防紫外線滌綸/天絲混紡織物性能研究

楚久英12

1. 江西服裝學(xué)院服裝工程學(xué)院，江西 南昌 330201；2. 江西省現(xiàn)代服裝工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330201

近年來，由于人類的生產(chǎn)和生活大量地排放氯氟烴化合物，大氣的臭氧層遭到破壞，導(dǎo)致到達(dá)地面的紫外線數(shù)量不斷增多。紫外線對人體的傷害很大，可以穿透某些衣物、人體皮膚表層，透射到真皮層并促進(jìn)分解真皮層中的膠原蛋白、彈力蛋白等具有支撐和彈性作用的蛋白質(zhì)，損傷皮膚，使皮膚松弛，加速老化，甚至引起皮膚曬傷、皮膚癌等情況，因過度的紫外線照射引起的疾病越來越多[1]。夏季的太陽光強(qiáng)烈，到達(dá)地面的紫外線強(qiáng)度可達(dá)到最大，而夏季衣物面料輕薄，其防紫外線效果較差，故人們長時間在室外活動時，應(yīng)適當(dāng)采取紫外線防護(hù)措施。因此，開發(fā)具有紫外線防護(hù)功能的織物已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

一方面，滌綸分子結(jié)構(gòu)中含有苯環(huán)，它本身的防紫外線性能是常用紡織纖維中最好的；如在其紡絲過程中加入納米ZnO等紫外線屏蔽劑[2]125，可得到紫外線防護(hù)性能更好的滌綸，即防紫外線滌綸。另一方面，由于滌綸的吸濕性差，其織物的透氣性和吸濕性也很差，如作為夏季衣料，則穿著時有悶熱感，舒適性差。通常采用滌綸與其他吸濕性較好的纖維混紡的方式，以提高織物的舒適性。有研究表明，天絲織物的透濕性、透氣性、懸垂性和柔軟性均優(yōu)于棉麻織物[3]，而且其纖維生產(chǎn)過程生態(tài)環(huán)保。因此，為了使織物同時具有良好的防紫外線性能和舒適性，本文將抗紫外線滌綸與天絲的混紡紗為原料，采用不用的天絲含量、不同的經(jīng)密和不同的織物組織制備防紫外線滌綸/天絲混紡織物，再對所得織物的抗紫外線、透氣和吸濕等性能進(jìn)行測試。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)材料

(1)選用天絲質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的防紫外線滌綸/天絲混紡紗線作為原材料，其規(guī)格見表1。

表1 原材料規(guī)格

(2)其他試驗(yàn)材料：CaCl2(即干燥劑，西隴化工股份有限公司)、蒸餾水(市售)等。

1.2 試驗(yàn)器材與設(shè)備

Y300S型全自動劍桿織樣機(jī)(南通三思機(jī)電科技有限公司)，YG(B)912E型紡織品防紫外線性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YG(B)461E型全自動織物透氣性能測試儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)，YG601E型電腦式織物透濕儀(常州市第一紡織設(shè)備有限公司)，Y802A型八籃恒溫烘箱(常州紡織儀器廠有限公司)，電子天平(上海精密儀器儀表有限公司)。

2 試驗(yàn)過程與方法

2.1 織物織造

采用表1 中的防紫外線滌綸/天絲混紡紗線，同時改變經(jīng)密和織物組織，在Y300S型全自動劍桿織樣機(jī)上進(jìn)行織造，制備成12種防紫外線滌綸/天絲混紡織物(簡稱“試樣”)，其具體配置信息見表2。要說明的是，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，緯密維持不變，而表2中給出的12種試樣的緯密并不一致，但差異很小，這可能是由經(jīng)密和織物組織變化所導(dǎo)致的。

表2 試樣的具體配置信息

2.2 表征方法

2.2.1 防紫外線性能測試

依據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》標(biāo)準(zhǔn)[4]，利用YG(B)912E型紡織品防紫外線性能測試儀對試樣的防紫外線性能進(jìn)行測試。測試原理：采用輻射波長屬中波段的紫外光源及相應(yīng)的紫外線接收傳感器，將試樣置于兩者之間，分別測試有試樣及無試樣時的紫外線輻射強(qiáng)度，計(jì)算試樣的紫外線透射比。

2.2.2 透氣性測試

依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》標(biāo)準(zhǔn)[5]，利用YG(B)461E型全自動織物透氣性能測試儀對試樣的透氣性進(jìn)行測試。測試原理：在規(guī)定的壓力差條件下，測定一定時間內(nèi)垂直通過試樣給定面積的氣流量，計(jì)算試樣的透氣率。

