聚乳酸纖維吸濕排汗運(yùn)動面料的制備與性能研究

肖云超, 劉淑強(qiáng), 吳改紅,2, 董 華, 郭紅霞, 戴晉明

(1.太原理工大學(xué) 輕紡工程學(xué)院, 山西 晉中 030600; 2.東華大學(xué) 服裝藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院, 上海 200051)

研究與技術(shù)

聚乳酸纖維吸濕排汗運(yùn)動面料的制備與性能研究

肖云超1, 劉淑強(qiáng)1, 吳改紅1,2, 董 華1, 郭紅霞1, 戴晉明1

(1.太原理工大學(xué) 輕紡工程學(xué)院, 山西 晉中 030600; 2.東華大學(xué) 服裝藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院, 上海 200051)

為了開發(fā)性能優(yōu)良的聚乳酸吸濕排汗運(yùn)動面料，對聚乳酸纖維的縱向表面和橫截面進(jìn)行分析，然后采用聚乳酸長絲與不同混紡比的亞麻/黏膠單紗直接并捻成復(fù)合紗線，分析復(fù)合紗線的結(jié)構(gòu)，隨后采用不同的織物組織(平紋、斜紋、緞紋)將并捻復(fù)合紗線織成織物。對織物的透濕性、透氣性、毛細(xì)管效應(yīng)及力學(xué)性能進(jìn)行了測試分析，討論織物組織和不同混紡比對織物吸濕排汗性能及力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：三種組織織物中吸濕排汗性能最佳的為緞紋；隨著黏膠含量的增加(亞麻含量的減少)織物的毛細(xì)管效應(yīng)和力學(xué)性能依次增大，而透濕性和透氣性依次減小。

聚乳酸長絲; 亞麻/黏膠; 吸濕排汗; 透濕性; 透氣性; 織物組織

服裝舒適性歷來是評價(jià)服裝優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，其中熱濕舒適性又是服裝舒適性的一項(xiàng)重要內(nèi)容。人在劇烈運(yùn)動時(shí)會分泌大量的汗液，從熱濕舒適性的角度出發(fā)，運(yùn)動服裝面料要滿足快速吸收并轉(zhuǎn)移汗液的基本要求，也就是說運(yùn)動類服裝面料要同時(shí)具備良好的吸濕性和優(yōu)越的導(dǎo)濕性能。一般來說，天然纖維(如棉、絲)舒適性好，但當(dāng)人體大量出汗時(shí)，汗液不能及時(shí)排出；合成纖維導(dǎo)濕性能較好，但吸濕性能普遍較差[1-2]。

聚乳酸(PLA)纖維是一種同時(shí)具有天然纖維和合成纖維優(yōu)越性的新型可降解纖維[3]，具有導(dǎo)濕快干性，以及有益于皮膚的弱酸性和親膚性[4-6]，特別適合開發(fā)運(yùn)動類服裝產(chǎn)品；但PLA纖維吸濕性差，無法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)面料吸濕排汗的性能要求，而亞麻/黏膠混紡單紗兼有亞麻纖維吸濕散濕快的優(yōu)點(diǎn)和黏膠纖維優(yōu)良的吸濕舒適性，因而試驗(yàn)將PLA長絲與亞麻/黏膠單紗并合加捻。本文采用并捻聯(lián)合紡紗方法制備了PLA長絲與亞麻/黏膠復(fù)合紗線，觀察和分析PLA纖維的結(jié)構(gòu)與性能，并以此為基礎(chǔ)分析復(fù)合紗線結(jié)構(gòu)及織物的各項(xiàng)性能，討論織物組織和不同混紡比的亞麻/黏膠紗對織物性能的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 材 料

聚乳酸長絲(線密度為166.66 dtex(150 D/72根)，斷裂強(qiáng)度為3.71 cN/dtex，斷裂伸長率27.58%，海寧新高纖維有限公司)；亞麻/黏膠(55/45)單紗(線密度為296.0 dtex，捻度為98.7捻/10 cm，斷裂強(qiáng)度為6.8 cN/dtex,斷裂伸長率為3.1%，山東蒙陰棉紡織有限公司)；亞麻/黏膠(30/70)單紗(線密度為296.1 dtex，捻度66.1捻/10 cm，斷裂強(qiáng)度為11.9 cN/dtex,斷裂伸長率為8.7%,山東蒙陰棉紡織有限公司)；亞麻/黏膠(15/85)單紗(線密度為299.1 dtex，捻度為65.9捻/10 cm，斷裂強(qiáng)度為14.5 cN/dtex,斷裂伸長率為11.4%,山東蒙陰棉紡織有限公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

