熱濕舒適性織物的發(fā)展現(xiàn)狀

范追追 翟世雄 蔡再生

東華大學(xué) 化學(xué)化工與生物工程學(xué)院(中國(guó))

中國(guó)《全民健身計(jì)劃(2016—2020年)》實(shí)施以來(lái)，進(jìn)行體育運(yùn)動(dòng)的人日益增多，全民運(yùn)動(dòng)的觀念深入人心。全民運(yùn)動(dòng)極大地刺激了運(yùn)動(dòng)健身核心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也對(duì)運(yùn)動(dòng)服飾提出了更高要求。

人運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生汗液，若這些汗液不能快速排出體外，將使人體產(chǎn)生不舒適感，甚至滋生細(xì)菌。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)服多采用棉織物，棉織物具有較好的透氣性、吸濕性，平時(shí)穿著時(shí)感覺(jué)比較舒適，但當(dāng)出汗量較大時(shí)，因棉纖維導(dǎo)濕性差，從而使汗液在織物中的擴(kuò)散性差，造成較差的服用舒適感。20世紀(jì)60—70年代，合成纖維的出現(xiàn)給人們提供了新的研究方向，吸濕快干的概念由此產(chǎn)生[1]。人們開(kāi)始從吸濕快干的角度研究改善織物的熱濕舒適性。本文對(duì)熱濕舒適性的機(jī)理進(jìn)行了介紹，并從纖維開(kāi)發(fā)、組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和后整理等方面對(duì)吸濕快干織物進(jìn)行概述。

1 織物的熱濕舒適性

織物的熱濕舒適性指織物對(duì)人體表面微環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)的性能[2]。織物的吸濕快干性能對(duì)織物的熱濕舒適性至關(guān)重要。

人體表面水分的排出方式主要有兩種：無(wú)感出汗和有感出汗。無(wú)感出汗時(shí)主要是汽態(tài)水分的傳遞，即汽態(tài)汗液通過(guò)織物間的空隙擴(kuò)散到環(huán)境中，或形成液態(tài)水順著毛細(xì)管進(jìn)行傳導(dǎo)，最后在織物表面蒸發(fā)擴(kuò)散。有感出汗，即形成液態(tài)汗液，通過(guò)毛細(xì)管作用被傳輸?shù)娇椢锉砻孢M(jìn)行擴(kuò)散蒸發(fā)[3]。為加快汗液在織物中的擴(kuò)散與蒸發(fā)，人們主要從纖維原料的改性、組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和后整理3個(gè)方面對(duì)織物進(jìn)行研究。

2 纖維改性

纖維原料的改性主要包括化學(xué)改性和物理改性兩種方法，使用較廣泛的是物理改性。

2.1 化學(xué)改性

化學(xué)改性是通過(guò)化學(xué)的方法對(duì)纖維進(jìn)行改性，主要改變其親疏水性，從而改善織物的熱濕舒適性。常用方法主要有接枝法、共聚法及利用化學(xué)試劑處理法?；瘜W(xué)改性應(yīng)用較少，本文重點(diǎn)介紹物理改性。

2.2 物理改性

物理改性是通過(guò)改變纖維的物理形態(tài)以增加水分的傳導(dǎo)途徑。經(jīng)物理改性的纖維主要有異形截面纖維、細(xì)旦纖維、中空纖維和雙組分復(fù)合共紡纖維。

2.2.1 異形截面纖維

普通合成纖維的橫截面通常為圓形，其吸濕透氣性較差，用作運(yùn)動(dòng)面料時(shí)會(huì)使服用者產(chǎn)生悶熱黏附感。異形截面使纖維表面具有較多溝槽，以此可增加纖維的毛細(xì)管效應(yīng)。如“+”字形、“Y”字形、“花瓣”形、“U”字形截面纖維，其表面呈溝槽狀，有助于將皮膚表面的汗液迅速吸收、轉(zhuǎn)移和蒸發(fā)，達(dá)到快導(dǎo)快干目的。

