三層式舒適性衣著系統設計

服裝系統是人體新陳代謝和環境之間，將熱量和水分轉移至環境的介面。環境有不同的溫、濕度及風速，隨著地理位置、季節、室內外及每天早晚都會有變化，而人體的產熱量也會隨著休息和活動而不同，因此服裝系統最重要的關鍵就是調節（Regulation），調節人體在不同環境和作息下的新陳代謝反應，快速達到生理濕熱及感覺上舒適，成為機能性服飾設計的關鍵。

隨著生活型態的改變，戶外活動成為了人們生活中的一部分，除了外觀與質感外，消費者對於服裝的舒適度也越來越講求。為應付大自然多變的天氣以及各式各樣的活動所需，漸漸發展出「三層服裝系統」做為戶外活動穿著的方針，從內而外分別是：

• 底層（Base Layer）又稱濕度管理層，專門處理汗水；
• 中層（Mid Layer）又稱溫度管理層，提供身體保暖；
• 外層（Outer Layer）又稱氣候防護層，負責透濕防水。

然而隨多複合機能的需求，近年來還出現了有別於三層穿著的新概念-軟殼衣（Soft shell），讓戶外活動者能夠用一件機能性外套，就能在多變的氣候環境下運動。

圖1　三層衣著結構示意圖

資料來源：紡織綜合所整理

三層服裝系統目的是維持人類在進行戶外活動時，不同新陳代謝及不同環境的熱平衡與濕平衡，包含調節人體在進行輻射、對流、傳導跟蒸發這四種散熱作用機制下，幫助穿著者保持最舒適的微氣候，意即保持人體與服裝間微氣候的溫度介於32±1℃度、相對濕度50±10%、氣流25±15cm/sec，稱之為舒適性。好的三層搭配，能讓戶外運動者隨時應對瞬息萬變的氣候，並保持身體活動的舒適度。以下針對三層服裝系統的設計，以及相關性能的檢測方法進行簡要介紹。

一、底層（Base Layer）：吸濕排汗隔濕快乾層（濕度管理層）

底層（濕度管理層，或稱為吸濕排汗層、親膚層）為服裝系統與人體皮膚的接觸層，主要作用為汗水管理，迅速排除人體產生的汗液，保持皮膚乾燥，達到涼爽或保暖效果。其中有4個重要的性能指標：

• 吸濕：纖維不論是親水或疏水，在未經撥水加工的情況下，都具備一定的吸水性，亦指纖維碰到水分皆會產生溼潤（Wetting）現象；
• 排汗：指的是織物纖維的蕊吸現象與擴散能力，纖維與纖維間孔隙越細（單根纖維的細度與異形斷面，都可以創造更多更小的孔隙）蕊吸效應就越明顯，水分在織物的擴散面積也越大；
• 隔濕：即單向導濕，在織物吸收汗水後，利用織物的雙層結構與纖維性的搭配，將水分與皮膚隔開，保持身體乾爽舒適；
• 乾燥：藉由蒸散作用（因為人體是加熱器），除去纖維吸附的水分。

（一）吸濕排汗層作用原理

底層為穿著在皮膚上的貼身衣物，為了幫助身體在活動時維持舒適的溫、濕度，底層衣物應具有將皮膚上之汗水和蒸氣吸收，並透過有效的傳輸機制將水分排除至衣服外表層，以利蒸發的能力。

有效的溼度管理在熱和冷的環境中都很重要，尤其在極端炎熱或寒冷之環境進行戶外運動時，更是影響人體體溫調節機制是否能正常運作的關鍵。在高溫環境中人體仰賴汗水蒸發散熱，底層衣物的水分傳輸功能有助於身體保持涼快且乾爽，因此材質多使用具吸濕排汗與快速蒸散功能之纖維，例如聚酯、耐隆纖維等，能夠迅速將人體產出的汗液抽離至織物表面（又稱為單向導濕）進行蒸發散熱，再以水蒸氣的型態，穿過服裝系統的中、外層，逸散到環境中，是為蒸發散熱。

在寒冷的環境中，吸濕排汗亦有助於保持身體的乾爽和溫暖，然而人體在低溫環境時如果沒有減緩汗水因蒸散而流失熱量的速度，就很有可能發生失溫的危險。因此「濕保暖」也是底層織物設計時重要的考量，例如以羊毛纖維作為底層，因羊毛纖維的捲曲性，使織物具備許多氣室，產生凝滯空氣，構成熱絕緣（Thermal Insulation），能有效調節溫度，並運用其高回潮（降低蒸發散熱）、低導熱（接觸溫暖感）的特性，使羊毛底層衣具備「濕保暖」的功能，減緩汗水蒸散速度以達保溫效果。此外，羊毛具有絕佳的透氣度以及溫控效果，冬暖夏涼，一年四季都能穿，加上親膚性高、吸溼且排汗快、抗菌防臭等特性，使羊毛產品在近年迅速成為戶外服裝市場的新寵。

吸濕排汗的另一個重點為單向導濕，原理跟紙尿褲和衛生棉一樣，當織物吸附水分時，與皮膚接觸面（內層）要保持乾燥，與環境接觸面（外層）呈現濕潤，若兩面都呈現溼潤即表示織物不具有單向導濕功能。一般建議濕度管理層要有內外層之分，不代表布料一定是單面布或是雙面布，要看纖維紗線是如何配置。其中內層為傳導層，外層為吸收層，當汗水產生時，傳導層（皮膚接觸面）要迅速吸收汗水並傳導至吸收層，維持內層乾燥，避免產生溼黏感；吸收層則負責接收傳導層傳來的水分，在外層（環境接觸面）擴散，以利蒸發和乾燥。（參見圖2）

圖2　吸濕排汗織物雙層結構

資料來源：紡織綜合所整理

汗水在織物中移行的方式可分成三種方式：

1. 低回潮率→高回潮率

回潮率指纖維材料在吸放濕作用達到平衡穩態時，纖維含水重量占纖維乾重的百分比，代表著纖維捕捉水分的能力。織物的回潮率跟親水性息息相關，水分會從低回潮纖維（親水性低）往高回潮纖維（親水性高）處移動，因此在織物設計時即可依據穿著者的排汗量，將不同回潮率的纖維配置在一起，達到吸排及單向導濕功效。例如織物靠皮膚面（傳導層）使用聚酯（回潮率0.4%），外層（吸收層）使用棉（回潮率8%），當身體流汗時，傳導層即會將吸附之汗水迅速傳輸到吸收層，形成裏乾外溼的效果。

2. 低蕊吸性→高蕊吸性

蕊吸是織物纖維的特性之一，水分會從低蕊吸往高蕊吸的方向移動。影響蕊吸的關鍵是在間隙，纖維與纖維間孔隙越細，蕊吸效應就愈明顯，蕊吸性（Wicking Property）就愈強。控制纖維間隙的方式有兩種，透過「異形斷面纖維」設計，或者是改變單根纖維的粗細，來縮小間隙以及增加間隙數量。當間隙越小數量越多時，毛細作用強、蕊吸快、擴散面積大，接觸皮膚與空氣的面積大，乾燥速度也比較快。

3. 低密度結構→高密度結構

水分會從低密度織物結構往高密度織物結構移動，織物內外層的密度高低可以透過織造或是後整理加工改變。以這塊魚鱗布（2 Ends Fleece，參見圖3）為例，織物背面結構蓬鬆，正面較緊密，有助於織物將汗水從背面傳輸到正面。
 

