成紗結(jié)構(gòu)對(duì)短纖紗及其織物導(dǎo)濕性能的影響

洪晴晴 孫豐鑫 盧雨正 高衛(wèi)東

（江南大學(xué)，江蘇無錫，214122）

導(dǎo)濕性能是服裝舒適性的重要組成部分，是各類運(yùn)動(dòng)服和休閑服穿著舒適性的一個(gè)重要影響因素。良好的導(dǎo)濕性能顯著提高服裝的舒適性，將人體產(chǎn)生的汗液、濕氣快速地傳導(dǎo)至織物表面，減少汗液停留在皮膚上產(chǎn)生的濕冷感或織物黏貼在皮膚上產(chǎn)生的不適感［1］。與長絲織物相比，短纖紗織物因其短纖結(jié)構(gòu)使得其導(dǎo)濕性能更強(qiáng)，穿著舒適度也更高。

目前市場常見的短纖紗紡紗方式有環(huán)錠紡、轉(zhuǎn)杯紡和渦流紡。與轉(zhuǎn)杯紡和渦流紡相比，環(huán)錠紡具有工序長、生產(chǎn)效率低、耗費(fèi)人力多等缺點(diǎn)，但其適用原料廣泛，應(yīng)用范圍廣，目前仍然占據(jù)紗線產(chǎn)量的主流位置［2］。轉(zhuǎn)杯紡和渦流紡都是借助氣流的力量對(duì)纖維進(jìn)行加捻成紗，轉(zhuǎn)杯紡和渦流紡產(chǎn)量高，流程短，自動(dòng)化程度高［3?4］。轉(zhuǎn)杯紡和渦流紡均屬于自由端紡紗，但成紗結(jié)構(gòu)不同。轉(zhuǎn)杯紡利用氣流帶動(dòng)纖維旋轉(zhuǎn)，在紗體表面形成類似包纏紗的結(jié)構(gòu)；渦流紡利用渦流扭轉(zhuǎn)作用，在紗體表面形成類似包芯紗的結(jié)構(gòu)。三種紡紗方法的成紗結(jié)構(gòu)不同，相應(yīng)的導(dǎo)濕性也應(yīng)有所差別。本研究對(duì)這三種紡紗方式所得紗線導(dǎo)濕性能進(jìn)行研究，探究其導(dǎo)濕性能的優(yōu)劣。

影響織物服用舒適性的因素有很多，導(dǎo)濕性能是影響織物舒適性非常重要的指標(biāo)。由于人們?cè)絹碓街匾暣┲b的舒適性，目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)織物導(dǎo)濕性能的關(guān)注和研究日益增加。朱凡凡等采用毛細(xì)芯吸法將集聚紡、賽絡(luò)紡和集聚賽絡(luò)紡紗的導(dǎo)濕性能進(jìn)行對(duì)比［5］。ONOFREI E 等人探究了織物結(jié)構(gòu)對(duì)兩種具有熱調(diào)節(jié)作用紗線所織織物的熱濕性能的影響，利用水滴擴(kuò)散面積和毛細(xì)芯吸法對(duì)織物的導(dǎo)濕性能進(jìn)行了測(cè)試［6］。本研究為避免纖維本身吸濕帶來的差異，選擇純滌綸紗線，探討紗線結(jié)構(gòu)對(duì)導(dǎo)濕性能的影響，保證測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確科學(xué)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣準(zhǔn)備

采用1.33 dtex×38 mm 的滌綸短纖維生產(chǎn)28 tex 的環(huán)錠紗、轉(zhuǎn)杯紗以及渦流紗，測(cè)試紗線的芯吸高度；用電腦橫機(jī)以1.2 m/s 的機(jī)頭速度將三種紗織成羅紋織物，對(duì)比織物的芯吸高度和水滴擴(kuò)散面積。

1.2 試驗(yàn)儀器

TONGHE 518J 型細(xì)紗機(jī)，A8 型電腦橫機(jī)，USTER TESTER 5 型條干儀 ，YG173A 型紗線毛羽測(cè)試儀，AGS?X 5KN 型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，VHX?5000 型超景深顯微鏡；YG（B）871 型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀。

1.3 紗線結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試

導(dǎo)濕性能與紗線結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，為了充分對(duì)比三種紗線的導(dǎo)濕性能，對(duì)三種紡紗方式所得紗線的成紗結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，測(cè)試了紗線的物理機(jī)械性能，并對(duì)毛細(xì)效應(yīng)和水滴擴(kuò)散面積進(jìn)行了測(cè)試。

1.3.1 紗線成紗結(jié)構(gòu)

