單向?qū)窬暰庪p面小提花織物的結(jié)構(gòu)與性能

葛美彤，董智佳，丁玉琴，孫 菲

(江南大學(xué) 針織技術(shù)教育部工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

運(yùn)動是保持人體健康的一種重要方式。人們在運(yùn)動時皮膚表面會產(chǎn)生大量汗液，傳統(tǒng)的織物無法迅速地將汗液導(dǎo)出，且由于織物兩側(cè)導(dǎo)濕性差異較小，汗液易回流，使得人體與織物間產(chǎn)生黏著感[1]。因此，單向?qū)窨椢镌谔岣呖椢餆釢袷孢m性方面具有廣泛的應(yīng)用前景，單向?qū)衩媪峡蓪⒑挂簡蜗虻貜目椢飪?nèi)層傳遞到織物外層，且不會回流，從而達(dá)到長時間保持舒適干爽的穿著特性。

目前，單向?qū)衩媪系膶崿F(xiàn)方式主要有2種：一是通過后整理加工實現(xiàn)，如楊德明等[2]使用圓網(wǎng)印花疏水整理工藝，使毛針織物具有一定的單向?qū)裥阅?；二是通過組織結(jié)構(gòu)結(jié)合親疏水性能差異纖維配置實現(xiàn)[3]。通過差異纖維結(jié)合織物結(jié)構(gòu)實現(xiàn)單向?qū)窆δ芗瓤梢詼p少生產(chǎn)環(huán)節(jié)提高生產(chǎn)效率，且與后整理中使用助劑相比[4]，其單項導(dǎo)濕的功能更加持久穩(wěn)定。本文旨在設(shè)計具有單向?qū)窆δ艿木暰庪p面小提花織物，根據(jù)實現(xiàn)單向?qū)窆δ艿脑?，采用緯編雙面提花圓機(jī)進(jìn)行雙面織物的結(jié)構(gòu)開發(fā)，使該雙面織物一面線圈結(jié)構(gòu)以均勻緊密為主，另一面線圈結(jié)構(gòu)以大小不均勻變化結(jié)構(gòu)為主，織物2面使用不同細(xì)度纖維織造。結(jié)合實驗測試，綜合分析不同組織結(jié)構(gòu)以及紗線配置方式對織物單導(dǎo)性能的影響。

1 設(shè)計原理

本文設(shè)計的雙面小提花織物在滿足服裝舒適性基本要求[5]的同時還需具備良好的單向?qū)裥Ч?。目前實現(xiàn)織物單向?qū)竦脑矸譃?種：差動毛細(xì)效應(yīng)和濕潤梯度效應(yīng)[6]。通過織物結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)單向?qū)窆δ艿脑碇饕獮椴顒用?xì)效應(yīng)。在雙面織物中，當(dāng)織物的外層纖維之間形成較細(xì)的毛細(xì)管，即單纖線密度小，織物里層纖維間形成較粗的毛細(xì)管，即單纖線密度大時，織物內(nèi)外層界面之間就會產(chǎn)生附加壓力差，引導(dǎo)織物中的液態(tài)水從里層流到外層，且不會回流，以此實現(xiàn)單向?qū)竦慕Y(jié)構(gòu)功能。

2 工藝方案

2.1 開發(fā)思路

以不同細(xì)度的滌綸作為原料，在雙層結(jié)構(gòu)的織物中，使用8.25 tex(288f)的超細(xì)滌綸纖維編織面料外層，使用5.55 tex(14f)的滌綸纖維編織面料里層，此時面料里層單纖線密度大，外層單纖線密度小。

