木棉纖維/棉混紡織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對其保暖透氣性影響

陳麗麗， 樓利琴， 傅雅琴

(1. 紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院， 浙江 紹興 312000； 2. 浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 杭州 310018)

熱傳遞性和透氣性是影響織物服用舒適性的重要因素[1-2]，木棉纖維作為一種新型生態(tài)纖維素纖維，纖維中空度高達(dá)80%～90%，纖維中含有大量靜止空氣，保暖性好[3-4]，木棉纖維織物具有質(zhì)輕、天然抗菌、保暖、吸濕導(dǎo)濕性好、綠色環(huán)保等優(yōu)良特性[5-6]，符合新時(shí)代紡織品發(fā)展趨勢[7-8]，但木棉纖維存在強(qiáng)力差、纖維長度短等缺點(diǎn)，為發(fā)揮木棉纖維優(yōu)異性能，大都需要與其他纖維混紡[6-9]。

本文采用木棉纖維/棉混紡紗線為原料，設(shè)計(jì)了13種不同織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的木棉纖維織物，織造了一系列不同組織、不同緯密、不同木棉纖維含量的織物，并對織物厚度、面密度、保暖性、透氣性進(jìn)行測試[10-11]，分析不同織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對織物保暖性、透氣性的影響以及保暖與透氣性變化趨勢，通過分析木棉纖維織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對織物透氣性和保暖性影響研究，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)更好性能的木棉纖維織物提供參考和依據(jù)，以期擴(kuò)大木棉纖維的開發(fā)與應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試樣

不同木棉纖維含量的木棉纖維/棉纖維混紡織物，木棉纖維長度為10～32 mm，平均線密度為0.11 tex，棉纖維長度為30～38 mm，平均線密度為0.182 tex。經(jīng)紗線密度為18.5 tex×2，緯紗線密度為14.4 tex×2，經(jīng)、緯紗線均為相同的混紡纖維紡制而成，單紗Z捻，股線S捻，紗線由湖北際華三五四二紡織公司和紹興錢清原料市場提供。紗線規(guī)格參數(shù)如表1所示?？梢?，各經(jīng)紗與緯紗單紗捻系數(shù)及股線捻度接近，可不考慮紗線結(jié)構(gòu)對織物相關(guān)性能影響。

表1 紗線規(guī)格參數(shù)Tab.1 Yarn specification parameters

1.2 試樣制備

設(shè)計(jì)不同木棉纖維含量、不同組織、不同緯密織物，用OptiMax-8-R型劍桿織機(jī)生產(chǎn)，并測試織物厚度、透氣性和保暖性。設(shè)計(jì)方案如下：1～5號織物，組織不同，其他織物規(guī)格參數(shù)相同；2號、6～9號織物，緯密不同，其他織物規(guī)格參數(shù)相同；2號、10～13號織物，木棉含量不同，其他織物規(guī)格相同?？椢锷蠙C(jī)工藝及規(guī)格參數(shù)如表2所示。

表2 織物上機(jī)工藝及規(guī)格參數(shù)Tab.2 Looming process and specification parameters of fabric

注：K為蜂巢組織改變方向前的經(jīng)緯紗線數(shù)。

1.3 性能測試

根據(jù)GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度測定》，采用YG(B)141D型數(shù)字式織物厚度儀測試織物厚度。

根據(jù)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》，采用YG606G型熱阻測試儀測試織物熱阻性。

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性測定》，采用YG461D型數(shù)字式透氣率儀測試織物透氣性。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對保暖性影響

織物保暖性是織物服用性能的重要指標(biāo)?？椢锉Ｅ灾笜?biāo)主要是熱阻、保溫率、傳熱系數(shù)和克羅值，熱阻、保溫率和克羅值越大，保暖性越好,織物厚度、面密度、體積密度及保暖性測試結(jié)果見表3。