DSTw-01型數(shù)字式小樣并捻聯(lián)合機(jī)(天津市嘉城機(jī)電設(shè)備有限公司)，ASL-2000劍桿小樣織機(jī)(天津市嘉城機(jī)電設(shè)備有限公司)，JX-203正置/透反射金相顯微鏡(鄭州南北儀器設(shè)備有限公司)，佳能7D單反數(shù)碼相機(jī)，YG501型透濕試驗(yàn)箱(南通宏大試驗(yàn)儀器有限公司)，YG(B)461D型數(shù)字式織物透氣量儀(溫州大隆紡織儀器有限公司)，YG871毛細(xì)管效應(yīng)測定儀(南通宏大試驗(yàn)儀器有限公司)，YG(B)026D-500型電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠)。

1.3 方 案

首先對聚乳酸纖維的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行測試和分析，然后采用小樣數(shù)字并捻機(jī)將一束PLA長絲與一根亞麻/黏膠單紗進(jìn)行并合加捻成復(fù)合紗線，隨后將并捻復(fù)合紗線應(yīng)用劍桿小樣織機(jī)織造5塊不同的織物，最后對這5塊織物進(jìn)行性能的測試分析。5塊織物的規(guī)格如表1所示。

表1 織物的基本參數(shù)

1.4 性能表征

1.4.1 PLA纖維的表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)

通過金相顯微鏡對PLA纖維縱向表面形態(tài)和橫截面形態(tài)進(jìn)行觀察并拍照。

1.4.2 紗線結(jié)構(gòu)

采用單反數(shù)碼相機(jī)對并捻復(fù)合紗線進(jìn)行微距拍攝。

1.4.3 織物性能

1.4.3.1 織物的透濕性

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 14956干燥劑倒杯法測試要求，采用透濕試驗(yàn)箱測定織物的透濕率，試驗(yàn)時(shí)間120 min。試驗(yàn)指標(biāo)：透濕率=透濕質(zhì)量(g/24 h·m-2)。

1.4.3.2 織物的透氣性

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性測試方法》，利用織物透氣量儀對織物進(jìn)行透氣性測試?？椢餃y試面積20 cm2，試樣壓差100 Pa，測試指標(biāo)透氣率R(mm/s)。

1.4.3.3 織物的毛細(xì)管效應(yīng)

根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)管效應(yīng)測試方法》，利用毛細(xì)管效應(yīng)測定儀測定織物經(jīng)緯向的芯吸高度，試驗(yàn)時(shí)間30 min。

1.4.3.4 織物的力學(xué)性能

利用電子織物強(qiáng)力機(jī)，根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定 條樣法》測試標(biāo)準(zhǔn)對織物的拉伸斷裂強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力等力學(xué)性能進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 PLA纖維的結(jié)構(gòu)與性能

聚乳酸纖維縱向表面和橫截面如圖1所示。

圖1 聚乳酸纖維縱向表面和橫截面Fig.1 Longitudinal surface and cross section of PLA fiber

由圖1可以看出，PLA纖維縱向平直，縱向表面存在條紋和斑點(diǎn)；這些無規(guī)律的斑點(diǎn)及不連續(xù)的條紋可能是由于聚乳酸在空氣中長時(shí)間暴露，使得非結(jié)晶區(qū)中大分子鏈在水、氧氣、細(xì)菌等得作用下發(fā)生了部分分解。PLA纖維的橫截面近似圓形并且表面帶有部分斑點(diǎn)，纖維結(jié)構(gòu)比較疏松，PLA纖維疏松的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有利于熱濕的傳遞和擴(kuò)散，縫隙和溝槽形成的毛細(xì)管效應(yīng)使得聚乳酸纖維具有優(yōu)越的芯吸導(dǎo)濕性能。

2.2 復(fù)合紗線性能

2.2.1 復(fù)合紗線的規(guī)格參數(shù)

表2為相同并捻紡紗工藝條件下PLA長絲與不同混紡比亞麻/黏膠復(fù)合紗線的基本規(guī)格參數(shù)。

2.2.2 復(fù)合紗線的結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)采用并捻聯(lián)合紡紗方法，將PLA長絲與亞麻/黏膠單紗并合加捻成復(fù)合紗線，并對復(fù)合紗線進(jìn)行了拍照分析，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，復(fù)合紗線以PLA長絲為紗芯，亞麻/黏膠單紗在外層螺旋包覆，紗線結(jié)構(gòu)比較疏松；這種松式紗線結(jié)構(gòu)使得PLA長絲與亞麻/黏膠單紗之間及復(fù)合紗線之間充滿縫隙、網(wǎng)孔，有利于熱濕水汽的傳輸擴(kuò)散；另外，復(fù)合紗線以PLA長絲為紗芯，使得亞麻/黏膠單紗吸收的水分能夠通過PLA長絲優(yōu)越的芯吸導(dǎo)濕性能快速轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)了亞麻/黏膠單紗的吸濕散濕作用，同時(shí)由于亞麻/黏膠單紗的外層包覆，加強(qiáng)了內(nèi)層PLA纖維對水分的疏導(dǎo)，也很大程度上增強(qiáng)了復(fù)合紗線的吸濕導(dǎo)濕性能。

