特殊浸潤(rùn)性三層織物的設(shè)計(jì)及其單向?qū)裥阅苎芯?/h1>
2021-06-08 06:17:42黃西琴范追追蔡再生
產(chǎn)業(yè)用紡織品 2021年12期
黃西琴 范追追 蔡再生
東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620
日常運(yùn)動(dòng)量的增加讓人們對(duì)運(yùn)動(dòng)服的熱濕舒適性提出了更高的要求。具有單向?qū)裥阅艿姆椏梢晕詹鲗?dǎo)汗水，保持人體皮膚干燥，這有助于改善人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中穿著的舒適性，從而滿(mǎn)足人們對(duì)運(yùn)動(dòng)服熱濕舒適性的要求。目前，研究人員增加了對(duì)單向?qū)癫牧系难芯縖1-4]?？椢锏奶厥鉂?rùn)濕性和毛細(xì)作用一直是引導(dǎo)水分在織物兩側(cè)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力[5-6]。生產(chǎn)單向?qū)窨椢锏姆椒ㄖ饕ɑ瘜W(xué)試劑處理、等離子處理、靜電紡絲等[7]。Sasaki等[8]在棉織物上噴灑疏水性SiO2納米顆粒與乙基 -α- 氰基丙烯酸酯超強(qiáng)膠的混合物，其對(duì)水和血液具有單向?qū)裥?。Zeng等[9]將疏水性樹(shù)脂(SU-8)單側(cè)電噴淋在親水性織物上，使其具有定向的水傳導(dǎo)能力。Zhou等[10]使織物具有可控的傳導(dǎo)能力，織物可以通過(guò)濕法化學(xué)涂層和連續(xù)的紫外線(xiàn)輻射處理來(lái)傳輸不同的液體。Wu等[11]利用便利的靜電紡絲技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種由疏水性聚氨酯(PU)和親水性交聯(lián)聚乙烯醇(c-PVA)復(fù)合材料制成的纖維膜。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備的織物具有很強(qiáng)的三維效果，紗線(xiàn)在織物內(nèi)部連接形成連續(xù)的吸濕梯度，使吸濕效果更好，并且具有持久的導(dǎo)濕效果[12-13]。
本研究探索了一種簡(jiǎn)單、有效的特殊浸潤(rùn)性三層機(jī)織物設(shè)計(jì)方法，其憑借織物的結(jié)構(gòu)和毛細(xì)作用可以自發(fā)性地單向傳導(dǎo)水。與其他制造單向?qū)窨椢锏姆椒ú煌疚膶?duì)不同成分的紗線(xiàn)進(jìn)行整理，以期能夠準(zhǔn)確地在織物內(nèi)部結(jié)構(gòu)上獲得相應(yīng)的水分單向傳導(dǎo)功能，織物立體感更強(qiáng)，導(dǎo)濕效果更好。
1 試驗(yàn)部分
1.1 材料與儀器
1.1.1 材料
黏膠紗線(xiàn)，16 tex，東莞恒之聲紡織集團(tuán)有限公司；滌綸紗線(xiàn)，32 tex，張家港翔美紡織有限公司；十字異形滌綸紗線(xiàn)，16 tex，紹興喜能紡織科技有限公司。
本試驗(yàn)使用的試劑包括C6疏水整理劑(上海鼎賜工貿(mào)有限公司)、海之威SR吸濕排汗劑(上海雅運(yùn)紡織化工股份有限公司)、活性藍(lán)染料(浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司)。
1.1.2 儀器
本試驗(yàn)使用的儀器有SGA598半自動(dòng)織布機(jī)(江陰市通源紡織有限公司)、PL602-S電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)、DGG-9070B電熱恒溫鼓風(fēng)干燥烘箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)、DSA30接觸角分析儀(德國(guó)Kruss公司)、70D數(shù)碼相機(jī)(日本佳能株式會(huì)社)、SK-5200BT超聲波清洗儀(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)、TM-1000型掃描電子顯微鏡(SEM)[日本日立(Hitachi)公司]、S-4800場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(FESEM)(日本電子株式會(huì)社)、NICOLET iS10液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞性能測(cè)試儀(MMT)(美國(guó)Thermo Fisher公司)。