從表2、3可得織物保暖性與織物中纖維混紡比、織物組織等因素有一定關(guān)系。同時(shí)從表3中還可看到，織物保暖性與織物厚度、面密度、體積密度等參數(shù)有一定相關(guān)性，而體積密度綜合考慮了織物面密度和織物厚度的因素，因此僅需分析織物體積密度對織物保暖性影響。下面就織物組織、體積密度、纖維混紡比對織物保暖性影響進(jìn)行分析。

表3 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)及保暖性Tab.3 Fabric structure parameters and heat retention

2.1.1織物組織對織物保暖性影響

選擇1～5號織物，組織不同，其他規(guī)格參數(shù)相同，即織物緯密均為250根/(10 cm)，木棉纖維含量均為20%(見表2)。從表3中數(shù)據(jù)可知1～5號織物保溫率測試值呈增加趨勢，即保暖程度從低至高的排列順序?yàn)槠郊y、3上1下左斜紋、5枚3飛緯面緞紋、1上3下為基礎(chǔ)的蜂巢組織、1上5下為基礎(chǔ)的蜂巢組織。經(jīng)緯紗交織次數(shù)少，織物組織結(jié)構(gòu)松厚，織物保暖性越好。因?yàn)榻?jīng)緯紗交織次數(shù)愈少，織物組織結(jié)構(gòu)越松厚，織物空隙率越大，織物的蓬松性以及內(nèi)部靜止空氣的含量愈多，織物保暖性越好，特別是蜂巢組織，保溫率增加明顯。這主要是因?yàn)榉涑步M織四周高中間低，形成凹凸?fàn)顟B(tài)的特性，使織物內(nèi)部含有空隙增多，蜂巢尺寸越大，保暖性越好，織物組織結(jié)構(gòu)對保暖性的影響較大。

2.1.2織物體積密度對織物保暖性影響

體積密度對織物保暖性影響較大，影響織物體積密度最主要因素是紗線成分及結(jié)構(gòu)、織物組織、經(jīng)緯密度。一般當(dāng)織物體積密度越大時(shí)，孔隙率越小，保暖性越差。以織物體積密度為橫坐標(biāo)，織物保溫率為縱坐標(biāo)，測試結(jié)果見圖1。

圖1 織物體積密度對保溫率的影響Fig.1 Effect of volume density on fabric heat preservation ratio

從圖1可知，織物保暖性隨著體積密度的增大而減少，符合常規(guī)規(guī)律，但線性回歸系數(shù)僅82.4%，相關(guān)性不高，說明木棉纖維含量對織物的保暖性產(chǎn)生影響。去除10～13號織物，僅保留木棉纖維含量20%的織物，其體積密度與織物保暖性關(guān)系如圖2所示。

圖2 織物體積密度對保溫率的影響(木棉纖維含量20%)Fig.2 Effect of volume density on fabric heat preservation rate(kapok content 20%)

由圖2可見，木棉纖維含量相同，織物保暖性隨著體積密度增大而減小，線性復(fù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到91.7%，相關(guān)性顯著提高，可知木棉纖維含量影響織物保暖性。

2.1.3木棉纖維含量對織物保暖性影響

在2號、10～13號織物中，木棉纖維含量不同，其他規(guī)格參數(shù)相同，織物緯密為250根/(10 cm)，組織為3上1下左斜紋，不同木棉纖維含量織物的保溫率測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 木棉纖維含量與織物保溫率關(guān)系Fig.3 Relationship between kapok fiber content and fabric heat preservation rate

由圖3可見，隨著木棉纖維含量的增加織物保暖性增加，因?yàn)槟久蘩w維本身具有較好的保暖性，而且隨著木棉纖維含量的增加織物蓬松性相對提高，使織物內(nèi)部空隙增加，保暖性增加。

2.2 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對織物透氣性影響

2.2.1不同組織對織物透氣性影響

1～5號織物為組織不同，其他規(guī)格參數(shù)相同，織物緯密均為250根/(10 cm)，木棉纖維含量均為20%。不同組織結(jié)構(gòu)織物的透氣率如表4所示。

