聚乳酸/棉針織物導濕性能的研究

蔣全光，李亞濱

（天津工業(yè)大學紡織學部，天津 300387）

為使人體體表與織物之間形成舒適的微氣候，要求織物具有良好的導濕性能.PLA/棉交織物既具有天然纖維棉纖維的柔軟、舒適的特性，又具備可再生纖維聚乳酸纖維的導濕透氣、涼爽飄逸、抑菌、抗紫外線輻射的特點[1]，因此受到消費者的青睞.本文以PLA長絲和棉紗為原料，設計生產(chǎn)7種不同含量的針織物為試樣.通過測試比較與分析，得到PLA/棉纖維含量變化對面料吸放濕性能和芯吸效應的影響規(guī)律，可為開發(fā)具備導濕性能的PLA/棉針織面料提供參考依據(jù).

1 實驗部分

1.1 面料設計

高導濕面料應具備良好的吸濕、導濕性和干爽性，同時面料的面密度不宜過大[2].在原料的選擇上，聚乳酸纖維的回潮率與滌綸纖維接近，約為0.4%，均低于棉纖維，所以它們的吸濕性較差，但聚乳酸纖維的極性氧鍵與水分子連接引起纖維內(nèi)有許多的水蒸氣轉移，可以使水分很快從人體表面轉移出去，具有很好的芯吸效應，彌補了因纖維回潮率較低使織物導濕性不佳的缺陷.又由于聚乳酸纖維帶有卷曲，其制品較為蓬松，也增加了織物的導濕能力[3].將回潮率相對較大、吸濕性能較好的棉與具有優(yōu)異導濕性能的PLA纖維交織，形成具有良好導濕性能且具有良好觸感的針織面料.

1.2 面料編織工藝

將導濕性能較好的PLA長絲與吸濕性良好的棉紗按照一定比例進行合股，利用電腦橫機進行織造，得7種不同含量（PLA/棉 :100/0，80/20，65/35，50/50，35/65，20/80，0/100） 的針織面料.采用目前針織服裝中最常用的組織——緯平針組織.緯平針組織又稱平針組織，是緯編織物中的基本組織，主要用于內(nèi)衣、襪品、毛衫以及一些服裝襯里的生產(chǎn)中.它由連續(xù)的單元線圈向一個方向串套而成，在靜力平衡的條件下，紗線因彈性力的作用在接觸點產(chǎn)生一定的壓力，從而使線圈的幾何形態(tài)和尺寸保持一定的穩(wěn)定性[4].面料編織結構如圖1所示，其正反面結構如圖2所示.

圖1 面料編織結構圖Fig.1 Fabric weave structure

圖2 緯平針組織的正反面結構Fig.2 Weft plain organization structure of positive and negative

1.3 試樣規(guī)格與結構參數(shù)

織物的橫向密度、縱向密度及織物厚度見表1.

表1 試樣材料規(guī)格與結構參數(shù)Tab.1 Sample specifications and structural parameters

1.4 測試方法

為使實驗數(shù)據(jù)能夠準確地反映織物的芯吸性能和吸放濕性能，應盡可能縮小織物試樣的差異.測試前，使用YG401—L洗衣機進行洗滌，采用5A程序，且加14 g洗滌劑（9 g洗衣粉+5 g過硼酸鈉），洗滌完成后將織物取出用冷水沖洗3～4次，懸掛晾干，目的在于去除坯布上的機油及部分雜質，使測試結果更為準確.然后根據(jù)芯吸效應和吸放濕性能的測試要求進行試驗.

