导湿快干性改性中空涤纶针织产品开发

【摘要】利用差动毛细效应和芯吸效应相结合的原理以及芯吸效应原理设计了5种改性中空涤纶纱和其它原料交织的导湿快干针织物，采用垂直芯吸法、液滴法、保水率法测试分析该织物的毛细高度、滴水干燥时间、保水率、整体干燥速度，结果显示织物外层部分为亲水性纤维及部分为疏水性纤维织物，与外层全为亲水性纤维织物相比，前者的导湿快干功能比后者佳。为该类产品的开发提供依据。

【关键词】中空涤纶，导湿，快干，功能针织物

前言

织物的导湿性是指织物传导液态水的能力。先前研究的改性中空涤纶是一种新型舒适功能纤维，纤维的中空结构和面料中的纤维集合体之间形成多重毛细管，构成一个优良导湿系统，加上纤维大分子中引入亲水基团，能够自动调节纤维表面的亲水状态，使水分在纤维表面润湿、扩散速度加快，从而提高了纤维的导湿性，可以将皮肤上的湿气和汗水快速运走，通过服装系统在大气环境中蒸发干燥，从而调节了人体体温，增加了人体的干爽舒适性。 本文设计的改性中空涤纶交织功能针织物利用其纤维本身的中空结构和芯吸效应原理以及差动毛细效应原理来满足了人们对服装面料导湿快干的需求。

1导湿添纱织物设计原理及方案

差动毛细效应和芯吸效应二者相结合的原理是指 ，织物内层采用粗特疏水性纤维，外层不同区域分别采用亲水性纤维和细特疏水性纤维两种纤维。在粗特和细特疏水性纤维间产生附加压力差，形成差动毛细效应；在粗特疏水纤维和亲水性纤维间形成芯吸效应。织物功能模块如图1所示。用添纱面（织物反面A）作织物里层，用地纱面作织物外层（织物正面B和C）。

当人体少量出汗（少量液态汗和大量汽态汗）时，少量的液态汗由织物内层（A）疏水性纤维和外层（B）疏水性纤维间形成的差动毛细效应将液态汗导向织物外层，在外层织物（B）表面蒸发干燥；同时织物内层（A）疏水性纤维形成的芯吸效应将液态汗传导到织物外层（C）亲水性纤维，在织物外层C表面干燥蒸发；气态汗一部分通过织物孔隙直接向周围环境散发，一部分由亲水性纤维（C）吸收、储存、并向外部环境蒸发，维持人体的舒适感。

当人体大量出汗（液态汗）时，汗液传导到织物外层C（亲水性纤维），亲水性纤维大量吸水，来不及蒸发，吸水达到饱和状态，芯吸效应难以发生，封闭了导湿和气流通路，但由于粗特和细特合成纤维在织物内外层界面处会产生附加压力差，利用差动毛细效应将液态汗从织物里层吸到织物表层，在织物外层表面蒸发干燥。

本文设计的织物是在疏水性纤维改性中空涤纶和含银竹炭涤纶之间产生附加压力差，形成差动毛细效应，在疏水性纤维改性中空涤纶和外层的粘胶纤维、大豆纤维以及50Porel/50JC纤维之间产生芯吸效应，即3号、4号和5号织物。1号和2号织物是单纯利用芯吸效应原理设计的对比性织物。因为先前研究过差动毛细效应类织物随内外层纤维线密度比的增大，织物导湿快干性效果好。所以3、4、5号织物内外层纤维线密度比均相同。织物参数如表1所示。

2 导湿快干性实验测试

织物液态水传导测试方法很多，常用的方法有垂直芯吸法、织物表面液滴法、保水率法。

2.1 垂直芯吸法

垂直芯吸法是剪取一段被测织物的长布条，将布条垂直放置，一端吊起，另一端浸入液体中，测定液体在一定时间内（5min）上升的高度，进而得到织物导湿能力。对于白色或浅色织物，水中常常需要加入染料或墨水，以便于读数方便。

具体的测试方法采用国家标准FZ/T01071-1999《纺织品毛细效应试验方法》，剪取大小为20cm×2.5cm的布样五块，布样上端固定在毛细效应测试仪上，下端自然垂直于水中1cm，水深6cm。因针织物易卷曲不易自然下垂，所以在下端lcm处夹上张力夹从而使布面垂直而不伸长，这样记录5分钟后液体的上升高度（cm） ，称作芯吸高度，最终结果取五块布样的算术平均值。由式（1）可以计算织物芯吸速率w：

从表2可见， 3#、4#、5#织物外层为亲水性纤维与疏水性纤维间隔排列，芯吸高度较高，芯吸速率也较高，织物液态水传导快，导湿性好，1#、2#织物外层为亲水性纤维，芯吸高度较小，芯吸速率较慢，织物液态水传导慢，导湿性较差。3#、4#、5#织物相比，外层为粘胶纤维的织物芯吸高度最高，导湿性最好。

2.2 液滴法

液滴法是将织物平置，用注射器滴入一定量的液滴，观察液滴从开始扩散至扩散停止（即液滴完全消失）时的时间。

该方法是模拟人体出汗时，汗液从织物的里层导向外层，并且在外层表面蒸发的特点。这类织物都是由两层组成，里外层原料不同，导湿能力不同，并且有很强的方向性，理想的织物是液滴从里层导向外层，并且液滴消失的时间越短越好。因此，采用模拟人体出汗时织物传导液态水的方法仿真效果较好，最能反映织物的导湿性能。