國(guó)外研究者對(duì)異形截面纖維的研究較早，如美國(guó)杜邦公司研發(fā)出Coolmax纖維。其早期產(chǎn)品截面呈“十”字形，之后又開(kāi)發(fā)出截面呈“CO”形的產(chǎn)品，其圓形纖維為中空狀，纖維管壁上分布有很多細(xì)小微孔，這種結(jié)構(gòu)使其具有很好的導(dǎo)濕性。中國(guó)對(duì)異形截面纖維的研究較晚，但也取得不少成果，如國(guó)家紡織產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中心與泉州海天輕紡集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的具有吸濕排汗功能的紡織品Cool Dry，其使用的纖維是具有“十”字形截面的異形纖維；臺(tái)灣豪杰集團(tuán)生產(chǎn)的Technofine纖維截面呈獨(dú)特的超扁平的“W”型[4]，此纖維可大幅提升織物的吸濕快干性能。異形纖維在運(yùn)動(dòng)服飾織物中的應(yīng)用潛力巨大。

2.2.2 細(xì)旦纖維

結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，當(dāng)纖維足夠細(xì)時(shí)，將呈現(xiàn)新的、其他纖維無(wú)法比擬的優(yōu)良特性。細(xì)旦纖維的發(fā)展始于滌綸。20世紀(jì)60年代中期，日本采用單組分熔紡法首次生產(chǎn)出線密度為0.04～0.11 tex(0.4～1.0 D)的細(xì)旦滌綸長(zhǎng)絲，隨后不同規(guī)格的細(xì)旦纖維相繼研發(fā)成功。纖維的細(xì)旦化已成為合成纖維發(fā)展趨勢(shì)之一。細(xì)旦纖維制成的織物，其內(nèi)部的毛細(xì)管效應(yīng)大幅增加，從而顯著提升了織物的透氣和導(dǎo)濕性能。采用超細(xì)纖維制備的織物，內(nèi)部毛細(xì)管更細(xì)、數(shù)量更多，能顯著增強(qiáng)織物的毛細(xì)管效應(yīng)，進(jìn)而改善織物的透氣性和導(dǎo)濕性。如Nike公司的DriFIT面料采用超細(xì)纖維，利用虹吸作用將汗液迅速吸收到面料的表層。穿著此面料制成的服裝，出汗初期，其舒適度甚至高于棉織物服裝，雖大量出汗時(shí)會(huì)貼在身上，但比普通服裝干得更快。

2.2.3 中空纖維

中空纖維的內(nèi)部為類(lèi)似于吸管的中空結(jié)構(gòu)，可顯著減小纖維自身質(zhì)量。汗液可順著內(nèi)部中空的毛細(xì)管進(jìn)行傳導(dǎo)[5]。與棉、毛等天然纖維不同，因內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)的存在，可加快汗液的傳導(dǎo)，使人體皮膚保持干爽舒適。

第一代中空多微孔纖維被命名為Wellkeyfilament。分布在該纖維表面的微孔與中空部分連通，有助于汗液通過(guò)微孔進(jìn)入中空部分，達(dá)到吸濕效果；同時(shí)，有助于汗液到達(dá)織物表面而揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)快干。這種纖維的吸汗性高于棉纖維。日本帝人公司研制出的一款名為Octa的中空纖維，這種纖維具有8個(gè)凸面，其截面呈放射狀，具有吸濕快干、質(zhì)量輕盈、快速蓬松等特性。

2.2.4 雙組分復(fù)合共紡纖維

雙組分復(fù)合共紡纖維的制備是將兩種聚合物分別熔融，在導(dǎo)孔的入口處，兩種聚合物的細(xì)流匯合，不發(fā)生混合但一并擠出，形成復(fù)合纖維。主要有皮芯型復(fù)合纖維、海島型復(fù)合纖維、并列型復(fù)合纖維和裂片型復(fù)合纖維。

3 織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除了纖維本身固有的性能，織物的組織結(jié)構(gòu)、編織密度和紗線組合也影響織物的吸濕快干性能[6]。對(duì)織物結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)可增加服裝的舒適度，織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常遵循下述幾種原理[7-8]。

