| 冰雪運動裝備 | 休閒滑雪中的紡織品材料

原創

前言為了推動我國冰雪運動跨越式發展，幫助提高運動裝備的研發和生產水平，服務於專業運動員及大眾滑雪運動愛好者。在國家科技部科技助力北京冬奧專案的支援下，特面向自由式滑雪、單板滑雪、高山滑雪、越野滑雪等運動的頭盔、眼鏡、服裝、雪鞋、雪板、固定器和護具等穿戴式裝備，開展了各類裝備工效評測方面的研究。本專題旨在提煉以上運動裝備工效評測的相關知識，為滑雪運動者提供選型和選用、研發與評測等用途的素材，為降低運動風險性、提高運動愉悅感，提升運動表現而服務。

體育工程 Sports Engineering

休閒滑雪中的紡織品材料

紡織品中的主要功能通常是覆蓋身體，根據氣候條件保護穿著者不受環境影響。不過，紡織品在體育活動中的最佳功能還應考慮其他效能要求，例如熱調節、防水和空氣動力學等。此外，在紡織品中，設計比許多其他產品製造過程更為複雜。其零部件的設計水平將影響產品的最終效能，從紗線結構到織物結構再到服裝組裝，包括合身性、形狀和具體特徵等。

材料科學家對調節熱舒適的方案是開發一種雙面織物，其中A面可以從大氣中吸收額外的熱量，而B面可以反射熱量，為熱調節提供額外的選擇。這可以透過具有不同紫外線反射特性的雙面織物來實現。下圖顯示了織物的反射曲線，第三條虛線以百分比表示差異。

圖 雙面織物的反射率

休閒雪上運動服裝設計的核心是將參與者的熱舒適度保持在合適的水平，因此服裝必須在不同的環境溫度和面板紡織介面的微氣候變化之間起到緩衝作用。當然，這種平衡由於活動變化造成的熱量輸出變化而變得更加複雜。

高山滑雪

高山滑雪運動，是使用機械援助使滑雪者到達一個海拔高度，然後再滑雪下來，所以其新陳代謝產生的熱量變化很大。舉例來說，滑雪者可能坐在升降椅上或纜車上達幾分鐘到半小時或更長時間，暴露在寒冷環境中(尤其在升降椅上) 使得滑雪者產生的新陳代謝熱量極少(約65-100Wm-2)。因此，為了保持舒適的面板溫度，需要有一個低熱流透過雪服，雪服必須是高度絕的，這樣可以減少熱損失。在這段時間後，滑雪者開始中等到高強度的身體活動，透過一系列的轉彎來控制下降需要技巧平衡力量，當然還有功率輸出，這將提高新陳代謝的速率，從而使熱輸出達到約400Wm-2。假設環境溫度保持不變，雪服就需要更快的熱流才能維持面板的溫度。滑雪時服裝需求的這種基本變化是許多滑雪服功能設計背後的驅動因素。

越野滑雪

在越野滑雪中，滑雪者必須藉助自己的力量，透過步行或上坡滑雪到達相應海拔高度並選擇滑雪路線。這個階段非常消耗體能，需要非常大的能量輸出（大於400Wm-2），因此會產生大量的熱量。此外，滑雪者移動緩慢，因此對流傳熱較少。所有這些因素都會導致面板區域性溫度較高，溼度較高，這是由於人體對溫度升高的反應而產生的汗液，因此，服裝必須提供較高的熱流來幫助降溫。在下降過程中，雖然活動水平和新陳代謝產生的熱量可能相當高，但是由於滑雪者的高速滑行和氣流增加了對流傳熱。這種氣流的增加導致了冷卻效應，與上升相比，雪服系統需要提供的熱流量減少。

表 不同活動的人體產熱，空氣流動和理想雪服特徵情景活動產熱空氣流動理想雪服特徵速降滑雪上升非常低中等偏低高絕緣，低對流速降滑雪下降中等偏高中等偏高中低絕緣越野滑雪上升非常高低冷卻，高流通，低絕緣越野滑雪下降中等偏高中等偏高中低絕緣

