面料吸濕速干性能的影響因素研究

張鳳彩 程小明 呂治家,2 丁吉利 王美芬

（1.魏橋紡織股份有限公司，山東鄒平，256200；2.天津工業(yè)大學(xué)，天津，300387）

近幾年來(lái)，隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)舒適功能性面料的需求越來(lái)越大，其中吸濕速干面料備受青睞。吸濕速干面料可以將人體產(chǎn)生的濕氣、汗液迅速吸收并傳導(dǎo)蒸發(fā)，消除了出汗后產(chǎn)生的悶熱感和濕黏感，隔絕了細(xì)菌等微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，使人體一直處于干爽、舒適的微環(huán)境中，保持人體長(zhǎng)時(shí)間的舒適性［1］。

目前，制備吸濕速干面料的方法多樣。其中，絕大多數(shù)是從纖維、織物組織結(jié)構(gòu)以及功能性后整理三方面進(jìn)行［2］。在纖維方面，主要采用差別化纖維，使其面料具有一定的導(dǎo)濕速干性能。李煜煒等［3］以三角形、十字形、一字形和波浪形截面的滌綸長(zhǎng)絲為芯紗制備了具有吸濕速干性能的滌綸織物。在織物組織結(jié)構(gòu)方面，主要利用織物兩面配置不同的組織結(jié)構(gòu)或者不同性質(zhì)的紗線，使織物兩面形成潤(rùn)濕性梯度以及差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)［4］。呂治家等［5］利用表層細(xì)特滌綸網(wǎng)眼狀結(jié)構(gòu)與里層丙綸純紡紗平面結(jié)構(gòu)制備了具有潤(rùn)濕性梯度和毛細(xì)效應(yīng)的面料，其吸濕速干及單向?qū)裥阅苁謨?yōu)異。在功能性后整理方面，主要利用物理或化學(xué)的方法使面料獲得吸濕速干性能。王孟澤等［6］采用整理劑TF-620 對(duì)滌綸針織物進(jìn)行整理從而賦予了滌綸針織物優(yōu)異的吸濕排汗性能。

但是，目前就紗線成紗結(jié)構(gòu)對(duì)面料吸濕速干性能影響的研究并不充分。本研究以具有潤(rùn)濕性差異的親水性新疆棉短纖和疏水性CoolMax 長(zhǎng)絲復(fù)合的紗線為基礎(chǔ)，采用正交試驗(yàn)的方法重點(diǎn)探討了紗線成紗結(jié)構(gòu)、紗線捻度以及織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)面料吸濕速干性能的影響，為目前市面上吸濕速干面料的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支撐，從而進(jìn)一步滿足人們對(duì)吸濕速干以及單向?qū)窆δ苄悦媪系氖褂眯枨蟆?/p>

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.1 紡紗關(guān)鍵技術(shù)

為確保產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，紡紗流程采用同原料、同機(jī)臺(tái)、同錠生產(chǎn)，棉纖維使用精梳新疆棉，粗紗號(hào)數(shù)為550 tex；CoolMax 長(zhǎng)絲規(guī)格5.56 tex/72 F。利用長(zhǎng)絲短纖復(fù)合紡紗設(shè)備生產(chǎn)不同包覆方式和不同紗線捻度的復(fù)合紗線，復(fù)合紗線號(hào)數(shù)均為14.8 tex，捻向均為Z 捻。生產(chǎn)的4種規(guī)格紗線分別為110 捻/10 cm 的包芯紗，125 捻/10 cm 的包芯紗，110 捻/10 cm 的包纏紗，125 捻/10 cm 的包纏紗。

將施加一定張力的CoolMax 長(zhǎng)絲與牽伸后的棉粗紗須條在前羅拉前鉗口處匯聚成紗，其中生產(chǎn)包芯紗時(shí)CoolMax 長(zhǎng)絲喂入位置在牽伸后須條的中間位置；生產(chǎn)包纏紗時(shí)CoolMax 長(zhǎng)絲喂入位置在牽伸后須條的左側(cè)2.5 mm 位置處。紡制的不同捻度下的包芯紗與包纏紗的結(jié)構(gòu)顯微鏡照片如圖1 所示。

圖1 不同捻度包芯紗和包纏紗結(jié)構(gòu)

1.2 面料設(shè)計(jì)