圖3　織物組織-單面魚鱗布的正面（左圖）與背面（右圖）

資料來源：紡織所整理

（二）吸濕排汗檢測方法

現在市面上已有許多方法來測試吸濕排汗織物的各項性能指標，其中以MMT（Moisture Management Test）方法最為常見（然此法無法評估乾燥性能），透過將試樣水平放置於上下兩層的電流感應器之間，其各自由排列成同心圓的金屬針所組成，液態水與試樣之上層（實驗中試樣接觸皮膚的一面，亦稱為傳導層）接觸後，水會在上層擴散，並從上層向底層（為實際穿著或使用時向外的正面，亦稱為吸收層）移動以及在底層擴散，記錄過程中之電阻變化並計算出各項液態水分傳導性能指標，以評估織物的吸濕排汗性能。

MMT的各項檢測指標包含：（1）上層/底層濕潤時間（Wetting Time-Top/Bottom）（sec）；（2）上層/底層吸水速率（Absorption Rate-Top/Bottom）（%/sec）；（3）上層/底層最大濕潤半徑（Maximum Wetted Radius-Top/Bottom）（mm）；（4）上層/底層擴散速度（Spreading Speed-Top/Bottom）（mm/sec）；（5）單向傳輸能力（Accumulative One-way Transport Capability，AOTI）（%），為底層/上層的水分擴散面積比，AOTI = [底層擴散面積（UB）–上層擴散面積（UT）]/總測試時間。最後MMT會產出一個整體性的評估指標，稱為綜合濕度管理能力（Overall Moisture Management Capability，OMMC），以織物吸收層之吸水速率（權重25%）、單向傳輸能力（權重50%）和吸收層之擴散速度（權重25%）的加權值表示。各項檢測指標等級標準如表1所示。

表1　織物液態水分傳導性能之等級標準

資料來源：紡織所綜合整理

（三）吸濕排汗層織物設計

在設計底層織物時須考量穿著者的使用情境，從織物結構的特性與原理出發，會比較具有原創性。底層衣保暖、吸濕排汗、乾燥的類型和程度，要依據不同季節、氣候、運動強度、排汗量水準等外部變異因素量身而定。

底層衣的設計概念與使用情境如圖4所示，在熱環境中，底層衣物的乾燥速度並不是越快越好，當流汗量高時必須講求快乾，然而在低流汗量時，也可以考慮降低蒸散速度，訴求持續性的涼感；冷環境中則不能講求快乾，反而必須降低底層織物汗水的蒸散速率以避免運動後的寒冷效應，甚至必須擁有低熱傳導、高回潮與熱絕緣的特性，以達「濕保暖」的功效。

圖4　底層織物設計概念和情境

資料來源：紡織綜合所整理

例如在秋天運動的底層衣，可以運用較細的紗線做外緻密內蓬鬆的組織設計，因為纖維越細蕊吸性越強、風阻越大，內裏蓬鬆設計不僅有助於排汗，也有熱阻抗性。此底層衣在運動中可以協助身體快速排除汗水，在靜態休息時亦具有良好的防風與保暖性，然而透氣性較差，對流性散熱所產生涼感會降低，就較不適合在夏天或熱環境下穿著。

以下為幾家國際知名布料品牌之底層織物設計案例：

1. Polartec® Delta™

Polartec 於2017年春夏推出的商品Polartec® Delta™，布料由親水（TencelTM Lyocell）及疏水（聚酯）兩種紗線織成蜂巢組織結構，利用高低回潮的方式，將運動中皮膚產生的汗水經由疏水層快速導流至親水層，達到快速排汗效果。而當汗水傳輸至親水層之後，Lyocell紗線的高回潮性也能在蒸散之餘也保持水分，實現長效降溫的功用。（參見圖5）

布料內層聚酯紗在固定的循環寬度織造集圈組織（Tuck Stitch），使Lyocell紗形成凸起的橢圓網眼結構，正面微凸，裡面微凹，接觸皮膚面積大為減少，空氣得以自由對流，提升速乾及透氣散熱效果。具紋理的不連續表面不僅減少與皮膚的摩擦，也讓布料即使濕了也不會產生黏膩感。

圖5　Polartec DeltaTM織物組織

資料來源：Polartec，紡織綜合所整理

2. bandavej®

bandavej®運動布料採用雙層結構單向濕度管理，內部聚丙烯層（PP）為疏水性，外層為美麗諾羊毛，利用高低回潮的方式，將汗水從皮膚面被拉出來到織物表面。由於羊毛具有高回潮率、低熱傳導，並且能提供隔熱屏障，讓織物即使濕了也能提供保暖功效，維持身體恆溫舒適。（參見圖6）

圖6　bandavej®布料示意圖

資料來源：bandavej®，紡織綜合所整理

3. TransDRY®

美國棉花公司的專利技術TransDRY®是100%純棉布料的導濕速乾技術，擁有比一般化纖更佳的親膚性、透氣性與吸濕性。和上述單向導濕的原理不同，TransDRY®使用撥水加工棉紗與常規棉紗交織成雙層分工結構，傳導層以撥水棉為主，吸濕層則以常規棉，交織過程中傳導層讓常規棉穿越作為蕊吸點，當汗水產生時，撥水紗不會溼潤，水分會經由蕊吸點傳輸至吸濕層，達到內乾外濕、單向導濕的作用。（參見圖7）

圖7　TransDRY®技術機制作用圖

資料來源：CottonWorks™

4. Schoeller 3XDRY®

Schoeller 3XDRY®技術在同一塊布料進行撥水和親水整理加工，賦予織物外層撥水、內層吸濕、快乾三種性能。3XDRY®技術在布料外層進行撥水加工整理，使織物擁有抗汙及撥水功能；內層則進行親水加工，有助於織物迅速吸附水氣並快速擴散，達到快乾效果。單撥單吸（外撥內吸）的特性使3XDRY®布料在吸濕排汗的同時，布料表面不會出現汗漬（參見圖8），符合現今Lifestyle、運動兼具都會休閒的趨勢，讓穿著者在進行任何活動時，亦能維持內在及外觀的舒爽乾淨。

圖8　3XDRY®布料在吸收汗水的同時（左圖），表面不會出現汗漬（右圖）

資料來源：Schoeller 官網

二、中間層（Mid Layer）：保暖透氣層（溫度管理層）

中間層（或稱保暖層），藉由纖維與織物結構的特色，降低人體產熱逸散到低溫環境中，以達到蓄熱保溫之功效。由於服裝不會自己產生熱量，因此需要中間層將人體產生的熱保留下來，利用材質的結構或是厚度來創造能被儲存於布料中之微小凝滯空氣（空氣是低熱傳導，織物本身與空氣都可以吸收人體的輻射熱），達到熱絕緣（Thermal Insulation）、蓄含身體熱度的效果，防止體熱透過輻射、對流、傳導等方式逸散到環境中，常見的材質包含刷毛布（Polar Fleece）、鋪棉、以及羽絨。中間層另一個重要功能是讓從底層傳來之水氣穿過並傳遞至外層，同時對外層維持冷空氣的阻隔性（降低對流散熱）。因此，透氣、透濕和保溫是中間層的基本指標，其中尤以保暖性最為重要。

（一）保暖層作用原理

織物保溫的方式可分為：

1. 被動式

降低輻射、對流和傳導的散熱，阻止人體熱量散失。這是最常見的方式，主要設計概念為阻擋人體熱量的流失，藉由衣物內凝滯空氣或塗佈反射等方式，提高織物的熱阻抗，降低輻射、對流和傳導的散熱，達到保溫效果。

