具有“導(dǎo)濕排汗”功能織物的研究進(jìn)展

彭顥善，羅曉菊

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 時(shí)尚設(shè)計(jì)學(xué)院，浙江 嘉興 314036）

隨著科技的進(jìn)步以及生活理念的變化，人們對服裝的需求已不再局限于遮體、保暖、耐用等實(shí)用性，舒適性逐漸成為國內(nèi)外服裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。熱濕舒適性是服裝穿著舒適性的重要研究部分，其把人體、服裝和環(huán)境作為一個(gè)體系來探討人體產(chǎn)生熱濕和通過服裝向環(huán)境傳遞熱濕的平衡問題[1]。人在日?；顒?dòng)中會(huì)有出汗現(xiàn)象，如何避免服裝面料使人體皮膚產(chǎn)生黏濕的不適感已成為當(dāng)今紡織服裝行業(yè)的研究熱點(diǎn)[2]，具有導(dǎo)濕排汗功能的面料在運(yùn)動(dòng)、防護(hù)、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

1 織物導(dǎo)濕排汗的傳遞機(jī)理

通常情況下，人體在服裝內(nèi)的相對濕度為40%～60%時(shí)會(huì)感到舒適，而導(dǎo)濕排汗織物可以在人體與外界的濕熱交換中起到一定的調(diào)節(jié)作用，使服裝內(nèi)的濕度保持在合理范圍。人體皮膚在活動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生汗，分為有感出汗和無感出汗兩種?？椢飳?dǎo)濕排汗有5種方式：一是無感出汗在皮膚表面蒸發(fā)成水汽，當(dāng)織物內(nèi)空氣層氣壓大于織物外空氣層氣壓時(shí)，汗蒸氣經(jīng)織物中紗線間孔隙、纖維間縫隙擴(kuò)散傳遞到外部環(huán)境中；二是無感出汗在織物的內(nèi)表面凝結(jié)成液態(tài)，潤濕織物后，經(jīng)纖維表面微細(xì)溝槽或紗線間的毛細(xì)作用傳遞到織物外表面，再蒸發(fā)成水汽，擴(kuò)散到外部環(huán)境中；三是有感汗液接觸織物內(nèi)表面，潤濕織物后，由纖維表面微細(xì)溝槽或紗線間毛細(xì)管的毛細(xì)作用傳遞到織物外表面，再蒸發(fā)成水汽，擴(kuò)散到外部環(huán)境中；四是有感汗液在內(nèi)空氣層蒸發(fā)成氣體，當(dāng)織物內(nèi)空氣層氣壓大于織物外空氣層氣壓時(shí)，汗蒸氣經(jīng)織物中紗線間孔隙、纖維間縫隙擴(kuò)散到外部環(huán)境中；五是有感汗液在內(nèi)空氣層蒸發(fā)成氣體，在織物的內(nèi)表面凝結(jié)成液態(tài)，潤濕織物后，經(jīng)纖維表面微細(xì)溝槽或紗線間的毛細(xì)作用傳遞到織物外表面，再蒸發(fā)成水汽，擴(kuò)散到外部環(huán)境中。

2 織物導(dǎo)濕排汗的影響因素

織物導(dǎo)濕排汗過程可大致分為潤濕、芯吸、擴(kuò)散、蒸發(fā)等階段，其導(dǎo)濕排汗的傳遞過程根據(jù)出汗情況及織物的實(shí)際情況而有所不同。

單根纖維被液態(tài)水潤濕取決于纖維與水界面的接觸角θ及界面張力，但織物是纖維的集合體，存在各種形態(tài)的毛細(xì)管，其潤濕還與織物結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)[3]。從纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)上分析，纖維若有較多親水基團(tuán)，有利于織物潤濕吸濕，但是纖維的親水基團(tuán)過多，則在纖維集合體被潤濕后，液體將大量存于纖維的無定形區(qū)及孔隙中，產(chǎn)生吸濕膨脹及保水現(xiàn)象，堵塞毛細(xì)傳遞通道，不利于排汗的進(jìn)行。吸濕與排汗是一對矛盾體，需要合適的親水性、一定的差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)及潤濕梯度，織物才具有較好的導(dǎo)濕排汗性能。從纖維的結(jié)構(gòu)上分析，汗液與纖維的接觸面積越大（如纖維橫截面的異形化、表面粗糙化和細(xì)旦化），越利于汗液的潤濕、擴(kuò)散及蒸發(fā)。