為探究不同織物組織對(duì)吸濕速干性能的影響，經(jīng)紗和緯紗采用相同規(guī)格紗線，分別設(shè)計(jì)經(jīng)密為472 根/10 cm、緯密為315 根/10 cm 的一上一下平紋組織和三上一下右斜紋組織。

為分別探究紗線成紗結(jié)構(gòu)、紗線捻度以及織物組織對(duì)面料吸濕速干性能的影響，一共設(shè)計(jì)了8 種規(guī)格的織物，如表1 所示。

表1 研究設(shè)計(jì)的樣品規(guī)格

2 產(chǎn)品性能測(cè)試與分析

2.1 紗線成紗質(zhì)量的影響因素分析

對(duì)不同捻度包芯紗和包纏紗的紗線質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試分析，結(jié)果如表2 所示。

表2 4 種紗線的成紗質(zhì)量指標(biāo)

由表2 可見(jiàn)，當(dāng)捻度增加時(shí)，包芯紗與包纏紗的紗線質(zhì)量變化趨勢(shì)相反。對(duì)于包芯紗，當(dāng)捻度變大時(shí)，紗線條干質(zhì)量變好，斷裂強(qiáng)力增加，紗線毛羽減少；而當(dāng)包纏紗的捻度變大時(shí)，紗線的條干質(zhì)量變差，斷裂強(qiáng)力減弱，紗線毛羽增加。分析造成這一現(xiàn)象的主要原因是捻度增大之后，包芯紗和包纏紗之間的纖維排列變化趨勢(shì)不同導(dǎo)致。結(jié)合圖1，包芯紗的鞘部為棉纖維，芯部為CoolMax長(zhǎng)絲，當(dāng)包芯紗捻度不斷增大時(shí)外包棉纖維對(duì)CoolMax 長(zhǎng)絲的向心力增強(qiáng)，纖維排列的緊密度提高，外包棉短纖與芯紗CoolMax 長(zhǎng)絲排列更加致密。因此當(dāng)包芯紗的捻度在125 捻/10 cm 時(shí)，包芯紗的外包棉短纖露出的毛羽減少，條干質(zhì)量變好，紗線強(qiáng)力有所提升。包纏紗是棉纖維與CoolMax 長(zhǎng)絲相互交纏成紗，當(dāng)包纏紗捻度不斷增大，棉纖維與CoolMax 長(zhǎng)絲相互交纏擠壓更加劇烈，由于CoolMax 長(zhǎng)絲模量大且伸長(zhǎng)率高于棉纖維，當(dāng)捻度增大時(shí)CoolMax 長(zhǎng)絲嵌入到棉纖維中，對(duì)棉纖維束形成擠壓，棉短纖有卷曲或起圈而隆起的趨勢(shì)，導(dǎo)致包纏紗毛羽成倍增加，紗線條干質(zhì)量變差，拉伸斷裂時(shí)由于兩種纖維不在同一斷裂點(diǎn)受力，導(dǎo)致斷裂強(qiáng)力有所降低。

2.2 面料吸濕速干性能影響因素分析

為驗(yàn)證不同成紗結(jié)構(gòu)、成紗捻度及織物組織規(guī)格面料的吸濕速干性能，分別對(duì)8 種樣品進(jìn)行了吸濕性、速干性以及透氣性對(duì)比測(cè)試。吸濕性和速干性的測(cè)試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第1 部分：?jiǎn)雾?xiàng)組合試驗(yàn)法》；透氣性的測(cè)試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》。其測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表3 織物吸濕性、速干性及透氣性測(cè)試對(duì)比結(jié)果

2.2.1成紗結(jié)構(gòu)

不同的成紗結(jié)構(gòu)不僅影響紗線的物理機(jī)械性能，其對(duì)面料的吸濕性速干性能也有較大影響。由表3 可以看出，包芯和包纏兩種成紗結(jié)構(gòu)對(duì)面料的吸濕性有很大的影響，吸濕性一共包含3 個(gè)指標(biāo)：吸水率、滴水?dāng)U散時(shí)間以及芯吸高度。GB/T 21655.1—2008 設(shè)定的機(jī)織物吸濕性的標(biāo)準(zhǔn)值分別為吸水率≥100%，滴水?dāng)U散時(shí)間≤5 s，芯吸高度≥90 mm。隨著吸水率增加、滴水?dāng)U散時(shí)間縮短以及芯吸高度提高，樣品的吸濕性更加優(yōu)異。其中，在相同紗線捻度以及織物組織結(jié)構(gòu)下，可以很明顯看出包芯紗面料的吸濕性整體優(yōu)于包纏紗面料，且部分包纏紗面料的吸濕性測(cè)試值處于標(biāo)準(zhǔn)值以下。