3.1 點(diǎn)、線接觸原理

點(diǎn)、線接觸主要是通過(guò)減少織物與皮膚的接觸面積，使織物與皮膚之間留有一定的空間，通過(guò)凹凸變化，使空氣流入皮膚表面空間，提高速干性。如一些針織物，可通過(guò)線圈與集圈配合，使織物內(nèi)表面形成一個(gè)個(gè)凹面。有些織物還可通過(guò)設(shè)計(jì)不同的羅紋組織結(jié)構(gòu)，使織物的內(nèi)表面呈溝槽狀。Adidas的ClimaCool面料采用特殊處理的雙層網(wǎng)眼面料。其內(nèi)層為小網(wǎng)眼，在減少與皮膚接觸面積的同時(shí)，吸收和傳輸汗液與濕氣。外層則采用大網(wǎng)眼，便于汗液和濕氣蒸發(fā)，從而保持體表干燥舒適。

3.2 差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)原理

差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)通常發(fā)生在雙層或多層織物中?？椢锏膬?nèi)層具有較粗的毛細(xì)管，外層則相反，得到的織物兩層界面處會(huì)產(chǎn)生附加壓力差。在這種附加壓力差的作用下，織物中的汗液會(huì)從織物的內(nèi)層向外層流動(dòng)，從而保持體表干爽。在設(shè)計(jì)織物時(shí)，合理選擇纖維的細(xì)度、紗線直徑、織物密度等參數(shù)，可得到具有差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)的織物。

3.3 燈芯點(diǎn)芯吸效應(yīng)原理

作用于液體表面，使液體表面積縮小的力為液體表面張力。在表面張力的作用下，液體沿潤(rùn)濕的細(xì)管上升的現(xiàn)象為芯吸效應(yīng)?？椢锏膬?nèi)層使用疏水性纖維編織，外層使用親水性纖維編織，可形成濕度梯度差，中間用導(dǎo)濕性纖維連接則可形成燈芯點(diǎn)芯吸效果。

選擇合適的纖維，再經(jīng)過(guò)合理的組織設(shè)計(jì)，可顯著提高織物的服用舒適度。如Nike的Sphere Dry面料，具有優(yōu)良的排汗透氣性，主要用于制作高端比賽用背心和短褲。此面料內(nèi)層為吸汗性能好的纖維，外層則為透氣排汗纖維，加之其獨(dú)特的編織結(jié)構(gòu)，可為穿著者提供優(yōu)異的穿著舒適性。Karthik等[8]將乳草纖維與聚酯纖維以不同比例混紡，再用不同比例的混紡纖維與聚酯纖維混合編織，研究發(fā)現(xiàn)，混紡纖維中乳草纖維質(zhì)量百分比為40%時(shí)，所得織物具有良好的單向?qū)裥浴?/p>

4 后整理

通過(guò)后整理的方法對(duì)織物進(jìn)行整理，可改變其親疏水性，從而提高織物的服用舒適性。主要包括吸濕排汗整理和單向?qū)裾?，其中吸濕排汗整理主要針?duì)滌綸等合成纖維織物。

4.1 吸濕排汗整理

吸濕排汗整理是通過(guò)后整理方法提高織物表面的親水性，有化學(xué)法和物理法。如在疏水的滌綸表面進(jìn)行接枝聚合，將親水性組分引入滌綸的大分子鏈上，從而增強(qiáng)整理效果的耐久性。利用等離子體法對(duì)織物進(jìn)行表面改性也是一種有效的方法，但因該方法的試驗(yàn)條件較嚴(yán)苛，目前仍主要處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。在織物表面吸附固著親水性整理劑是近年來(lái)應(yīng)用較廣的后整理方法，該方法具有成本低、操作簡(jiǎn)單、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[9]，但這種方法存在耐水洗牢度差的缺點(diǎn)。常用的來(lái)改善滌綸親水性的整理劑大致可分為聚酯聚醚類(lèi)、聚氨酯類(lèi)、聚硅氧烷類(lèi)、聚丙烯酸酯類(lèi)及殼聚糖類(lèi)。彭志忠等[10]利用吸濕快干整理劑Hydroperm NPU liq對(duì)錦氨針織物進(jìn)行吸濕快干整理。結(jié)果表明，整理后的錦氨針織物具有較好的吸濕快干性能及抗靜電性，且持久性較好，對(duì)織物色牢度影響較小。

