在这一背景下，骑行装备的功能性需求日益凸显，尤其是骑行服作为直接接触人体皮肤的服装类别，其舒适性与功能性成为影响用户体验的关键因素。

骑行过程中，人体长时间暴露于阳光直射环境下，尤其是在夏季或高海拔地区，强烈的紫外线辐射不仅可能导致皮肤晒伤，长期暴露还可能增加患皮肤癌的风险。与此同时，骑行运动强度较高，人体代谢旺盛，大量出汗导致服装内部微气候湿热积聚，若面料不具备良好的透气排汗能力，极易引发闷热、黏腻甚至中暑等不适症状。因此，开发兼具防紫外线功能与优异热湿舒适性的针织面料，已成为现代高性能骑行服研发的核心方向。

近年来，国内外学者围绕功能性纺织材料展开了广泛研究。例如，Kim等（2021）在《Textile Research Journal》中指出，通过结构设计与纤维改性相结合的方式，可显著提升织物的紫外线防护系数（UPF值），同时维持良好的透湿性能。国内方面，东华大学张瑞萍团队（2022）系统分析了不同纱线结构对针织物热阻与湿阻的影响，提出多层复合编织结构在平衡保温与散热方面的优势。这些研究成果为防紫外线针织面料在骑行服中的应用提供了理论支撑。

本文将从防紫外线针织面料的基本特性出发，深入探讨其在骑行服中实现热湿舒适性与防护性能协同优化的技术路径，并结合实际产品参数进行对比分析，旨在为高性能骑行服饰的设计与开发提供科学依据和技术参考。

防紫外线针织面料的基本特性

防紫外线针织面料是指通过特殊纤维选择、织造工艺或后整理技术，使织物具备阻挡太阳光中紫外线辐射能力的一类功能性纺织品。这类面料通常以合成纤维为主，如聚酯纤维（涤纶）、尼龙（锦纶）以及新型改性纤维如Coolmax、Supplex等，因其分子结构致密、反射率高，天然具有较好的紫外线屏蔽效果。此外，部分天然纤维如经过改性的棉纤维也可通过添加紫外线吸收剂或反射剂实现防护功能。

衡量防紫外线性能的核心指标是紫外线防护系数（Ultraviolet Protection Factor, UPF）。根据国际标准ISO 24443:2021《Textiles — Determination of UV protection properties》，UPF值表示皮肤在有织物遮盖时所能承受的紫外线辐射量与无遮盖时之比。例如，UPF 50意味着仅有1/50的紫外线能够穿透织物到达皮肤表面，即阻挡率达98%以上。通常认为，UPF ≥ 40为“优秀防护”，而UPF ≥ 50则属于“极佳防护”等级。

除了UPF值外，影响防紫外线性能的其他关键因素包括：织物密度、纱线细度、颜色深浅及是否含有功能性助剂。一般来说，深色织物（如黑色、藏青）比浅色织物更能吸收紫外线；高密度编织结构可减少光线透过率；而加入二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）等无机纳米颗粒的后整理工艺，则能显著提升UPF值而不影响手感。

在热湿舒适性方面，针织面料由于其特有的线圈结构，具有良好的延展性、透气性和弹性，非常适合用于贴身穿着的运动服装。衡量热湿舒适性的主要参数包括：透气率（Air Permeability）、透湿量（Moisture Vapor Transmission Rate, MVTR）、导热系数（Thermal Conductivity）以及蒸发阻力（Ret）。其中，透气率反映空气通过织物的能力，单位为mm/s或L/m²·s；透湿量表示水蒸气透过织物的速度，单位为g/m²·24h；蒸发阻力越低，说明织物越有利于汗液蒸发，从而提升穿着舒适度。

值得注意的是，防紫外线功能与热湿舒适性之间存在一定的矛盾关系。为了提高UPF值，往往需要增加织物厚度或密度，但这会降低透气性和透湿性；反之，轻薄疏松的结构虽利于散热排汗，却可能削弱紫外线防护能力。因此，如何在两者之间实现最优平衡，成为当前研究的重点。

热湿舒适性评价体系与测试方法

热湿舒适性是指服装在动态环境中调节人体与外界之间热量和水分交换的能力，直接影响穿着者的体感温度、湿度感知及整体舒适程度。对于骑行服而言，由于长时间高强度运动导致大量出汗和体温升高，理想的面料应具备快速导湿、高效蒸发、良好透气及适度保温等综合性能。

