涼爽舒適型多功能混紡面料的性能

俞滌美， 張紅霞， 賀 榮， 王玉玨， 祝成炎， 王浙峰， 徐青藝

(1. 浙江理工大學(xué) 紡織纖維材料與加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室， 浙江 杭州 310018;2. 浙江敦奴聯(lián)合實業(yè)股份有限公司， 浙江 海寧 314400 )

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涼爽舒適型多功能混紡面料的性能

俞滌美1， 張紅霞1， 賀 榮1， 王玉玨1， 祝成炎1， 王浙峰2， 徐青藝2

(1. 浙江理工大學(xué) 紡織纖維材料與加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室， 浙江 杭州 310018;2. 浙江敦奴聯(lián)合實業(yè)股份有限公司， 浙江 海寧 314400 )

為研究涼爽舒適型多功能夏季服用面料，采用蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維、蜂窩抗紫外線纖維、竹漿纖維、溶劑型纖維素纖維等纖維原料進行混紡，試制了3個系列12種織物。基于織物的接觸冷感、熱傳導(dǎo)、吸濕速干等實驗，分析其涼爽舒適性能，并運用SPSS軟件中的主成分分析法進行織物綜合性能評價。結(jié)果表明：綜合考慮抗紫外線、涼爽、吸濕排汗功能，織物交織頻率宜選擇0.2或0.25；相同組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯密條件下，織物的接觸冷感隨著混紡紗中的蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維含量的增大而增加；相同含量的溶劑型纖維素纖維與竹漿纖維的混紡紗織物相比，在涼爽性方面宜選擇溶劑型纖維素纖維；采用蜂窩抗紫外線纖維/竹漿纖維/蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維(30/40/30)的混紡紗線所紡的織物綜合性能較佳。

混紡面料； 涼爽； 接觸冷感； 主成分分析

服裝面料發(fā)展的趨勢是把高科技與時代經(jīng)濟、文化發(fā)展緊密結(jié)合，隨著健康化、功能化、低碳化的要求不斷增強，新型保健功能服裝面料必將成為市場的主流[1]。由于受到全球氣候變暖、臭氧層嚴重破壞的影響，夏天極熱，人體易大量出汗且紫外線輻射強烈。在戶外活動、工作時，相當于處于高溫、高紫外線作用的環(huán)境[2-3]，可能會引發(fā)一系列疾病，同時過量紫外線輻照會使皮膚曬傷、加速皮膚老化，因此，人們迫切需要一種具有降溫、抗紫外線吸濕、排汗效果的紡織品。目前，多功能性面料的實現(xiàn)多采用后整理或是交織的方式，而采用多種功能纖維混紡達到織物多功能性的研究較少。

劇烈運動或者悶熱環(huán)境條件下人體大量排汗易形成高溫、高濕氣候環(huán)境，涼爽感就是指服裝面料在這種環(huán)境下始終保持良好的熱濕舒適性能[4]。涼爽面料一般須具備以下指標即一定的接觸冷感，良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)濕性能，能使人體皮膚保持舒爽。為保障戶外活動及休閑生活的健康需求，本文選用蜂窩抗紫外線纖維、蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維等新型功能性纖維與溶劑型纖維素纖維或竹漿纖維進行混紡，并通過多臂織機研制開發(fā)出相應(yīng)的高檔服裝面料。同時從面料的接觸冷感、熱濕傳遞性能方面綜合分析了該系列織物的涼爽性能，為后續(xù)多功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

纖維原料由上虞弘強彩色滌綸有限公司提供，將1.67 dtex × 38 mm含納米TiO2的蜂窩抗紫外線復(fù)合纖維、1.67 dtex × 38 mm蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維，分別與竹漿纖維、溶劑型纖維素纖維混紡，采用賽絡(luò)紡紡制成14.7 tex的混紡紗線。

1.2 實驗方法

1.2.1 織物試樣準備

當原料、經(jīng)緯密相同時，為提高織物的抗紫外線性能宜選用交織頻率高的基礎(chǔ)組織結(jié)構(gòu),但不宜選擇透孔組織[5]。對于織物的吸濕快干性能，交織頻率不宜過大或過小，在0.2～0.4范圍內(nèi)較好[6]。綜合考慮服用面料的織造工藝以及所要達到的功能性要求，進行了如表1所示的經(jīng)緯紗線原料、組織、經(jīng)緯密不同變化的參數(shù)設(shè)計，其中A1～A4試樣的變量是經(jīng)緯紗線的原料，A5～A8試樣是采用相同組織結(jié)構(gòu)、原料及經(jīng)密，但緯密不同，A9～A12試樣作為對比分析。

