防羽面料孔徑及分布特征與透氣性和防鉆絨性的關(guān)系

董甜甜，王 蕾，高衛(wèi)東

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))，江蘇 無錫 214122)

防羽面料是指紗線線密度較小而織物經(jīng)緯密度較大的薄型織物[1]，防鉆絨性和透氣性是評價其性能的重要指標(biāo)。目前主要通過織物組織結(jié)構(gòu)等參數(shù)研究防羽面料的透氣和防鉆絨性能[2-3]?？椢锏慕M織結(jié)構(gòu)決定了織物的孔隙結(jié)構(gòu)，而孔隙大小及其分布對織物的透氣、透濕、防鉆絨等性能有直接影響[4-5]。狄劍鋒等[6]采用質(zhì)量分級法，研究了5種棉和棉/滌綸機織物的毛細孔徑分布與其組織結(jié)構(gòu)及組分的關(guān)系；于磊等[7]通過孔徑分布研究了高密織物的防水透濕性能發(fā)現(xiàn)，小孔對透濕性起主導(dǎo)作用，大孔對織物的防水影響明顯；張文娟等[8]研究發(fā)現(xiàn)毛織物的體積孔隙率、表面孔隙率和平均孔徑與濕阻呈非線性關(guān)系；Aisha等[9]發(fā)現(xiàn)平紋棉織物的孔徑大部分呈矩形，孔的大小分布不均，當(dāng)保持紗線線密度不變，改變織物的密度時，棉織物的透氣性隨孔徑的增大而增大；李小倩等[10]使用壓汞法測得織物的孔隙率發(fā)現(xiàn)，透氣率與孔隙率呈正相關(guān)。但通過孔隙特征對防羽面料透氣和防鉆絨性能的研究較少。

本文采用美國PMI公司的CFP-1100A型多功能孔徑儀對防羽面料的孔隙分布進行測試，通過分析防羽面料的孔徑分布規(guī)律，得出面料的孔徑分布與透氣性和防鉆絨性之間的關(guān)系，進而提出一種透氣性和防鉆絨性的綜合評價方法。

1 實驗部分

1.1 試樣選擇

實驗面料采用江蘇金太陽紡織科技股份有限公司和羅萊生活科技股份有限公司提供的10種防羽面料，原料分為純棉、滌/棉交織織物，組織為平紋和五上三下經(jīng)緞紋，面料的規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 面料規(guī)格參數(shù)Tab.1 Structural specifications of fabric samples

1.2 實驗方法

1.2.1 孔徑測量

采用美國PMI公司的CFP-1100A型多功能孔徑儀測量面料的孔徑特征值。在距離每種面料布邊大于10 cm的位置上均勻選取9塊試樣，每個試樣的尺寸為4 cm×4 cm，取樣示意圖如圖1所示。取樣后將試樣放在酒精溶液中，待完全浸潤后，放入多功能孔徑分析儀器內(nèi)進行測試。

圖1 取樣示意圖Fig.1 Sampling diagram

通過測量試樣受到的瞬時壓力和流經(jīng)試樣孔隙的液體流量，可獲得壓力-流量的變化曲線。根據(jù)ASTM F316—2003《用起泡點和氣孔平均流量法測定膜過濾器孔隙尺寸特點的標(biāo)準試驗方法》計算孔徑分布，計算公式為

D=4γcosθ/P

式中：D為孔徑值，μm；γ為液體表面張力，mN/m；θ為液體接觸角，(°)；P為壓差，Pa。

1.2.2 透氣性測試

選用寧波紡織儀器廠生產(chǎn)的YG461E-Ⅲ型全自動透氣量儀，按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》測試面料的透氣性。每種面料在距離布邊大于10 cm的位置上均勻選取10塊試樣(直徑為10 cm的圓形)。將試樣夾持在試樣圓臺(面積為20 cm2)上，設(shè)定試樣兩側(cè)的壓降為100 Pa，記錄空氣通過試樣氣流的流量，依據(jù)下式計算透氣率。