用VHX?5000 型超景深顯微鏡觀察紗線的縱向結(jié)構(gòu)，設(shè)置放大倍數(shù)為1 000 倍。在此放大倍數(shù)下，可以清晰地看到三種紗線的纖維結(jié)構(gòu)，為相關(guān)結(jié)論的解釋提供輔助。

1.3.2 紗線的強(qiáng)力、條干和毛羽測(cè)試

采用AGS?X 5KN 型電子萬能試驗(yàn)機(jī)，選擇細(xì)紗測(cè)試模塊測(cè)試紗線的強(qiáng)力，測(cè)試50 次，取平均值。采用YG173A 型紗線毛羽測(cè)試儀測(cè)試紗線毛羽，每管測(cè)試10 次，單次測(cè)試長度10 m；采用USTER TESTER 5 型條干儀測(cè)試紗線條干。

1.3.3 紗線導(dǎo)濕性測(cè)試

采用YG（B）871 型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀對(duì)紗線的導(dǎo)濕性能進(jìn)行測(cè)試，觀察在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，有色液體沿紗線長度方向上升的高度。試驗(yàn)參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)測(cè)試方法》，測(cè)試要求為：紗線長度300 mm，張力夾約200 mg，將玫瑰紅色染色劑加入去離子水中得到有色液體，水位與標(biāo)尺零位齊平，張力夾位于標(biāo)尺零位以下（15±2）mm，測(cè)試溫度（25±2）℃，相對(duì)濕度（65±2）%，測(cè)試時(shí)間 30 min，測(cè)試 10 次，蜂鳴器響時(shí)立刻將懸垂架升起，使張力夾脫離液體，用相機(jī)正對(duì)懸垂架拍下30 min 時(shí)液體的高度，量取高度并記錄，取測(cè)試平均值。

1.4 織物的導(dǎo)濕性測(cè)試

在紗線導(dǎo)濕性能測(cè)試的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)條件和測(cè)試方法不變，對(duì)織物進(jìn)行芯吸試驗(yàn)，試樣規(guī)格為250 mm×30 mm。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)水滴在布面上的擴(kuò)散面積大，說明織物的導(dǎo)濕性能好，能夠快速將汗液傳導(dǎo)出去，保持皮膚干燥。參照GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕速干性的評(píng)定第二部分動(dòng)態(tài)水分傳遞法》。將10 cm×10 cm 貼身布面朝上平放在試驗(yàn)臺(tái)上，在布面上方1 cm 處，滴下玫瑰紅色溶液0.2 mL；利用單反相機(jī)采集30 s時(shí)玫瑰紅色溶液在布面上擴(kuò)散的圖像，在布面上方固定高度30 cm 處對(duì)布面拍照；利用Matlab 軟件進(jìn)行圖像處理，編程計(jì)算出水分分別在三種織物上的像素面積［7］；以實(shí)際面積為 2 cm×2 cm 的卡紙作為參考物體，計(jì)算出其像素面積；最后，用比值法將三種織物上水滴的像素面積轉(zhuǎn)化成實(shí)際面積，處理圖片時(shí)各織物的圖像面積和圖像像素均保持一致，圖像處理的過程：OTSU 閾值法二值化→中值濾波→最大連同域→像素量化→提取面積特征值（二值化）。

2 結(jié)果與分析

2.1 紗線成紗結(jié)構(gòu)分析

三種紡紗方式所得28 tex 紗的縱向成紗結(jié)構(gòu)如圖1 所示。從圖1（a）中可以看出，環(huán)錠紡紗的紗體較為平直，纖維排列較為緊密，但毛羽較多。從圖1（b）中可以看出，紗體中纖維最為雜亂，其紗體是由芯纖維和包纏纖維組成，紗體中纖維毫無規(guī)則地纏繞在一起；從外觀看，轉(zhuǎn)杯紗紗線品質(zhì)、光潔度較差。從圖1（c）中可以看出，渦流紡紗體的表面最為光潔，渦流紡紗具有皮芯形結(jié)構(gòu)，由纖維頭端構(gòu)成的紗芯和纖維尾端構(gòu)成的包纏纖維組成，芯纖維平行排列，無捻度，包纏纖維均勻緊密地包裹在芯紗纖維的表面，紗體表面的毛羽大部分由包纏纖維構(gòu)成。由于渦流紡紗的纖維頭端和尾端都被包裹在紗體中，所以渦流紡紗線的毛羽值H值較低［8］。