圖2 復(fù)合紗線結(jié)構(gòu)示意Fig.2 The structure of composite yarns

2.3 織物性能

2.3.1 織物的透濕性

根據(jù)測得的織物的透濕率，繪出5種織物的透濕率對比圖，如圖3所示。

圖3 織物透濕率對比Fig.3 Comparison of moisture penetrability

對比圖3中織物1、2、3的透濕率可以看出：3種織物的透濕性比較接近，織物2最好，織物1次之，織物3最差。這是因?yàn)榭椢锏耐笣裥耘c織物的厚度和纖維間的接觸點(diǎn)[7]有很大關(guān)系，織物越厚，纖維間的接觸點(diǎn)越多，織物的透濕性就越差；由于織物3的厚度最大，水氣在織物3中的傳遞通道[8]最長，對傳遞水分子的阻礙作用也最大，因而織物3的透濕性最差。對于織物1和2而言，織物1為平紋，交織次數(shù)多，纖維間的接觸點(diǎn)多，對水分傳遞的阻礙作用自然更大一些，因而織物1的透濕性不如織物2。

對比圖3中織物3、4、5的透濕率可以看出：織物3、4、5的透濕率依次減小。這是由于3種織物的厚度依次變大，水分的傳遞通道變長，織物的透濕性變差；另外，結(jié)合亞麻吸濕散濕快的特點(diǎn)，可以認(rèn)為織物的透濕率隨著亞麻含量的減少而逐漸減小，3種織物中的亞麻含量逐漸減少，因而織物3、4、5的透濕率依次減小。

2.3.2 織物的透氣性

根據(jù)試驗(yàn)測得的織物的透氣率，繪出5種織物的透氣率對比圖，如圖4所示。

圖4 織物透氣率對比Fig.4 Comparison of air permeability

對比圖4中織物1、2、3的透氣率可以看出：3種織物的透氣性相差較大，織物3(緞紋)的透氣性最好且明顯優(yōu)于織物1和2。這主要是因?yàn)榭椢?的浮長線最長，紗線交織次數(shù)最少，織物結(jié)構(gòu)松軟，紗線間相互作用力最小，紗線能夠發(fā)生相對滑移形成孔隙，使紗線間氣體通道增多，氣體通過織物的粘滯阻力[9]減小，因而織物3的透氣性最好。

對比圖4中織物3、4、5的透氣率可以看出：織物3、4、5的透氣率依次減小。這是由于亞麻纖維模量高，纖維硬挺[10-11]，在亞麻黏膠混紡單紗中，亞麻含量越高，紗線中纖維間的縫隙就越多，織物通透性就會越好，織物3、4、5中的亞麻含量依次減少，因而對應(yīng)織物的透氣率逐漸降低。

2.3.3 織物的毛細(xì)管效應(yīng)

根據(jù)試驗(yàn)測得的5種織物的經(jīng)緯向芯吸高度，繪出織物的芯吸高度對比圖，如圖5所示。

對比圖5中織物1、2、3的經(jīng)緯向芯吸高度可以得出：三種組織的織物在經(jīng)向和緯向表現(xiàn)出相同的芯吸規(guī)律，織物3的芯吸高度略高于織物2，織物1明顯偏小。這主要是因?yàn)槠郊y織物交織次數(shù)最多，織物結(jié)構(gòu)緊密，水分不易擴(kuò)散傳導(dǎo)，而緞紋織物浮長線最長，織物結(jié)構(gòu)松軟，水分更易傳輸。

圖5 織物芯吸高度對比Fig.5 Comparison of wicking height

對比圖5中織物3、4、5的經(jīng)緯向芯吸高度可以得出：織物3、4、5的經(jīng)緯向芯吸高度依次增大。這是因?yàn)榭椢锏男疚叨扰c織物本身的吸濕性有很大關(guān)系[12]，隨著黏膠含量的增加，織物的吸濕性逐漸增強(qiáng)，表現(xiàn)為芯吸高度依次增大。