織物的縫隙孔洞是影響其導(dǎo)濕排汗的重要因素，是液態(tài)及氣態(tài)汗的傳遞通道?？p隙孔洞的形態(tài)各異、尺寸不同、種類也不同，可按是否通透分為貫通孔洞和非貫通孔洞兩種，前者容易進(jìn)行濕傳導(dǎo)，后者則較困難。按縫隙孔洞的尺寸可分為3種：纖維內(nèi)的空腔及各類原纖之間的孔洞縫隙、紗線內(nèi)纖維間的縫隙孔洞、織物中紗線間的縫隙孔洞。3種孔洞的橫向尺寸具有6個(gè)數(shù)量級的差距，在濕傳導(dǎo)中的表現(xiàn)和作用不同[4]。

3 織物導(dǎo)濕排汗功能的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)織物導(dǎo)濕排汗的原理及影響因素分析，目前，大多導(dǎo)濕排汗織物采用合成纖維進(jìn)行設(shè)計(jì)，織物導(dǎo)濕排汗功能的實(shí)現(xiàn)可從纖維改性、紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及染整后整理加工等方面進(jìn)行，以提高織物汗液的潤濕、芯吸、擴(kuò)散、蒸發(fā)效果，實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)濕排汗功能。

3.1 纖維改性

提高纖維的吸濕排汗性能可從以下方面考慮：一是纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)上的改性。合成纖維屬于疏水性纖維，可通過在其聚合過程中添加親水單體，提高纖維的親水性能。如佀利蕊等[5]利用一種在聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）分子結(jié)構(gòu)中引入磺酸基和醚鍵親水基團(tuán)的纖維（NECDP），將其截面紡制成“十”字形，以增加纖維的潤濕、芯吸、擴(kuò)散、蒸發(fā)性能，所獲得纖維的導(dǎo)濕排汗性能優(yōu)良。二是纖維物理結(jié)構(gòu)上的改變。通過纖維的異形截面、中空、表面溝槽、微孔、細(xì)旦化等增加纖維的表面積，產(chǎn)生的溝槽、孔洞有利于汗液的潤濕、擴(kuò)散及蒸發(fā)，如美國杜邦（DuPont）公司生產(chǎn)的“四溝”中空CoolMax聚酯纖維；日本東洋紡（Toyobo）公司開發(fā)的有3條導(dǎo)濕溝槽的“Y”形截面的Triactor聚酯纖維；韓國曉星化纖開發(fā)的模仿四葉“苜蓿草”形狀橫截面的Aerocool聚酯纖維；順德金紡集團(tuán)與東華大學(xué)合作開發(fā)的每根單纖周圍存在4條微管道的Coolnice聚酯纖維；江蘇儀征化纖公司開發(fā)研制的“H”形截面的Coolbst聚酯纖維；浙江上虞弘強(qiáng)彩色滌綸有限公司通過化學(xué)和物理改性的方法，生產(chǎn)了蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)聚酯纖維[6-8]，這些具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的纖維都有很好的導(dǎo)濕排汗性能。

3.2 紗線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

紗線是纖維集合體經(jīng)加捻形成的一定細(xì)度的產(chǎn)品，是制作織物的基本單元?？椢锶舨捎脝我焕w維制作，其性能往往比較單一，很難兼顧吸濕、導(dǎo)濕、排汗的性能指標(biāo)，制約了織物的導(dǎo)濕排性能。設(shè)計(jì)制作導(dǎo)濕排汗復(fù)合紗是提高織物干爽性和舒適性的有效途徑。

胡元元等[9]以棉為皮層、以水溶性維綸為芯層研制出維綸棉包芯紗。在染整加工過程中以及在一定溫度條件下，作為芯層的維綸因其水溶性而溶解，使運(yùn)用維綸棉包芯紗制成的織物中原皮芯結(jié)構(gòu)的紗線成為內(nèi)部中空的全棉紗。何天虹等[10]利用不同細(xì)度的黏膠纖維設(shè)計(jì)了包芯紗，且對紗線表層的部分黏膠進(jìn)行疏水處理，紗線內(nèi)層的黏膠纖維未經(jīng)疏水處理，有良好的親水性，可以增強(qiáng)紗線的放濕效果。王曉麗等[11]對嵌入聚氨酯基團(tuán)的親水滌綸/棉混紡織物的吸濕快干性能進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，親水滌綸與棉按60/40的混紡比即可滿足吸濕快干面料標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

紗線導(dǎo)濕排汗性能在很大程度上取決于纖維的潤濕性，并且紗線間的縫隙孔洞受到纖維橫截面形狀、紗線捻度、加工參數(shù)等因素的影響，不同設(shè)計(jì)導(dǎo)致紗線縫隙孔洞變化較大。此外，紗線通常會(huì)因纖維在吸濕后發(fā)生膨脹使縫隙孔洞發(fā)生變化，進(jìn)一步增加研究難度。

3.3 織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

根據(jù)導(dǎo)濕排汗需求，可通過設(shè)計(jì)單層或多層織物，使織物內(nèi)外側(cè)具有差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)或潤濕梯度效應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)織物的導(dǎo)濕排汗功能[12]。

