智能調(diào)溫羊絨雙層針織物的開發(fā)與性能研究

蔣曉東，王建坤，郭 晶

(天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387)

0 前言

蓄熱調(diào)溫纖維是將相變儲熱材料與纖維和紡織品制造技術(shù)相結(jié)合開發(fā)出的高新技術(shù)產(chǎn)品。蓄熱調(diào)溫纖維能根據(jù)外界環(huán)境溫度的變化，伴隨紡織品中所包含的相變材料發(fā)生液相與固相之間的可逆轉(zhuǎn)換，從環(huán)境中吸收熱量儲存于紡織品內(nèi)部，或放出紡織品中儲存的熱量，在紡織品周圍形成溫度基本恒定的微氣候，從而實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)功能[1]。傳統(tǒng)保溫織物主要是通過絕熱方法來避免皮膚溫度降低過多實現(xiàn)保溫的，是單向、不可逆的調(diào)節(jié)。蓄熱調(diào)溫制品的出現(xiàn)，在很大程度上改善了傳統(tǒng)保暖制品厚重、穿著不舒適的特性[2]。因此，蓄熱調(diào)溫織物具有無可比擬的優(yōu)越性。

羊絨是名貴的紡織纖維，具有“滑、柔、糯”的特點，但羊絨纖維產(chǎn)品受地域和季節(jié)的限制。目前功能性調(diào)溫羊絨產(chǎn)品從織造方法上分兩類，一類是單層結(jié)構(gòu)，一類是雙層結(jié)構(gòu)。采用單層結(jié)構(gòu)編織而成的功能性羊絨產(chǎn)品，一般采用羊絨和其他功能纖維混紡的紗線進(jìn)行單面編織而成。但是織物手感較純羊絨產(chǎn)品手感差，為提高織物羊絨風(fēng)格，可以采用單層但具有雙面效果的組織—雙羅紋組織和添紗組織等，或者采用雙層結(jié)構(gòu)如空氣層組織，使織物一面具有羊絨纖維的特性，另一面具有功能纖維的功能性，同時在兩層織物中間形成了空氣層效應(yīng)。

本文設(shè)計集圈式雙層針織組織結(jié)構(gòu)，該組織外層使用純羊絨紗線，里層使用蓄熱調(diào)溫纖維/羊絨混紡紗，中間連接線使用純蓄熱調(diào)溫紗線，使織物在最大程度上既滿足羊絨風(fēng)格又兼具調(diào)溫性能。

1 實驗部分

1.1 智能調(diào)溫羊絨雙層針織物的制備

1.1.1 蓄熱調(diào)溫纖維的制備

實驗紡制三種紗線，即智能調(diào)溫羊絨混紡紗、純蓄熱調(diào)溫紗線、純羊絨紗線。按照標(biāo)準(zhǔn)采用30%質(zhì)量分?jǐn)?shù)以上蓄熱調(diào)溫纖維與其他纖維進(jìn)行混紡所紡制的混紡紗就能達(dá)到調(diào)溫功能的要求[3]。實驗采用蓄熱調(diào)溫纖維與羊絨纖維進(jìn)行混紡，為保證紗線既具有羊絨風(fēng)格又兼具調(diào)溫效果，采用蓄熱調(diào)溫纖維含量為40%與羊絨纖維進(jìn)行混紡研制了智能調(diào)溫羊絨紗。各道工序定量、捻系數(shù)見下表1所示。按照以上工藝，采用相同的工藝參數(shù)，分別紡制了環(huán)錠紡蓄熱調(diào)溫纖維/羊絨(40/60)混紡紗、純蓄熱調(diào)溫紗線、純羊絨紗線和緊密紡蓄熱調(diào)溫纖維/羊絨(40/60)混紡紗。

表1 紡紗各工序定量及捻系數(shù)