表1 試樣規(guī)格參數(shù)Tab.1 Specifications of fabrics

注：1#蜂窩抗紫外線纖維/溶劑型纖維素纖維/蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維(50/30/20); 2#蜂窩抗紫外線纖維/竹漿纖維/蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維(50/30/20); 3#蜂窩抗紫外線纖維/竹漿纖維/蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維(50/40/10); 4#蜂窩抗紫外線纖維/竹漿纖維/蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維(30/40/30)。

1.2.2 接觸冷感測試

儀器：KES-F7 THERMO LABOⅡB型精密迅速熱物性測定裝置。

在恒溫恒濕條件下，將溫度測試儀T-BOX吻合到標準溫度設(shè)定器BT-BOX(30 ℃)上，使其達到熱平衡；試樣(10 cm×10 cm)置于20 ℃的定溫臺上，將T-BOX置于試樣上，讀取2 s內(nèi)最大瞬態(tài)熱流量Qmax。

1.2.3 熱傳導(dǎo)率測試

采用KES-F7精密迅速熱物性測定裝置，將試樣(10 cm×10 cm)放在20 ℃的定溫臺上，再將BT-BOX倒扣吻合在試樣上，BT-BOX(30 ℃)的熱量開始向試樣傳遞，當達到熱平衡后，讀取熱傳導(dǎo)率。

1.2.4 織物毛細效應(yīng)測試

儀器：YG(B)871型毛細管效應(yīng)測定儀。

參考FZ/T 01071—2008《紡織品毛細效應(yīng)測試方法》。沿平行于緯線和經(jīng)線的方向隨機剪取21 cm× 2 cm的長方形試樣各3塊。設(shè)定測量時間30 min，當儀器蜂鳴器響起時，立即量取并記錄試樣織物條的液體芯吸高度[7]。

1.2.5 水分蒸發(fā)速率測試

參照GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定》，選取試樣10 cm× 10 cm，將約0.2 mL的三級水滴在試樣上，每隔(5± 0.5) min稱取對應(yīng)時刻的試樣質(zhì)量，直至前后2次變化率不超過1%。在時間-蒸發(fā)量曲線上作最接近直線部分曲線的切線，切線的斜率即為水分蒸發(fā)速率。

2 結(jié)果與討論

本文實驗主要研究多功能織物的涼爽舒適性能，因此對于織物抗紫外線性能的測試研究將不詳細敘述。試樣織物接觸冷感和熱濕舒適性等涼爽性相關(guān)性能的測試結(jié)果如表2所示。 主成分分析是一種多元的數(shù)理統(tǒng)計方法，主要考察多個變量之間的相關(guān)性[8]。由于織物的涼爽性和熱濕舒適性存在相互影響的作用，為得出織物的綜合性評價結(jié)果，運用SPSS軟件對織物的性能進行主成分分析，首先對織物的各性能進行標準化處理，并得到相關(guān)矩陣，然后求出相關(guān)矩陣的特征根和特征向量，再確定主成分，得到的總方差如表3所示。

表2 織物性能測試結(jié)果Tab.2 Performance of fabrics

表3 解釋的總方差Tab.3 Total variance explained

表3示出織物各性能的方差貢獻率和累積貢獻率，提取了2個主成分，最大瞬態(tài)熱流量和熱傳導(dǎo)，其方差貢獻率共達到91.554%。主成分得分是通過對應(yīng)成分的因子得分乘以對應(yīng)成分的初始特征值的算術(shù)平方根得到的。最后算出織物的綜合得分Y，如表4所示。

表4 織物的綜合得分Tab.4 Composite scores of fabrics

表4中Y值代表相應(yīng)織物的綜合得分，數(shù)值越大代表綜合性能越好。織物的綜合性能由高到低排列為A4，A9，A7，A8，A6，A1，A2，A3，A10，A11，A12，A5。