1.2 紗線(xiàn)處理
1.2.1 紗線(xiàn)的前處理
用蒸餾水和無(wú)水乙醇分別對(duì)滌綸、黏膠和十字異形滌綸紗線(xiàn)進(jìn)行超聲清洗，以除去紗線(xiàn)在生產(chǎn)、銷(xiāo)售等過(guò)程中殘留的油污和灰塵，烘干待用。
1.2.2 紗線(xiàn)的疏水整理
使用60 g/L的C6疏水整理劑浸漬處理滌綸紗線(xiàn)1 h，100 ℃烘干，150 ℃焙烘3 min。
1.2.3 紗線(xiàn)的吸濕排汗整理
使用60 g/L的吸濕排汗劑浸漬處理十字異形滌綸紗線(xiàn)1 h，100 ℃烘干，150 ℃焙烘3 min。
1.3 單向?qū)袢龑涌椢锏脑O(shè)計(jì)
以疏水性滌綸紗線(xiàn)為表層經(jīng)紗和緯紗，以十字異形滌綸紗線(xiàn)為中間層經(jīng)紗和緯紗，以本征親水的黏膠紗線(xiàn)為底層經(jīng)紗和緯紗，按照?qǐng)D1的穿綜圖、穿筘圖和上機(jī)圖編織獲得三層Janus織物。通過(guò)使用不同型號(hào)的綜框，可設(shè)計(jì)出不同密度的織物(例如56#、70#、84#、98#，數(shù)字越大，織造的織物經(jīng)密越大)。
圖1 三層織物的穿綜圖、穿筘圖、織物組織圖以及上機(jī)圖
其中，接結(jié)三層組織是由3個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)紗、緯紗相互交織，并以一定方式進(jìn)行編織而形成整體織物的組織。在該項(xiàng)研究中，通過(guò)增加各層接結(jié)組織中的接結(jié)點(diǎn)數(shù)量和分布來(lái)提高織物油水分離中液體的雙向傳導(dǎo)效果，并采用“聯(lián)合接結(jié)法”(表層與中間層雙向接結(jié)，中間層與底層雙向接結(jié))構(gòu)造三層織物?？椢锝孛媸疽鈭D見(jiàn)圖2。
圖2 雙向聯(lián)合接結(jié)三層織物截面示意圖
為了更直觀地展示三層織物的組織結(jié)構(gòu)，采用3D Max對(duì)三層織物的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬(圖3)。其中，表層均由疏水性滌綸紗線(xiàn)構(gòu)成，中間層均由十字異性滌綸紗線(xiàn)構(gòu)成，底層均由親水性黏膠紗線(xiàn)構(gòu)成。由俯視圖可知，表層織物組織為平紋，中間層紗線(xiàn)無(wú)法觀察到；由仰視圖可知，底層織物組織也為平紋，且中間層紗線(xiàn)亦無(wú)法觀察到。通過(guò)織物表面的SEM圖可以驗(yàn)證織物組織結(jié)構(gòu)無(wú)誤。
1.4 測(cè)試與表征
1.4.1 紗線(xiàn)的表面形貌測(cè)試
使用SEM來(lái)觀察紗線(xiàn)和織物的表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)。使用FESEM對(duì)疏水表面進(jìn)行形態(tài)觀察和元素分析。測(cè)試之前對(duì)樣品表面進(jìn)行噴金處理以增加樣品的導(dǎo)電性。
1.4.2 織物接觸角測(cè)試
采用DSA30接觸角分析儀測(cè)試織物接觸角，儀器自動(dòng)量取5 μL水，滴加到織物表面，選取并校正基線(xiàn)，采用楊氏-拉普拉斯模型自動(dòng)讀取靜態(tài)接觸角，并且每塊織物測(cè)5個(gè)不同部位，取其平均值。
1.4.3 織物兩側(cè)突破壓力測(cè)試
將三層織物親水面朝上固定在玻璃管道中，用10 mL注射器將活性藍(lán)染料染色的水緩慢滴加到玻璃管中，直到染液滲透織物，同塊布試驗(yàn)3次，記錄染液滲透前的最高水位。同樣地，將三層織物疏水面朝上固定在玻璃管道中間，用10 mL注射器將活性藍(lán)染料染色的水緩慢滴加到玻璃管中，直到滲透織物，同塊布試驗(yàn)3次，記錄染液滲透前的最高水位。通過(guò)拉普拉斯公式來(lái)計(jì)算織物兩側(cè)的突破壓力：
(1)
式中:Pc為拉普拉斯壓力，Pa；γ為表面張力，N/m；θ為液體與孔道的接觸角，(°)；r為半徑，m；Δρ=ρ液-ρ氣，ρ液為液體密度，ρ氣為氣體密度，mg/mL；h為達(dá)到平衡時(shí)液柱的高度，m；g為重力加速度，km/h。