　(1)阻止對流散熱

透過保留與阻隔空氣，達到保溫效果。空氣是熱的不良導體，熱傳導能力大約為纖維的十分之一左右，由於空氣存在於纖維之間隙，因此成為防止傳導與對流熱發散的關鍵。利用纖維的中空斷面、捲曲性或刷毛整理加工所創造的氣室（Air Pocket）與厚度，阻絕與外界空氣的流通，創造儲存於布料中的凝滯空氣（亦稱Dead Air），避免對流性散熱，隔絕的空氣越多，保溫效果就越好。

例如熔融紡絲製成的中空纖維（Hollow Fiber），纖維軸向有管狀空腔，能將空氣包覆在纖維中，形成空氣阻熱效果，保持身體溫暖並隔絕外面的冷空氣；纖維中間呈現空孔之結構也使纖維比重降低，布料更加輕盈，一般應用以保溫、輕量化、增加纖維織物的豐厚感為主，甚至加上微多孔加工，可以使得纖維產品更具有排汗之機能。（參見圖9）

圖9　中空纖維橫斷面

資料來源：遠東新世紀

　(2)降低傳導散熱

熱阻（Thermal Resistance）指在有溫度差的情形下，物體抵抗傳熱的能力。熱傳導率低（高熱阻）的材質在有溫度差的情況下，熱的流失速度較慢，因此保暖層通常沒有採用耐隆等高熱導材料，取而代之使用羊毛等熱不良導體，阻絕冬天時接觸傳導的熱流失。另一個降低傳導散熱的做法為減少接觸面積，例如將布料作刷毛加工，刷毛面不僅能捕捉凝滯空氣，和皮膚的接觸也由面接觸變為點接觸，有助於降低傳導的接觸面積，減緩接觸的傳導散熱。

　(3)減緩輻射散熱

體熱會以熱射線（遠紅外線）的形式發散給周圍溫度較低的環境進行散熱，即使在沒有接觸或對流的情況下，仍會有熱量流失。因此可以透過衣物內凝滯空氣、特殊纖維材料吸收人體的輻射熱，或者是鋁塗佈等方式反射輻射熱，達到減緩輻射散熱、保溫的效果。

反射輻射熱最經典的代表為Columbia的Omni-Heat™，將鋁箔透過膠的形式以某種圖案轉印在布表上，利用鋁點的物理反射原理，反射人體散發出的輻射熱，讓熱能在外套內循環，其餘未塗佈到的65%間隙亦可排出多餘的熱能和汗氣，達到適度的保暖和透氣。（參見圖10）

圖10　Columbia Omni-Heat™

資料來源：Columbia

2. 主動式

透過添加發熱材料於纖維中或利用物理及熱學原理改變材料特性，以供給熱量的方式，吸收、儲存及釋放熱能，令穿著者保持溫暖。

　(1)吸濕放熱纖維（發熱衣）

在布料中織入吸濕發熱纖維，利用此纖維的高回潮性，捕捉人體放出的水蒸氣，將凝結成水時所釋放的熱量（回潮熱），提升衣物內微氣候的溫度，使人體感到保暖，其中最出名的案例就是日本東洋紡公司（TOYOBO）的EKS纖維以及Uniqlo的Heattech纖維。

EKS實際的成分為聚丙烯酸酯（Acrylate），是由聚丙烯纖維做改質，聚丙烯酸酯的回潮率為45%（聚酯回潮率僅0.4%、棉為8%），透過吸收人體散發出的濕氣轉換成熱（吸濕放熱），達到保暖效果。Uniqlo與日本東麗公司合作開發的Heattech纖維也是相同原理，纖維主要由聚脂纖維、壓克力纖維、黏液嫘縈（Rayon Staple Fiber）與聚氨基甲酸酯纖維（Polyurethane Fiber）組成，搭配特殊織法創造空氣層，發揮隔熱效果，將熱能儲存於衣料中維持保溫。然而「吸濕發熱纖維」僅對平常居家服（無感流汗的過程中，微量吸濕放熱）可行，對運動服而言，運動中大量發汗及放熱容易使服裝產生悶熱感，使身體無法有效排除多餘的熱量，造成不適感。

　(2)遠紅外線纖維/紡織品

遠紅外線為一種太陽光電磁波，其波長範圍為3~1000μm（微米），其中波長4~14μm之遠紅外線又稱為生育光線（Biogenetic rays），可以促進人體或動物的生理活性。遠紅外線紡織品係將奈米級或微米級的特殊陶瓷粉末加入聚合物中紡絲，或於整理過程（例如印花、塗佈）加入遠紅外線材料製作而成。

由於人體體熱會以遠紅外線的形式輻射至周遭環境，因此可藉由遠紅外線纖維/紡織品吸收人體或自然界（如日光）所釋放的輻射熱，並轉換為波長4∼14μm的遠紅外線（生育光線）回傳人體，達到蓄熱保溫效果。此外，生育光線能滲透人體內部，與體內水分子產生共振作用，使皮膚及皮下組織產生熱反應，具有促進微血管擴張與血液循環、新陳代謝等功能。然而市面上有許多所謂添加「遠紅外線微粒」衣物，是利用陶瓷粉能將可見光轉成遠紅外線的特性，達到發熱效果。此衣物要發熱的前提是要接觸到可見光，所以在夜晚，或者是作為內衣使用的情況下，發熱衣的作用並不大。

美國加州Hologenix公司的CELLIANT®纖維，利用混合13種具有熱反應性的礦物質和特殊成分，包含二氧化鈦（Titanium Dioxide）、二氧化矽（Silicon Dioxide）、氧化鋁（Aluminum Oxide）等製成Celliant母料，混入液體聚酯樹脂（Polyester Resin）後抽成CELLIANT®纖維。此纖維能吸收可見光和人體發散之紅外線，並改變這些能量的波長，轉換成對人體有益的紅外線能量回饋給人體。CELLIANT®纖維已通過美國FDA醫療器械認證，產品具有增加局部血液循環和及人體氧氣含量（Oxygen Levels）、平衡身體溫度、提升運動成效以及加速復元等效果。

　(3)相變化材料

PCM（Phase Change Material）相變化材料為一種透過固、液二相的變化，使其具有吸熱及放熱功能的材料，藉此得到熱調節效果。相變化材料以微膠囊技術，將隨溫度而轉相的物質填充在微膠囊裡，PCM以固體的形態遇熱時會吸收熱並轉變成液態，轉換的過程中會降低周圍溫度；當降溫或寒冷時則從液體變成固體並釋放熱量，達到動態微氣候調節功能。PCM在紡織產業上下游之加工方法包括纖維內混鍊（Blended Inside Fiber）、塗佈加工（Coating）與發泡分散（Foam Dispersion）黏著、含浸加工（Dipping）等。

PCM主要代表產品為Outlast®纖維，Outlast® PCM是美國Outlast公司最初為美國國家航空暨太空總署（NASA）所研發的材料。Outlast將石蠟填充在聚合物微膠囊裡，並將此微膠囊填充之相變化材料命名為 ThermoculesTM，透過高溫吸熱變液態、低溫放熱變固態達到保溫、溫度調節功能。（參見圖11）