2.1 接觸冷感分析

接觸冷感是指織物與人體接觸瞬間由于人體瞬態(tài)熱量散失過多而產(chǎn)生的一種冷感，以最大瞬態(tài)熱流量來表示。冷感的強弱取決于最大瞬態(tài)熱流量的大小，最大瞬態(tài)熱流量越大，人體皮膚表面通過織物向外界傳遞散失的熱量越多，織物冷感越強[9]。

相同組織結(jié)構(gòu)、緊度條件下，紗線原料不同，其織物的接觸冷感不同，如表2中A1～A4試樣數(shù)據(jù)所示，最大瞬態(tài)熱流量值由大到小排列分別為A4>A1>A2>A3，即隨著玉石滌綸復(fù)合纖維含量的增大而增加。這是由于蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維作為涼爽型保健纖維，其比熱容較普通滌綸纖維1.34 J/(g· ℃)略高，其試制織物會使人體產(chǎn)生更大的涼爽感。比較1#和2#紗線可知，相同含量的溶劑型纖維素纖維與竹漿纖維的混紡紗織物相比，含溶劑型纖維素纖維織物最大瞬態(tài)流量大，接觸冷感較好。Qmax>0.14 W/m的織物接觸冷感較好，其涼爽性能優(yōu)異。當紗線原料、組織結(jié)構(gòu)、經(jīng)密相同時，織物緯密增大，單位面積內(nèi)蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維的含量增大，織物接觸冷感越好，如表2中A5～A8數(shù)據(jù)所示。比較A6、A12，A4、A9即相同原料和經(jīng)緯密條件下，斜紋的接觸冷感優(yōu)于平紋，5枚緞紋優(yōu)于8枚緞紋。

2.2 熱傳導(dǎo)分析

織物界面?zhèn)鳠嵝问接?種：1)接觸傳熱，皮膚表層溫度一般高于外界溫度，當織物與皮膚接觸時，織物內(nèi)的流體分子會在溫差作用下發(fā)生隨機擴散；2)皮膚表面的熱量會以熱蒸汽形式通過織物孔隙與外界空氣發(fā)生交換；3)織物吸收熱量后會以輻射的形式向外散發(fā)熱量[10]。

織物的熱傳導(dǎo)率與織物緊度呈正相關(guān)，織物緊度越大，熱傳導(dǎo)率越大。同時熱傳導(dǎo)率與纖維材料密切相關(guān)。相同組織結(jié)構(gòu)、緊度條件下，熱傳導(dǎo)率由大到小排列為4#紗線織物> 3#紗線織物> 2#紗線織物> 1#紗線織物。1#紗線織物的熱傳導(dǎo)率比2#紗線織物小，這是由于溶劑型纖維素纖維的結(jié)晶度為48%～52%，與竹漿纖維相比較小，導(dǎo)熱系數(shù)小。而3#紗線和4#紗線織物熱傳導(dǎo)率相差不大，這是因為蜂窩抗紫外線纖維含有無機納米TiO2，對紫外線具有強烈的選擇吸收作用，可將高能量以低能形式釋放，因此蜂窩抗紫外線纖維和蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維的導(dǎo)熱性相差不大，但蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維導(dǎo)熱性相對較好。

2.3 織物毛細效應(yīng)分析

芯吸高度是織物吸濕性的最直觀表現(xiàn)，紗線間對水分的毛細作用為宏觀毛細效應(yīng)，負責(zé)短期內(nèi)的芯吸；纖維間的毛細效應(yīng)為微觀毛細效應(yīng)，負責(zé)緩慢吸收水分并擴散直至達到最大高度[11]。

根據(jù)GB/T 21665.1—2008，當機織物芯吸高度大于90 mm時，吸濕性比較好。由表2可知，所有試樣經(jīng)、緯向芯吸高度均達到了指標，吸濕性能很好。原因在于溶劑型纖維素纖維、竹漿纖維都是纖維素纖維，其大分子中每一葡萄糖?；?個羥基，因此吸濕性較好。蜂窩抗紫外線纖維和蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維由于是在紡絲過程中加入了納米級顆粒，破壞了纖維中大分子鏈的規(guī)整排列，纖維內(nèi)部空隙增加，使水分子更易進入，同時蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)的存在，使得蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維與蜂窩抗紫外線纖維的比表面積增大，表面能變高，能吸附更多的水分子，因此吸濕性得到很好的改善。