圖1 三種紗的縱向成紗結(jié)構(gòu)（1 000 倍）

2.2 紗線質(zhì)量指標(biāo)分析

三種紗的力學(xué)性能及毛羽指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表1。其中，線密度均為28 tex。

表1 紗線的強(qiáng)力、條干和毛羽指標(biāo)

由表1 可知，渦流紡紗的毛羽值H值最小，環(huán)錠紡紗毛羽值是渦流紡紗毛羽值的近4 倍，轉(zhuǎn)杯紡紗毛羽值是渦流紡紗毛羽值的兩倍多。渦流紡紗的CVm 略低于環(huán)錠紡紗，轉(zhuǎn)杯紡紗CVm 最大。雖然渦流紡紗的強(qiáng)力略低于環(huán)錠紡紗強(qiáng)力，但是其強(qiáng)力CV比環(huán)錠紡紗好。整體來看，渦流紡紗的質(zhì)量比環(huán)錠紡紗好，轉(zhuǎn)杯紡紗質(zhì)量最差。轉(zhuǎn)杯紡在成紗的過程中纖維在轉(zhuǎn)杯內(nèi)凝聚并合，轉(zhuǎn)杯內(nèi)的纖維須條一邊添加纖維，一邊加捻輸出，并且在凝聚槽內(nèi)的剝離點(diǎn)處有騎跨纖維，這種纖維在紗線輸出的過程中不斷包纏在紗體上，雖然轉(zhuǎn)杯紡紗和渦流紡紗都是由芯紗和包纏紗組成，但是轉(zhuǎn)杯紡紗紗體內(nèi)彎曲、打卷、纏繞的纖維比較多，紗線質(zhì)量相對(duì)較差［9］。

2.3 紗線的芯吸性能

紗線的芯吸性能主要受到兩方面的影響，一是纖維本身吸水性，二是紗體結(jié)構(gòu)對(duì)纖維排列的緊密度以及纖維與纖維之間的空隙導(dǎo)致的虹吸現(xiàn)象。由于三種紗采用的都是疏水性的滌綸，因此紗線的芯吸性主要受紗線結(jié)構(gòu)對(duì)紗線芯吸的影響。測(cè)試了三種紡紗方式下紗線30 min 的芯吸高度，其中環(huán)錠紡純滌綸紗芯吸高度4.89 cm，轉(zhuǎn)杯紡純滌綸紗芯吸高度2.77 cm，渦流紡純滌綸紗芯吸高度3.74 cm。

可以看出，環(huán)錠紗的芯吸高度最大，渦流紗次之，轉(zhuǎn)杯紗最小。環(huán)錠紗中纖維呈螺旋排列，紗體中纖維雖然較為緊密，但是纖維較易出現(xiàn)一端捻入紗體一端暴露在紗條外面形成毛羽構(gòu)成無效纖維的現(xiàn)象，環(huán)錠紗紗體中平直纖維相對(duì)較多，所以其芯吸高度是最大的；由于渦流紗由芯紗和包纏紗構(gòu)成，紗芯內(nèi)纖維平行順直沒有捻度，包纏纖維在芯紗外層包纏均勻緊密，有利于紗線的導(dǎo)濕性，但是其包纏纖維所占比重較大，約60%，纖維間形成的水分子通道較短，垂直芯吸受到影響，因此渦流紗的縱向?qū)裥阅芤圆钣诃h(huán)錠紡紗［10］；轉(zhuǎn)杯紗紗體中纖維更加雜亂無序，各種彎曲、打卷、外包、纏繞等不規(guī)則形態(tài)的纖維約占紗體的一半，阻塞了水分子的傳導(dǎo)，因此轉(zhuǎn)杯紗的導(dǎo)濕性能最差［11］。

2.4 織物的芯吸性能

織物的芯吸試驗(yàn)所涉及的影響因素較多，包括纖維材料、紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)。本研究采用的纖維材料和織物結(jié)構(gòu)相同，其芯吸高度主要受到紗線結(jié)構(gòu)的影響。由于織物最終的用途是服用，因此對(duì)織物進(jìn)行芯吸試驗(yàn)是非常必要的。試驗(yàn)結(jié)果表明：環(huán)錠紡紗織物芯吸高度1.63 cm，轉(zhuǎn)杯紡紗織物芯吸高度0.10 cm，渦流紡紗織物芯吸高度7.17 cm。

可以看出，織物的芯吸效果與紗線的芯吸效果大為不同。渦流紗織物的芯吸高度明顯大于環(huán)錠紗織物芯吸高度和轉(zhuǎn)杯紗織物芯吸高度，與紗線毛羽H值的變化規(guī)律一致。因此可以認(rèn)為，織物的芯吸效應(yīng)主要受紗線表觀結(jié)構(gòu)的影響，與紗線內(nèi)部結(jié)構(gòu)相關(guān)性較低。