下圖顯示了滑雪者在上山和下山過程中需要的力量變化。圖中強調了正常情況下，在活動過程中需要改變服裝系統。如果考慮滑雪者可能無法產生高水平的新陳代謝熱量，例如被困住、卡住或受傷等不尋常的情況，場景會更加複雜。因此滑雪者必須穿上合適的衣服來保護自己不受寒冷的侵襲。

圖 滑雪過程中各種活動的能量輸出變化

假如設計目標是達到最大的舒適度，那麼雪服設計應該減少面板的熱量波動，這會在出汗或發抖等新陳代謝率高的時候減少出汗，並保持一個舒適的溫度。

當新陳代謝率低時，出汗是一種重要的冷卻機制，被稱為感熱傳遞。汗液蒸發使水從液體到氣體帶走一部分可用熱量。為了做到這一點並將能量散佈到環境中，服裝必須具有低的水蒸氣傳遞阻力，這對於必須提供高水平隔熱和防風的服裝來說是一個難以設計的引數。如果汗水不能有效地蒸發，那麼溼氣就會積聚並滲透到靠近面板的衣服上，從而降低熱絕緣，並在新陳代謝產熱較低時產生問題。因此，在一個狹窄的範圍內減少過多的出汗有利於保持面板溫度。環境溫度和風速的變化等因素也會改變整個衣服的溫度變化梯度和熱流。

目前，調節服裝系統在運動期間熱絕緣的首選方法是增加或刪除層或手動開啟/關閉通風功能。熱舒適性領域的研究一直試圖推動“智慧紡織品”的發展，即能夠對刺激作出反應的紡織品。例如，在滑雪運動中，服裝可以根據面板或環境的溫度來增加或減少其熱阻。

熱緩衝和溼度管理是滑雪服裝非常重要的一部分; 然而，設計師面臨的挑戰並不止於此。滑雪服需要非常耐用，因為在雪地和冰面上的速降會產生非常大的摩擦。此外，與滑雪板、雪靴子、滑雪杖和其他裝置的接觸可能會切斷或穿透織物。另一個重要的考慮因素是織物元件的防水性。在雪接觸到織物並融化時，就必然需要防水。這種情況可能發生在滑雪者摔倒的時候，也可能是下雪的時候，或是在滑雪時雪被踢起來的時候。如果雪可以從服裝上脫落，就不會造成問題。因此滑雪者最喜歡光滑的面料，因為粗糙的外層會把雪吸附在面料上。

滑雪服裝的組成

滑雪服裝由許多層組成。典型排列方式包括:貼身層(由人造纖維或羊毛製成的緊密彈性層，在面板附近保持一層薄薄的暖空氣);絕緣層(可以提供一定厚度並捕獲更多空氣);防風層(減少或停止被捕獲的暖空氣的通風)和外套(耐磨、防水層，通常具有設計特徵，如通風口、防風罩、防雪層)。從商業角度看，所採用的技術要麼是以織物型別/材料為主導的技術，例如Gore-Tex、Ripstop和Coolmax等品牌；要麼是以設計為主導的技術，如通風系統、防雪層和擋風片。另外，一些儲存解決方案雖然看起來微不足道，但卻可以減輕正常娛樂體驗帶來的一些挫敗感，如護目鏡、滑雪通行證和電子產品的特殊口袋。通風口可以幫助調節熱舒適度。快速散熱拉鍊拉鍊是一個非常常見的功能，就像位於大腿外側的褲子的通風口一樣。

圖 滑雪用的單層服裝組合示意圖

透過添加塗層、膜(如微孔膜)和加入更厚的防撕裂紗線，使外層織物功能化。更奇特的功能包括加熱織物和其他電子一體化，這些通常被稱為電子紡織品或智慧紡織品。也就是說，當環境升溫時，紡織品要麼主動冷卻，要麼簡單地降低其熱阻。商業品牌的材料和麵料特徵，包括 Ripstop、Gore-Tex、Nikwax、recco和防水拉鍊(YKK-AquaGuard)，在許多戶外運動夾克中都能看到，這對滑雪者來說越來越重要。簡單的功能，如通風口，防雪層，可拆卸的羊毛襯裡和可調節的袖口都有助於提高滑雪的舒適性。

參考：https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-229-7.00011-4