1.1.2 織造工藝設(shè)計

表2 上機參數(shù)設(shè)計表

實驗設(shè)計了集圈雙層針織物，里層紗線使用混紡智能調(diào)溫羊絨紗，外層使用純羊絨紗，中間連接線使用純蓄熱調(diào)溫纖維，連接點為12.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。使用機號為12 針/25．4 mm的電腦橫機進(jìn)行織制，并使用金龍龍星設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計上機組織圖及工藝參數(shù)如圖1所示，并以文件形式存儲到電腦橫機的系統(tǒng)中，織造工藝設(shè)計參數(shù)如表2所示。

圖1 上機組織設(shè)計圖

表3 6種不同針織物的組成

采用相同的上機工藝，實驗織制了雙層和單層緊密紡混紡紗與環(huán)錠紡混紡紗6種不同的織物進(jìn)行性能測試實驗，如表3所示，織物編號1、2、3為雙層織物，4、5、6 為單層織物。

1.2 織物風(fēng)格測試

實驗儀器: KES織物風(fēng)格測試儀

實驗參數(shù)：溫度20℃,相對濕度60%，試樣大小20cm×20cm。

原理：分別對試樣進(jìn)行表面摩擦、壓縮、彎曲、拉伸剪切測試，通過得到織物的拉伸性能、剪切變形性能、彎曲性能、壓縮性能和摩擦性能，并根據(jù)織物用途在KN-201-LDY 的標(biāo)準(zhǔn)下來評價出織物的基本風(fēng)格和綜合風(fēng)格。

1.3 織物透氣、透濕性測試

(1)織物透氣性測試

實驗儀器:Y461-B織物中低壓透氣量測試儀

測試參數(shù)：Φ8孔徑，風(fēng)壓100mm水柱，風(fēng)量1.25m3/min測量次數(shù)3次。

原理：根據(jù)不同織物，選用相應(yīng)的口徑，單位時間內(nèi)通過織物的空氣量越多，織物的透氣性越強。

(2)織物透濕性測試

織物的透濕性能用透濕杯法測試，分吸濕法和蒸發(fā)法兩種，本實驗選項用蒸發(fā)法。

實驗原理：把盛有水并封以織物試樣的透濕杯放置于規(guī)定溫度和濕度的密封環(huán)境中，根據(jù)一定時間內(nèi)透濕杯(包括試樣和水)質(zhì)量的變化，計算出透濕量[4]。

實驗環(huán)境：溫度25℃,相對濕度控制在20%，循環(huán)氣流速度為0.3m/s～0.5m/s。

實驗試樣：直徑70mm，透濕杯內(nèi)徑60m,杯深22mm。

計算公式：

WVT=△m/(A*t)

公式中：WVT為每平方米每天(24h)的透濕量(g/m2.d)，t為試驗時間(h)，Δm為同一實驗組合體2次稱重之差(g)，A為試樣實驗面積[5]。

1.4 織物保溫性測試

對于評價織物的保暖性能，平板法是一種國內(nèi)外運用最早也最廣泛，理論和實踐上都比較成熟的方法。平板法是在基本無風(fēng)速(風(fēng)速小于10cm/s)、設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(模擬體表溫度36℃)情況下測試織物的保溫率。

實驗試樣：30cm×30cm，每種試樣各取3塊。

實驗環(huán)境：溫度20℃±2℃，相對濕度65%±2%。

實驗步驟：將試樣覆蓋在平板式織物保暖儀的試驗板上,試驗板底板以及周圍的保護(hù)板都用電熱控制相同的溫度并通過通、斷電保持恒溫,使試驗板的熱量只能通過試樣的方向散發(fā)。通過測定試驗板在一定的時間保持恒溫所需要的加熱時間來計算織物的保暖指標(biāo)—保暖率、傳熱系數(shù)和克羅值。保暖率Q是指無試樣時的散熱量Q1和有試樣時的散熱量Q2之差與無試樣時的散熱量Q1之比的百分率[7]。該值越大,試樣的保暖性越好。公式為：

Q=(Q1-Q2)/Q1×100%

公式中：Q為保溫率(%)，Q1為無試樣散熱量(W/℃)，Q2為有試樣散熱量(W/℃)