2.5 織物的水滴擴(kuò)散試驗(yàn)

織物的水滴擴(kuò)散面積本質(zhì)上與紗線的特性有關(guān)。除了對(duì)紗線進(jìn)行縱向?qū)裥阅軠y(cè)試外，還對(duì)紗線橫向?qū)裥赃M(jìn)行測(cè)試。將三種不同的紗織成相同結(jié)構(gòu)的織物，測(cè)試水滴在織物上的實(shí)際擴(kuò)散面積，具體圖像如圖2 所示。

采用二值化圖像分割后獲得圖片如圖3所示。

圖2 三種織物的水滴擴(kuò)散面積照片

圖3 三種織物水滴擴(kuò)散面積二值圖像

統(tǒng)計(jì)二值化圖像中白色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，每種織物測(cè)試10 次，結(jié)果取平均值，將統(tǒng)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)際面積。其中，環(huán)錠紗織物水滴擴(kuò)散面積0.40 cm2，轉(zhuǎn)杯紗織物水滴擴(kuò)散面積0.41 cm2，渦流紗織物水滴擴(kuò)散面積2.03 cm2。由圖2 和圖3 可以看出，渦流紗織物的水滴擴(kuò)散面積最大。結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，渦流紗織物的水滴擴(kuò)散面積分別是環(huán)錠紗織物和轉(zhuǎn)杯紗織物的5.1 倍和4.95 倍。

雖然渦流紗的縱向?qū)裥月缘陀诃h(huán)錠紗，但在水滴擴(kuò)散試驗(yàn)中可以看出，其水滴擴(kuò)散面積遠(yuǎn)大于其他兩種紗。這進(jìn)一步驗(yàn)證了織物導(dǎo)濕性能測(cè)試的結(jié)論，渦流紗與其他兩種紡紗方式相比，其最大的特點(diǎn)是毛羽少，其毛羽H值只有1.36，遠(yuǎn)低于其他兩種紗。將其織成織物后，紗線之間相互擠壓，織物的吸濕性能除了受到紗線自身的芯吸作用以外，還受到紗線之間的芯吸作用。渦流紗毛羽少，紗線之間的芯吸通道較為通暢，促進(jìn)了水分的傳導(dǎo)；而環(huán)錠紗和轉(zhuǎn)杯紗毛羽較多，織成織物后，紗線間的通道充斥著雜亂的毛羽，不利于水分傳導(dǎo)，因而出現(xiàn)后兩者在水滴擴(kuò)散面積上的劣勢(shì)。

3 結(jié)論

（1）對(duì)比三種紡紗方式所得紗的成紗縱向結(jié)構(gòu)、條干、毛羽、強(qiáng)力等可知，相同線密度的紗，渦流紗的條干和毛羽最好，其強(qiáng)力雖然不及環(huán)錠紗，但強(qiáng)力CV低。

（2）三種紡紗方式所得紗的縱向芯吸高度結(jié)果顯示，環(huán)錠紗的芯吸高度最大，渦流紗次之，轉(zhuǎn)杯紗最差。造成這種結(jié)果的原因是紗線的結(jié)構(gòu)，環(huán)錠紗中纖維縱向螺旋排列，而渦流紗結(jié)構(gòu)特殊，由芯紗和包纏紗構(gòu)成，轉(zhuǎn)杯紗中纖維雜亂無章。

（3）三種紗所得織物的縱向芯吸高度和水滴擴(kuò)散面積趨勢(shì)一致，渦流紗織物的導(dǎo)濕性有明顯優(yōu)勢(shì)。造成這種結(jié)果的原因可能是因?yàn)闇u流紗毛羽少，有利于水分從紗線間隙中傳導(dǎo)，進(jìn)而表現(xiàn)出優(yōu)越的水滴擴(kuò)散性能。

綜上所述，短纖紗成紗結(jié)構(gòu)對(duì)其織物的導(dǎo)濕性有明顯影響，除了紗線本身的芯吸性能之外，紗線表面的毛羽分布情況對(duì)織物的導(dǎo)濕性能也存在一定的影響。渦流紗自身的結(jié)構(gòu)在單根紗線芯吸上沒有明顯優(yōu)勢(shì)，但其表面較少的毛羽對(duì)于提升織物導(dǎo)濕性有顯著影響，因此利用渦流紡紗技術(shù)開發(fā)導(dǎo)濕性紗具有較好的發(fā)展前景。