1.4.4 織物吸濕速干性能測(cè)試
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第1部分：?jiǎn)雾?xiàng)組合試驗(yàn)法》，對(duì)織物的吸濕速干性能進(jìn)行測(cè)試，水分蒸發(fā)量Δmi：
Δmi=m-mi
(2)
式中：m為試樣滴水潤(rùn)濕后的質(zhì)量，g；mi為試樣滴水潤(rùn)濕后某一時(shí)刻的質(zhì)量，g。
水分蒸發(fā)速率Ev：
(3)
式中：m0為試樣初始質(zhì)量，g。
1.4.5 織物單向?qū)裥阅軠y(cè)試
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21655.2—2019《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》，使用MMT對(duì)織物的單向?qū)裥阅苓M(jìn)行測(cè)試。將織物疏水面朝上放入MMT中，持續(xù)注入鹽水20 s，對(duì)織物兩側(cè)的潤(rùn)濕時(shí)間、吸濕率、最大潤(rùn)濕半徑、擴(kuò)散速度和水分單向傳導(dǎo)指數(shù)進(jìn)行測(cè)試。
1.4.6 織物耐皂洗牢度測(cè)試
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》，對(duì)織物皂洗后的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)進(jìn)行測(cè)試。將試樣與滌綸和棉兩塊標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物縫合在一起，并置于用去離子水配置好的皂洗液中，常溫(25±1)℃攪拌(10±1)min，取出后清洗并干燥，使用MMT測(cè)量織物皂洗后的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)。
2 結(jié)果討論與分析
2.1 紗線(xiàn)表面形貌和元素分析
通過(guò)SEM對(duì)滌綸紗線(xiàn)和十字異形滌綸紗線(xiàn)的表面形貌進(jìn)行了觀察，使用FESEM對(duì)滌綸紗線(xiàn)表面的元素進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖4 滌綸紗線(xiàn)和十字異形滌綸的SEM圖及疏水滌綸表面的元素分布圖
圖4a)為未處理滌綸紗線(xiàn)的SEM圖，可以看出紗線(xiàn)表面光潔；圖4b)為疏水劑整理后滌綸紗線(xiàn)的SEM圖，紗線(xiàn)表面被物質(zhì)覆蓋包裹；圖4c)為未處理十字異形滌綸曲線(xiàn)的SEM圖，可以看到明顯的“十字”形狀；圖4d)和4e)為疏水劑整理后滌綸紗線(xiàn)表面的元素分布，疏水整理后滌綸紗線(xiàn)上疏水劑的主要成分為F元素。這些變化均說(shuō)明紗線(xiàn)表面已覆蓋整理劑。
2.2 織物接觸角分析
使用接觸角分析儀觀察織物兩側(cè)水滴擴(kuò)散過(guò)程的形態(tài)，其結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5 織物兩側(cè)的水滴潤(rùn)濕狀態(tài)
當(dāng)織物疏水面朝上時(shí)，水滴始終保持球狀向親水側(cè)滲透，但滲透時(shí)間不超過(guò)2.00 s，最終疏水側(cè)保持干燥狀態(tài)；當(dāng)織物親水面朝上時(shí)，水滴在0.12 s內(nèi)迅速潤(rùn)濕鋪展親水面?？椢飪蓚?cè)的浸潤(rùn)性存在差異。
2.3 織物兩側(cè)的突破壓力分析
在水滲透織物時(shí)記錄滲透前的最大高度，即織物所能承受的靜水壓高度，見(jiàn)圖6a)～圖6d)。運(yùn)用式(1)計(jì)算織物兩側(cè)的突破壓力，突破壓力見(jiàn)圖6e)。隨著織物經(jīng)密的增加，織物紗線(xiàn)孔隙減小(r減小)，所能承受的壓力增加，突破壓力也隨之增加。
圖6 4種不同密度織物的突破壓力試驗(yàn)結(jié)果
2.4 織物的吸濕速干性能
試驗(yàn)開(kāi)始前，裁取8 cm×8 cm的試樣，并將其在按GB/T 6529—2018規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中調(diào)濕24 h，后續(xù)試驗(yàn)均在恒溫恒濕室進(jìn)行。按式(2)和式(3)計(jì)算試樣在每個(gè)稱(chēng)取時(shí)刻的水分蒸發(fā)量，繪制“時(shí)間-蒸發(fā)量”曲線(xiàn)。