1.4.1 芯吸效應測試

“芯吸”效應是指由于織物內(nèi)纖維和紗線的毛細管彎曲面附加引力的作用，將進入織物的水分自動引導傳輸流動，來維持毛細管內(nèi)流體遷移的性能，它能使水分子沿纖維內(nèi)孔隙形成的毛細管上升并出現(xiàn)潤濕現(xiàn)象[5].當人體出汗時，汗液以液態(tài)水的形態(tài)分布在皮膚表面，通過纖維、紗線和織物的芯吸作用，將液態(tài)汗水從織物的一面?zhèn)鬟f到另一面，并散發(fā)到空氣中，促進熱量的散失，從而體現(xiàn)織物的穿著舒適性[6].垂直芯吸效應以毛細高度（cm/（5 min））表征，在規(guī)定時間內(nèi)液體沿紡織品的縫隙上升或滲入的高度即為芯吸高度，其高度越高，說明織物的導濕能力越好，織物芯吸效應越好，越容易將人體表面的汗液向外傳遞，并加速汗液的蒸發(fā)，從而降低人體表面的濕度，使人感覺舒適.芯吸效應的試驗方法如下[7]:

（a）將3條大小為2.5 mm×30 mm的試樣在溫度為（20±2）℃、相對濕度為65%±3%的標準大氣條件下放置24 h后進行試驗.

（b）將蒸餾水或0.5%的重鉻酸鉀溶液，注入不銹鋼恒溫槽內(nèi)至適當高度.使恒溫槽內(nèi)液體溫度保持在（27±2）℃范圍內(nèi).

（c）調整儀器，使液面均處于標尺的零位.將試樣夾緊，在試樣下端8～10 mm處裝上3 g張力夾，張力夾上平面與標尺的零位線對齊.

（d）設定時間30 min，開始測試，30 min時蜂鳴器響，立刻量取每根試樣條的滲液高度.在滲液高度參差不齊時，測量滲液最高值和最小值.

（e）芯吸高度按下式計算，計算到小數(shù)二位，按GB/T8170數(shù)值修約到一位小數(shù):

式中:H為試樣平均芯吸高度（cm/（30 min））；∑hi為各條試樣芯吸效應最低值的總和；i為1，2，…，n；n為試樣條數(shù).

1.4.2 透濕率

透濕率是指在試樣兩面保持規(guī)定的溫濕度條件下，規(guī)定時間內(nèi)垂直通過單位面積試樣的水蒸氣的質量.人體出汗時，為了使汗液不在皮膚上凝聚，服裝織物需具有良好的導濕快干性.織物透濕率是穿著舒適性的一項重要指標，能正確反映織物的導濕快干性能.織物的透濕率越高，導濕快干性能就越好，舒適性就好；相反，織物的透濕率越低，導濕快干性能就越差，舒適性就差.透濕率的實驗方法如下[8]:

（1）向清潔、干燥的透濕杯內(nèi)裝入粒度為0.63～2.5 mm且在160℃的烘箱中干燥3 h的無水氯化鈣約35g，并振蕩均勻，使干燥劑成一平面，干燥劑的裝填高度為距試樣下表面位置4 mm左右；將直徑為70 mm的3塊試樣測試面朝上放置在透濕杯上，裝上墊圈和壓環(huán)，旋上螺母，再用膠帶從側面封住，組成實驗組合體.

（2）迅速將組合體水平放置在溫度為（38±2）℃、相對濕度為90%±2%的試驗箱內(nèi)，經(jīng)過1 h平衡后取出，迅速蓋上杯蓋，放在20℃左右的硅膠干燥器中平衡30 min，按編號逐一稱量，稱量時間不得超過15 s；稱量后輕微振蕩干燥劑，使其上下混合.

（3）除去杯蓋，迅速將組合體放入試驗箱內(nèi)，經(jīng)過1 h后取出，按上述方法稱量，每次稱量組合體的先后順序應一致.

（4）透濕率按下式計算.實驗結果以3塊試樣的平均值表示，結果按GB/T8170修約至3位有效數(shù)字:

式中:WVT為透濕率（g/（m2·h））；ΔM為同一實驗組合體兩次稱量之差（g）；Δm為空白實驗的同一實驗組合體兩次稱量之差（g），不做空白實驗時，Δm=0；A為有效實驗面積（m2，本裝置為0.00283 m2）；t為實驗時間（h）.

2 結果與分析

織物的芯吸效應和透濕率的測試結果如圖3、圖4所示.