圖11　Outlast® PCM作用機制圖

資料來源：Outlast
 

（二）保暖層相關檢測方法

1. 熱阻抗檢測方法

業界多用保溫率（Clothing Insulation，CIo）值衡量織物的熱隔熱性能，Clo是由皮膚表面到衣服外表之熱阻抗單位，亦即衣服的絕緣值。根據ASTM定義，在標準溫濕度（環境溫度21℃、相對濕度65%、風速0.1m/sec、1MET活動產熱量）的情境下，織物能讓穿著者保持皮膚溫度33℃，稱此織物保溫值為1個Clo，實際值定義為1 Clo=0.155 m2*K/W，其中K/W為熱阻單位。舉例來說，夏天穿的短袖短褲的保暖值大約是0.3個Clo、冬天穿的毛大衣約為3個Clo。

目前紡織品熱阻抗（保溫性）檢測方法，以ASTM D1518以及ISO 11092最為常見，兩種檢測方法其實大同小異，主要差別在於對標準環境的定義以及受測樣品大小不同（參見表2）。檢測方式為於環境控制室中設定標準條件，量測熱板在維持恆溫的狀態下，熱板裸版與熱板有放置布樣之熱流失量（即耗電量，單位：瓦特），計算出熱阻數值Rct（Resistance to Conductive Heat Transfer），使其相減再除以0.155，即得Clo（m²．K/W）值（參見圖12）。因為標準方法受測面積跟溫度差都已經被決定，所以實際是在測量恆溫熱板的耗電量，耗電量越大，測量出之熱阻抗值（Rct）越小。比較兩種方法，ISO 11092略為苛刻（溫差較大、風速較大、受測樣品面積較大），同樣一塊布用ISO 11092法測量出的Rct值會比較低，要特別注意。
 

表2　ASTM D1518與ISO 11092檢測方法比較

資料來源：紡織綜合所整理

圖12　紡織品熱阻抗（保溫性）檢測示意圖

資料來源：Polymer Testing

表3是紡織所試驗部檢測織物保溫率所得到的數據，在人體陳代謝當量1Met的狀況下，環境溫度為0℃時，要讓人體感受到舒適（皮膚溫度維持33℃），建議衣物的保溫值為4個Clo；相對地當衣物保溫值為3個Clo時，人體在環境溫度為7℃時穿著起來是最舒適的。然而此表是在人活動產熱量為1 Met下環境溫度與衣物最適Clo值的對照，假如在運動強度大於1個Met，衣物所需之保暖值就會小於表上的建議值。例如環境溫度7℃進行爬山活動時，衣物所需的保溫值就會小於3 Clo，反之若在睡覺（0.8 Met）時，衣物的保溫值需求就要大於3 Clo，才能維持人體熱舒適。因此在設計保暖衣物時，須同時考量服裝、人體與環境關係，三者互相制約、補償，協調後才找出最合宜的穿著舒適性。

表3　新陳代謝當量1Met所需的服裝保溫率

資料來源：紡織綜合所整理

2. 流汗軀幹檢測方法

流汗軀幹檢測方法（Sweating Torso Test）提供於特定環境條件下模擬人體連續活動時的織物生理熱舒適之測驗方法，可試驗的性質包含：熱阻抗、降溫性能與乾燥性能（參見圖13）。試驗方法為將受測織物圍繞在流汗軀幹（Sweating torso）上，表面溫度設定為35℃，在溫度20℃、相對溼度50%、風速1m/sec的標準環境下，進行三階段的檢測：

• 階段1：固度定溫度35℃、不流汗、60分鐘（適應階段）；
• 階段2：固定加熱功率125W，流汗量100g/h、60分鐘（運動階段）；
• 階段3：固定加熱功率25W、不流汗、60分鐘（休息階段）。

根據階段1的穩態數據，Torso在標準環境下維持恆溫35℃之加熱功率計算織物的熱阻抗Rct；階段2可觀察流汗軀幹表面溫度變化，藉以評估織物的降溫性能；在階段3可透過重量的變化，來評估織物的乾燥能力。（參見圖14）

圖13　流汗軀幹（Sweating torso）

資料來源：紡織綜合所整理
 

圖14　流汗軀幹檢測三階段方法

資料來源：EMPA，紡織綜合所整理

3. 吸濕放熱/放濕吸熱檢測方法

吸濕發熱的原理是回潮熱，吸濕放熱/放濕吸熱檢測方法（Exothermic / Endothermic Properties Under Humidity Change）是近年才成立的新標準，利用織物回潮會放熱/放濕會吸熱的原理，將測試樣品布（50mmX50mm）折成四摺後，包覆溫濕度感知器模擬人體穿著情形，透過改變環境濕度（例如測試目的為吸濕放熱，環境濕度調整為40%→90%→40%；若測試目的為放濕吸熱，則環境濕度調整為90%→40%→90%），記錄感應器的微氣候溫濕度變化（參見圖15），然後再與一般對照組做比較。

圖15　吸濕放熱/放濕吸熱檢測方法示意圖

資料來源：ISO 16533

每一個試驗方法都是針對某種作用機制而設計，例如UNIQLO發熱衣的原理是回潮放熱，進行吸濕放熱檢測才有意義，拿去測熱阻抗的值會很低而不具參考價值。因此，同樣都是保暖性產品，也要了解其背後的保暖原理作用，選擇相應的檢測方法，得到的數據才有參考價值。

（三）保暖層織物設計：以羽絨衣（Down Jacket）為例

過去大家對於羽絨衣的印象存留著臃腫、不時尚的刻板印象，然而隨著製衣技術不斷進化，以及時尚品牌的大力推廣，羽絨衣逐漸風靡全世界，幾乎成為每個人衣櫃裡必備的保暖單品。

羽絨衣有兩個主要元素，一個是羽絨（Down）本身，另一個是防絨（Down Proof）布料。羽絨材質輕柔、蓬鬆，具有優異的保暖功能以及良好的耐久度，缺點是容易吸水、受潮。羽絨膨脹係數（Fill Power，FP值）是羽絨品質的基本指標，為羽絨在單位重量下的填充能力，評估其蓬鬆程度以類推其保暖性。在英制單位下，1 FP代表一盎司（1 ounce=28.349g）的羽絨可以填充多少立方英吋，600 FP及代表一盎司的羽絨可以填充600立方英吋。各級羽絨Fill power的比較參見圖16，相同重量的羽絨，Fill power越高代表蓬鬆度越高，能夠捕捉更多的凝滯空氣，因此擁有更好的絕緣、熱阻能力，製成的羽絨衣不僅更輕量、保暖性也更佳。

圖16　羽絨Fill power比較

羽絨衣的另一個重點是防絨的表布，因為布料密度不足容易讓羽絨穿透布面，產生掉絨現象。表布要防止羽絨穿透，代表組織間隙要比羽絨更細，在高密度組織的同時，同時也要兼顧其防風及透氣性（防風和透氣為一體兩面），因此防絨布料技術門檻相當高。通常織物的透氣度要在20 cfm以下才能達到防絨效果，若羽絨的等級越高，透氣度就需要更低。值得注意的是，羽絨的表布透氣度不得為0（等同完全防風），否則無法打包羽絨。

防絨布料以梭織布為大宗，布廠多利用細丹尼、高條數纖維，並大幅度提升織物的密度，縮小織物結構孔隙以達防絨作用。除了高密度織物外，業界也會以壓

光工程，或塗佈、貼膜的方式來增加或達到防絨效果，近年出現的針織防絨布，即是在針織布上進行泡沫塗佈加工，打破針織布無法防絨的刻板印象，並賦予防絨布彈性，讓羽絨衣穿起來更為合身、易於活動。此外，羽絨衣的防絨表布也會做撥水加工，防止羽絨浸濕而喪失保暖工用。

