針織涼感面料的性能相關(guān)影響因素分析

褚北斗，林 聆，顧學(xué)峰，陳慰來

(1.浙江理工大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院(國際絲綢學(xué)院)，杭州 310018；2.寧波馬菲羊紡織科技有限公司，浙江寧波 315700)

為了減少二氧化碳的再排放，生產(chǎn)紡織面料需遵從綠色環(huán)保的理念[1]。推動具有涼感和高舒適性涼感面料的開發(fā)生產(chǎn)，不僅可以滿足織物服用性能多元化的需求，而且符合低碳的衣著生活需求。

涼感面料的開發(fā)一般從原材料、面料和后整理3方面進(jìn)行考慮[2]。涼感纖維原料的利用在國內(nèi)起步較晚，2006年中國首次研發(fā)出具有涼感的玉石聚酯纖維[3]。涼感原材料是指選取具有較好涼感性能的纖維，目前主要通過物理改性和化學(xué)改性兩種方法使纖維長絲具有涼感性能。物理改性是把玉石研磨至次微米等級，經(jīng)由混練技術(shù)添加入纖維中，透過異形斷面吸濕排汗的纖維結(jié)構(gòu)，使得熱量從織物與人體接觸面導(dǎo)向織物與外部接觸面，產(chǎn)生良好的涼感作用[3]?；瘜W(xué)改性是通過改變原子團(tuán)種類與大分子鏈的原子，還可以通過共聚和交聯(lián)等改變原子間的結(jié)合方式[4]。針織涼感面料具有較好的服用性能和熱濕舒適性能，并且輕薄柔軟，織造過程中可以選擇緯平針和羅紋組織結(jié)構(gòu)，從而使針織物具有更好的涼感性能[5]。針織涼感面料的后整理是在助劑中添加ICECOATL-20[6]等涼感成分，涼感成分通過與黏合劑(樹脂)附著在針織面料上，從而使面料具有涼感性能。

纖維的接觸涼感系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)越高，其涼感性能越好[7]，即能夠?qū)⑸眢w產(chǎn)生的熱量快速排至外界環(huán)境，使織物穿著時具有良好的舒適性和清涼感。因此，本文選取采用物理改性方法獲得的滌綸涼感纖維，同時選擇緯平針和四角網(wǎng)眼組織織造織物，使織物具有良好的透濕及其他服用性能。參考相關(guān)文獻(xiàn)中的研究方法[8-10]，通過測試針織物的透氣率、透濕率、面密度、熱阻、克羅值和熱導(dǎo)率，分析影響針織物接觸涼感系數(shù)的相關(guān)因素。

1 實 驗

1.1 實驗材料和測試方法

紗線優(yōu)選華楙生技股份公司生產(chǎn)的8.3 tex涼感滌綸長絲和騰達(dá)紡織公司生產(chǎn)的8.3 tex普通滌綸長絲。使用XL-2型紗線強(qiáng)伸儀測試，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T14344—1993《化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗方法》，分別測量涼感纖維與普通纖維的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)度值。采用JSM-5600LV型掃描電鏡取得涼感滌綸纖維的橫截面以及其縱向形態(tài)圖。

1.2 涼感織物的制備方法

針織涼感面料可選用珠地網(wǎng)眼、緯平針等多種組織。緯平針織物輕薄，珠地網(wǎng)眼組織織物硬挺透氣，能滿足不同消費者的需求。緯平針組織是單面緯編針織物中的原組織，正面圈柱，反面圈弧，雖然織物易脫散，但是緯平針織物有良好的透氣性，其橫向拉伸時延伸線較高，適合開發(fā)運動服、無縫內(nèi)衣和合身短袖等。以下是緯平針組織的編織圖，其中“o”表示紗線成圈，“│”表示織針。針織試樣的編織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 針織面料結(jié)構(gòu)編織圖Fig.1 Structureweave diagrams of knitted fabric