圖7為4種不同密度織物的時(shí)間-蒸發(fā)量曲線(xiàn)，在曲線(xiàn)上蒸發(fā)量明顯變緩處取點(diǎn)，與之前的點(diǎn)作最接近直線(xiàn)部分的切線(xiàn)，切線(xiàn)的斜率即為水分蒸發(fā)速率Ev。計(jì)算得出56#、70#、84#、98#織物的水分蒸發(fā)速率分別為0.189 5、0.203 4、0.207 6 h、0.199 1 g/h，4種織物均滿(mǎn)足織物速干性評(píng)級(jí)要求。
圖7 4種不同密度織物的時(shí)間-蒸發(fā)量曲線(xiàn)
2.5 織物的單向?qū)裥阅?/h3>
圖8為4種不同密度織物兩側(cè)的潤(rùn)濕性實(shí)物圖。由圖8可見(jiàn)，當(dāng)織物疏水面朝上時(shí)，水滴在疏水側(cè)始終保持球狀向親水側(cè)滲透，最終織物親水側(cè)被潤(rùn)濕，而疏水側(cè)保持相對(duì)干燥狀態(tài)；當(dāng)織物親水面朝上時(shí)，水滴迅速潤(rùn)濕鋪展而不會(huì)滲透至織物疏水面，最終織物只有親水側(cè)被潤(rùn)濕，而疏水側(cè)保持干燥狀態(tài)。這說(shuō)明織物具有優(yōu)異的單向?qū)裥阅堋?/p>
圖8 4種不同密度織物兩側(cè)潤(rùn)濕性實(shí)物圖(注水體積為40 μL)
為進(jìn)一步評(píng)價(jià)織物的單向?qū)裥Ч?，使用MMT測(cè)評(píng)4種密度織物的單向?qū)裥阅埽浣Y(jié)果見(jiàn)圖9。
圖9 織物單向?qū)裥阅軠y(cè)試結(jié)果
從圖9a)可以看出，隨著織物密度的增加，潤(rùn)濕疏水表面所需的時(shí)間逐漸增加，但水滴在疏水面仍可以在2.00 s內(nèi)完全滲透。根據(jù)GB/T 21655.2—2019，圖9b)和9d)中疏水側(cè)的潤(rùn)濕等級(jí)保持不變，且水對(duì)織物親水側(cè)的潤(rùn)濕性一致較高，說(shuō)明織物的密度變化對(duì)水分的吸收率和鋪展速度幾乎沒(méi)有影響。比較圖9c)中親水側(cè)和疏水側(cè)的最大潤(rùn)濕半徑可以看出，84#和98#織物兩側(cè)的潤(rùn)濕半徑差異較大，其中潤(rùn)濕半徑越大意味著水更傾向于從疏水面向親水面?zhèn)鲗?dǎo)。由圖9e)可知，84#織物具有更好的單向傳輸能力，水分單向傳導(dǎo)指數(shù)為1 224.54，這證明三層Janus織物取得了高效的導(dǎo)濕效果。
2.6 織物耐皂洗牢度分析
將84#試樣進(jìn)行皂洗，皂洗后織物的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)見(jiàn)表1。由表1可知所設(shè)計(jì)的織物具有一定的耐皂洗性能。
表1 皂洗后織物的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)
3 結(jié)論
本文采用浸漬-烘干法對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行疏水強(qiáng)化整理和吸濕排汗整理；基于織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，織制了特殊浸潤(rùn)性三層織物。獲得的織物表層為超疏水面；中間層為吸濕排汗十字異形滌綸面，水分可高效傳導(dǎo)；底層為超親水面，可使中間層傳導(dǎo)來(lái)的水分迅速鋪展。僅通過(guò)對(duì)織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)便可實(shí)現(xiàn)織物的高效單向?qū)?。與一般吸濕排汗整理不同，對(duì)不同組分紗線(xiàn)進(jìn)行整理可精確地對(duì)織物內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能化改性，且耐久性更好。對(duì)設(shè)計(jì)所得的三層織物進(jìn)行了單向?qū)駵y(cè)試，其水分單向傳導(dǎo)指數(shù)高達(dá)1 224.54，水分蒸發(fā)速率為0.207 6 g/h，滿(mǎn)足吸濕快干性能的要求，且在20次皂洗后水分單向傳導(dǎo)指數(shù)仍為984.60，該織物結(jié)構(gòu)有望應(yīng)用在單向?qū)窨椢锏膶?shí)際生產(chǎn)中。