三、外層（Outer Layer）：透溼防水層（氣候防護層）

底層和中間層主要是管理身體的汗水並保持身體的乾燥與溫暖，外層的主要目則為保護底層和中間層免於外在環境因素干擾，如颳風下雨、下雪等，使底層及中間層能持續發揮功能，免於身體在風寒及水寒效應下，產生失溫的危險。由於外層主要提供防風、防水的氣候防護效果，仍需要倚賴內層的汗水管理及中間層的保暖，同時外層要能確保身體產生水氣逸散的通道，由內層至中層向外排放之水氣，透過外層透溼防水織物內具備的親水性無孔或疏水性微多孔結構膜材，逸散至外部環境。

路上常見的風衣就是最簡單的第三層，重點就在防風性，才能讓保暖層充分發揮保暖功能。此類輕薄風衣通常為高密度織造，再添加撥水劑，達到最低等級的防水效果（雨淋試驗Rain Test），因此僅能用在一般戶外休閒使用。若要進行高專業的戶外運動，或在惡劣天候環境下活動時，就需要一件全天候型的透濕防水織物。防水透濕織物不僅具有防風功能，還具備不同程度的防水性，並能將身體的熱氣及濕氣排除，維持微氣候熱與濕的平衡。

（一）透溼防水層性能指標與檢測方法

防水透濕織物除了功能獨特之外，商品的定價通常也偏高，然而商品是否具備其標榜的功能，常常是消費者心中的疑慮，因此相關專業的檢驗顯得格外重要。第三層Outer Layer可以拆分成透濕防水層跟防風層，訴求五項指標：透氣、防風、透濕、防水和撥水。

1. 透氣和防風

透氣（Air permeability）和防風（Wind Proof）兩者性質為一體兩面，都是測量織物的透氣性，但彼此為反比關係。透氣性顧名思義是指空氣（氣流）通過織物的性能（防風性則相反），在規定的試樣面積、壓降和時間條件下，氣流通過試樣的流量，稱為透氣度。

紡織品透氣度檢測方法參照圖17，將受測樣品置於38平方公分的通風孔上，以125 Pa（壓力單位，1 Pa=每平方米一牛頓，一牛頓約0.1公斤力）的壓力進行抽風，計算其氣流通過率CFM（Cubic Feet per Minute），單位為立方英尺/分鐘（ft3/min）。當沒有放置布料樣本時，此時風阻為0，透氣度100%，測得的CFM為1970，代表在125 Pa的風壓下，每平方英尺每分鐘會有1970立方英尺的空氣量通過*。

CFM可以同時表示透氣性跟防風性，品牌一般會用百分率來跟消費者溝通，透氣率跟防風率兩者相加要為100%。舉例來說，防絨等級的布料CFM至少要20以下，CFM為20時透氣度為20/1970*100%=1%，防風度為100%-1%=99%，代表布料若要具有防絨效果，紡織品防風度需達99%以上，相對的透氣度為1%以下。一般來說單靠高密度組織結構防風，頂多只能達到10 CFM，若織物防風等級要達CFM 10以下，通常要靠後整理或塗佈加工才能達成。

註*風壓計算公式=P=0.125（V²），P表風壓，以單位為Kg/m²，V代表風速m/s。可以推得在125 Pa的風壓下，風速為10m/sec（清風狀態），代表每平方公尺的面積每秒會通過10m3/sec的氣流量（公制CMS），換算成英制CFM即為1970（ft3/min）。

圖17　透氣度檢測方法及儀具

資料來源：紡織綜合所整理

2. 撥水

液體的表面張力（Surface Tension）來自於內部分子間凡德瓦力，為外層分子受內部相鄰分子的吸引力作用，產生的內聚力。表面能（Surface Energy）是固體的一種界面張力，當固體擁有比較高的表面能時，意味著其表面有較強的相互作用力，有利於物質附著。當液體與固體接觸時，若固體的表面能大於液體的表面張力，液體會附著在固體表面，進而產生濕潤（Wetting）現象；當液體的表面張力大於固體的表面能時，液體便不易附著在固體表面，產生荷葉效應，亦稱為撥水（Water Repellent）現象。

物質的親/疏水性主要由表面能（或表面張力）決定，而接觸角（Contact Angle）為衡量物質本身親、疏水性的重要指標。接觸角（θ）簡單來說就是液體滴在固體表面上，氣、固、液三相的交會點沿著液/氣界面切線方向所形成的夾角（液體內部之夾角）。接觸角是濕潤性的量度，理論試驗值為0∼180°度，當固體與水滴的接觸角越小，固體表面親水性越高，θ<10°稱為超親水，θ=0°時代表固體表面完全濕潤；反之當固體與水滴的接觸角越大，固體表面疏水性越高，θ>120°稱為超疏水，θ=180°度時則代表固體表面完全不濕潤。因此建立準確的接觸角與界面張力/能量量測技術，將有助於研發撥水材料性能及加工技術之提升。（參見圖18、19）

圖18　液體與固體表面之接觸角θ

資料來源：紡織綜合所整理
 

圖19　左圖：水在親水性的表面上散開；右圖：水在疏水性的表面上形成水珠

資料來源：紡織綜合所整理

撥水最著名的例子就是「荷葉效應（Lotus Effect）」，在電子顯微鏡下，蓮葉表面佈滿大小約5~15μm的乳突狀物，其上又覆有100~200nm的纖毛結構，這些細微的粗糙結構增加了水與蓮葉的接觸面積，起伏的結構也包含了空氣，因此表面張力變低；此外，粗糙的表面本身又佈滿疏水物質-蠟質結晶，這兩個主要的特點—蠟質物料和細微凹凸不平的表面，讓接觸角呈現約160°，水滴能輕易地滾動並走表面上的髒污，使其表面具有乾燥與自潔性，稱之為荷葉效應。（參見圖20、21）

圖20　荷葉表面

資料來源：維基百科
 

圖21　在疏水性的表面上（右圖），水滴能有效地帶走污垢，但在親水性的表面上（左圖），這種能力便大大降低

資料來源：原子世界，http://www.hk-phy.org/atomic_world/lotus/lotus02_c.html

織物的撥水加工即為在織物表面上覆蓋一層疏水性物質（如蠟質、鐵氟龍等），或藉助撥水劑（如有機矽、含氟化合物）等疏水性藥劑，在織物的表面架出仿荷葉的微結構，可使水滴在其表面形成圓珠狀，不會產生滲透、擴散進而弄濕衣物。主要原理在利用表面張力較低的物質均勻塗佈在纖維表面，藉由降低織物的表面張力使水滴或油污的接觸角變大，不易附著於織物表面，再經由滾動滑落，達到撥水的效果。然而撥水效果並非防水，水分經過時間跟壓力後還是會滲透布料，兩者不可以混為一談。

織物撥水的測試為將裁減的測試樣，測試面朝上保持45°傾斜，固定於裝有250ml蒸餾水之金屬噴嘴正下方，在標準環境下噴灑25~30秒，完成測試後根據水殘留在織物表面的影像來判級，共分為五個等級：5級100%（表面沒有濕潤）、4級90%（表面稍有濕潤）、3級80%（表面有分散水滴狀之濕潤）、2級70%（表面大部分有濕潤）、1級50%（表面全部均有濕潤）、0（表面及反面完全濕潤）。（參見圖22）