2.2.3 透濕性測試

依據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》標(biāo)準(zhǔn)[6]，測定試樣的透濕率。材料的透濕率越大，說明其透濕性能越好。測試原理：把盛有干燥劑并以試樣封口的透濕杯放置于規(guī)定溫度和相對濕度的密封環(huán)境中，根據(jù)一定時間內(nèi)透濕杯質(zhì)量的變化，計(jì)算試樣的透濕率。

3 結(jié)果與分析

3.1 防紫外線性能

圖1所示為12種試樣的防紫外線性能測試結(jié)果。

圖1 12種試樣的防紫外線性能測試結(jié)果

3.1.1 天絲含量的影響

由圖1中1#～6#試樣的防紫外線性能測試結(jié)果可知：

(1)純天絲織物(即6#試樣)的紫外線透射比為8.91%，而純防紫外線滌綸織物(即1#試樣)的紫外線透射比僅為1.12%，表明在其他參數(shù)基本相同的情況下(各試樣的緯密相差很小，可視為不變)，純天絲織物的防紫外線效果很差，而純防紫外線滌綸織物具有優(yōu)秀的防紫外線性能。

(2)隨著天絲含量的增加，防紫外線滌綸/天絲混紡織物的紫外線透射比逐漸增大，即防紫外線性能逐漸下降，天絲含量不超過20%時混紡織物(如2#和3#試樣)的防紫外線性能相對較好，而天絲含量達(dá)到30%時混紡織物(如4#和5#試樣)的防紫外線效果明顯變差。滌綸分子結(jié)構(gòu)中本身含有大量的苯環(huán)，其對波長小于300 nm的紫外線有很好的吸收性，而且防紫外線滌綸在其紡絲過程中添加有紫外線屏蔽劑(如納米ZnO)，因此其紫外線防護(hù)性能優(yōu)異；而天絲的主要成分是纖維素，其對紫外線的吸收能力很低，故防紫外線性能很差。

3.1.2 經(jīng)密的影響

由圖1中7#、8#、9#、10#試樣的防紫外線性能測試結(jié)果可知：

4種試樣的紫外線透射比大小順序?yàn)?0#試樣>7#試樣>9#試樣>8#試樣，說明隨著經(jīng)密的增加，防紫外線滌綸/天絲混紡織物的防紫外線性能提高。這是因?yàn)椋谄渌麉?shù)基本相同的條件下，織物經(jīng)密越大，覆蓋系數(shù)也越大，其空隙越小，紫外線的透過率也越小[2]126。

3.1.3 織物組織的影響

由圖1中4#、7#、11#、12#試樣的防紫外線性能測試結(jié)果可知：

4種試樣的紫外線透射比大小順序?yàn)?1#試樣(即8/3經(jīng)面緞紋織物)>12#試樣(即2/2方平織物)>7#試樣(即3/1右斜紋織物)>4#試樣(即平紋織物)，表明在其他參數(shù)基本相同的情況下，防紫外線性能最好的是平紋織物，其次是3/1右斜紋織物和2/2方平織物，最差的是8/3經(jīng)面緞紋織物。當(dāng)經(jīng)緯紗線密度和經(jīng)緯密度基本相同時，織物組織不同，所得織物的緊密程度不同，其會對織物的防紫外線能力產(chǎn)生較大的影響。一般織物組織的平均浮長越大，織物越疏松[7]。對于8/3經(jīng)面緞紋、2/2方平、3/1右斜紋和平紋，其組織循環(huán)的平均浮長分別為4、2、2、1，故8/3經(jīng)面緞紋織物最疏松，而平紋織物最緊密。另外，2/2方平與平均浮長相同的3/1右斜紋相比，前者的經(jīng)緯紗交織規(guī)律特殊, 相鄰兩根經(jīng)紗(緯紗)同時沉浮、平行排列，在交錯點(diǎn)處被相互擠緊，經(jīng)緯紗的受力差異較大，使織物中形成較大的直通孔隙，因此2/2方平織物的紫外線透射比大于3/1右斜紋織物。

3.2 透氣性

圖2所示為12種試樣的透氣性能測試結(jié)果。

圖2 12種試樣的透氣性能測試結(jié)果

3.2.1 天絲含量的影響

由圖2中1#～6#試樣的透氣性能測試結(jié)果可知：

1#～6#的透氣率變化不大，說明天絲織物和防紫外線滌綸織物的透氣性相當(dāng)。在其他參數(shù)基本相同的條件下，纖維對織物透氣性的影響主要取決于纖維外觀結(jié)構(gòu)[8]。天絲和防紫外線滌綸都呈平直光滑的圓柱狀，因此兩種纖維純紡和以不同混紡比混紡，所得織物的透氣性無明顯差異。

