玻尿酸黏膠纖維春夏用無縫針織物的舒適性能評價

金子敏，余樂，陳錕，趙明濤，王欣

(1.浙江理工大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，浙江 杭州 310018；2. 浙江棒杰數(shù)碼針織品有限公司，浙江 義烏 322009)

春夏季節(jié)天氣變熱，空調(diào)使用時大量水分蒸發(fā)，人們長期處于這種環(huán)境中，皮膚屏障功能減弱，感覺瘙癢干燥。目前，皮膚保濕方法可以分為減少外界環(huán)境刺激和使用保濕護膚品。保濕護膚品的保濕功效主要通過其含有的保濕劑來實現(xiàn)[1]，這雖然可以在一定程度上改善皮膚干燥，但是難以達到長效保濕的效果。與化妝品相比，紡織品與人體的接觸時間更長、接觸面積更大，織物中添加美容護膚成分可更大程度起到皮膚保健的作用[2]，因此研究功能性紡織品已成為一種新的趨勢[3]。玻尿酸又稱“透明質(zhì)酸”，其質(zhì)地黏稠透明，在低相對濕度下的吸濕量較高，而在高相對濕度下吸濕量較低，這種特性可以使皮膚適應(yīng)不同的季節(jié)環(huán)境，因此被譽為理想的天然保濕因子。同時，玻尿酸是一種天然安全、可降解的生物材料，具有抗氧化衰老、修復(fù)屏障等保護皮膚的作用[4]。伍霞等[5]研究表明，玻尿酸功能襪在一定程度上可對人體皮膚起到保濕作用，且經(jīng)過玻尿酸整理后褲襪的服用舒適性也得到改善。

為改善春夏用針織物的吸濕透濕性能，文中將玻尿酸黏膠紗與銅氨長絲[6]、聚乳酸長絲[7]、二醋酸長絲、吸濕排汗錦綸長絲結(jié)合，采用不同的排列比和織物組織結(jié)構(gòu)，利用正交實驗設(shè)計方法，得到織物試樣方案，通過無縫針織機[8]進行織造。對織物試樣的吸濕性、快干性、透氣性、透濕性和熱阻性能進行測試，探究不同織物試樣因素與織物服用舒適性能的關(guān)系，為玻尿酸黏膠纖維春夏季用無縫針織產(chǎn)品的研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

1.1.1原料 玻尿酸黏膠紗(線密度為11.80 tex)，深圳千維生態(tài)紡織有限公司生產(chǎn)；銅氨長絲(線密度為8.33 tex)，紹興丹澳紡織品有限公司生產(chǎn)；二醋酸長絲(線密度為8.33 tex)，紹興喜能紡織科技有限公司生產(chǎn)；聚乳酸長絲(線密度為8.33 tex)，江陰杲信化纖有限公司生產(chǎn)；吸濕排汗錦綸長絲(線密度為8.33 tex)、錦綸/氨綸包覆絲(線密度為2.22 tex/3.33 tex)， 義烏華鼎錦綸股份有限公司生產(chǎn)。

1.1.2儀器 ME204E型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司制造；LY-363型計時器，德清拜杰電器有限公司制造；SM8-TOP2型圣東尼無縫針織內(nèi)衣機，圣東尼(上海)針織機器有限公司制造；YG(B)871型毛細管效應(yīng)測定儀，溫州大榮紡織標準儀器廠制造；YG461E型透氣性測試儀、YG501D型透濕試驗儀，均由溫州方圓儀器有限公司制造；YG606G型熱阻、濕阻測試儀，均由寧波紡織儀器廠制造。

1.2 織物試樣方案設(shè)計

選取玻尿酸黏膠紗為面紗1，銅氨長絲、聚乳酸長絲、二醋酸長絲[9]和吸濕排汗錦綸長絲[10]為面紗2，通過正交實驗設(shè)計，確定面紗2、面紗1與面紗2排列交織比和織物組織結(jié)構(gòu)為因素變量，分別記為因素A，B和C。具體因素水平見表1。

表1 因素水平

由此設(shè)計了L16(42×2)混合水平正交試樣方案[11]，具體見表2。

表2 織物試樣方案

1.3 織物性能測試

1.3.1吸濕性測試 根據(jù)GB/T 21655.1—2008 《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單項組合試驗法》[12]，測試試樣的吸水率、滴水擴散時間和芯吸高度。

1)吸水率 先將試樣調(diào)濕平衡，采用電子天平稱取其初始質(zhì)量，再把試樣浸潤，取出懸掛至無滴水時稱其質(zhì)量，精確到0.001 g。計算試樣吸收水的質(zhì)量占試樣初始質(zhì)量的百分比，即吸水率。