圖22　紡織品撥水性驗證

資料來源：AATCC

3. 防水

防水性（Water Proof）和撥水性（Water Repellency）雖然作用相近但原理不同，防水是指織物具有抵擋水分穿透的能力，通常是在布料的裡面或表面以PU、PTFE、TPU、TPE…等材料塗佈或以薄膜貼合加工而成，保護穿著者免受風雨等氣候因素的影響。欲測量織物的防水性，隨織物實際使用情況不同而採用不同的方法，並以各種相應的指標、等級來表示織物的防水性。

（1）雨淋測試方法AATCC TM35 Water Resistance: Rain Test

雨淋試驗是程度最低階的防水性測試，使用雨淋測試儀進行試驗（參見圖23），在測試前須將試驗布在21±1℃、65±2%RH的環境下回潮4個小時。測試方法是將試樣布固定於距離噴嘴30.5公分處，並在試驗布的背面放置一塊15.2cm×15.2cm的標準吸水紙，水平地將27±1℃、水壓600mm的水流噴淋到試樣上，持續5min。噴淋結束後，取下吸水紙並進行秤重，測得的重量需較原先增加小於1公克才算通過試驗。

圖23　雨淋測試儀

資料來源：AATCC

（2）耐靜水壓測試AATCC 127 Water Resistance: Hydrostatic Pressure Test

A.低耐水壓測試方法

耐水度試驗機以提高水杯之方式（參見圖24），對受測樣布進行耐水度測試。將20cm×20cm（21±1℃、65±2%RH回潮4小時，測試面積為100cm2）放在檢測台上，測試面接觸水，水位與水杯相等。接著水杯以600mm/min的速度上升（因為連通管原理，等同cm2水壓以0.06kg/min速度增加），當布樣表面第三處滲出水珠時，隨即停止上升水杯並記錄當時的水柱高，即以此來判斷布料的耐水壓特性，試值越大，表示水滲出樣品所需的壓力值越大，其防水性越好。例如水柱高度為3500mm，代表此布料防水性達3500，每平方公分耐水壓可達350公克。

圖24　低耐水壓試驗機

資料來源：大全儀器

B.高耐水壓測試方法

測試原理和低耐水壓測試相同，然低耐水壓測試方法受試驗機設備限制，無法量測高耐水性織物，因此需使用高耐水壓機進行試驗（參見圖25）。高耐水壓測試方法為將20cm×20cm（21±1℃、65±2%RH回潮4小時，測試面積為100cm2）放在試驗機中，測試面接觸水，空壓機將空氣注入一個充滿蒸餾水的水罐中，將一定的壓力的水作用於試樣，水壓以速度10000mm/min增加（等同每cm2水壓以1kg/min上升），當布樣表面第三處滲出水珠時，隨即停止試驗，並記錄當時的水壓值及為試樣的防水性能。

高壓法主要是用來測量等級較高之防水性織物，但低耐水壓測試法較為嚴苛，相同的布樣在低耐水壓設試法測得的防水性數據為較高壓法來得低。一般來說透濕防水的雨衣耐水壓至少要達10000以上，當織物的耐水壓達20000以上時（相當於200公斤的水坐落於100cm2的面積上），就算是在狂風暴雨（Heavy Rain）的天氣下，織物內層也不會進水。（參見表4、5）

圖25　高耐水壓試驗機

資料來源：理寶科技
 

表4　防水性耐水壓測試的分級

資料來源：機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會
 

表5　布料防水等級和性能

資料來源：evo，https://www.evo.com/guides/outerwear-waterproof-ratings-and-breathability
 

4. 透濕

此處的「濕」是指人體在調節體溫時，所產生的汗水、濕氣、水蒸氣等液/氣態結構。透濕的主要作用在於將身體因運動、新陳代謝而產生的濕氣、水蒸氣，由織物的內層釋放到環境中，達到降溫的效果並維持舒適與乾爽；在冬天和極地氣候中，良好的透濕作用也能讓外套內部不會發生結露、結霜而導致身體濕冷的現象。

「透濕性」指的是在標準的環境條件下，紡織品讓濕氣透過量的多寡，常用的單位為：單位時間、單位面積裡濕氣的透過量（g/m2/hr）。測量織物透濕性的方法有許多種，以下介紹幾種業界常用的測試標準：

（1）ASTM E96 Procedure BW：Inverted Water Method（倒杯法）

將受測樣本塗佈面（靠皮膚面）朝內覆蓋在裝有蒸餾水之測試器皿開口上，固定後倒置，讓水分持續與樣本接觸（測試皿內相對溼度為100%，模擬皮膚表面微氣候），因此水分能以水蒸氣的形式蒸散到環境中，並記錄初始重量。受測環境為溫度23℃、相對濕度50%、風速2.5m/sec，對測試皿進行週期性秤重，藉由量測容器內水分減少的重量來計算水蒸氣傳遞速度，並轉換成以g/m2．24hrs為單位的結果。（參見圖26）

圖26　ASTM E96 Procedure BW倒杯法示意圖

資料來源：ASTM
 

（2）JIS L-1099 A1法：氯化鈣乾燥法

將受測樣本塗佈面（靠皮膚面）朝外覆蓋在裝有氯化鈣乾燥粉的測試容器開口上（測試皿內相對溼度為0%，模擬外在環境），開口常上將容器放在溫度40℃、相對溼度90%（模擬皮膚表面微氣候）的實驗環境中。接著對測試皿進行週期性秤重，藉由量測氯化鈣粉吸收水分的重量來計算水蒸氣傳遞速度，並轉換成以g/m2．24hrs為單位的結果。（參見圖27）

圖27　JIS L-1099 A1法示意圖

資料來源：亞適國際
 

（3）JIS L-1099 B1法：醋酸鉀法

將受測樣本固定在支撐架上，塗佈層朝外置於水溫23℃的水槽中（相對溼度為100%，模擬皮膚表面微氣候）。將作為乾燥劑的醋酸鉀溶液裝進測試容器內（測試皿內相對溼度為0%，模擬外在環境），以PTFE微多孔薄膜環箍在容器開口上製成一個能讓水蒸氣通透杯子，並倒放在支撐架上，讓PTFE膜與樣布的正面貼合。經一段時間後測量杯子重量，藉由量測多少水分透過織物吸收到杯子裡來計算水蒸氣傳遞速度，並轉換成以g/m2．24hrs為單位的結果。（參見圖28）

圖28　JIS L-1099 B1法示意圖

資料來源：亞適國際

（4）濕阻抗檢測方法Resistance to Evaporative Heat Transfer（Ret）

濕阻抗（Water-Vapor Resistance或Resistance to Evaporative Heat Transfer，Ret）又稱為水蒸氣阻抗，代表織物阻擋水蒸氣通過的能力，濕阻抗越低代表透濕度越高。濕阻抗的測試方法與熱阻抗Rct類似（參見圖12），參考ISO 11092，在溫度35℃、相對濕度40±3%、風速1±0.05m/sec的標準環境下，將微多孔防水透濕膜覆蓋於35℃的恆溫熱板上，水喂入加熱板後會形成水蒸氣並穿透薄膜。樣布受測面置於熱板上，當水蒸氣通過膜與織物時，會導致蒸發熱損失，因此熱板會需要更多能量來保持恆溫，藉由量取熱板維持溫度平衡的熱流量，計算濕阻抗Ret值（抗蒸發熱損失度量），公式為Ret=〔（飽和水蒸汽壓-環境水蒸汽壓）〕（Pa）×受測面積m2/恆溫熱板的加熱功率（w），單位：m2．Pa/W。其中水蒸氣壓差與受測面積為固定值，因此熱板耗電量越大，測量出之濕阻抗值（Ret）越低，對水分傳遞的阻力越小，織物的透濕性越高。