在機(jī)號E32的RSL型雙面電腦提花圓機(jī)(張家港潤山針織機(jī)械有限公司)上設(shè)計3款不同組織結(jié)構(gòu)工藝。不同工藝的各樣品織物仿真圖如圖1～3所示，花寬6個縱行，花高共24橫列。織物穿紗方式為：方案1、3、5在奇數(shù)路使用5.55 tex(14f)紗線穿下針，偶數(shù)路使用8.25 tex(288f)紗線穿上針；方案2、4、6更換穿紗方式，在奇數(shù)路使用8.25 tex(288f)紗線穿下針，偶數(shù)路使用5.55 tex(14f)紗線穿上針。為探究穿紗方式是否對織物單向?qū)裥阅苡杏绊?，在各工藝中交換上針與下針使用的紗線原料分別得到2個不同方案。從各工藝意匠圖中可見，在第1、3、5、7、…、23路(即奇數(shù)路)中，正面均編織成圈而反面均為浮線。改變第2、4、6、8、…、24路(即偶數(shù)路)中正面編織成圈的數(shù)量，也就改變了連接點的多少。對比可以看出，每12路中，工藝2連接點數(shù)量最少(7個)，工藝1最多(11個)，工藝3居中(10個)，這些連接點對織物性能具有不同的影響。由于雙層面料的纖維粗細(xì)差異和線圈大小差異，因此在正面偶數(shù)路的浮線處易形成不同大小的間隙或凸起，間隙的大小與正面連續(xù)成圈的次數(shù)有關(guān)。

圖1 工藝1織物仿真圖Fig.1 Fabric simulation diagram of process 1. (a)Front side of pattern grid; (b)Front side of simulation diagram; (c)Reverse side of simulation diagram

圖2 工藝2織物仿真圖Fig.2 Fabric simulation diagram of process 2. (a)Front side of pattern grid; (b)Front side of simulation diagram; (c)Reverse side of simulation diagram

圖3 工藝3織物仿真圖Fig.3 Fabric simulation diagram of process 3. (a)Front side of pattern grid; (b)Front side of simulation diagram; (c)Reverse side of simulation diagram

2.2 樣品試織

單面織物僅可令一面具有特殊結(jié)構(gòu)，且單面織物的密度和質(zhì)量都小于雙面織物，形成的毛細(xì)管較少[7]，因此雙面織物的差動毛細(xì)效應(yīng)大于單面織物，更有利于實現(xiàn)織物的單向?qū)瘢译p面織物可配置2面不同的特殊結(jié)構(gòu)加強(qiáng)單向?qū)裥?yīng)。雙面織物的面密度通常為160～220 g/m2，織物偏重，考慮到該功能性面料的應(yīng)用季節(jié)為夏季，多為室內(nèi)運(yùn)動健身時使用，因此在保證單向?qū)竦墓δ芟驴刂泼婷芏仍?50 g/m2以內(nèi)，使織物輕薄透氣?？椢锘緟?shù)如表1所示。

表1 織物基本參數(shù)Tab.1 Fabric basic parameters

采用RSL潤山緯編雙面提花圓機(jī)進(jìn)行編織，該機(jī)器筒徑86.36 cm(34英寸)，機(jī)號E32，總針數(shù)3 408針，共72路。2種紗線使用比例不同，方案1、3、5樣品8.25 tex(288f)的紗線均占有較大比例，因此在同一工藝中面密度通常較重。同時成品經(jīng)定形后織物組織結(jié)構(gòu)收縮緊密，面密度增加。

3 性能測試

3.1 液態(tài)水分管理評價

液態(tài)水分管理分析儀(MMT)是一種用于測試紡織品水分管理能力的新型儀器，選用Q290型液態(tài)水分管理分析儀(標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)(香港)有限公司)進(jìn)行實驗，準(zhǔn)備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%的NaCl溶液，用于模擬人體汗液。當(dāng)溶液滴在試樣表面時，與試樣緊密接觸的上下傳感器會將試液在織物中的動態(tài)傳遞狀況以一系列指標(biāo)顯示出來，如浸濕時間、吸水速率、最大浸濕半徑、液態(tài)水分?jǐn)U散速度、單向傳遞指數(shù)以及液態(tài)水動態(tài)傳遞綜合指數(shù)。