包芯紗面料的吸濕性優(yōu)于包纏紗面料，主要是因?yàn)榘炯啽砻娴耐獍薅汤w含量高，為包芯紗提供了更多的親水基團(tuán)。當(dāng)液態(tài)水與包芯紗接觸時(shí)，外包棉短纖可以迅速吸收大量的液態(tài)水，吸收的水分子會(huì)通過(guò)表面具有細(xì)微溝槽的芯紗CoolMax 長(zhǎng)絲在纖維與纖維之間、纖維與紗線之間以及紗線與紗線之間進(jìn)行快速傳導(dǎo)。而液態(tài)水與包纏紗面料接觸時(shí)，由于棉短纖含量相對(duì)較少，吸收的液態(tài)水相對(duì)較少，且CoolMax 長(zhǎng)絲表面缺少親水基團(tuán)，只能進(jìn)行水分的傳導(dǎo)并不能進(jìn)行水分的吸收。因此，包芯紗面料的吸濕性較好。

但是，在相同紗線捻度以及織物組織結(jié)構(gòu)下，包纏紗面料的透氣率和蒸發(fā)速率在總體上要優(yōu)于包芯紗面料，這與紗線結(jié)構(gòu)不同有關(guān)。包纏紗外層由棉纖維和CoolMax 長(zhǎng)絲共同構(gòu)成，在紗線成形過(guò)程中，棉纖維和CoolMax 長(zhǎng)絲會(huì)發(fā)生摩擦從而抱合在一起，但CoolMax 長(zhǎng)絲和棉纖維之間的模量不同，產(chǎn)生的向心力不同，致使纖維之間留有空隙，水分子和空氣分子容易從纖維之間通過(guò)。而包芯紗外層是棉纖維，在紗線加捻成形時(shí)，棉纖維產(chǎn)生的向心力一致，因此，棉纖維之間的空隙較小，阻礙了部分水分子和空氣分子的通過(guò)。因此，包纏紗面料的透氣性優(yōu)于包芯紗面料。

2.2.2紗線捻度

紗線捻度不僅影響紗線物理機(jī)械性能及紗線結(jié)構(gòu)的變化，還會(huì)影響面料的整體吸濕速干性能。從表3 可以看出，在相同紗線成紗結(jié)構(gòu)以及織物組織結(jié)構(gòu)下，捻度對(duì)紗線的吸水率有一定的影響。 在紗線捻度由110 捻/10 cm 增加到125 捻/10 cm 后，面料的吸水率整體都有所降低。經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為這是由于加捻后紗線的結(jié)構(gòu)緊密程度增加，外包棉纖維排列緊密，使得棉纖維與水分的接觸面積減少。所以紗線捻度增加后面料的吸水率有所降低，但降低水平較小。