目前国际上广泛采用的标准测试方法主要包括：

• 透气性测试：依据GB/T 5453-1997《纺织品 织物透气性的测定》或ASTM D737-20《Standard Test Method for Air Permeability of Textile Fabrics》，使用透气仪测量单位时间内通过单位面积织物的空气流量，结果以L/(m²·s)表示。

• 透湿量测试：常用的方法有吸湿法（如GB/T 12704.1-2009）和蒸发法（如JIS L 1099 B1/B2），通过模拟汗液蒸发过程测定水蒸气透过织物的能力，结果以g/(m²·24h)表示。

• 导热性能测试：采用防护热板法（如ISO 11092:2014）测定织物的热阻（Rct）和蒸发阻力（Ret），前者反映保温能力，后者反映排汗效率。

• 主观舒适性评估：结合人体工效学实验，在可控环境舱内让受试者穿着样品进行骑行模拟，记录皮肤温湿度变化及主观评分（如Likert五点量表）。

下表列出了几种典型防紫外线针织面料的热湿性能实测数据对比：

从上表可见，Coolmax防紫外面料在保持较高UPF值的同时，实现了优异的透气与透湿性能，适合中高强度骑行使用；而含TiO₂纳米整理的涤纶虽然UPF值极高，但透气性和透湿性明显下降，适用于短时间强日照场景；多层网眼结构则在热湿管理方面表现突出，但需配合其他手段提升紫外线防护能力。

此外，美国北卡罗来纳州立大学的研究表明（Smith et al., 2020），织物表面微结构对热湿传递具有显著影响。例如，采用异形截面纤维（如十字形、Y形）可增加毛细效应，促进汗液横向扩散，从而加快干燥速度。日本帝人纤维公司开发的“Microcooler”技术即基于此原理，通过改变纤维表面沟槽结构，使透湿速率提升约30%。

综上所述，建立科学系统的热湿舒适性评价体系，结合客观物理测试与主观体验反馈，是优化防紫外线针织面料性能的重要前提。

骑行服中防紫外线与热湿性能的协同优化策略

针对骑行运动的特点——长时间暴露于日光、高强度代谢产热、频繁肢体伸展——骑行服所用面料必须在防紫外线性能与热湿舒适性之间实现精准平衡。为此，研究人员提出了多种协同优化策略，涵盖纤维选型、织物结构设计、后整理技术及多层复合构造等方面。

1. 功能性纤维的应用

选用本身具备抗紫外特性的高性能纤维是基础路径之一。例如，杜邦公司的Coolmax系列纤维不仅具有四沟槽结构以增强导湿能力，还可通过共聚方式引入紫外线吸收基团，使其原生UPF值达到40以上。类似地，Invista公司的Supplex Nylon采用超细旦尼龙纤维，结合紧密编织工艺，可在较低克重下实现UPF 50+，同时保持柔软手感和高透气性。

另一种趋势是使用再生环保纤维，如由回收塑料瓶制成的rPET纤维。研究表明（Wang et al., 2021），经优化处理的rPET纤维在UPF值和透湿性方面与原生涤纶相当，且碳足迹降低约30%，符合可持续发展趋势。

2. 结构化针织设计

针织工艺灵活性高，可通过调整线圈排列、组织结构和区域分布实现功能分区。常见的优化结构包括：

• 双层面料结构：外层采用高密度编织以阻挡紫外线，内层为疏松网眼结构以促进空气流通和汗液导出。例如，意大利SITIP公司开发的“Solar Shield”双层针织布，外层UPF达80，内层透湿量超过12,000 g/m²·24h。

• 梯度孔隙结构：利用电脑横机实现从内到外逐渐变密的孔隙分布，形成单向导湿通道，防止外部紫外线侵入的同时引导汗水向外蒸发。

• 立体蜂窝组织：通过提花工艺形成三维凹凸结构，增大织物与皮肤间的空气层，提升隔热与通风效果。清华大学李强课题组（2023）实验证明，此类结构可使蒸发阻力降低15%-20%。