當Ret值小於6時，代表織物非常透濕，在高強度運動下穿著舒適性佳；在6與13之間時為透濕良好，在高強度運動時穿著舒適程度一般，但在一般運動水平時穿著舒適；在13與20之間時為透濕性佳，在高強度運動時穿著不舒適，但在一般運動水平時穿著舒適；當Ret高於30時，服裝在所有運動水平時穿著都不舒適。濕阻抗分級參考表6、7所示：

表6　濕阻抗分級表

資料來源：紡織綜合所整理
 

表7　濕阻抗等級和性能

資料來源：ISO–11092

以上四種試驗方法的測試結果彼此不相關，完全取決於塗層或貼膜的類型、水分移動方式及標準環境差異。通常在A1法測試中，疏水性微多孔塗層或貼膜的性能要優於親水性無孔塗層；而親水性無孔塗層或貼膜在ASTM E96-BW及B1測試中表現更好；濕阻抗檢測方法（Ret）對於不同材質與技術的測試結果差異性較小，與真人主觀舒適性評估最為相近。（參見表8）

表8　織物透濕性檢測方法比較

資料來源：紡織綜合所整理

綜上所述，可以知道防風和透氣是一體兩面、織物若要防水勢必會犧牲一定的透濕度，因此外層（透溼防水層）的五項性能需要綜合考量，各項性能取決於織物設計時的目標值，或是織物的終端用途。

（二）透濕防水材質的製程與結構

外層的功能除透過防風、防水材質來維持身體溫暖乾燥，同時要能確保身體產生水氣逸散的通道，由內層至中層向外排放之水氣，需透過外層透溼防水的材質與結構，發散至外部環境。「透濕防水」是一種能防止水分穿透又能將汗氣排出的機能性布料結構，讓外層衣內並不會發生結露/霜而導致濕冷不適現象。透濕防水織物表現的方式有三種：塗佈（Coating）、貼合（Lamination）及高密度組織結構（High-density Woven Structure）。

1. 高密度織物

為利用物理性質的「組織防水」織物，藉由大幅度提升織物密度，或利用超細、高條數纖維，極大化縮小織物結構孔隙，織成高密度紡織品。透氣、透濕及柔軟觸感是高密度織物的優點，然因不具有薄膜，僅依靠其自身的撥水性，故防水性能較低。高密度織物可依據防水需求，透過壓光或添加撥水劑、高分子填塞劑，控制孔隙大小，來符合產品要求之透氣、透濕與達到基本的防水性。相對於疏水微多孔膜與親水無孔膜織物產品以高端防水透濕為取向，高密度織物多以輕量防水配合觸感上的需求進行開發，適用於一般運動休閒外套、風衣、羽絨衣等產品。

2. 塗層（塗佈/貼合）織物

從製程來看又可區分為直接塗佈、泡沫塗佈、濕式塗佈及薄膜貼合等方式，以透濕防水織物的膜層構造而言，無論是直接塗佈或薄膜貼合，其材質可區分為兩種類型：微多孔疏水性膜層與無孔親水性膜層。

A.微多孔疏水性膜層

微多孔膜由聚胺脂（PU）、聚四氟乙烯（PTFE）等疏水性材質構成，表面具有數以億計個微細孔，這些微孔遠比水滴小卻比水蒸氣分子大，因此即使在壓力下也能阻擋水分滲透，又能讓汗蒸氣穿過薄膜微孔排至外部環境，保持服裝系統內乾爽舒適。當薄膜的微孔數量愈多、孔徑愈大、厚度愈薄，相對得透濕性愈好，但是耐水壓就會降低；薄膜微孔的孔徑越小，耐水壓就越好，但會影響水蒸氣的透濕性，因此微孔要做的又小又多，以數量來補足因孔洞小而影響的透濕性。

知名服裝外層材料Gore-Tex®即是微多孔透溼防水薄膜技術的先行者，率先將聚四氟乙烯（PTFE，俗稱鐵氟龍）在特定條件下快速雙向拉伸，使之膨脹成交錯曲折的多孔洞性質，稱之為膨體聚四氟乙烯或ePTFE。此ePTFE薄膜號稱每平方英吋就有90億個小細孔，孔徑小於0.2μm，透濕防水機能優異，適用於貼合織物。

其他微多孔膜製程包括利用W/O乳化型樹脂予以乳化處理後，直接塗佈於織物上，經烘乾後形成微多孔膜；另一種常見的方式為利用聚亞胺酯（PU樹脂）溶液塗佈於織物表面，運用水與溶媒（D.M.F.）之置換產生孔隙，濕式凝固成蜂巢狀的微多孔膜（業界稱之PU微多孔）。（參見圖29）

圖29　具備微多孔的膜層

資料來源：紡織綜合所整理

由於微多孔膜之孔隙易受環境中懸浮微粒、人體代謝的鹽分及油脂、界面活性劑所堵塞，破壞薄膜的透濕性，因此許多廠商會在微多孔膜上塗佈加工，延長薄膜的使用壽命，例如Gore-Tex®即在膜上塗佈上PU樹脂做為保護層（參見圖30），但這個做法也付出了降低透濕的代價。

圖30　Gore-Tex®防水透濕織物構造圖

資料來源：維基百科
 

B.無孔親水性膜層

無孔親水性膜層之透濕作用借助材料特有的親水性/疏水性的構造，透過薄膜兩側承受的水蒸氣壓差，讓水蒸氣通過。過程分為三個階段：內層吸收濕氣、中間層擴散、外層排出濕氣。膜層中靠近身體側的親水性官能基將汗水濕氣吸附後，擴散到靠環境側，再藉由對流即蒸散作用發散到外界環境中（參見圖31）。無孔質親水性膜層織物可透過直接塗佈或貼合加工而成，但織物若不經後塗佈與撥水加工，則容易遇水膨潤導致膜層剝離。

無孔親水性膜因不具有孔洞，因此不具有透氣性（防風），其透濕性較微多孔膜差，但生物防護性則通常高於微多孔膜，因此常用於醫療防護衣等防護工作服裝上，保護穿著者免於受到細菌、病毒、對人體有害的液/氣體飛濺汙染。

圖31　無孔親水性膜透濕作用機制圖

資料來源：紡織綜合研究所

市售的薄膜貼合透溼防水商品多採3層（3L）/2.5層（2.5L）/2層式（2L）結構，所謂2層結構是表布和薄膜貼合做為外層布料，並以獨立的內襯隔開皮膚與外層布料（或無內裡），保護薄膜並增加穿著舒適感（無內裡則無），缺點是較為蓬鬆、厚重。其中表布的撥水加工相當重要，良好的耐久撥水處理（Durable Water Repellency，DWR）可以避免表布纖維因為吸水而形成水封，使織物喪失其透濕性能，濕氣容易在衣服內凝結造成濕悶、寒冷感。裡布則能針對需求進行多樣變化，例如若講求輕量透氣，內襯可以使用輕薄的網布；若有保暖需求，裡布則可以使用刷毛布料，成為單件式的保暖外套。