單層導(dǎo)濕速干織物多采用縱向溝槽、具有毛細(xì)管芯吸作用的紗線加工制成，能使皮膚表層產(chǎn)生的汗液借助溝槽向外擴(kuò)散及蒸發(fā)。何立鋒等[13]利用高導(dǎo)濕差別化納米硅扁平聚酯長絲與超細(xì)旦聚酯長絲交織，結(jié)合新型架空提花添紗工藝，開發(fā)出導(dǎo)濕排汗效果良好的針織內(nèi)衣面料。

雙層導(dǎo)濕速干織物可以采用不同纖維或紗線使內(nèi)外層產(chǎn)生差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)或者潤濕性能差異的梯度效應(yīng)，以提高面料的導(dǎo)濕排汗效果。武繼松[14]研究了棉蓋滌機(jī)織面料，以吸濕性好的棉纖維為表緯，以導(dǎo)濕性能良好但吸濕性能較差的Cooldry長絲為經(jīng)紗和里緯，織物表現(xiàn)出良好的導(dǎo)濕排汗特性。吳濟(jì)宏等[15]以經(jīng)過吸濕性整理的滌綸為內(nèi)層材料，以吸濕性好的棉為外層材料，采用雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，配以集圈或抽條，使面料形成網(wǎng)眼或蜂巢效應(yīng)，增強(qiáng)導(dǎo)濕排汗的效果。此外，利用內(nèi)外層紗線異形度和線密度差異形成的差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)也可以增強(qiáng)吸濕排汗的效果。

3層導(dǎo)濕速干織物的設(shè)計(jì)可借鑒仿生原理，模擬大樹根、莖、葉傳遞水分的“蒸騰作用”來引導(dǎo)汗液向外排放，設(shè)計(jì)織物從內(nèi)、中、外層空隙逐步減小，形成多級互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的纖維導(dǎo)濕排汗通道，提高了織物導(dǎo)濕排汗效果。劉杰等[16]設(shè)計(jì)的導(dǎo)濕機(jī)織物的經(jīng)紗采用了吸濕性良好的木棉/棉混紡紗線，緯紗采用了導(dǎo)濕性能良好的Coolmax紗線，通過變化組織，內(nèi)層以浮長組織為主，嵌以少量平紋組織，外層表層采用平紋組織，內(nèi)外層利用緯紗Coolmax，采用上下接結(jié)法連接，保證導(dǎo)濕排汗通道的暢通。

3.4 染整后整理加工

通過染整后整理的方式對織物進(jìn)行整理，如采用助劑、等離子體處理、光催化處理等方法，使織物內(nèi)外層的親疏水性產(chǎn)生差異或形成潤濕性梯度，以提高導(dǎo)濕排汗的性能。根據(jù)整理情況的不同，通?？蛇M(jìn)行單面整理、雙面整理或內(nèi)部整理：（1）單面整理可對織物外層進(jìn)行親水處理，如某學(xué)者對棉織物與黏膠織物進(jìn)行光催化導(dǎo)濕整理，以提高外層織物的親水性，形成潤濕梯度；或?qū)椢飪?nèi)層進(jìn)行拒水處理，如某學(xué)者采用漿點(diǎn)印制法對純棉針織物進(jìn)行單向疏水整理。（2）雙面整理通過對織物內(nèi)側(cè)進(jìn)行疏水、外側(cè)進(jìn)行親水處理，以得到更好的導(dǎo)濕排汗效果。（3）內(nèi)部整理可利用氣體或液體親水或疏水整理劑的擴(kuò)散性在織物厚度方向構(gòu)建化學(xué)梯度，反應(yīng)后使織物產(chǎn)生潤濕梯度性，達(dá)到單向?qū)衽藕沟男Ч?。運(yùn)用染整后整理的方式雖然成本較低，但耐水洗性能較差，并且經(jīng)過后整理的織物表面通常手感比較粗糙，穿著舒適性受到一定影響。

4 結(jié)語

具有導(dǎo)濕排汗功能的面料在運(yùn)動(dòng)、防護(hù)、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本研究在分析國內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)出織物導(dǎo)濕排汗功能的實(shí)現(xiàn)可以從纖維改性、紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及染整后整理加工等方面進(jìn)行，同時(shí)也注意到對具有導(dǎo)濕排汗功能的面料進(jìn)行進(jìn)一步的研究及開發(fā)存在以下問題：如何平衡纖維吸濕與排汗的綜合效果、紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對導(dǎo)濕排汗性能的影響、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何利于導(dǎo)濕排汗性能等。只有解決上述問題，才能精確指導(dǎo)生產(chǎn)。