2)滴水擴散時間 采用分度0.1 s計時器，記錄從水滴滴落至試樣表面不泛水光所需時間。

3)芯吸高度 參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應(yīng)試驗方法》[13]，采用毛細管效應(yīng)測定儀測量水沿著試樣上升的最高位置。

1.3.2快干性測試 根據(jù)GB/T 21655.1—2008 《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分:單項組合試驗法》[12]，取一定量的水滴在試樣上，然后將其垂直懸掛，讓水分自然蒸發(fā)，計算單位時間內(nèi)的水分蒸發(fā)質(zhì)量。

1.3.3透氣性測試 參照GB/T 5453—1997 《紡織品 織物透氣性的測定》[14]方法，采用透氣性測試儀測定一定時間內(nèi)垂直通過給定試樣面積的氣體流量。

1.3.4透濕性測試 依據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分：吸濕法》[15]，采用透濕試驗儀測量一定時間內(nèi)透濕杯的質(zhì)量變化，計算試樣透濕率。

1.3.5熱阻性能測試 根據(jù)GB/T 11048—2018 《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定(蒸發(fā)熱板法)》[16]，采用熱阻測試儀測定試樣兩面的溫差與垂直通過試樣的單位面積熱流量之比。

2 結(jié)果與分析

織物的吸濕性、快干性、透氣性、透濕性和熱阻等性能測試結(jié)果見表3。

2.1 織物的吸濕性分析

織物的吸濕性表示織物接觸水時對水分的吸收能力，一定程度上體現(xiàn)了織物吸附汗的能力[17]。織物的吸水率越大，滴水擴散時間越短，芯吸高度越大，織物的吸濕性能越好。對試樣數(shù)據(jù)進行正交實驗直觀分析，得到各因素水平均值與極差，同一因素各水平上均值的最大值與最小值之差為極差，極差越大，則對應(yīng)的因素對織物吸濕性影響更大?？椢锝Y(jié)構(gòu)參數(shù)與織物吸水率關(guān)系如圖1所示。

由圖1可知，在因素A中，織物的吸水率大小依次為A4>A3>A1>A2，即含有吸濕排汗錦綸長絲的織物吸濕性最好；在因素B中，織物的吸水率大小排序為B1>B2>B3>B4，即玻尿酸黏膠紗在面紗中占比越高，織物的吸濕性越好；在因素C中，網(wǎng)眼組織織物的吸濕性比平針組織織物好，這是因為網(wǎng)眼組織中存在更多的孔眼，更易吸水。各因素的極差大小排序為C>B>A，即對織物吸水率影響最大的因素是織物組織結(jié)構(gòu)。由此可得，織物吸水率最佳的組合為(C2，B1，A4)，換言之，當面紗中玻尿酸黏膠紗與吸濕排汗錦綸長絲以100∶0的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的吸濕性能最好。

圖1 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)(3因素)與織物吸水率的關(guān)系Fig.1 Relationship between fabric structural parameters and fabric water absorption

織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與織物滴水擴散時間關(guān)系如圖2所示。

圖2 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)(3因素)與織物滴水擴散時間的關(guān)系Fig.2 Relationship between fabric structural parameters and fabric drip diffusion time

由圖2可以看出:在因素A中，按織物的滴水擴散時間大小排序為A1A>C，即織物滴水擴散時間影響最大的因素是面紗排列交織比。由此可得，織物滴水擴散時間最短的組合為(B1，A1，C2)，換言之，當面紗中玻尿酸黏膠紗與銅氨長綸以100∶0的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的滴水擴散能力最好。

織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與織物芯吸高度關(guān)系如圖3所示。

圖3 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)(3因素)與織物芯吸高度的關(guān)系Fig.3 Relationship between fabric structural parameters and fabric wicking height

由圖3可以看出：在因素A中，按織物的芯吸高度大小排序為A2>A3>A1>A4，即含有聚乳酸長絲的織物芯吸高度最大；在因素B中，織物的芯吸高度大小排序為B1>B2>B3>B4，即玻尿酸黏膠紗在面紗中占比越高，織物芯吸高度越大；在因素C中，網(wǎng)眼組織的織物芯吸高度比平針組織的織物大。各因素的極差大小排序為A>B>C，即對織物芯吸高度影響最大的因素是不同類型的吸濕排汗長絲。由此可得，織物芯吸高度最大的組合為(A2，B1，C2)，換言之，當面紗中玻尿酸黏膠紗與聚乳酸長絲以100∶0的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的吸濕性能最好。

