以木棉為戶外睡袋填充料的探索研究

張振方，王梅珍，林 玲，萬 明，王 瑄

(1.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安710048;2.浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波315211)

0 前言

據(jù)不完全統(tǒng)計，戶外運動在2008年之后在國內(nèi)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過百億元規(guī)模，正以每年翻一番的速度增長，而且隨著紡織結(jié)構(gòu)電極的研究正日益蓬勃發(fā)展，戶外運動的專業(yè)化將越來越高，與國內(nèi)戶外運動蓬勃發(fā)展的盛況相比，國內(nèi)戶外用品市場則不容樂觀。國內(nèi)目前并無統(tǒng)一戶外用品標(biāo)準(zhǔn)，普通裝備只能向紡織品國標(biāo)看齊，甚至有產(chǎn)品還在遵循已被淘汰的國標(biāo);大多數(shù)產(chǎn)品吊牌中文標(biāo)識有欠缺，僅能獲悉產(chǎn)品面料成分，但對于專業(yè)性的數(shù)據(jù)明細(xì)則是一片空白。同時，各企業(yè)自定標(biāo)準(zhǔn)，名目繁多，且有推高價格之嫌，造成市場紊亂，消費者無從選擇［1］。木棉纖維由于中空保暖、質(zhì)輕柔軟、抗菌防螨等性能而受到廣泛關(guān)注，東華大學(xué)王府梅教授近年來在木棉纖維及其絮料方面的研究取得了顯著成果，但木棉在戶外紡織品中的應(yīng)用在國內(nèi)極少，甚至是空白。目前，睡袋填充料多是羽絨或化纖，羽絨價格較高［2］，化纖屬石油資源且保暖性能欠佳，而木棉纖維保暖性能優(yōu)異、價格便宜，具有抗菌防螨的功能性作用［3］。因此，本文在對木棉纖維基本性能的研究基礎(chǔ)上，探索研究木棉纖維作為戶外睡袋填充料的應(yīng)用前景。

1 木棉纖維基本性能

1.1 木棉纖維微觀外貌

木棉來源網(wǎng)購，屬印尼產(chǎn)木棉。對纖維的微觀外貌進行研究，實驗采用中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所儀器，型號為蔡司鎢燈絲掃描電鏡EVO18，所得放大2000倍SEM鏡圖像如下所示:

圖1 放大300倍的木棉

圖2 放大2000倍的木棉纖維

由圖中可以看到，木棉纖維表面并不是光滑的，有微小條紋，纖維無類似棉纖維的天然轉(zhuǎn)曲。

1.2 木棉纖維基本性能

經(jīng)過測試，其基本性能如下表所示:

表1 木棉纖維的基本性能

2 睡袋小樣的制備及其性能測試

2.1 睡袋小樣的制備

網(wǎng)購木棉由于打包壓縮，木棉纖維結(jié)塊成團較嚴(yán)重，成團壓縮狀的纖維會大大降低纖維集合體的保暖性，為此，首先對木棉散纖維化。采用東華大學(xué)開清梳聯(lián)合試驗機進行開松梳理處理，其具體散纖維化方案:木棉喂進開松機、梳理機，經(jīng)試驗得知，木棉可梳理成網(wǎng)，但棉網(wǎng)連續(xù)性差、強度低，甚至無法完整從梳理機取出。將棉網(wǎng)取出(棉網(wǎng)不必完整)再放進開松機，將棉網(wǎng)打散，可基本保證木棉散纖維化。

睡袋小樣的面料為190T滌塔夫防鉆絨面料，測試規(guī)格為 30cm ×30cm，填充量為 30g［4］，但為測試準(zhǔn)確，裁布時應(yīng)按照30.5cm×30.5cm剪裁，預(yù)留0.5cm布邊，便于縫紉機沿線縫紉，同時為避免手工填充造成填充料松緊不勻，采用充吸兩用式充絨機進行散纖維填充，為此應(yīng)在小樣布邊一側(cè)預(yù)留2cm小孔。

圖3 純木棉成網(wǎng)

圖4 測試狀態(tài)下的睡袋小樣

2.2 實驗方法及儀器

在現(xiàn)有測試的基礎(chǔ)上，分別對 100g/cm2、200g/cm2、333g/cm2、400g/cm2、500g/cm2睡袋小樣的熱阻透濕率及壓縮性能進行測試分析，以期確定最佳木棉睡袋小樣的克重。

2.2.1 熱阻透濕率性能測試

采用國外STM－511型熱阻濕阻儀，其屬于GB/T 11048－2008《紡織品生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》中B型儀器—靜態(tài)平板法。熱阻測試時，試樣在35℃、40%相對濕度的環(huán)境調(diào)濕24h，測試時調(diào)節(jié)儀器觸控面板溫度20℃、濕度65%、空氣流速0.1m/s，為測試精確，待儀器穩(wěn)定后，每3分鐘讀一次數(shù)據(jù)，取12個數(shù)據(jù)，結(jié)果求平均值。濕阻測試時，調(diào)濕后調(diào)節(jié)觸控面板35℃、濕度40%、空氣流速0.1m/s，測試時先將不透水薄膜放在測試面板上，稍后測試將試樣放在薄膜上，數(shù)據(jù)讀取與熱阻相同。

2.2.2 壓縮性能測試

采用萊州電子儀器有限公司YG821L型國產(chǎn)織物風(fēng)格儀依照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01051－1998測試試樣的壓縮性能。壓板尺寸為5cm×2cm，實際接觸面積為10cm2，為了提高試驗速度，返回速度設(shè)置為48mm/min，因試樣無法裁剪為較小尺寸測試，選取試樣四角和中心位置測試求平均值，為使數(shù)據(jù)盡量準(zhǔn)確，每組測三次求平均值。