2.3.4 織物的力學(xué)性能

根據(jù)試驗(yàn)測得的5種織物的頂破強(qiáng)力、拉伸強(qiáng)力，繪出織物的力學(xué)性能對比圖，如圖6所示。

圖6 織物力學(xué)性能對比Fig.6 Comparison of mechanical property

由圖6可以看出，5種織物的頂破強(qiáng)力和拉伸強(qiáng)力呈現(xiàn)相同的變化趨勢：織物1、2、3的頂破強(qiáng)力和拉伸強(qiáng)力差異并不明顯，說明織物組織對織物的力學(xué)性能影響不大；而織物3、4、5的頂破強(qiáng)力和拉伸強(qiáng)力呈線性增大的趨勢。這是因?yàn)榭椢锏捻斊茝?qiáng)力主要與經(jīng)緯紗線的性能差異有關(guān)[13]，當(dāng)經(jīng)紗與緯紗的斷裂伸長率相近時(shí)，經(jīng)紗和緯紗同時(shí)發(fā)揮承擔(dān)外力的最大作用，此時(shí)的頂破強(qiáng)力最大；織物3、4、5中隨著復(fù)合紗線中黏膠纖維含量的增加，經(jīng)緯紗線斷裂伸長率的差異逐漸變小，使得織物的頂破強(qiáng)力逐漸增大。同樣，由于黏膠纖維含量的增加，織物3、4、5中的經(jīng)緯紗線拉伸斷裂強(qiáng)力都逐漸增大，因而對應(yīng)的織物拉伸強(qiáng)力依次增大。

綜合上述5種織物的性能測試結(jié)果可以看出：平紋、斜紋和緞紋三種織物的透濕性相差不大，從織物的透氣性和芯吸高度來看，緞紋織物的透氣性和芯吸高度要明顯優(yōu)于平紋和斜紋，因而確定緞紋為最佳組織?？椢?、4、5的毛細(xì)管效應(yīng)和力學(xué)性能依次增大，而透濕性和透氣性依次減小，結(jié)合織物的吸濕、排汗、透氣及穿著的舒適性(織物4中的復(fù)合紗線條干不勻率和紗線毛羽指數(shù)最小)綜合分析認(rèn)為織物4即亞麻/黏膠(30/70)織物的性能最佳。

3 結(jié) 論

1)采用PLA長絲束與亞麻/黏膠單紗直接并合加捻，克服了PLA纖維吸濕性差的缺點(diǎn)，對織物性能的測試結(jié)果分析表明平紋、斜紋、緞紋三種織物的吸濕排汗性能：緞紋>斜紋>平紋；從不同配比的三種緞紋織物性能測試結(jié)果可以看出：隨著黏膠含量的增加(亞麻含量的減少)織物的毛細(xì)管效應(yīng)和力學(xué)性能依次增大，而透濕性和透氣性依次減小。

2)并捻復(fù)合紗線以PLA長絲束為紗芯，亞麻/黏膠單紗在外層螺旋包覆，內(nèi)層PLA長絲的導(dǎo)濕快干性會促進(jìn)外層包覆的亞麻/黏膠紗對水分的吸收，同時(shí)亞麻/黏膠紗的吸水性又會加強(qiáng)PLA長絲對濕熱水氣的疏導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)快速吸濕排汗；試驗(yàn)采用的并捻聯(lián)合紡紗方法，簡單易行，可獲得性能優(yōu)良的并捻復(fù)合紗線，可應(yīng)用于相關(guān)課題和實(shí)際生產(chǎn)中。

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Preparation and Properties of PLA Fiber Sportswear Fabric with Moisture Absorption and Sweat Discharging Properties

XIAO Yunchao1, LIU Shuqiang1, WU Gaihong1,2, DONG Hua1, GUO Hongxia1, DAI Jinming1

(1. College of Textile Engineering, Taiyuan University of Technology, Jinzhong 030600, China; 2. Fashion & Art Design Institute,Donghua University, Shanghai 200051, China)

To develop PLA sportswear fabric with moisture absorption and sweat discharging properties with good performance, this paper analyzes the longitudinal surface and cross section of PLA fiber, makes composite yarns through direct doubling and twisting of PLA filament and flax/viscose single yarn with different blending ratios, analyzes the structure of composite yarns and weaves composite yarns into fabrics with different fabric weaves (plain weave, twill weave and satin weave). In addition, this paper conducts test and analysis on the moisture penetrability, air permeability, capillary effect and mechanical property of fabrics and discusses the influence of fabric weave and different blending ratios on moisture absorption and sweat discharging and mechanical property. The test result shows that satin weave has the best moisture absorption and sweat discharging property; with the increase of viscose content (the decrease of flax content), the capillary effect and mechanical property of fabrics increase successively and moisture penetrability and air permeability decrease successively.

PLA filament; flax/viscose; moisture absorption and sweat discharging property; moisture penetrability; air permeability; fabric weave

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.05.002

2014-11-13;

2015-01-31

山西省青年科學(xué)基金項(xiàng)目(2014021020-2)；山西省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(2013067)；太原理工大學(xué)校青年團(tuán)隊(duì)基金項(xiàng)目(2013T020，2013T021，2013T023)

TS159

A

1001-7003(2015)05-0006-05 引用頁碼: 051102