具体测试方法是：在织物的适当部位各裁取3块半径为10cm的圆形试样，然后将剪好的布样放在恒温恒湿实验室（20℃，RH65%）平衡12小时。将试样铺展固定在一圆环上，在织物反面滴一滴约为0.05ml的液滴，与此同时按下秒表测量液滴完全消失时的时间。测试结果如表3所示。

由表3可知，3#、4#、5#织物的滴水干燥时间较短，说明织物一方面利用差动毛细效应原理将内层的液态水导向外层，另一方面利用芯吸效应向外层传导液态水，导水的时间明显优于仅产生芯吸效应的1#、2#织物。同时，外层为50%中空涤纶和50%精梳棉混纺的5#织物，液态水从织物内层向外层传导扩散，织物内层干燥快，干燥时间最短，导湿性最好。3#、4#织物的内层干燥时间无显著差异。

2.3 保水率和干燥速率

在人体大量出汗时，来不及逸散和蒸发的水分将有一部分储存在织物中。为保持水分不产生外溢或溢出或反流，要求织物有一定的保水性。因为纤维吸湿后会润张，纤维间孔隙会储存液态水，所以保水性是指纤维润张后纤维体积之外吸附和包含的自由水，它不会因水的自重而流失。衡量保水性的指标是保水率，织物的保水率是指织物在一定压力下，保持的水分量占干燥织物重量的百分比。它在一定程度上可反映织物的吸水性能和液态水在织物内部储存能力。

放湿干燥速率是用于评价人体的潜汗和显汗在织物的外表面向外界环境放湿排水的能力。它表征的是液态水在织物中传导，在织物表面挥发干燥的物理量。

保水率的测试方法是将试样裁剪成15cm×15cm规格，放在恒温恒湿室中平衡60min后测其干重W1，然后在蒸馏水深50mm下浸渍30min，使其吸水达到饱和，再用离心脱水机脱水3min（周边加吸水织物防止容器内壁剩水被织物吸回），再测试织物的重量W2，可由式（2）计算保水率，结果如表4。

放湿干燥速率的测试方法是将25cm×25cm的织物放在恒温恒湿室中平衡24小时后，用注射器在织物上注3ml水，称重W1，织物在恒温恒湿室放湿60min后，再称重W2，则由式（2-3）计算干燥速率δ，结果如表4。

从图2可以看出，织物的保水率越大，干燥速率越慢。3#、4#、5#织物的保水率较低，干燥速率较快，说明液态水在3#、4#、5#织物内部储存较少，在织物中传导较快，在织物表面蒸发干燥较快。导湿性优于1#、2#织物。另外，5#织物外层是亲水性纤维与疏水性纤维混纺纱线，水分不易进入疏水纤维内部，使得5#织物的保水率最低，干燥最快。5#织物的导湿性优于3#、4#织物。

3 导湿快干性指标综合评价

由以上测试分析可见各织物试样由于原料不同，其导湿性各项指标的测试结果也有所不同。各测试指标都从不同角度反映了织物导湿快干性能，所以需要对织物的导湿快干性能进行综合评价。在多项指标共同决定织物的导湿快干性能情况下，利用多项指标图对芯吸速率w、滴水干燥时间s、保水率kw和干燥速率δ进行指标综合，综合值为Z，来评价织物的导湿快干性能，Z值越大，导湿快干性越好。

芯吸速率w是表征液态水在织物上传导快慢的物理量，其数值越大，表示液态水在织物上传导越快，反之，传导慢。织物干燥速率δ是表征液态水在织物中传导，在织物表面挥发干燥的物理量，干燥速率数值大，织物干燥快，反之，干燥慢。滴水干燥时间s是表征织物内层液态水传导到外层，内层干燥快慢的物理量，滴水干燥时间短，织物内层干燥快，反之，干燥慢。保水率kw是表征织物毛细管吸附自由水不因水的自重而流失的物理量，保水率高，织物储存的水多，反之，储存的水少。

所以芯吸速率w和干燥速率δ都与织物的导湿性能成正比，即数值越大，织物的导湿快干性能越好；而滴水干燥时间s和保水率kw则与织物的导湿快干性能成反比，即数值越小，织物的导湿快干性能越好，因此需对滴水干燥时间s和保水率kw取倒数后再进行修正，按四项指标图对芯吸速率w、滴水干燥时间1/s、保水率1/ kw、干燥速率δ进行指标综合，四项指标图如图3所示，修正后的各项指标数据见表5。考虑到滴水干燥时间是采用模拟人体出汗时织物传导液态水，仿真效果较好，最能反映织物的导湿性能，因此滴水干燥时间的权重系数取0.4，其余指标影响均等，权重系数分别取0.2，综合值Z的计算公式如式（4）。

4 结论。（1）通过以上研究可见，差动毛细效应和芯吸效应相结合类织物比单纯的芯吸效应类织物的导湿快干性能要好，即织物的液态水传导较快、内层干燥速度较快、保水率较低、整体干燥较快，织物的导湿、快干、舒适功能更佳。

（2）对于差动毛细效应和芯吸效应结合类织物，外层部分为中空涤纶与精梳棉混纺纱，部分为竹炭涤纶，内层为中空涤纶纱织物的导湿快干性能相对最好。

参考文献：

[1]王其. 大豆纤维性能与导湿功能针织物研究. 东华大学博士论文，2003：26.

[2]程国磊. Porel纤维介绍[EB/OL].[2009-06-05]. http：//.cn