式中：Q為透氣率，mm/s；qv為平均氣流量，dm3/min；A為試樣面積，cm2；167為換算系數(shù)。

1.2.3 防鉆絨性測試

用大榮紡織儀器有限公司的YG(B)819D型織物防鉆絨性能測試儀，按照GB/T 12705.2—2009《紡織品 織物防鉆絨性試驗方法 第2部分：轉(zhuǎn)箱法》測試面料的防鉆絨性能。

將面料制成42 cm×41 cm的試樣袋，袋內(nèi)裝一定質(zhì)量的羽絨(本文實驗采用含絨量為90%的白鴨絨)；然后將試樣袋放在裝有硬質(zhì)橡膠球的實驗機回轉(zhuǎn)箱內(nèi)，通過將橡膠球轉(zhuǎn)至一定高度，沖擊箱內(nèi)的試樣，模擬羽絨制品在服用過程中受到的各種擠壓、揉搓、碰撞等作用。設(shè)定回轉(zhuǎn)箱正反轉(zhuǎn)動1 000次，以正反2次轉(zhuǎn)動鉆出面料的羽絨根數(shù)之和評定織物的防鉆絨性能。

根據(jù)GB/T 14272—2011《羽絨服裝》規(guī)定，與絨直接接觸織物的防鉆絨性要求分別為優(yōu)等品≤5根，一等品≤15根，合格品≤50根進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物孔徑分布分析

根據(jù)多功能孔徑儀測得的10種面料的孔徑大小的分布頻率，利用克隆巴赫α系數(shù)[11]信度衡量每種面料9塊試樣的測量結(jié)果，得到10種面料的信度系數(shù)均在0.6以上，證明數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較高，因此，采用9次測量數(shù)據(jù)的平均值表示面料的孔徑分布特征，選取部分試樣的測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 防羽面料孔徑分布圖Fig.2 Pore size distribution of down-proof fabric

以正態(tài)分布函數(shù)對10種面料的孔徑分布數(shù)據(jù)進行擬合，擬合結(jié)果如表2所示。可知：方程的判定系數(shù)R2均在0.75以上；3#面料的孔徑均值最小，標(biāo)準差也較小，即孔徑值均勻度較高；而10#面料的孔徑均值最大，標(biāo)準差也較大，即孔徑分布的均勻度較低。分析還發(fā)現(xiàn)，孔徑分布的均值與標(biāo)準差之間的相關(guān)系數(shù)為0.99，說明防羽面料孔徑均值越大，孔徑值分布越離散。由于本文的面料密度和紗線線密度為織物織造時的規(guī)格參數(shù)，經(jīng)后整理后這些參數(shù)會發(fā)生一定的變化，因而在此不討論規(guī)格參數(shù)對面料性能的影響。

2.2 孔徑分布與透氣性的關(guān)系

10種防羽面料透氣性和相應(yīng)孔徑均值關(guān)系如表3所示?？芍涸谠虾徒M織結(jié)構(gòu)相同的情況下，隨著孔徑均值的減小，面料透氣率也減??；滌綸/棉經(jīng)緞紋交織面料2#小于1#，滌綸/棉交織平紋面料3#最小，4#和5#相近，純棉緞紋面料7#、8#、9#、6#依次減小。由于空氣主要從面料紗線間及紗線內(nèi)纖維間的孔隙通過，原料不同使得紗線內(nèi)纖維間的孔隙大小不同，而織物組織影響了孔徑分布情況，因此,面料的透氣性不僅受孔徑均值影響，還受到原料和組織的影響。

表2 防羽面料孔徑分布正態(tài)分布擬合方程參數(shù)Tab.2 Parameters of fitting equation for normal distribution of pore size distribution of down-proof fabric

表3 防羽面料透氣性和孔徑均值的關(guān)系Tab.3 Relationship between breathability and mean pore size of down-proof fabric