3.2.2 經(jīng)密的影響

由圖2中7#～10#試樣的透氣性能測試結(jié)果可知：

織物的透氣性隨著經(jīng)密的增加而降低。在其他參數(shù)基本相同的條件下，織物的透氣性主要取決于織物中的空隙大小及多少[9]13。經(jīng)密越大，織物緊度也越大，空隙就越少，因此透氣性越差。

3.2.2 織物組織的影響

由圖2中4#、7#、11#、12#試樣的透氣性能測試結(jié)果可知：

4種試樣的透氣率大小順序?yàn)?1#試樣>12#試樣>7#試樣>4#試樣，表明當(dāng)經(jīng)密和緯密基本相同時，織物組織對織物的透氣性影響較大，透氣性最好的是8/3經(jīng)面緞紋織物，最差的是平紋織物。在其他參數(shù)基本相同的條件下，平紋組織的交織點(diǎn)最多，浮長最短，結(jié)構(gòu)致密，紗線之間的空隙最小，因此平紋織物的透氣性最差；緞紋組織的浮長最長，結(jié)構(gòu)較為疏松，其織物的透氣性良好。

3.3 透濕性

圖3所示為12種試樣的透濕性能測試結(jié)果。

圖3 12種試樣的透濕性能測試結(jié)果

3.3.1 天絲含量的影響

由圖2中1#～6#試樣的透濕性能測試結(jié)果可知：

(1)純天絲織物(即6#試樣)的透濕率為260 g/(m2·d)， 而防紫外線滌綸織物(即1#試樣)的透濕率僅為23 g/(m2·d)，說明在其他參數(shù)基本相同的條件下，純天絲織物的透濕性比防紫外線滌綸織物的透濕性好很多。

(2)隨著天絲含量的增加，防紫外線滌綸/天絲混紡織物的透濕率逐漸增大，天絲質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加至20%時，試樣的透濕率由23 g/[m2·(24 h)]增至71 g/[m2·(24 h)]，試樣具有良好的透濕性?？椢锏耐笣裥耘c所有纖維自身的吸濕能力有很大關(guān)系[9]13。天絲為再生纖維素纖維，其吸濕能力強(qiáng)，在濕氣傳遞過程中可以發(fā)揮“吸附-擴(kuò)散-解吸”作用，而滌綸的吸濕性很差，因此天絲含量越多，混紡織物的透濕性越好。

3.3.2 經(jīng)密的影響

由圖3中7#～10#試樣的透濕性能測試結(jié)果可知：

試樣的透濕率隨著經(jīng)密的增大而減小，說明在其他參數(shù)基本相同的條件下，經(jīng)密對織物的透濕性影響很大。濕氣主要通過織物中的空隙向外轉(zhuǎn)移到織物的外層及外界空氣中，經(jīng)密越小，織物中的空隙越大，可蒸發(fā)、散逸的濕氣量也越大，因此織物的透濕性提高[9]13。

3.3.3 織物組織的影響

由圖3中4#、7#、11#、12#試樣的透濕性能測試結(jié)果可知：

4種試樣的透濕率大小順序?yàn)?1#試樣>12#試樣>7#試樣>4#試樣，表明當(dāng)經(jīng)密和緯密基本相同時，8/3經(jīng)面緞紋織物的透濕性最好，平紋織物的透濕性最差。這是因?yàn)榭椢锏耐笣裥耘c透氣性一樣，也與織物中的空隙有很大關(guān)系。

綜合比較12種試樣的防紫外線性能、透氣性和吸濕性，綜合性能最好的是7#試樣，它的紫外線透射比為4.44%，透氣率為585 mm/s，透濕率為96 g/(m2·d)。

4 結(jié)論

(1)在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)基本相同的調(diào)機(jī)條件下，隨著天絲含量的增加，防紫外線滌綸/天絲混紡織物的防紫外線效果變差，透氣性基本不變，透濕性明顯提高；天絲質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，防紫外線滌綸/天絲混紡織物兼有較好的防紫外線性和透濕性。

(2)隨著經(jīng)密的增加，防紫外線滌綸/天絲混紡織物的防紫外線效果增強(qiáng)，其透氣性和透濕性則逐漸下降。

(3)織物組織會影響防紫外線滌綸/天絲混紡織物的防紫外線性能、透氣性和透濕性，在其他結(jié)構(gòu)參數(shù)基本相同的條件下，透氣性、透濕性的大小順序?yàn)?/3經(jīng)面緞紋織物>2/2方平織物>3/1右斜紋織物>平紋織物，而防紫外線性能的大小順序相反。

(4)綜合比較12種防紫外線滌綸/天絲混紡織物的防紫外線性、透氣性和吸濕性，當(dāng)天絲質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，經(jīng)密為423根/(10 cm)，織物組織為3/1右斜紋時，所制備的防紫外線滌綸/天絲混紡織物的綜合性能最好。