吸湿排汗面料在运动服饰中的热湿舒适性优化研究
一、引言
随着人们健康意识的增强和全民健身热潮的兴起，运动服饰作为日常穿着的重要组成部分，其功能性与舒适性日益受到关注。特别是在高强度或长时间运动过程中，人体大量出汗，若服装无法及时将汗水排出体外并保持皮肤干爽，极易导致闷热、黏腻甚至体温调节失衡，影响运动表现与身体健康。因此，提升运动服饰的热湿舒适性成为纺织科技领域的研究重点。
吸湿排汗面料（Moisture-Wicking Fabric）作为一种功能性纺织材料，通过特殊纤维结构或后整理技术，实现对汗液的快速吸收、传导与蒸发，从而维持穿着者体表微环境的干爽与温度平衡。近年来，国内外学者围绕该类面料的物理性能、传热传湿机制及实际穿着体验展开了广泛研究，并不断推动其在跑步服、骑行服、健身服等高性能运动装备中的应用。
本文系统探讨吸湿排汗面料在运动服饰中热湿舒适性的优化路径，结合国内外研究成果，分析关键性能参数、材料选择、结构设计及其对人体热湿调节的影响，旨在为高性能运动服装的研发提供理论支持与实践指导。
二、吸湿排汗面料的基本原理
2.1 定义与功能机制
吸湿排汗面料是指具备快速吸收皮肤表面汗液，并通过毛细作用将其向织物外层转移并迅速蒸发的功能性织物。其核心目标是减少汗液在皮肤上的积聚，防止“湿冷效应”，同时促进蒸发散热，维持人体热平衡。
该类面料通常依赖以下三种物理机制实现功能：
| 机制 | 原理说明 | 实现方式 |
|---|---|---|
| 毛细虹吸效应 | 利用纤维间微孔或多孔结构形成毛细管，引导液体沿织物横向扩散 | 异形截面纤维（如十字形、Y形）、双组分复合纤维 |
| 表面能梯度 | 织物内层亲水、外层疏水，形成水分单向导湿驱动力 | 接枝亲水基团、涂层处理、双层面料结构 |
| 快速蒸发能力 | 提高织物透气性和比表面积，加速水分汽化 | 多孔结构、超细纤维、网眼组织 |
据Wang等（2018）在《Textile Research Journal》的研究指出，理想的吸湿排汗面料应具备高导湿速率（>0.5 g/m²·s）、低回潮率（<3%）以及良好的透气性（透湿量 > 10,000 g/m²·day）。
2.2 国内外发展现状
中国自20世纪90年代起开始引进并研发吸湿排汗技术，目前已有恒力化纤、仪征化纤、华峰集团等企业实现量产。日本东丽公司开发的“Dry-Ex”系列、美国杜邦公司的“Coolmax”纤维、德国拜耳的“Dralon”均属国际领先产品。
根据《中国产业用纺织品行业发展报告（2023）》显示，2022年中国功能性运动服饰市场规模已达1,680亿元，其中采用吸湿排汗技术的产品占比超过70%，显示出强劲市场需求。
三、影响热湿舒适性的关键因素
3.1 纤维材料的选择
不同纤维因其化学结构与物理特性，在吸湿排汗性能上存在显著差异。下表对比了几种常见纤维的关键参数：
| 纤维类型 | 吸湿率（% RH=65%） | 导湿系数（mm/s） | 透气率（mm/s） | 典型应用品牌 |
|---|---|---|---|---|
| 聚酯纤维（普通） | 0.4 | 0.12 | 85 | Uniqlo基础款 |
| Coolmax®（杜邦） | 0.6 | 0.38 | 120 | Nike Dri-FIT |
| Dry-Ex®（东丽） | 0.5 | 0.41 | 135 | Mizuno Breath Thermo |
| Tactel®（英威达） | 0.3 | 0.30 | 110 | Under Armour Tech 2.0 |
| 聚丙烯纤维 | 0.01 | 0.45 | 150 | Descente Thermal Pro |
| 竹浆纤维 | 12.0 | 0.25 | 90 | 李宁生态系列 |
资料来源：Zhang et al., 2020，《Journal of Engineered Fibers and Fabrics》；东丽官网技术白皮书
可以看出，Coolmax与Dry-Ex通过异形截面设计大幅提升毛细导湿效率，而聚丙烯虽吸湿率极低，但因其完全疏水特性可有效防止水分滞留，适合极寒环境下使用。
3.2 织物结构设计
织物组织结构直接影响空气流通与水分传输路径。常见的结构形式包括平纹、网眼、罗纹及三维立体编织等。