根據(jù)表2 中的數(shù)據(jù)分析可知：當織物經(jīng)密大于緯密時，經(jīng)向芯吸高度明顯高于緯向；而當緯密較大時，緯向芯吸高度較高。分析表2 中的A1～A4可知，1#紗線織物吸濕性最好，3#和2#紗線織物其次，4#紗線織物相對較小。

2.4 織物速干性分析

織物中的水氣一部分在纖維表面形成單分子層吸附水，通過與大氣接觸而散失，織物的表面形態(tài)是主要影響因素；另一部分間接吸附水則是通過織物中的孔隙及纖維間的毛細作用擴散，在水氣壓低處蒸發(fā)逸出。

根據(jù)GB/T 21665.1—2008，當機織物蒸發(fā)速率大于0.18 g/h時，速干性較好。表2 中所有的試樣都達到了這一標準，織物導(dǎo)濕速干性能很好。由A5～A8數(shù)據(jù)可知：緯密的增加使織物中的紗線增多，蒸發(fā)表面積增大，蒸發(fā)速率變大；當緯密增加到一定限度后，空隙間的汽相傳遞成主要因素，隨著緯密的增加，紗線間孔隙減小，蒸發(fā)速率減小。4#紗線混紡的織物速干性最好，1#和2#紗線織物次之，3#紗線相對較弱。

3 結(jié) 論

1) 相同組織結(jié)構(gòu)、緊度條件下，紗線原料不同，織物的接觸冷感隨蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維含量增大而增加。相同含量的溶劑型纖維素纖維與竹漿纖維的混紡織物相比，含溶劑型纖維素纖維的織物最大瞬態(tài)流量大，接觸冷感較好。

2) 選擇組織時，綜合考慮抗紫外線性能、涼爽性和吸濕排汗功能，織物交織頻率不宜過大或過小，宜選擇0.2或0.25。

3) 采用蜂窩抗紫外線纖維/竹漿纖維/蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維(30/40/30)的混紡紗線織物在涼爽熱濕舒適性方面性能相對較好?？紤]到抗紫外線性能，當經(jīng)密為48根/cm時，緯密采用50根/cm，組織為五枚緞紋，蜂窩抗紫外線纖維/竹漿纖維/蜂窩玉石滌綸復(fù)合纖維(50/40/10)所紡的織物綜合性能較佳。

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Performance of cool and comfortable multi-functional blended fabrics

YU Dimei1， ZHANG Hongxia1， HE Rong1, WANG Yujue1， ZHU Chengyan1, WANG Zhefeng2, XU Qingyi2

(1.National&LocalUnitedEngineeringLaboratoryofTextileFiberMaterialsandProcessingTechnology,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.ZhejiangDunnuUnitedIndustrialCo.,Ltd.,Haining,Zhejiang314400,China)

To develop a cool type of multifunctional summer fabric, three series of fabrics about twelve samples were blended from honeycomb jade polyester fiber, honeycomb anti ultraviolet polyester fiber with bamboo or Tencel as warp and weft yarns. Based on the test parameters of contact cool sense, heat transfer, absorption and quick-drying, the fabric′s cool and comfortable performance was evaluated. Principal component analysis in the software SPSS was used to evaluate the comprehensive performance of fabrics. The result shows that: considering the performance of ultraviolet resistance, coolness, absorption and quick-drying, fabric weaving frequency preferably chooses 0.2 or 0.25. With the same structure, warp density and weft density, fabric contact cool sense increases with the increasing of honeycomb jade fiber. Compared Tencel and bamboo fiber with the same content, Tencel is preferably chosen to improve the fabric coolness. The fabric with honeycomb anti-ultraviolet polyester fiber/bamboo fiber/honeycomb jade fiber (30/40/30) as material has better comprehensive properties.

blended fabric; coolness; contact cool sense; principal component analysis

10.13475/j.fzxb.20141105205

2014-11-21

2015-03-29

國家國際科技合作專項項目(2011DFB51570)；海寧市2013年科技計劃項目(海市科局[2013]31號, 20131402)

俞滌美(1989—)，女，碩士。主要研究方向為紡織產(chǎn)品設(shè)計、紡織品性能。張紅霞,通信作者，E-mail:hongxiazhang8@126.com。

TS 156

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