表4 不同組織的織物透氣率Tab.4 Fabric air permeation rate of different tissues

由表4可見，織物透氣性從低至高的排列順序?yàn)槠郊y、3上1下左斜紋、5枚3飛緯面緞、1上3下為基礎(chǔ)的蜂巢組織、1上5下為基礎(chǔ)的蜂巢組織，在紗線線密度和紗線密度相同的情況下，經(jīng)緯紗交織次數(shù)愈少，織物組織結(jié)構(gòu)越松厚，織物內(nèi)部空隙率越大，織物通透性越好。

2.2.2緯密對織物透氣率影響

2號、6～9號織物，緯密不同，其他規(guī)格參數(shù)相同，不同緯密的透氣率測試結(jié)果見圖4。

圖4 緯密對織物透氣率的影響Fig.4 Effect of weft density on fabric air permeation rate

由圖4可見，織物透氣性隨著緯密的增大逐漸減少，因?yàn)橥笟庑耘c織物內(nèi)部空隙有關(guān)外，還與織物表面紗線覆蓋面積有關(guān)，隨著緯密增大，即在一定面積上紗線的總數(shù)增加，引起織物表面填充度增加，使得紗線之間構(gòu)成的氣體通道變小，致使空氣垂直于織物流動(dòng)的黏滯阻力增大，因而透氣性變差。

2.2.3木棉纖維含量對織物透氣率影響

2號、10～13號織物，木棉纖維含量不同，其他規(guī)格參數(shù)相同，不同木棉纖維含量的織物透氣率測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 木棉纖維含量與織物透氣率的關(guān)系Fig.5 Relationship between kapok fiber content and fabric air permeation rate

由圖可知，在相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的條件下，木棉纖維織物透氣性總體小于棉織物，而且隨著木棉纖維含量的增加，透氣性下降，因?yàn)槟久蘩w維的加入雖增強(qiáng)了織物的蓬松性，使織物空隙率稍有增加，但由于木棉纖維短，紗線毛羽越多，織物內(nèi)形成的阻擋和通道變化增多，使織物內(nèi)實(shí)際空隙率減少，阻礙了空氣的流動(dòng)，使透氣性減少。

2.3 透氣率與保暖性的變化趨勢分析

織物的透氣性與保暖性的變化趨勢測試結(jié)果見圖6?？梢?，1～5號織物中，織物的保暖性與透氣性變化順序一致，因?yàn)楸Ｅ耘c透氣性與織物中存在的縫隙和空洞有關(guān)，織物內(nèi)部空隙越多，織物透氣性和保暖性越好，透氣性增長幅度大于保暖性。2號、6～9號織物中發(fā)現(xiàn)，保暖性隨織物體積密度的增大而減少，透氣性隨緯密的增加而逐漸降低，這主要是因?yàn)橥笟庑耘c織物內(nèi)存在靜止空氣外還與織物表面紗線覆蓋面積有關(guān)，隨著緯密的增加紗線表面緊度增加，阻擋了織物的透氣。2號、10～13號織物，保暖性與透氣性呈反比關(guān)系，這主要是因?yàn)殡S著木棉纖維含量的增加，紗線毛羽越多，阻礙了空氣的流動(dòng)，使織物透氣性減少。

圖6 織物的保暖性與透氣性變化趨勢圖Fig.6 Change tendency of heat preservation rate and air permeation ratio

3 結(jié) 論

1)在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下，木棉纖維含量為20%的織物，經(jīng)緯紗交織次數(shù)少，織物組織結(jié)構(gòu)越松厚，織物保暖性和透氣性越好，蜂巢組織能大大增強(qiáng)織物的保暖性和透氣性。

2)在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下，織物保暖性隨著織物體積密度的增大而減少，透氣性隨著緯密的增加逐漸下降。

3)在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下，隨著木棉纖維含量的增加，織物保暖性增加，透氣性下降。

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