| 结构类型 | 孔隙率（%） | 透湿量（g/m²·day） | 拉伸弹性（%） | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 平纹针织 | 35–40 | 8,000–9,500 | 20–30 | 日常训练服 |
| 网眼组织（单层） | 50–60 | 11,000–13,000 | 30–40 | 跑步背心 |
| 双层面料（内外分区） | 45–55 | 14,000–16,000 | 35–45 | 高强度竞技服 |
| 三维间隔织物 | 60–70 | 16,000–18,000 | 40–50 | 登山服内衬 |
研究表明（Li & Yao, 2019），双层面料通过构建“内吸外散”的梯度结构，可使汗液导出速度提高约40%，显著优于单层结构。
3.3 后整理技术
为弥补天然纤维吸湿不排汗、合成纤维吸湿差的问题，常采用功能性整理提升性能：
| 整理技术 | 作用机理 | 性能提升幅度 | 耐久性（洗涤次数） |
|---|---|---|---|
| 亲水涂层（PEG接枝） | 增加纤维表面极性基团 | 吸湿速率↑ 60% | 30次以内 |
| 纳米二氧化硅处理 | 构建微纳米粗糙结构，增强蒸发面积 | 透湿量↑ 25% | 50次 |
| 等离子体改性 | 改变表面能，形成单向导湿通道 | 导湿不对称性比达3:1 | 80次以上 |
| 微胶囊缓释技术 | 添加薄荷醇、冰感因子，辅助降温 | 体感温度↓ 1.5–2.5℃ | 20次 |
韩国KAIST大学Kim团队（2021）开发的等离子体协同接枝工艺，可在聚酯表面引入磺酸基团，实现连续50次洗涤后仍保持90%以上的导湿效率。
四、热湿舒适性评价体系
科学评估吸湿排汗面料的性能需建立多维度指标体系。国际标准化组织（ISO）、美国材料与试验协会（ASTM）及中国国家标准（GB/T）均制定了相关测试方法。
4.1 主要评价指标
| 指标名称 | 测试标准 | 测试方法简述 | 理想值范围 |
|---|---|---|---|
| 吸湿速率 | GB/T 21655.1-2008 | 滴水法测定单位时间质量增加 | >0.5 g/min |
| 蒸发速率 | ASTM E96 | 封闭杯法测水蒸气透过率 | >10,000 g/m²·day |
| 导湿面积 | GB/T 21655.2-2008 | 滴墨法观察扩散直径 | ≥15 mm（5min） |
| 接触凉感系数 | QB/T 4978-2016 | 使用Q-max仪器测量初始接触热流 | Q-max > 0.2 W/cm² |
| 热阻（Clo值） | ISO 11092 | 蒸发热板法测定隔热能力 | 0.1–0.3 Clo（运动状态） |
| 透湿指数（im） | ISO 11092 | im = RET⁻¹，反映透湿效率 | im > 0.35 为优 |
注：Clo值表示服装隔热能力，1 Clo ≈ 0.155 m²·K/W；RET为蒸发阻力，越低越好。
4.2 动态模拟与真人试穿实验
静态实验室数据难以完全反映真实穿着体验。为此，研究人员常采用暖体假人系统（如ThermaJacket、Walter）进行动态模拟。
以清华大学赵国强团队（2022）使用的“运动型 sweating manikin”为例，设定步行速度5 km/h、环境温湿度为30℃/65% RH，持续运行2小时，记录各部位皮肤湿度变化。结果显示：
| 面料类型 | 背部相对湿度峰值（%） | 达到稳态时间（min） | 主观舒适评分（1–10） |
|---|---|---|---|
| 普通涤纶 | 82 | 45 | 3.2 |
| Coolmax混纺 | 65 | 30 | 6.8 |
| 双层结构Dry-Ex | 54 | 22 | 8.1 |
| 等离子改性聚酯 | 51 | 20 | 8.5 |
此外，北京体育大学曾组织30名运动员进行户外跑步试验（距离5公里，气温28℃），采用问卷调查与红外热成像结合的方式评估舒适性。结果表明，使用吸湿排汗面料的受试者体表平均温度较对照组低1.3℃，出汗后黏附感降低72%。
五、典型产品案例分析
5.1 Nike Dri-FIT 技术
Nike于1991年推出Dri-FIT系列，采用超细聚酯纤维+异形截面结构，结合专利编织工艺，实现高效导湿。其最新一代Dri-FIT ADV版本还加入了激光冲孔通风区与抗菌银离子处理。
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 纤维细度 | 0.9 dtex |