黃西琴 范追追 蔡再生
東華大學(xué)化學(xué)化工與生物工程學(xué)院，上海 201620
日常運(yùn)動(dòng)量的增加讓人們對(duì)運(yùn)動(dòng)服的熱濕舒適性提出了更高的要求。具有單向?qū)裥阅艿姆椏梢晕詹鲗?dǎo)汗水，保持人體皮膚干燥，這有助于改善人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中穿著的舒適性，從而滿(mǎn)足人們對(duì)運(yùn)動(dòng)服熱濕舒適性的要求。目前，研究人員增加了對(duì)單向?qū)癫牧系难芯縖1-4]?？椢锏奶厥鉂?rùn)濕性和毛細(xì)作用一直是引導(dǎo)水分在織物兩側(cè)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力[5-6]。生產(chǎn)單向?qū)窨椢锏姆椒ㄖ饕ɑ瘜W(xué)試劑處理、等離子處理、靜電紡絲等[7]。Sasaki等[8]在棉織物上噴灑疏水性SiO2納米顆粒與乙基 -α- 氰基丙烯酸酯超強(qiáng)膠的混合物，其對(duì)水和血液具有單向?qū)裥?。Zeng等[9]將疏水性樹(shù)脂(SU-8)單側(cè)電噴淋在親水性織物上，使其具有定向的水傳導(dǎo)能力。Zhou等[10]使織物具有可控的傳導(dǎo)能力，織物可以通過(guò)濕法化學(xué)涂層和連續(xù)的紫外線(xiàn)輻射處理來(lái)傳輸不同的液體。Wu等[11]利用便利的靜電紡絲技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種由疏水性聚氨酯(PU)和親水性交聯(lián)聚乙烯醇(c-PVA)復(fù)合材料制成的纖維膜。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備的織物具有很強(qiáng)的三維效果，紗線(xiàn)在織物內(nèi)部連接形成連續(xù)的吸濕梯度，使吸濕效果更好，并且具有持久的導(dǎo)濕效果[12-13]。
本研究探索了一種簡(jiǎn)單、有效的特殊浸潤(rùn)性三層機(jī)織物設(shè)計(jì)方法，其憑借織物的結(jié)構(gòu)和毛細(xì)作用可以自發(fā)性地單向傳導(dǎo)水。與其他制造單向?qū)窨椢锏姆椒ú煌疚膶?duì)不同成分的紗線(xiàn)進(jìn)行整理，以期能夠準(zhǔn)確地在織物內(nèi)部結(jié)構(gòu)上獲得相應(yīng)的水分單向傳導(dǎo)功能，織物立體感更強(qiáng)，導(dǎo)濕效果更好。
1 試驗(yàn)部分
1.1 材料與儀器
1.1.1 材料
黏膠紗線(xiàn)，16 tex，東莞恒之聲紡織集團(tuán)有限公司；滌綸紗線(xiàn)，32 tex，張家港翔美紡織有限公司；十字異形滌綸紗線(xiàn)，16 tex，紹興喜能紡織科技有限公司。
本試驗(yàn)使用的試劑包括C6疏水整理劑(上海鼎賜工貿(mào)有限公司)、海之威SR吸濕排汗劑(上海雅運(yùn)紡織化工股份有限公司)、活性藍(lán)染料(浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司)。
1.1.2 儀器
本試驗(yàn)使用的儀器有SGA598半自動(dòng)織布機(jī)(江陰市通源紡織有限公司)、PL602-S電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)、DGG-9070B電熱恒溫鼓風(fēng)干燥烘箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)、DSA30接觸角分析儀(德國(guó)Kruss公司)、70D數(shù)碼相機(jī)(日本佳能株式會(huì)社)、SK-5200BT超聲波清洗儀(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)、TM-1000型掃描電子顯微鏡(SEM)[日本日立(Hitachi)公司]、S-4800場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(FESEM)(日本電子株式會(huì)社)、NICOLET iS10液態(tài)水動(dòng)態(tài)傳遞性能測(cè)試儀(MMT)(美國(guó)Thermo Fisher公司)。