3.2 透濕性測試

透濕量是衡量織物在恒定的水蒸氣壓條件下，于規(guī)定時間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸氣質(zhì)量。人體由于新陳代謝會在皮膚表面不斷產(chǎn)生濕氣，這些濕氣若無法及時排出體外，就會產(chǎn)生黏膩感，導(dǎo)致熱濕舒適性下降，因此測量織物的透濕性有助于衡量其功能性與舒適性[8]。

透濕性測試參照GB/T 12704—1991《織物透濕量測定方法 透濕杯法》標(biāo)準(zhǔn)，儀器選用YG601H-Ⅱ型織物透濕儀(寧波紡織儀器廠)進(jìn)行測定，設(shè)定測試溫度為38 ℃，相對濕度為90%，風(fēng)速為0.3～0.5 m/s。實驗時將織物試樣封在盛有吸濕劑氯化鈣的透濕杯上，再將透濕杯放入透濕儀中，得到一定時間內(nèi)透濕杯的質(zhì)量變化，根據(jù)式(1)計算透濕量。

(1)

式中：WVT為透濕量，g/(m2·d)；Δm為同一實驗組合體2次稱量之差，g；S為試樣實驗面積，m2；t為實驗時間，h。

3.3 透氣性測試

透氣性測試參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，選用YG461E-Ⅲ全自動透氣量儀(寧波紡織儀器廠)進(jìn)行測定，設(shè)定測試單位為mm/s，測試壓強(qiáng)為100 Pa，測試面積為20 cm2。

5.55 tex(14f)的紗線構(gòu)成的一面將作為內(nèi)側(cè)與人體皮膚接觸，因此在實驗時，令服用面5.55 tex(14f)一側(cè)朝向出風(fēng)口，使得標(biāo)準(zhǔn)溫濕度空氣從這一面透過。

圖4為織物截面圖，圖中貼膚層即織物內(nèi)層，也稱服用層，是由5.55 tex(14f)紗線編織成的疏水面，起到傳導(dǎo)水分的作用；中間紗線形成的連接點傳輸水分；由8.25 tex(288f)紗線編織的親水側(cè)為織物外層，起吸收水分的作用。無論如何改變穿紗方式，在實驗時，均采用服用面進(jìn)行測試。

圖4 織物截面圖Fig.4 Fabric section

4 結(jié)果與分析

4.1 液態(tài)水分管理分析

4.1.1 單向?qū)衲芰?/p>

織物的單向?qū)衲芰τ蓡蜗騻鬟f指數(shù)來衡量。圖5為實驗時織物內(nèi)外側(cè)含水量變化，表2為成品織物的單向?qū)裥阅軘?shù)據(jù)，選取表2中單向?qū)裥Ч^好的方案2、3及5的曲線圖對比觀察，從圖5中折線之間的數(shù)據(jù)差可以明顯看出方案3試樣內(nèi)外表面的含水量差異最大，其導(dǎo)濕性能最優(yōu)，方案5試樣次之。與其他試樣的內(nèi)表面相比，方案3試樣內(nèi)側(cè)的含水量下降速度最快，即其可以迅速將汗液排出，保持人體表面干爽，具有最低的水分含量。

表2 織物單向傳遞指數(shù)數(shù)據(jù)對比Tab.2 Comparison of fabric unidirectional transfer index data

圖5 織物內(nèi)外側(cè)水分含量變化Fig.5 Fabric variation of moisture content inside and outside. (a) Plan 2; (b) Plan 3; (c) Plan 5

可見在方案3中，5.55 tex(14f)滌綸在奇數(shù)路編織服用面，由8.25 tex(288f)的滌綸編織連接點時，單向傳遞水分的能力更好；其特殊組織結(jié)構(gòu)，即組織間連接點數(shù)量適中對面料的差動毛細(xì)效應(yīng)有一定的提升作用，面料形成了舒適干爽的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)。

4.1.2 液態(tài)水動態(tài)傳遞綜合指數(shù)