2.2 織物的快干性分析

快干性可用于表征織物被滴濕或浸濕后快速變干的能力[18]，常以水分蒸發(fā)速率表示?？椢锏乃终舭l(fā)速率越快，說明織物快干性能越好?？椢锼终舭l(fā)速率趨勢如圖4所示。

圖4 水分蒸發(fā)速率趨勢Fig.4 Line chart of water evaporation rate trend

由圖4可以看出，各織物水分蒸發(fā)速率的變化趨勢總體一致，由快到慢，在45 min后，水分蒸發(fā)速率變化趨勢開始明顯減慢，并趨于平緩。

對試樣數(shù)據(jù)進行正交實驗直觀分析，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與織物水分蒸發(fā)速率關(guān)系如圖5所示。

圖5 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)(3因素)與織物水分蒸發(fā)速率的關(guān)系Fig.5 Relationship between fabric structural parameters and fabric moisture evaporation rate

由圖5可以看出：在因素A中，按織物的水分蒸發(fā)速率大小排序為A4>A2>A3>A1，即含有吸濕排汗錦綸長絲的織物快干性能最好；在因素B中，織物的水分蒸發(fā)速率大小排序為B4>B3>B2>B1，即玻尿酸黏膠紗在面紗中的排列交織比越低，織物快干性能越好；在因素C中，網(wǎng)眼組織的織物的快干性能比平針組織的織物好。各因素的極差大小排序為A>B>C，即對織物水分蒸發(fā)速率影響最大的因素是不同類型的吸濕排汗長絲。由此可得，織物水分蒸發(fā)速率最快的組合為(A4，B4，C2)，換言之，當面紗中玻尿酸黏膠紗與吸濕排汗錦綸長絲以25∶75的質(zhì)量比排列，組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的快干性能最好。

2.3 織物的透氣性分析

織物的透氣性表示氣流透過織物的能力，穿著透氣性好的織物不容易使人產(chǎn)生悶熱感[19-20]?？椢锏耐笟饴试酱?，說明織物透氣性越好。對試樣數(shù)據(jù)進行正交實驗直觀分析，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與織物透氣率關(guān)系如圖6所示。

由圖6可知：在因素A中，按織物的透氣率大小排序為A1>A3>A2>A4，即含有銅氨長絲的織物透氣性最好；在因素B中，織物的透氣率大小排序為B4>B3>B2>B1，即玻尿酸黏膠紗在面紗中排列占比越低，織物的透氣性越好；在因素C中，網(wǎng)眼組織織物的透氣性比平針組織的織物好，其透氣率接近后者的兩倍，因為網(wǎng)眼組織織物的空隙大，更容易使氣流通過。各因素的極差大小排序為C>A>B，即對織物透氣率影響最大的因素是織物組織結(jié)構(gòu)。由此可得，織物透氣率最大的組合為(C2，A1，B4)，換言之，當面紗中玻尿酸黏膠紗與銅氨長絲以25∶75的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的透氣性最好。

圖6 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)(3因素)與織物透氣率的關(guān)系Fig.6 Relationship between fabric structural parameters and fabric air permeability

2.4 織物的透濕性分析

織物的透濕性評價指標是透濕率，透濕率是指在試樣兩面保持規(guī)定的溫濕度條件下，一定時間內(nèi)垂直通過單位面積試樣的水蒸氣質(zhì)量[21]?？椢锏耐笣衤试酱?，織物的透濕性能越好。對試樣數(shù)據(jù)進行正交實驗直觀分析，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與織物透濕率關(guān)系如圖7所示。

圖7 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)(3因素)與織物透濕率的關(guān)系Fig.7 Relationship between fabric structural parameters and fabric moisture permeability

由圖7可知：在因素A中，按織物的透濕率大小排序為A2>A4>A1>A3，即含有聚乳酸長絲的織物透濕性最好；在因素B中，織物透濕率大小排序為B1>B2>B3>B4，即玻尿酸黏膠紗在面紗中含量越高，織物的透濕性越好；在因素C中，網(wǎng)眼組織織物的透濕性比平針組織織物好。各因素的極差大小排序為B>A>C，即對織物透濕率影響最大的因素是面紗排列交織比。由此可得，織物透濕率最大的組合為(B1，A2，C2)，換言之，當面紗中玻尿酸黏膠紗與聚乳酸長絲以100∶0的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的透濕性最佳。

2.5 織物的熱阻性能分析

織物的熱阻性能代表了織物保持現(xiàn)有熱量的能力，熱阻越大，織物散熱能力越差。對試樣數(shù)據(jù)進行正交實驗直觀分析，織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與織物熱阻性能關(guān)系如圖8所示。

圖8 織物結(jié)構(gòu)參數(shù)(3因素)與織物熱阻性能的關(guān)系Fig.8 Relationship between fabric structural parameters and fabric thermal resistance performance