2 結(jié)果與分析

2.1 織物風(fēng)格測試結(jié)果與分析

2.1.1 織物組織對織物風(fēng)格的影響分析

表4 織物風(fēng)格性能16個指標(biāo)測試結(jié)果

從表4中可以看出，雙層織物單位克重下的拉伸比功和拉伸回復(fù)率都比單層組織單位克重下的拉伸比功和拉伸回復(fù)率小，剪切剛度2HG/G、單位克重彎曲剛度都比單層織物的剪切剛度2HG/G和單位克重彎曲剛度大，以上各項指標(biāo)說明雙層織物的柔軟性低于單層織物的柔軟性；但是雙層織物單位克重下的壓縮比功比單層織物單位克重下的壓縮比功大，說明雙層織物的豐滿度和蓬松度要比單層織物的豐滿度和蓬松度好。另外，雙層組織中的連接線會在織物表面形成燈芯點，增加了織物表面的粗糙度，使得雙層織物的摩擦性能MMD/SMD的值比單層織物的MMD/SMD值大[6]。

2.1.2 纖維性狀和紗線性狀對織物風(fēng)格的影響分析

比較雙層織物1、2、3，單層織物4、5、6，從表4中可以看出混紡紗織物的單位克重拉伸比功和拉伸回復(fù)率都比純羊絨織物的單位克重拉伸比功和拉伸回復(fù)率大，而且緊密紡混紡紗織物的單位克重拉伸比功和拉伸回復(fù)率要比環(huán)錠紡混紡織物的單位克重拉伸比功和拉伸回復(fù)率大。這是因為紗線的拉伸性能不同導(dǎo)致的，緊密紡混紡紗的拉伸性能比環(huán)錠紡混紡紗和純羊絨紗的拉伸性能都好。另外，緊密紡混紡紗毛羽較少，更光潔，使紗線間相互作用力較小。

混紡紗織物的單位克重彎曲剛度及剪切剛度2HG/G要比純羊絨織物的單位克重彎曲剛度及剪切剛度2HG/G大，混紡紗織物的柔軟性不如純羊絨織物的柔軟性好，其中緊密紡混紡紗織物的柔軟性要比環(huán)錠紡混紡紗織物的柔軟性好。這是因為纖維初始模量是織物剛?cè)嵝缘臎Q定因素，羊絨纖維初始模量較小，羊絨紗線蓬松柔軟，因此純羊絨紗織物柔軟性較好。另外，緊密紡紗線毛羽較少，光潔，紗線間相互作用力較小，使得緊密紡混紡紗織物的柔軟性比環(huán)錠紡混紡紗織物的柔軟性較好。同時，混紡紗織物的單位克重壓縮比功比純羊絨紗織物的單位克重壓縮比功小，混紡紗織物的摩擦性能MMD/SMD值比純羊絨紗織物的摩擦性能MMD/SMD值大，說明混紡紗織物的豐滿度、蓬松性、滑糯性不如純羊絨紗織物。

2.1.3 織物基本手感測試結(jié)果分析

表5 織物基本手感測試結(jié)果

從表5中可以看出，織物組織不同時，雙層織物的柔軟性和滑爽性不如單層織物，但是雙層織物的硬挺度、平展度、豐滿度都比單層織物好，且硬挺度的值小于5，仍然具有較好的柔軟性，并與單層織物相比具有一定的身骨?？椢锝M織相同時，純羊絨紗織物的柔軟性、豐滿性、滑爽性比混紡紗織物的柔軟性、豐滿性、滑爽度好。其中緊密紡混紡紗織物的柔軟性、滑爽性比環(huán)錠紡混紡紗織物的柔軟性、滑爽性好。

2.2 織物透氣、透濕性測試結(jié)果分析

表6 織物透氣、透濕性測試結(jié)果

2.2.1 織物組織對織物透氣、透濕性的影響分析

從表6中可以看出雙層織物的透氣量和透濕量都比單層織物的透氣量和透濕量小。這是因為雙層織物厚度大，且紗線之間連接點較多，織物空隙較小，氣體和濕氣從織物到外界的通道較長。因此，雙層織物的透氣、透濕性較差，保溫性較好。