液態(tài)水動態(tài)傳遞綜合指數(shù)(OMMC)衡量織物整體對液態(tài)水的動態(tài)傳遞能力，是根據(jù)各項指標(biāo)的測試結(jié)果對織物進(jìn)行的綜合評價。表3示出的液態(tài)水分管理數(shù)據(jù)中顯示了織物測試的各項數(shù)據(jù)和各項評級，從各項數(shù)據(jù)上看，浸濕時間短、吸水速率較快、水分?jǐn)U散速度評級均達(dá)到5.0，說明方案1～5樣品均具有較好的吸濕性，其中最大浸濕半徑數(shù)據(jù)相似是因為儀器測量半徑上限為30 mm，最終顯示的數(shù)據(jù)是過程中表里層達(dá)到的浸濕半徑的最大值，而這幾款試樣吸濕性能良好，因此在表3中表里層最大浸濕半徑基本都達(dá)到了測量上限30 mm。表4為織物OMMC數(shù)據(jù)對比，結(jié)合表2單向傳遞指數(shù)的數(shù)據(jù)，雖然方案3在吸收速率的數(shù)據(jù)中排名靠后，但其單向傳遞水分的能力優(yōu)異，因此在織物OMMC數(shù)據(jù)對比中，方案3與其他樣品相比均較好，其次是方案5。

表3 液態(tài)水分管理數(shù)據(jù)Tab.3 Liquid moisture management data

表4 織物OMMC數(shù)據(jù)對比Tab.4 Fabric OMMC data comparison

4.2 織物透濕性

織物透濕性能數(shù)據(jù)對比如圖6所示。水氣在織物間的傳遞能力體現(xiàn)了織物透濕性的好壞[9]，其主要因素有：①織物中的孔隙，水氣通過這些孔隙擴(kuò)散至另一側(cè)；②纖維的吸濕能力，水氣在織物水氣壓較低的一側(cè)逸出；③毛細(xì)管的作用，大量的水氣分子會產(chǎn)生凝露，在毛細(xì)作用下擴(kuò)展、蒸發(fā)。

圖6示出，方案3的透濕性測試結(jié)果較好，這是因為工藝2中的連接點與工藝1和工藝3相比較少，其毛細(xì)效應(yīng)在上述單向?qū)裥缘臏y試中也體現(xiàn)出較好的效果，因此也提高了透濕性。

圖6 織物透濕性數(shù)據(jù)對比Fig.6 Comparison of fabric moisture permeability data

而在工藝1與工藝3中，可以發(fā)現(xiàn)方案1、5均在非服用面8.25 tex(288f)一側(cè)編織平針組織，形成的孔隙較小，且這種排紗方式導(dǎo)致織物的下機(jī)縮率增大，增加了織物的厚度，影響了織物透濕性，故方案1、5的透濕性比方案2、6差。

4.3 織物透氣性

織物透氣性的好壞與穿著舒適性直接相關(guān)。影響織物透氣性的因素主要是纖維的結(jié)構(gòu)性能、織物的組織結(jié)構(gòu)，如織物孔隙的大小及分布情況。圖7所示為織物透氣率數(shù)據(jù)對比。

圖7 織物透氣率數(shù)據(jù)對比Fig.7 Comparison of fabric breathability data

圖7示出，方案1、3、5樣品透氣性不如方案2、4、6，這是因為當(dāng)空氣從織物服用面5.55 tex(14f)一側(cè)透過時，此時在非服用面使用較粗的紗線編織平針組織形成的孔隙較小，阻礙了空氣通過；其次，由于該穿紗方式導(dǎo)致的下機(jī)縮率增加，織物厚度增加，也影響了織物的透氣性。而方案2、4、6樣品在服用面編織平針組織，另一側(cè)由于紗線粗細(xì)的差異，在連接點周圍形成了孔隙，有利于空氣的通過，因此透氣率較高。在普通服用針織物中，通常使用“粗蓋細(xì)”的配置，即方案2、4、6的排紗方式，有利于提高面料的透氣性。而本文設(shè)計的織物以保證織物較好的單向?qū)裥阅転榍疤幔沂箍椢锞哂幸欢ǖ耐笣裢笟庑?，從實驗結(jié)果可以看出滿足了織物透濕透氣的要求。