4.2 單向?qū)裾?/h3>

單向?qū)裾硎窃诳椢锏膯蚊孢M(jìn)行整理，改變織物單面的親疏水性，使織物正反兩面具有不同的親水性，形成濕度梯度。單向?qū)裾淼膬?yōu)點(diǎn)在于水分可從體表轉(zhuǎn)移到織物表面卻不能反向轉(zhuǎn)移，使得體表可保持干爽。近年來(lái)對(duì)單向?qū)窨椢锏难芯恐饾u增多，通過(guò)后整理達(dá)到單向?qū)竦姆椒ㄖ饕袊娡糠?、泡沫法和印花法?/p>

4.2.1 噴涂法

噴涂法是借助壓力通過(guò)碟式霧化器或噴槍將液體分散成均勻、細(xì)小的霧滴，然后噴涂到基本表面的一種涂裝方法。Wang等[11]利用電噴涂的方法對(duì)平紋編織棉織物進(jìn)行處理，通過(guò)控制電壓大小、噴頭離織物的距離等可得到單向?qū)窨椢?。Zhou等[12]使用棉織物作為基材，以電噴涂技術(shù)在織物的一側(cè)施加疏水涂層，使其具有單向?qū)裥浴Ｔ陔妵娡壳?，他們?cè)诳椢锉砻骖A(yù)涂一層氮化硼(BN)涂層增加織物的導(dǎo)熱性，使其具有涼感。Wang等[13]利用電噴涂的方法，在棉織物表面噴涂不同的聚合物溶液，獲得一側(cè)親水一側(cè)疏水的棉織物。Zeng等[14-15]利用電噴涂法在水解后的聚酯織物上噴涂一層SU-8疏水劑，使噴涂一側(cè)具有疏水性，另一側(cè)仍保持親水性，研究還討論了噴涂整理層的厚度對(duì)單向?qū)裥阅艿挠绊?，并測(cè)試了干燥和濕潤(rùn)狀態(tài)下單向?qū)窨椢锏臒徂D(zhuǎn)移性。

4.2.2 泡沫法

泡沫法是采用泡沫作為應(yīng)用介質(zhì)代替水相溶液，以空氣作為稀釋劑的一種整理技術(shù)。其工藝精簡(jiǎn)、節(jié)能節(jié)水、污水排放少、生產(chǎn)穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高。影響泡沫法的主要因素有發(fā)泡比、半衰期及涂層厚度。

4.2.3 印花法

通過(guò)平網(wǎng)或圓網(wǎng)印花的方法在織物上進(jìn)行單面整理，使疏水劑或親水劑以一定的圖形分布在織物的一側(cè)，同時(shí)控制滲透深度，使織物的一側(cè)呈親水性，一側(cè)呈部分疏水性，構(gòu)成親疏水雙側(cè)結(jié)構(gòu)。Yang等[16]利用平網(wǎng)印花的方式在親水性織物的單面印制不連續(xù)的疏水整理劑，研究了不同組織結(jié)構(gòu)、不同整理面積及不同整理花型對(duì)織物單向?qū)裥阅艿挠绊?。張璐璐等[17]利用印花法對(duì)織物進(jìn)行單面整理，研究了疏水圖形及疏水面積對(duì)棉織物吸濕快干性能的影響，結(jié)果表明，對(duì)棉織物進(jìn)行局部疏水處理可改善棉織物的吸濕快干性能。當(dāng)疏水面積占棉織物總面積的50%，采用正方形圖案對(duì)棉織物的導(dǎo)濕性能提高最多，且整理后織物具有很好的耐水洗牢度。美國(guó)棉花公司推出了Wicking WindowsTM技術(shù)，所得織物具有單面防水、單向?qū)竦男阅躘18]。

5 總結(jié)與展望

迄今為止，對(duì)于織物吸濕排汗功能的研究工作已發(fā)展了幾十年，從纖維改性，織物的組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化創(chuàng)新，到面料的復(fù)合功能整理，其相關(guān)研究逐漸趨于成熟，可為當(dāng)今運(yùn)動(dòng)健身達(dá)人、專(zhuān)業(yè)體育人士提供較為舒適的運(yùn)動(dòng)服飾。隨著全民健身運(yùn)動(dòng)的深入開(kāi)展，人們對(duì)運(yùn)動(dòng)服飾的功能性、舒適性提出更高要求，繼續(xù)提升織物導(dǎo)濕性、排汗快干性是今后織物熱濕舒適性領(lǐng)域的研究方向之一。