2.3 實驗結(jié)果與分析

2.3.1 睡袋小樣熱阻透濕率

圖5 不同克重的木棉睡袋小樣熱阻透濕率

對圖中分析，在木棉睡袋小樣平方米克重為333g/cm2時具有最高的熱阻值，而熱阻越大，纖維集合體的保溫性能越好，在400g/cm2時的熱阻與333g/cm2時的熱阻比較接近，但在500g/cm2時的熱阻則較小，分析認(rèn)為:影響纖維集合體的保暖性能的因素較多，此處應(yīng)歸結(jié)為由于平方米克重的增加，纖維與纖維之間的空隙減少，木棉纖維為大中空結(jié)構(gòu)，纖維中空結(jié)構(gòu)部分變少，纖維集合體所能鎖住的靜止空氣減少［5，6］，因此，熱阻會變小，保暖性能減弱。

對圖中透濕率分析，木棉睡袋小樣在100g/cm2時具有最大透濕率，其次是在平方米克重為300g/cm2時的透濕率較大。考慮到睡袋小樣克重為100g/cm2時的熱阻偏小，而睡袋的基本功能除了具有保暖作用外，還應(yīng)具有較好的透濕性［7］，因為人體的出汗分為顯汗和潛汗，在靜態(tài)睡著時主要以潛汗為主［8］，在透濕性較差時，會影響睡袋的保暖性，造成睡眠質(zhì)量的嚴(yán)重下降。為此，初步選擇平方米克重為333g/cm2木棉睡袋小樣。

2.3.2 壓縮性結(jié)果與分析

圖6 不同克重下的木棉睡袋小樣的壓縮性能

對圖中進行分析，壓縮率隨著克重的增加而減小，壓縮率反映了材料的抗壓縮能力，即材料的柔軟度，壓縮率越高，材料越柔軟，隨著克重的增加，木棉睡袋小樣的的柔軟度逐漸下降。

對圖中進行分析，木棉睡袋小樣的蓬松度在100g/cm2、200g/cm2、333g/cm2時相對接近且數(shù)值較高，之后蓬松度急劇下降，而蓬松度對材料的保暖性影響較大，因此應(yīng)選擇較高的蓬松度克重。

綜合以上分析認(rèn)為，不同克重的睡袋小樣在333g/cm2時的熱阻透濕率及壓縮性較好，即綜合表現(xiàn)較好，因此，對于木棉睡袋的克重選擇為333g/cm2。

3 不同濕度下的木棉散纖維保暖性能測試

在南方的梅雨季節(jié)及濕度較大的戶外進行露營時，睡袋不可避免地會進行吸濕，木棉纖維由于有中腔而具有良好的導(dǎo)濕性［9］。熱阻的測試需要在規(guī)定的溫度濕度環(huán)境內(nèi)進行測試，因此木棉在不同濕度下的保暖表現(xiàn)無法通過熱阻儀進行測試定量對比，為此采用定性比較其在不同濕度下的保暖表現(xiàn)。

3.1 實驗儀器

500ml燒杯、玻璃棒、溫度計、標(biāo)簽、秒表、剪刀、雙面膠、錫箔、DF－101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(保證水浴鍋內(nèi)上下水位溫度一致)，纖維集合體的加熱方式如下圖所示:

圖7 木棉集合體恒溫加熱示意圖

3.2 實驗方法

對木棉不同濕度的處理方案為:在54%濕度環(huán)境下，稱取5g木棉散纖維裝進500ml燒杯中，用錫箔將燒杯口封閉(確保環(huán)境內(nèi)濕度不變)，在燒杯中間插入溫度計，為觀測方便，漏出15℃的刻度值，升溫時記錄溫度從16℃到38℃每升高一度所用的時間;將稱取的5g木棉在烘箱中烘至重量基本不再改變，用錫箔封閉，測試方法同上;將稱取的5g木棉裝進500ml燒杯中倒置在布滿孔眼的塑料板上，加熱水箱，使木棉吸收定量水蒸氣，用錫箔封口，以此達(dá)到不同濕度的環(huán)境，后放進冰箱冷卻，以加熱待用。在密閉環(huán)境下的濕度用含水量表示，以濕度環(huán)境54%時的5g木棉為基準(zhǔn)，因此所設(shè)置的木棉含水量為－0.5g，0g，0.5g，1.0g，1.5g 進行測試分析。

3.3 實驗結(jié)果與分析

圖8 不同濕度下的升溫速率

由圖中可以看到，木棉在濕度為54%時的曲線在所有曲線之上，即此時濕度的木棉每升高1℃所用的時間最長，即此時的木棉傳熱較慢，熱散失較少。隨著濕度的增加(含水量)，每升高1℃所用的時間逐層變短，即熱散失增多。綜合以上分析可知，木棉纖維集合體的保溫性能受濕度影響較大，因此，戶外睡袋的研發(fā)與設(shè)計應(yīng)注意木棉填充料的防潮防水。

4 結(jié)論

(1)純木棉在平方米克重為333g/cm2時熱阻透濕率及蓬松度較好，但壓縮率不是最好，但綜合考慮其為最佳克重選擇。

(2)定量比較不同濕度環(huán)境下木棉的保暖性有難度，但可定性比較，木棉在濕度越大的環(huán)境下，其升溫速率會增快，即保暖性下降。

［1］王煒.戶外運動產(chǎn)品:標(biāo)準(zhǔn)缺失的陣痛［J］.生活，2009(5):13－16.

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［3］劉維.木棉保暖材料及其保暖機理的研究［D］.上海:東華大學(xué)，2011.

［4］萬旺軍，譚蒙，董如軍.聚酯纖維/羽絨混合物保暖性能相關(guān)性研究［J］.檢驗檢疫學(xué)刊，2013(4):35－36.

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