當所采用的織物試樣組織結構、線圈密度、織物厚度及克重等差異不大時，織物的芯吸效應和透濕率差異主要取決于試樣纖維的性能特征和織物中纖維的含量比值.

圖3 織物芯吸效應測試結果Fig.3 Fabric wicking effect test results

圖4 織物透濕率測試結果Fig.4 Fabric moisture permeability rate test results

由圖3可以看出，隨著織物中聚乳酸纖維含量的減少，織物的芯吸高度下降，芯吸效應減弱.PLA纖維橫截面形態(tài)為圓形，表面有斑點，表層和內(nèi)層具有不同的結構特點，表層較為緊密，切片表面光滑，而內(nèi)層的結構疏松、有空隙，產(chǎn)生皮芯結構；孔洞或裂縫使纖維很容易形成毛細管效應，從而表現(xiàn)出非常好的芯吸和擴散現(xiàn)象.所以，隨著織物中PLA纖維含量的增加，PLA纖維的皮芯結構及表面的溝槽、空洞、裂縫均能夠產(chǎn)生良好好的“芯吸”效應，使水分子沿纖維表面形成的毛細管迅速上升，發(fā)生潤濕現(xiàn)象.因而人體產(chǎn)生的汗液能夠較好地通過織物向外擴散排放，由此可確定PLA纖維具有良好的導濕性能.而棉纖維具有較多的天然轉曲，形成的利于毛細效應的導濕槽比表面積小于PLA纖維取向上溝槽所形成的比表面積，此外，棉纖維的結晶度較低，其良好的吸濕性能使得纖維吸濕后發(fā)生溶脹[9]，也在一定程度上降低了芯吸高度.因此“芯吸”效應明顯比PLA纖維低，故隨著織物中棉纖維含量的增加，織物的芯吸高度減小，芯吸效應變?nèi)?，從而導濕性能變?nèi)?

從圖4中可以看到曲線出現(xiàn)明顯的拐點，根據(jù)曲線趨勢大致可分為3個階段:棉纖維含量從0增加至35%，織物透濕率迅速增加；從35%到65%，織物透濕率增加幅度明顯減??；從65%增至100%，織物透濕率急劇下降.這是因為PLA纖維具有非致密結構，孔洞或裂縫使纖維很容易形成毛細管效應從而表現(xiàn)出非常好的芯吸和擴散現(xiàn)象.但是，PLA纖維吸濕性差，而棉纖維的吸濕性較強，在這方面正好與棉纖維存在互補性[10]，因此PLA與棉混紡，可以提高織物導濕透濕性能.在第一階段，織物中聚乳酸含量較高，因其吸濕性較差，所以織物透濕性能較差；隨著棉纖維含量增加，織物吸濕性能增強，聚乳酸纖維發(fā)揮出其良好的導濕性能，織物透濕率迅速增加.第二階段，隨著2種纖維含量趨于平衡，棉纖維的吸濕和聚乳酸的放濕均到達最高水平，織物透濕率增加幅度明顯減小.第三階段，隨著聚乳酸纖維含量減少，織物放濕性能減弱，導致透濕率明顯下降.

3 結論

（1）PLA纖維具有良好的芯吸性能，優(yōu)于棉纖維.PLA/棉交織物的吸放濕性能和芯吸效應優(yōu)于純棉織物；隨著織物中PLA、棉含量的變化，織物的舒適性能發(fā)生變化.

（2）PLA纖維的吸濕性較低，而棉纖維的吸濕性較強，在這方面正好與棉纖維存在互補性，因此可與棉混紡，改善棉的強度、手感與導濕透濕性能.

（3）PLA/棉含量在35/65到65/35區(qū)間內(nèi)，充分發(fā)揮了棉纖維的吸濕性能和PLA纖維的導濕性能，使織物具有良好地芯吸性能和較高的透濕率.當人體出汗后，短時間內(nèi)，織物可迅速吸收、排出汗液，使人體感覺涼爽、舒適.

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