3層結構即是針對2層進行改良，將表布、薄膜與內襯三層貼合為一層，不僅減少薄膜與內襯摩擦所造成的耗損，也讓成品更輕薄、耐用，價格也較為高昂。2.5層則是對3層構造再進行變化，主要差異是內襯（保護層）採用塗佈或印刷的方式固定在薄膜上，其優點是更為輕薄、透氣。美國BHA Group研發的防水薄膜eVent DVL，也採用印刷做為薄膜的保護層。（參見圖32）

圖32　eVent薄膜構造示意圖

資料來源：eVent® Fabrics

（三）透濕防水織物設計

透溼防水層是面對外在環境變化的第一道防線，也是決定運動時人體濕、熱舒適性的關鍵。外層的透氣性與透濕性受膜材裡外兩側承受之氣壓差與水蒸氣壓差影響，因此外在環境對透氣與透濕之效率有直接影響。通常耐水壓（防水性）與透濕度為一體兩面，耐水壓高透濕度就差，透濕度好耐水壓就低，因此如何讓「外界的風、雨、低溫等環境因素」和「活動產生的汗氣、汗水、熱量」在透濕防水層內部達到動態平衡，織物的設計必須依實際環境與活動需求，有不同的耐水壓及透溼度組合。

舉例來說，假設一個登山者，身體表面積為1.5平方米，爬山8小時流汗量達10公升（排汗量為10000cm3/1.5m2/8hrs），轉換成透濕度變成20000g/m2．24hrs，所以在高排汗量運動下，此登山客的服裝透濕度必須要達到20000。如果透濕度不夠就會在服裝內層結露，不僅增加服裝重量、讓穿著者感到濕悶難受，在低溫下更可能產生失溫的危險。

再舉其他例子，依國家標準CNS 15000「防水透濕紡織品性能評估」之規定，嚴苛天候服飾的條件為水蒸氣阻度在4級以上，靜水壓為4級以上，因此對防水透濕膜的要求就很高（孔隙要多且小），才能達到高防水、高透濕需求。又例如滑雪與馬術運動，為高排汗量運動但對防水需求不高，因此開發低耐水壓但高透濕性的彈性織物，就相當適合作為此類運動服裝使用。台灣因為氣候溫度較高，因此對服裝透氣、透濕需求更為要求，除了依靠布料本身的透氣性外，織物上也可以配置一些幫助透氣散熱的設計，例如口袋用透氣網布、腋下拉鍊等來調整透氣程度，增加對流、蒸發散熱。

四、活動層（Action Layer）：軟殼衣（Softshell）

隨著人們生活型態的改變，戶外活動逐漸普及與多樣化，為了讓戶外愛好者在多變的氣候環境下運動時，擁有一層舒適的緩衝空間，軟殼衣（Soft shell）的概念應運而生。簡單來說，軟殼衣是在傳統三層服裝穿著系統下，將「內層排汗、中層保暖與外層防護」的概念合而為一，運用彈性布料所製成同時具備防風、撥水、透氣、保暖、快乾、耐磨、彈性、柔軟等特性的多複合機能服飾。由於Soft shell難以概括到三層衣著系統內，因此業界多把此類型服飾特別歸類為「行動層」（Action Layer），例如防風衣、快乾褲等。

相對於硬殼衣（Hard shell，即一般防水透濕外套，在戶外服飾中作為最外層的隔離層和保護層使用，主要功能為防風、防雨、防雪等）而言，軟殼衣較為柔軟且有彈性，因此穿著起來比較舒適，也較便利於活動與伸展。軟殼衣憑藉高密度織物結構起到防風作用，通常不會使用膜材，因此透氣性比硬殼衣更好；此外軟殼衣內裡通常會有刷毛處理，提供硬殼衣所欠缺的保暖功能。（參見圖33）

圖33　Soft shell軟殼衣性能機制圖

資料來源：紡織綜合所整理

雖然軟殼衣比硬殼衣擁有更好的透氣性，卻也因此犧牲了防水性，即使表布經過潑水處理，也僅能抵抗短時間的落雨或雪水入侵，因此在惡劣的氣候下，還是需要硬殼衣的高保護性。此外，軟殼衣的保暖性也無法應付寒冷的天氣，需要額外添加保暖層才能提供足夠的保暖度。

總結來說，軟殼衣能夠在一般的氣候下，提供戶外運動者足夠的舒適度以及一定的防風、防水、保暖性；然而在極端氣候，或是高強度的運動下，硬殼衣還是比較能提供人體比較完整的保護力。

表9　軟殼衣與硬殼衣比較

資料來源：紡織綜合所整理

五、結論

三層服裝系統對於戶外活動者的意義在於做為人體與環境系統間之濕熱調節介面，負責調適人體在進行戶外活動時所面對的氣候變化，透過溼與熱在三層服裝系統間的傳遞，輔助調節生理機能，以維持一種讓體表微氣候感到舒適的濕熱動態平衡狀態。廣義來講服裝的觸感及壓力也是舒適性的一部分，本文著重探討三層式穿著的熱舒適性。

隨著紡織科技的日新月異，戶外運動用品市場強調各項機能、安全防護之機能性紡織品種類繁多不勝枚舉，然而最終的訴求仍然還是舒適性。服裝的舒適性評估建立在人體─衣服─環境的系統上，三者關係的協調共處，服裝的舒適性方能產生意義。因此三層服裝系統為一融合材料科學、織物設計、人因工程、服裝力學、環境科學等理論知識與實務之整體結構，領域深奧複雜，若不能從根本融會貫通，很難設計出創新、會讓消費者買單的產品。

參考資料

1.尹承達（2018），〈紡織品與人體的親密對話〉，《紡織趨勢》，第267期，紡織綜合研究所。

2.紡拓會（2015），〈吸濕排汗布料：穿著者舒適之關鍵〉，紡織月刊，第231期，紡拓會。

3.Polartec® Delta™ 官方網站，https://polartec.com/fabrics/base/delta。

4.bandavej® 官方網站，http://www.bandavej.com/。

5.CottonWorks™ TransDRY® Technology，https://www.cottonworks.com/topics/fabric-technology/performance-technologies/transdry-technology/。

6.Schoeller 3XDRY® 官方網站，https://www.schoeller-textiles.com/en/technologies/3xdry。

7.台灣機能性紡織品官方網站，https://tft.ttfapproved.org.tw/index.asp。

8.柯達（2018），〈中空纖維發展趨勢〉，《紡織趨勢》，第267期，紡織綜合研究所。

9.原子世界，〈蓮花效應的原理〉，http://www.hk-phy.org/atomic_world/lotus/lotus02_c.html。

10. 楊嘉慧（2009），〈甩開悶濕感的吸濕排汗衫〉，科學人雜誌，https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=easylearn&id=1479。

11. 吳雪舫（2013），〈揭開性能數據背後的意義〉，https://blog.xuite.net/hsuehfang2013/hsuehfang2013。

12. 驗證規範制定執行小組（2012），〈透溼防水紡織品驗證規範〉，機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會。

13. 驗證規範制定執行小組（2018），〈以流汗軀幹量測熱量與水分傳遞的生理舒適試驗法〉，機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會。

14 驗證規範制定執行小組（2011），〈織物液態水分傳導性能試驗方法〉，機能性暨產業用紡織品認證與驗證評議委員會。