紗線捻度也會(huì)影響面料的滴水?dāng)U散時(shí)間和芯吸高度，而滴水?dāng)U散時(shí)間和芯吸高度又代表面料的導(dǎo)濕性能，因此紗線捻度也會(huì)影響面料的導(dǎo)濕性能。當(dāng)紗線捻度增加時(shí)，紗體的結(jié)構(gòu)緊密程度增大，所織織物紗線間的空隙增大，有利于水分從纖維之間進(jìn)行傳導(dǎo)，致使面料的導(dǎo)濕性能增加。因此，捻度為125 捻/10 cm 的4 種樣品的滴水?dāng)U散時(shí)間小于對(duì)應(yīng)的捻度為110 捻/10 cm 的4 種樣品，芯吸高度大于捻度為110 捻/10 cm 的4 種樣品。結(jié)合紗線成紗結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在捻度增加后，包芯紗鞘部棉纖維對(duì)芯部CoolMax 長(zhǎng)絲抱合力增強(qiáng)，使其棉纖維對(duì)CoolMax 長(zhǎng)絲抱合更加緊密，且由于CoolMax 芯紗在紗線內(nèi)部呈伸直狀態(tài)，有利于水分子沿CoolMax 長(zhǎng)絲縱向溝槽迅速直線傳導(dǎo)，因此包芯紗導(dǎo)濕性能較好。而包纏紗在捻度增加后，一方面由于棉纖維與CoolMax 相互交纏擠壓導(dǎo)致纖維變得雜亂，存在各種打卷、纏繞、彎曲的纖維，阻礙了液態(tài)水分子進(jìn)行吸收傳導(dǎo)；另一方面由于捻度的增大，捻回角增大，單位長(zhǎng)度內(nèi)CoolMax 長(zhǎng)絲的長(zhǎng)度增加，水分子沿Cool-Max 長(zhǎng)絲溝槽做螺旋線形傳導(dǎo)，因此降低了紗線的導(dǎo)濕性能。使用包纏紗所織織物由于交織點(diǎn)的存在，經(jīng)緯不同方向裸露在紗線表面CoolMax 長(zhǎng)絲的點(diǎn)接觸有利于水分從纖維之間傳導(dǎo)，彼此相互抵消，但隨著捻度的增大，包纏紗的吸濕速干性能有所增加，但增加程度較小。因此，加捻后的包芯紗面料導(dǎo)濕性能的增加幅度大于包纏紗面料導(dǎo)濕性能的增加幅度。同時(shí)，捻度增加會(huì)造成紗線體積質(zhì)量增加，紗線直徑和織物緊度降低，面料的蒸發(fā)速率和透氣性增加。

2.2.3織物組織結(jié)構(gòu)

織物組織結(jié)構(gòu)對(duì)面料的吸濕速干性能影響顯著。GB/T 21655.1—2008 設(shè)定速干性的標(biāo)準(zhǔn)值為蒸發(fā)速率≥0.18 g/h。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)要求值對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)制備的8 種樣品的速干性都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求以上。但是，在相同紗線捻度和成紗結(jié)構(gòu)下，織物組織結(jié)構(gòu)為平紋的4 種樣品的蒸發(fā)速率要略高于對(duì)應(yīng)的織物組織結(jié)構(gòu)為斜紋的4 種樣品。分析認(rèn)為，平紋織物經(jīng)緯紗的交錯(cuò)次數(shù)更多，增加了織物表面與空氣的接觸面積，因此平紋織物在單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分多，蒸發(fā)速率比斜紋織物快。

此外，織物組織結(jié)構(gòu)也會(huì)影響面料的吸濕性與透氣性。可以看出在相同紗線捻度和成紗結(jié)構(gòu)下，平紋組織的吸濕性和透氣性遠(yuǎn)低于斜紋組織。從織物組織結(jié)構(gòu)方面分析，造成這一現(xiàn)象的主要原因是組織結(jié)構(gòu)，其平均浮長(zhǎng)不同。浮長(zhǎng)線長(zhǎng)的織物組織結(jié)構(gòu)的柔軟蓬松度好，經(jīng)緯紗之間的交錯(cuò)次數(shù)少，空氣以及水分通過(guò)的阻力小，空氣和水分更容易透過(guò)織物進(jìn)行傳遞與運(yùn)輸。其中，三上一下斜紋組織的平均浮長(zhǎng)為2，而一上一下平紋組織的平均浮長(zhǎng)僅為1。當(dāng)經(jīng)、緯密一樣時(shí)，在相同幅寬和匹長(zhǎng)下，斜紋組織經(jīng)、緯紗的交錯(cuò)次數(shù)大幅度減少，水分和空氣的透過(guò)率更高。因此，斜紋組織的吸濕性和透氣性優(yōu)于平紋組織。

2.3 綜合性影響因素分析

基于以上單因素影響研究分析，本研究利用正交試驗(yàn)極差分析思路，探究紗線成紗結(jié)構(gòu)、紗線捻度以及織物組織結(jié)構(gòu)，對(duì)面料吸濕性、速干性和透氣性影響的顯著程度，具體結(jié)果見(jiàn)表4 所示。