對比方案1、3、5樣品，方案1的透氣性最好，這是因為在工藝1中連續(xù)成圈的次數(shù)較多，形成的孔隙較大，有利于空氣通過。

4.4 綜合評價

在人體運(yùn)動易出汗的穿著條件下，對于運(yùn)動類服裝的重要要求是：服裝面料可以快速吸收汗液并排出到外層，即要求服裝具有良好的熱濕舒適性?？椢镏械乃謧鬟f分為氣態(tài)水傳遞和液態(tài)水傳遞[10]。氣態(tài)汗即人體在一般室溫環(huán)境下正常運(yùn)動產(chǎn)生的水蒸氣，要求服裝具有透氣性；液態(tài)汗則是在運(yùn)動時人體會分泌大量液體，此時要求服裝具有良好的單向?qū)窦巴笣裥阅堋?/p>

本文中所提到的織物以人體健身運(yùn)動排汗的情況為前提，因此上述不同實驗所占權(quán)重有所不同。分配具有單向?qū)裥Ч姆桨?、3、5的各實驗權(quán)重比，等級為1～5級，其中OMMC占50%，透濕性占30%，透氣性占20%，綜合評價如表5所示，最后通過式(2)計算得到綜合評級。

X=a×b

(2)

式中：X為綜合評級，級；a為單項數(shù)據(jù)的評級，級；b為每項數(shù)據(jù)所占比例，%。

表5 綜合評價Tab.5 Comprehensive assessment

工藝2的組織結(jié)構(gòu)連接點數(shù)量最少且分布均勻，再以5.55 tex/14f紗線編織貼膚層得到的方案3，相對其他方案顯示出較好的單向?qū)裥阅?。但此結(jié)論僅與本次實驗中其他工藝相比較，并非表示連接點越少單向?qū)裥Ч胶茫辉谕笣裥詼y試中，方案3也優(yōu)于其他試樣；其透氣性測試結(jié)果雖不如常用的排紗方式編織的試樣，但綜合評價下，以工藝2為基礎(chǔ)的方案3效果最好。

5 結(jié) 論

本文基于纖維的差動毛細(xì)效應(yīng)原理，開發(fā)了6款具有單向?qū)窆δ艿木暰庪p面小提花織物，并通過織物液態(tài)水分管理以及透氣透濕實驗，對成品面料進(jìn)行性能測試與評價，得出以下結(jié)論：

①通過緯編雙面結(jié)構(gòu)織物的液態(tài)水分管理實驗，得出水分單向傳遞功能與組織結(jié)構(gòu)中的連接點數(shù)量及分布相關(guān)；以細(xì)度小的滌綸纖維做貼膚內(nèi)層，細(xì)度大的滌綸纖維做服用外層，且結(jié)構(gòu)連接點少分布均勻時，織物內(nèi)層干爽，織物的單向?qū)駛鬟f指數(shù)達(dá)到264.02%，說明織物具有較好的毛細(xì)管效應(yīng)，透濕性也較好。

②織物的透氣性主要與織物的緊密程度相關(guān)，當(dāng)上針配置粗紗線編織較緊密結(jié)構(gòu)且雙面連接點少時，粗紗線覆蓋線圈多，透氣性較差；改變穿紗方式，使用細(xì)紗線編織緊密側(cè)，由粗紗線編織連接點，提高了織物的透氣效果。在保證單向?qū)窆δ艿耐瑫r，透氣透濕性能滿足服用功能的要求。

本文探索了緯編雙面單向?qū)窨椢锏慕Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法，為基于針織結(jié)構(gòu)單向?qū)窆δ茴惙玫拈_發(fā)提供了新思路。