1.2 紗線(xiàn)處理
1.2.1 紗線(xiàn)的前處理
用蒸餾水和無(wú)水乙醇分別對(duì)滌綸、黏膠和十字異形滌綸紗線(xiàn)進(jìn)行超聲清洗，以除去紗線(xiàn)在生產(chǎn)、銷(xiāo)售等過(guò)程中殘留的油污和灰塵，烘干待用。
1.2.2 紗線(xiàn)的疏水整理
使用60 g/L的C6疏水整理劑浸漬處理滌綸紗線(xiàn)1 h，100 ℃烘干，150 ℃焙烘3 min。
1.2.3 紗線(xiàn)的吸濕排汗整理
使用60 g/L的吸濕排汗劑浸漬處理十字異形滌綸紗線(xiàn)1 h，100 ℃烘干，150 ℃焙烘3 min。
1.3 單向?qū)袢龑涌椢锏脑O(shè)計(jì)
以疏水性滌綸紗線(xiàn)為表層經(jīng)紗和緯紗，以十字異形滌綸紗線(xiàn)為中間層經(jīng)紗和緯紗，以本征親水的黏膠紗線(xiàn)為底層經(jīng)紗和緯紗，按照?qǐng)D1的穿綜圖、穿筘圖和上機(jī)圖編織獲得三層Janus織物。通過(guò)使用不同型號(hào)的綜框，可設(shè)計(jì)出不同密度的織物(例如56#、70#、84#、98#，數(shù)字越大，織造的織物經(jīng)密越大)。
圖1 三層織物的穿綜圖、穿筘圖、織物組織圖以及上機(jī)圖
其中，接結(jié)三層組織是由3個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)紗、緯紗相互交織，并以一定方式進(jìn)行編織而形成整體織物的組織。在該項(xiàng)研究中，通過(guò)增加各層接結(jié)組織中的接結(jié)點(diǎn)數(shù)量和分布來(lái)提高織物油水分離中液體的雙向傳導(dǎo)效果，并采用“聯(lián)合接結(jié)法”(表層與中間層雙向接結(jié)，中間層與底層雙向接結(jié))構(gòu)造三層織物?？椢锝孛媸疽鈭D見(jiàn)圖2。
圖2 雙向聯(lián)合接結(jié)三層織物截面示意圖
為了更直觀地展示三層織物的組織結(jié)構(gòu)，采用3D Max對(duì)三層織物的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬(圖3)。其中，表層均由疏水性滌綸紗線(xiàn)構(gòu)成，中間層均由十字異性滌綸紗線(xiàn)構(gòu)成，底層均由親水性黏膠紗線(xiàn)構(gòu)成。由俯視圖可知，表層織物組織為平紋，中間層紗線(xiàn)無(wú)法觀察到；由仰視圖可知，底層織物組織也為平紋，且中間層紗線(xiàn)亦無(wú)法觀察到。通過(guò)織物表面的SEM圖可以驗(yàn)證織物組織結(jié)構(gòu)無(wú)誤。
1.4 測(cè)試與表征
1.4.1 紗線(xiàn)的表面形貌測(cè)試
使用SEM來(lái)觀察紗線(xiàn)和織物的表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)。使用FESEM對(duì)疏水表面進(jìn)行形態(tài)觀察和元素分析。測(cè)試之前對(duì)樣品表面進(jìn)行噴金處理以增加樣品的導(dǎo)電性。
1.4.2 織物接觸角測(cè)試
采用DSA30接觸角分析儀測(cè)試織物接觸角，儀器自動(dòng)量取5 μL水，滴加到織物表面，選取并校正基線(xiàn)，采用楊氏-拉普拉斯模型自動(dòng)讀取靜態(tài)接觸角，并且每塊織物測(cè)5個(gè)不同部位，取其平均值。
1.4.3 織物兩側(cè)突破壓力測(cè)試
將三層織物親水面朝上固定在玻璃管道中，用10 mL注射器將活性藍(lán)染料染色的水緩慢滴加到玻璃管中，直到染液滲透織物，同塊布試驗(yàn)3次，記錄染液滲透前的最高水位。同樣地，將三層織物疏水面朝上固定在玻璃管道中間，用10 mL注射器將活性藍(lán)染料染色的水緩慢滴加到玻璃管中，直到滲透織物，同塊布試驗(yàn)3次，記錄染液滲透前的最高水位。通過(guò)拉普拉斯公式來(lái)計(jì)算織物兩側(cè)的突破壓力：
(1)
式中:Pc為拉普拉斯壓力，Pa；γ為表面張力，N/m；θ為液體與孔道的接觸角，(°)；r為半徑，m；Δρ=ρ液-ρ氣，ρ液為液體密度，ρ氣為氣體密度，mg/mL；h為達(dá)到平衡時(shí)液柱的高度，m；g為重力加速度，km/h。
1.4.4 織物吸濕速干性能測(cè)試