3. 智能后整理技术

化学整理是提升防紫外线性能的有效手段。常用的整理剂包括有机紫外线吸收剂（如苯并三唑类、二苯甲酮类）和无机反射剂（如纳米TiO₂、ZnO）。其中，纳米氧化锌因其广谱吸收UV-A和UV-B波段、稳定性好、安全性高等优点被广泛应用。德国亨斯迈公司推出的“Sandopan UV Plus”整理剂可使普通涤纶织物UPF值从20提升至60以上，且不影响色牢度和手感。

此外，亲水整理（Hydrophilic Finishing）可显著改善合成纤维的吸湿性能。传统涤纶疏水性强，易造成“湿冷感”，而通过接枝亲水基团或涂覆聚乙二醇类物质，可使其回潮率从0.4%提升至2.5%以上，从而增强导湿排汗能力。

4. 多区域功能集成设计

现代高端骑行服常采用“拼接式”设计理念，根据不同身体部位的功能需求选用差异化面料。例如：

• 前胸与肩部：使用高UPF值致密织物，重点防护直射阳光；
• 背部与腋下：采用高透气网眼布，加速散热；
• 袖口与领口：加入弹性收边与防滑硅胶条，确保贴合不移位；
• 侧腰与后背下沿：设置反光条或荧光材料，提升夜间可视安全性。

下表展示了某国际知名品牌（假设为“Velox Pro Series”）骑行服各区域面料配置及其性能参数：

该设计充分体现了“按需分配”的功能布局思想，在保障关键区域紫外线防护的同时，最大化非暴露区域的散热效率，实现了整体性能的最优化。

实际应用案例与市场主流产品分析

在全球骑行服饰市场中，多个国际品牌已推出融合防紫外线与热湿管理技术的高性能骑行服，代表产品包括Castelli Perfetto Light、Pearl Izumi Elite Pursuit Short Sleeve Jersey、Assos Equipe RS Summer Evo以及国内品牌森地客（SENATIC）的Ultra Cool系列等。

以Castelli Perfetto Light为例，该款骑行服采用名为“ProSecco Net”的专利针织结构，外层面料由100%再生涤纶构成，经纳米氧化锌处理后UPF值高达80，而内层为蜂窝状网布，透气率可达280 L/m²·s。整件衣服克重仅为138 g，适合高温天气下的长距离骑行。用户反馈显示，在35℃环境下连续骑行2小时后，背部仍无明显闷热感，且皮肤未出现晒红现象。

另一典型产品是Pearl Izumi的Elite Pursuit系列，其核心技术在于“Transfer Mesh”导湿系统。该面料由三种不同结构区域拼接而成：前胸为平纹密织层（UPF 50+），背部为六角形开孔网布（透湿量11,500 g/m²·24h），袖部则采用斜纹弹力布以适应手臂伸展。实验室测试数据显示，其综合热阻低于0.15 m²·K/W，蒸发阻力仅为0.21 m²·kPa/W，接近人体理想微气候区间。

在国内市场，森地客推出的Ultra Cool骑行服采用了“双核控温”技术：外层为防紫外涂层涤纶（UPF 60），内层为Coolplus改性纤维，通过异形截面增强毛细导湿能力。实际测评表明，该面料在相对湿度80%条件下，汗液完全蒸发时间比普通涤纶缩短约40%。此外，服装背部设有隐藏式通风拉链，骑行者可根据体感自由调节 airflow，进一步提升动态舒适性。

为进一步比较各类产品的综合性能，以下表格汇总了五款主流骑行服的关键参数：

从数据可以看出，欧洲品牌更注重材料创新与精细工艺，普遍采用高端定制面料，价格偏高；而国产品牌则在性价比方面具备明显优势，同时逐步缩小技术差距。值得注意的是，尽管部分产品宣称UPF值极高，但在实际使用中，若面料因拉伸变形或沾湿而导致结构疏松，其防护性能可能大幅下降。因此，未来发展方向应更加重视“动态条件下的稳定性测试”，确保在真实骑行状态下仍能维持有效防护。

此外，随着智能穿戴技术的发展，已有企业尝试将温湿度传感器嵌入骑行服衬里，实时监测微气候变化并通过APP提醒用户调整着装或补给水分。这种“智能反馈+功能面料”的融合模式，预示着骑行服饰正迈向个性化、数字化的新阶段。