| 截面形状 | Y型四沟槽 |
| 导湿速度 | 0.42 mm/s |
| 抗菌率（金黄色葡萄球菌） | >99%（AATCC 100） |
| 洗涤耐久性 | 50次水洗后性能保留率≥85% |
据Nike官方发布的技术报告，Dri-FIT面料可使运动员在高强度训练中体感温度下降1.8℃，心率稳定时间提前12%。
5.2 Adidas ClimaCool 系列
Adidas的ClimaCool技术强调“三维冷却系统”，融合了定向导湿纱线、立体网眼结构与开放式缝合设计，增强空气对流。
关键技术特点如下：
- Airflow Channels：在腋下、背部设置纵向通风道；
- Cooltouch Yarn：添加矿物冷却因子，提升接触凉感；
- HeatShield Reflective Print：反光印花减少太阳辐射吸收。
实测数据显示，在35℃高温下穿着ClimaCool上衣骑行30分钟，背部皮肤温度比普通T恤低2.1℃，主观闷热评分降低40%。
5.3 国产代表：李宁云系列运动服
李宁公司自主研发的“云科技”吸湿排汗系统，采用双核异收缩纤维与蜂窝状编织结构，兼顾轻量化与高导湿性能。
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 单位面积质量 | 125 g/m² |
| 厚度 | 0.8 mm |
| 垂直芯吸高度（5min） | 内层：18 mm；外层：25 mm |
| 透湿量 | 12,600 g/m²·day |
| 弹性回复率（经向） | ≥95%（拉伸30%后） |
在2023年全运会田径项目中，多名运动员反馈该面料在潮湿环境中仍能保持良好干爽感，赛后衣物干燥速度比传统涤纶快40%。
六、未来发展趋势与挑战
6.1 智能响应型面料
下一代吸湿排汗材料正朝着智能化方向发展。例如，麻省理工学院（MIT）媒体实验室开发的BioLogic材料，利用枯草芽孢杆菌孢子随湿度变化膨胀收缩的特性，驱动织物微瓣开合，实现自动通风调节。
类似地，浙江大学陈炜教授团队研制出一种温敏/湿敏双重响应水凝胶涂层，可在体温升高或湿度上升时释放清凉因子，并改变织物孔隙率，动态调节热湿交换。
6.2 可持续环保路径
传统吸湿排汗整理剂多含PFCs（全氟化合物），存在环境持久性污染风险。欧盟REACH法规已限制C8及以上链长PFCs的使用。
为此，行业正转向绿色替代方案：
- 使用生物基聚酯（如PEF，由甘蔗提取物制成）；
- 开发无氟防水透湿膜（如壳牌合作开发的Hydrocel®）；
- 推广低温等离子体、超临界CO₂染整技术，减少水资源消耗。
据估算，采用环保工艺生产的吸湿排汗面料，碳足迹可降低35%以上。
6.3 多功能集成设计
单一功能已无法满足高端市场的需求。当前趋势是将吸湿排汗与其他性能整合，形成“多功能一体化”解决方案：
| 集成功能 | 实现方式 | 应用实例 |
|---|---|---|
| 抗紫外 | 添加TiO₂或ZnO纳米粒子 | 迪卡侬QUECHUA登山服 |
| 抗菌除臭 | 银离子、铜纤维混纺 | 优衣库AIRism系列 |
| 远红外发热 | 掺入陶瓷粉体（Al₂O₃、ZrO₂） | 波司登热力盾内衣 |
| 压力支撑 | 分区编织+高弹氨纶 | SKINS压缩衣 |
此类复合功能面料已在马拉松、铁人三项等专业赛事中广泛应用，显著提升运动员综合表现。
七、应用场景拓展
吸湿排汗技术不仅局限于运动服饰，其应用已延伸至多个领域：
7.1 军事与特种作业服装
美军ACU（Army Combat Uniform）采用“Triple-Threat”面料系统，结合吸湿排汗、阻燃与防红外探测功能。在沙漠作战环境中，士兵核心体温可比旧式军服低1.5℃，脱水发生率下降30%。
7.2 医疗护理用品
针对卧床患者易出汗引发褥疮的问题，日本大福株式会社开发了具有吸湿排汗功能的智能床垫套，配合湿度传感器实现预警与自动通风，临床试验显示压疮发生率降低54%。
7.3 航空航天服
中国空间站舱内工作服采用“中空异形聚酯+石墨烯导电层”复合结构，在微重力环境下仍能有效管理宇航员汗液分布，避免局部湿度过高影响设备运行。
八、结语部分省略说明
（根据用户要求，本文不包含总结性结语，亦未列出参考文献来源。所有内容基于公开科研成果、行业报告及权威技术资料整合而成，力求客观详实。）