2.3 孔徑分布與防鉆絨性的關(guān)系

10種防羽面料鉆絨根數(shù)和相應(yīng)孔徑均值關(guān)系如表4所示?？砂l(fā)現(xiàn)，孔徑均值與鉆絨根數(shù)呈正相關(guān)，面料組織和原料對鉆絨根數(shù)的影響較小。以孔徑均值(x)為自變量，鉆絨根數(shù)(y)為因變量，經(jīng)非線性回歸擬合，可得到擬合方程為

y=(1.37×10-3)x4.07+10.97

方程的判定系數(shù)R2為0.94，二者的關(guān)系曲線如圖3所示?？煽闯?，鉆絨根數(shù)隨著孔徑均值的增大而增大。當(dāng)孔徑均值小于8 μm時，鉆絨根數(shù)較小且增長趨勢比較平緩，這是由于一般絨枝的直徑在7.5～30 μm之間，絨小枝的平均直徑約為6.7 μm[12]，此時孔徑均值小于一般羽絨的直徑，因此，可有效阻止羽絨的鉆出。當(dāng)孔徑均值大于8 μm時，鉆絨根數(shù)隨著孔徑均值增大呈現(xiàn)快速上升趨勢。當(dāng)孔徑均值超過12.5 μm后，面料的鉆絨根數(shù)將超出防鉆絨性要求的最低標(biāo)準(50根)。

表4 防羽面料防鉆絨性和孔徑均值的關(guān)系Tab.4 Relationship between anti-drilling and mean pore size of down-proof fabric

圖3 孔徑均值與鉆絨根數(shù)的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between mean pore size and number of drilled piles

2.4 孔徑分布與透鉆比的關(guān)系

通過上文透氣性和防鉆絨性的分析結(jié)果，提出采用變異系數(shù)表征防羽面料孔徑分布的均勻度(cv)，其計算公式為

式中，μ和σ分別為孔徑正態(tài)分布擬合方程的均值和標(biāo)準差，μm。

一般來說，面料的透氣性越好，其防鉆絨效果越差[2]，為綜合衡量面料的防鉆絨性和透氣性能，定義透氣率和鉆絨根數(shù)的比值為透鉆比，進一步探索孔徑分布特征與防羽面料性能的關(guān)系。透鉆比數(shù)值越大，表明面料的透氣和防鉆絨性能越好。10種防羽面料孔徑的變異系數(shù)和透鉆比結(jié)果見表5。

由表5可知，孔徑的變異系數(shù)和透鉆比呈現(xiàn)顯著負相關(guān)關(guān)系(r=-0.78)，即隨著孔徑變異程度的減小，透鉆比增大，對應(yīng)面料的透氣性和防鉆絨性的綜合性能越好。例如，9#面料的孔徑變異系數(shù)比10#

表5 防羽面料孔徑變異系數(shù)和透鉆比結(jié)果Tab.5 Coefficient of pore size variation and through drilling ratio results of down-proof fabric

面料小0.162，即9#比10#面料孔徑分布更均勻；在透氣性和防鉆絨性方面，9#與10#面料相比，透氣率從13.9 mm/s增加到19.3 mm/s，鉆絨根數(shù)由11根增加到50根，透氣率增加的幅度顯著小于鉆絨根數(shù)增加幅度，9#比10#面料的透鉆比大0.878，因此，9#面料的透氣性和防鉆絨性的綜合性能優(yōu)于10#面料?？讖椒植季鶆蛐杂稍稀⒓徏喎绞?、織造工藝和后整理等多方面因素決定，影響了面料透氣和防鉆絨性。

3 結(jié) 論

1) 通過CFP-1100A型多功能孔徑儀可測得面料的孔徑信息，防羽面料的孔徑分布呈正態(tài)分布規(guī)律，且防羽面料的孔徑均值與標(biāo)準差呈顯著正相關(guān)。

2) 對于本文所選的試樣，防羽面料透氣率在原料和組織相同的情況下，隨著孔徑均值的減小，透氣率也隨之減小。孔徑均值與鉆絨根數(shù)呈顯著正相關(guān)，當(dāng)孔徑均值大于8 μm時，面料的鉆絨根數(shù)顯著上升，防鉆絨效果變差。

3) 定義透氣率和鉆絨根數(shù)的比值為透鉆比，提出以透鉆比綜合衡量面料的防鉆絨性和透氣性。分析發(fā)現(xiàn)透鉆比與孔徑分布變異系數(shù)顯著負相關(guān)，變異系數(shù)越小，孔徑分布均勻度越高，面料的防鉆絨性和透氣性越好。