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第1部分：?jiǎn)雾?xiàng)組合試驗(yàn)法》，對(duì)織物的吸濕速干性能進(jìn)行測(cè)試，水分蒸發(fā)量Δmi：
Δmi=m-mi
(2)
式中：m為試樣滴水潤(rùn)濕后的質(zhì)量，g；mi為試樣滴水潤(rùn)濕后某一時(shí)刻的質(zhì)量，g。
水分蒸發(fā)速率Ev：
(3)
式中：m0為試樣初始質(zhì)量，g。
1.4.5 織物單向?qū)裥阅軠y(cè)試
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21655.2—2019《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》，使用MMT對(duì)織物的單向?qū)裥阅苓M(jìn)行測(cè)試。將織物疏水面朝上放入MMT中，持續(xù)注入鹽水20 s，對(duì)織物兩側(cè)的潤(rùn)濕時(shí)間、吸濕率、最大潤(rùn)濕半徑、擴(kuò)散速度和水分單向傳導(dǎo)指數(shù)進(jìn)行測(cè)試。
1.4.6 織物耐皂洗牢度測(cè)試
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3921—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐皂洗色牢度》，對(duì)織物皂洗后的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)進(jìn)行測(cè)試。將試樣與滌綸和棉兩塊標(biāo)準(zhǔn)貼襯織物縫合在一起，并置于用去離子水配置好的皂洗液中，常溫(25±1)℃攪拌(10±1)min，取出后清洗并干燥，使用MMT測(cè)量織物皂洗后的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)。
2 結(jié)果討論與分析
2.1 紗線(xiàn)表面形貌和元素分析
通過(guò)SEM對(duì)滌綸紗線(xiàn)和十字異形滌綸紗線(xiàn)的表面形貌進(jìn)行了觀察，使用FESEM對(duì)滌綸紗線(xiàn)表面的元素進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖4 滌綸紗線(xiàn)和十字異形滌綸的SEM圖及疏水滌綸表面的元素分布圖
圖4a)為未處理滌綸紗線(xiàn)的SEM圖，可以看出紗線(xiàn)表面光潔；圖4b)為疏水劑整理后滌綸紗線(xiàn)的SEM圖，紗線(xiàn)表面被物質(zhì)覆蓋包裹；圖4c)為未處理十字異形滌綸曲線(xiàn)的SEM圖，可以看到明顯的“十字”形狀；圖4d)和4e)為疏水劑整理后滌綸紗線(xiàn)表面的元素分布，疏水整理后滌綸紗線(xiàn)上疏水劑的主要成分為F元素。這些變化均說(shuō)明紗線(xiàn)表面已覆蓋整理劑。
2.2 織物接觸角分析
使用接觸角分析儀觀察織物兩側(cè)水滴擴(kuò)散過(guò)程的形態(tài)，其結(jié)果見(jiàn)圖5。
圖5 織物兩側(cè)的水滴潤(rùn)濕狀態(tài)
當(dāng)織物疏水面朝上時(shí)，水滴始終保持球狀向親水側(cè)滲透，但滲透時(shí)間不超過(guò)2.00 s，最終疏水側(cè)保持干燥狀態(tài)；當(dāng)織物親水面朝上時(shí)，水滴在0.12 s內(nèi)迅速潤(rùn)濕鋪展親水面?？椢飪蓚?cè)的浸潤(rùn)性存在差異。
2.3 織物兩側(cè)的突破壓力分析
在水滲透織物時(shí)記錄滲透前的最大高度，即織物所能承受的靜水壓高度，見(jiàn)圖6a)～圖6d)。運(yùn)用式(1)計(jì)算織物兩側(cè)的突破壓力，突破壓力見(jiàn)圖6e)。隨著織物經(jīng)密的增加，織物紗線(xiàn)孔隙減小(r減小)，所能承受的壓力增加，突破壓力也隨之增加。
圖6 4種不同密度織物的突破壓力試驗(yàn)結(jié)果
2.4 織物的吸濕速干性能
試驗(yàn)開(kāi)始前，裁取8 cm×8 cm的試樣，并將其在按GB/T 6529—2018規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中調(diào)濕24 h，后續(xù)試驗(yàn)均在恒溫恒濕室進(jìn)行。按式(2)和式(3)計(jì)算試樣在每個(gè)稱(chēng)取時(shí)刻的水分蒸發(fā)量，繪制“時(shí)間-蒸發(fā)量”曲線(xiàn)。