表4 正交試驗(yàn)極差分析

由表4 分析可知，影響吸水率的權(quán)重為織物組織結(jié)構(gòu)＞捻度＞成紗結(jié)構(gòu)，影響滴水?dāng)U散時(shí)間的權(quán)重為成紗結(jié)構(gòu)＞織物組織結(jié)構(gòu)＞捻度，影響芯吸高度權(quán)重為成紗結(jié)構(gòu)＞織物組織結(jié)構(gòu)＞捻度，考慮多方面影響因素，影響吸濕性的因素排序?yàn)榭椢锝M織結(jié)構(gòu)＞紗線成紗結(jié)構(gòu)＞捻度。綜合分析各影響因素的K1、K2 值，得出在紗線捻度為110 捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包芯和組織結(jié)構(gòu)為斜紋的條件下，面料的吸水率最高；在紗線捻度為125 捻/10 cm、包芯成紗和組織結(jié)構(gòu)為斜紋的條件下，面料的滴水?dāng)U散時(shí)間最短；在紗線捻度為125 捻/10 cm、包芯成紗和組織結(jié)構(gòu)為斜紋的條件下，面料的芯吸高度最高。綜合多方面考慮因素，可知在紗線捻度為125 捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包芯和組織結(jié)構(gòu)為斜紋的條件下，面料的吸濕性最佳。

影響蒸發(fā)速率的權(quán)重為捻度＞織物組織結(jié)構(gòu)＞成紗結(jié)構(gòu)。綜合分析各影響因素的K1、K2 值，得出在紗線捻度為125 捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包纏和組織結(jié)構(gòu)為平紋的條件下，面料的蒸發(fā)速率最高。但是3 個(gè)因素的權(quán)重差別較小，可以認(rèn)為捻度、織物組織結(jié)構(gòu)和紗線成紗結(jié)構(gòu)對(duì)蒸發(fā)速率影響的差別較小。

影響透氣率的權(quán)重為織物組織結(jié)構(gòu)＞捻度＞成紗結(jié)構(gòu)，綜合分析各影響因素的K1、K2 值，得出在紗線捻度為125 捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包纏和組織結(jié)構(gòu)為斜紋的條件下，面料的透氣性最好。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)將親水性的棉纖維和疏水性的Cool-Max 長(zhǎng)絲復(fù)合成紗，制備的面料具有一定的吸濕速干性能。在捻度為125 捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包芯以及組織結(jié)構(gòu)為斜紋時(shí)，在未經(jīng)過(guò)任何助劑處理下，面料的吸濕性可以達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。

（2）成紗結(jié)構(gòu)、紗線捻度和織物組織結(jié)構(gòu)會(huì)影響面料的吸濕速干性能。在成紗結(jié)構(gòu)方面，由于包芯紗表面的含親水基團(tuán)外包棉短纖含量高，因此吸濕性優(yōu)于包纏紗面料，但同時(shí)又因包芯紗外層棉纖維之間的空隙小，阻礙了部分水分子和空氣分子透過(guò)，所以蒸發(fā)速率和透氣性比包纏紗面料差；在捻度方面，因捻度增加，紗線的結(jié)構(gòu)緊密程度增加，面料的吸水率降低，同時(shí)會(huì)造成紗線體積質(zhì)量增加，紗線直徑和織物緊度降低，面料速干性和透氣性有所提高；在織物組織結(jié)構(gòu)方面，基于平紋織物交織點(diǎn)更多，在單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的水分多，因此平紋組織的速干性優(yōu)于斜紋織物，但平紋組織的交錯(cuò)次數(shù)多，空氣以及水分通過(guò)的阻力大，吸濕性和透氣性整體比斜紋差。

（3）通過(guò)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別分析了獲得最佳吸濕性、蒸發(fā)速率以及透氣性的試驗(yàn)方案。其中，面料吸濕性最優(yōu)的試驗(yàn)方案為紗線捻度125 捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包芯和組織結(jié)構(gòu)為斜紋；面料速干性最優(yōu)的試驗(yàn)方案為紗線捻度125捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包纏和組織結(jié)構(gòu)為平紋；面料透氣性最優(yōu)的試驗(yàn)方案為紗線捻度125捻/10 cm、成紗結(jié)構(gòu)為包纏，組織結(jié)構(gòu)為斜紋。

綜上所述，紗線成紗結(jié)構(gòu)、紗線捻度和織物組織結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)面料的吸濕速干性能造成一定的影響，在生產(chǎn)中可以根據(jù)用戶的實(shí)際需求以及產(chǎn)品的用途來(lái)確定最佳的實(shí)際生產(chǎn)方案。