2.2.2 纖維性狀和紗線性狀對織物透氣、透濕性的影響分析

比較雙層織物1、2、3以及單層織物4、5、6，可以看出不管是雙層織物還是單層織物，純羊絨紗織物的透氣性比混紡紗織物的透氣性略小，其中緊密紡混紡紗織物的透氣性最好；但是純羊絨紗織物的透濕性卻比混紡紗織物的透濕性好，其中緊密紡混紡紗織物的透濕性比環(huán)錠紡混紡紗織物的透濕性好。

2.3 織物保溫性能測試結(jié)果分析

表7 織物保暖性測試結(jié)果

2.3.1 織物組織對織物保暖性的影響分析

從表7中可以看出，雙層織物的保暖率比單層織物的保暖率大，這是由于織物組織結(jié)構(gòu)不同會引起織物厚度和單位重量不同。而織物越厚，單位克重越大，樣品的保暖性就越高，這是因為靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于纖維材料，紡織品的保暖性主要取決于面料纖維層中所包含的靜止空氣的含量，纖維層厚度越大，靜止空氣的含量就越高，其保溫率就越大。雙層織物的厚度與單位克重均比單層織物的厚度與單位克重大，所以雙層織物的保暖性比單層織物的保暖性好。

2.3.2 纖維性狀和紗線性狀對織物保暖性的影響分析

從表7中可以看出，織物中蓄熱調(diào)溫纖維的含量越多，其平方米克重保暖率越大。這是因為蓄熱調(diào)溫纖維能靈敏的感應(yīng)到溫度變化而激發(fā)相變，提供或吸收熱量，具有調(diào)節(jié)溫度、延緩溫度變化的作用，蓄熱調(diào)溫纖維的含量越多，織物的相變焓值越大，調(diào)節(jié)溫度的能力越大。此外，當(dāng)織物組織與蓄熱調(diào)溫纖維含量均相同時，緊密紡混紡紗織物和環(huán)錠紡混紡紗織物的保暖率略有差異，這是由于不同成紗方法紡制的混紡紗中兩種纖維的轉(zhuǎn)移情況不同，緊密紡混紡紗比環(huán)錠紡混紡紗羊絨纖維更多的分布在紗線結(jié)構(gòu)的外層，而羊絨纖維的導(dǎo)熱系數(shù)較小，保暖性較好[8]。

3 結(jié)論

(1)對于不同組織結(jié)構(gòu)的織物，雙層織物的密實度、硬挺度、平整度、豐滿度比單層織物的密實度、硬挺度、平整度、豐滿度要好；織物組織相同時，羊絨纖維含量越多，織物的滑糯性、柔軟性、豐滿度越好；織物組織與羊絨纖維含量相同時，緊密紡混紡紗織物的柔軟性、滑爽性比環(huán)錠紡混紡紗織物的柔軟性、滑爽性好。

(2)對于不同組織的織物，雙層織物的透氣、透濕性比單層織物的透氣、透濕性差；織物組織相同時，羊絨纖維含量越多，織物的透氣性較差，透濕性較好。織物組織和羊絨含量相同時，緊密紡混紡紗織物的透氣、透濕性比環(huán)錠紡混紡紗織物的透氣、透濕性好。

(3)對于不同組織結(jié)構(gòu)的織物，雙層織物的保暖性比單層織物的保暖性好；對于相同單位克重的織物，蓄熱調(diào)溫纖維的含量越多，織物的保暖性越好；織物組織與蓄熱調(diào)溫纖維含量相同時，緊密紡混紡紗織物保暖性比混紡紗織物的保暖性好。

(4)智能調(diào)溫羊絨雙層針織物充分發(fā)揮兩種纖維的優(yōu)異特性，最大程度的滿足了羊絨風(fēng)格和調(diào)溫功能，該織物在一定條件下具有良好的自動調(diào)溫功能，織物輕薄，卻能保暖，產(chǎn)品雖厚，也感涼爽，穿著舒適，季節(jié)與地域適應(yīng)性好，拓寬了羊絨產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，在將來會有很大的發(fā)展。