由圖8可知：在因素A中，按織物的熱阻大小排序為A2B2>B3>B4，即玻尿酸黏膠紗在面紗中的排列比越低，織物的散熱能力越好；在因素C中，網(wǎng)眼組織織物的散熱能力比平針組織織物好。各因素的極差大小排序為A>B>C，即對織物熱阻影響最大的因素是不同類型的吸濕排汗長絲。由此可得，織物熱阻最小的組合為(A2，B4，C2)，換言之，當面紗中玻尿酸黏膠紗與聚乳酸長絲以25∶75的質(zhì)量比排列，組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的散熱能力最好。

2.6 織物的舒適性能綜合評價

通過模糊綜合評價的方法，選擇吸濕性、快干性、透氣性、透濕性和熱阻性能指標，對織物的服用舒適性進行評價。以織物熱阻、滴水擴散時間、芯吸高度、水分蒸發(fā)速率、吸水率、透氣率和透濕率7項指標數(shù)據(jù)為行向量，列出決策矩陣X。

通過隸屬度函數(shù)規(guī)范初始決策矩陣，使初始決策矩陣中的數(shù)集單位、數(shù)量級統(tǒng)一到[0,1]區(qū)間內(nèi)，文中采用max-min的隸屬度計算方法：

(1)

(2)

式中：i為矩陣的行數(shù)，i=1，2…7；j為矩陣的列數(shù)，j=1，2…16；Xij為矩陣第i行第j列位置上數(shù)的值；Ximax為矩陣第i行的最大數(shù)的數(shù)值；Ximin為矩陣第i行的最小數(shù)的數(shù)值。

芯吸高度、水分蒸發(fā)速率、吸水率、透氣率、透濕率的測試值越大，織物舒適性能越佳，這些指標與織物舒適性能呈正相關(guān)，可采用式(1)進行規(guī)范；熱阻、滴水擴散時間的測試值越大，織物舒適性能越差，這些指標與織物舒適性能呈負相關(guān)，應(yīng)采用式(2)進行規(guī)范。對初始決策矩陣X進行計算，得到模糊評價矩陣Y，即

征詢紡織領(lǐng)域有關(guān)專家對玻尿酸黏膠纖維春夏用無縫針織物的舒適性能權(quán)重指標建議，并結(jié)合專家打分，確定對應(yīng)7項指標的權(quán)重向量A，A=(0.146,0.141,0.129,0.116,0.124,0.131,0.128)，將權(quán)重向量模糊評價矩陣與權(quán)重向量相乘B=AY，得到模糊綜合評價結(jié)果，具體見表4。計算得到的數(shù)值越大，說明織物得分越高，舒適性能越好。根據(jù)表4織物模糊綜合評價結(jié)果，5#,13#織物得分最高，即面紗為100%玻尿酸黏膠紗、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織的織物舒適性最優(yōu)。

表4 織物模糊綜合評價結(jié)果

3 結(jié)語

1)對織物吸水率影響最大的因素是織物組織結(jié)構(gòu)，對織物滴水擴散時間影響最大的因素是面紗排列交織比，對織物芯吸高度影響最大的因素是不同類型的吸濕排汗長絲。當面紗為100%玻尿酸黏膠紗、織物組織為網(wǎng)眼組織時，織物的吸濕性最好。

2)對織物水分蒸發(fā)速率影響最大的因素是不同類型的吸濕排汗長絲。當面紗中玻尿酸黏膠紗與吸濕排汗錦綸長絲以25∶75的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的快干性最好。

3)對織物透氣率影響最大的因素是織物組織結(jié)構(gòu)。當面紗中玻尿酸黏膠紗與銅氨長絲以25∶75的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的透氣性最好。

4)對織物透濕率影響最大的因素是面紗排列交織比。當面紗中玻尿酸黏膠紗與聚乳酸長絲以100∶0的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的透濕性最佳。

5)對織物熱阻影響最大的因素是面紗中不同類型的吸濕排汗長絲。當面紗中玻尿酸黏膠紗與聚乳酸長絲以25∶75的質(zhì)量比排列、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織時，織物的散熱能力最好。

6)通過模糊綜合評價的方法，結(jié)合專家打分確定織物熱阻、滴水擴散時間、芯吸高度、水分蒸發(fā)速率、吸水率、透氣率和透濕率的權(quán)重向量，建立關(guān)于吸濕性、快干性、透氣性、透濕性和熱阻性能的模糊評價矩陣。模糊評價結(jié)果顯示，面紗為100%玻尿酸黏膠紗、組織結(jié)構(gòu)為網(wǎng)眼組織的織物舒適性最優(yōu)。