圖7為4種不同密度織物的時(shí)間-蒸發(fā)量曲線(xiàn)，在曲線(xiàn)上蒸發(fā)量明顯變緩處取點(diǎn)，與之前的點(diǎn)作最接近直線(xiàn)部分的切線(xiàn)，切線(xiàn)的斜率即為水分蒸發(fā)速率Ev。計(jì)算得出56#、70#、84#、98#織物的水分蒸發(fā)速率分別為0.189 5、0.203 4、0.207 6 h、0.199 1 g/h，4種織物均滿(mǎn)足織物速干性評(píng)級(jí)要求。
圖7 4種不同密度織物的時(shí)間-蒸發(fā)量曲線(xiàn)
2.5 織物的單向?qū)裥阅?/h3>
圖8為4種不同密度織物兩側(cè)的潤(rùn)濕性實(shí)物圖。由圖8可見(jiàn)，當(dāng)織物疏水面朝上時(shí)，水滴在疏水側(cè)始終保持球狀向親水側(cè)滲透，最終織物親水側(cè)被潤(rùn)濕，而疏水側(cè)保持相對(duì)干燥狀態(tài)；當(dāng)織物親水面朝上時(shí)，水滴迅速潤(rùn)濕鋪展而不會(huì)滲透至織物疏水面，最終織物只有親水側(cè)被潤(rùn)濕，而疏水側(cè)保持干燥狀態(tài)。這說(shuō)明織物具有優(yōu)異的單向?qū)裥阅堋?/p>
圖8 4種不同密度織物兩側(cè)潤(rùn)濕性實(shí)物圖(注水體積為40 μL)
為進(jìn)一步評(píng)價(jià)織物的單向?qū)裥Ч?，使用MMT測(cè)評(píng)4種密度織物的單向?qū)裥阅埽浣Y(jié)果見(jiàn)圖9。
圖9 織物單向?qū)裥阅軠y(cè)試結(jié)果
從圖9a)可以看出，隨著織物密度的增加，潤(rùn)濕疏水表面所需的時(shí)間逐漸增加，但水滴在疏水面仍可以在2.00 s內(nèi)完全滲透。根據(jù)GB/T 21655.2—2019，圖9b)和9d)中疏水側(cè)的潤(rùn)濕等級(jí)保持不變，且水對(duì)織物親水側(cè)的潤(rùn)濕性一致較高，說(shuō)明織物的密度變化對(duì)水分的吸收率和鋪展速度幾乎沒(méi)有影響。比較圖9c)中親水側(cè)和疏水側(cè)的最大潤(rùn)濕半徑可以看出，84#和98#織物兩側(cè)的潤(rùn)濕半徑差異較大，其中潤(rùn)濕半徑越大意味著水更傾向于從疏水面向親水面?zhèn)鲗?dǎo)。由圖9e)可知，84#織物具有更好的單向傳輸能力，水分單向傳導(dǎo)指數(shù)為1 224.54，這證明三層Janus織物取得了高效的導(dǎo)濕效果。
2.6 織物耐皂洗牢度分析
將84#試樣進(jìn)行皂洗，皂洗后織物的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)見(jiàn)表1。由表1可知所設(shè)計(jì)的織物具有一定的耐皂洗性能。
表1 皂洗后織物的水分單向傳導(dǎo)指數(shù)
3 結(jié)論
本文采用浸漬-烘干法對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行疏水強(qiáng)化整理和吸濕排汗整理；基于織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，織制了特殊浸潤(rùn)性三層織物。獲得的織物表層為超疏水面；中間層為吸濕排汗十字異形滌綸面，水分可高效傳導(dǎo)；底層為超親水面，可使中間層傳導(dǎo)來(lái)的水分迅速鋪展。僅通過(guò)對(duì)織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)便可實(shí)現(xiàn)織物的高效單向?qū)?。與一般吸濕排汗整理不同，對(duì)不同組分紗線(xiàn)進(jìn)行整理可精確地對(duì)織物內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行功能化改性，且耐久性更好。對(duì)設(shè)計(jì)所得的三層織物進(jìn)行了單向?qū)駵y(cè)試，其水分單向傳導(dǎo)指數(shù)高達(dá)1 224.54，水分蒸發(fā)速率為0.207 6 g/h，滿(mǎn)足吸濕快干性能的要求，且在20次皂洗后水分單向傳導(dǎo)指數(shù)仍為984.60，該織物結(jié)構(gòu)有望應(yīng)用在單向?qū)窨椢锏膶?shí)際生產(chǎn)中。