本文基于不同針織物組織的特點，選用上述結(jié)構(gòu)組織，編織親膚舒適和輕薄涼爽的涼感針織面料。實驗共設(shè)計織造了9種不同類型的涼感滌綸針織物，以滿足不同廠商和消費的的實際需求。采用針織大圓機(jī)織造，成圈系統(tǒng)路數(shù)為112，針織面料的基本參數(shù)如表1所示。

表1 針織面料的基本規(guī)格參數(shù)Tab.1 Specification parameters for knitted fabric

1.3 涼爽評價指標(biāo)定義與原理

在皮膚溫度高于穿著的涼感織物的溫度時，皮膚上的熱量會被迅速傳到外界環(huán)境，造成皮膚溫度的瞬間下降，再通過皮膚表面上的神經(jīng)元傳送到人體大腦中，讓人產(chǎn)生瞬間涼爽的感覺[11]。

接觸涼感系數(shù)(Qmax)是將溫度高于試樣規(guī)定溫度的熱檢測板以一定壓力與試樣接觸，熱檢測板與試樣接觸后熱量傳遞過程中熱流密度的最大值[12]。

當(dāng)人體皮膚表面與所穿著針織物存在溫差時，人體皮膚表面的熱量會傳遞到外界環(huán)境中，引起體表溫度的下降，使人產(chǎn)生瞬間涼爽的感覺，通常用Qmax表示，即針織試樣與人體皮膚接觸時最大的熱量傳遞值。Qmax值越大，表明織物的涼感性能越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維性能分析

使用XL-2型紗線強(qiáng)伸儀測試紗線力學(xué)性能結(jié)果如表2。通過比較可以得出涼感纖維斷裂強(qiáng)力為267 cN低于普通纖維斷301 cN，但是其斷裂伸長率為27.6%高于普通纖維的25.5%，具有較好的拉伸變形能力，可知涼感纖維符合基本的力學(xué)性能。

表2 纖維基本力學(xué)性能Tab.2 Basic mechanical properties of fiber

使用SM-5600LV型掃描電鏡在3000倍放大倍數(shù)下取得普通滌綸長絲和涼感滌綸纖維的橫截面以及其縱向形態(tài)圖，如圖2所示。由圖2可發(fā)現(xiàn)，涼感滌綸長絲的表面有一些微小的顆粒狀物質(zhì)。這是因為涼感滌綸長絲在紡絲過程中加入了一定次微米級玉石顆粒。

圖2 普通滌綸與滌綸涼感長絲形態(tài)Fig.2 SEM morphology of the common polyester filament and cool feeling polyester filament

2.2 針織面料性能分析

測量涼感針織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值、熱導(dǎo)率和接觸涼感系數(shù)，如表3。

表3 針織物試樣性能測試結(jié)果Tab.3 Performance test results of knitted fabric samples

通過SPSS數(shù)據(jù)分析軟件，研究涼感針織物的接觸涼感系數(shù)與針織物的熱濕舒適性能指標(biāo)的相關(guān)性[13]。根據(jù)表4可知，針織涼感織物的接觸涼感系數(shù)與織物的熱阻、透濕率、透氣率和面密度有關(guān)系。涼感針織物接觸涼感與面密度和熱導(dǎo)率有明顯的正相關(guān)，與涼感針織物的透氣率、克羅值和熱阻成明顯的負(fù)相關(guān)，透濕率在一定程度與織物的接觸涼感系數(shù)呈正相關(guān)。

表4 接觸涼感系數(shù)與針織物性能指標(biāo)相關(guān)性Tab.4 Correlation between Qmax and performance index of cool fabric

通過散點圖及擬合方程研究影響織物接觸涼感系數(shù)與織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和熱導(dǎo)率關(guān)系。擬合結(jié)果如圖3，由圖3可知接觸涼感指數(shù)與織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和熱導(dǎo)率有線性關(guān)系。

圖3 接觸涼感系數(shù)與面密度、透氣率、透濕率、熱阻、熱導(dǎo)率和克羅值相關(guān)性Fig.3 The correlation between contact cool feeling coefficient and property parameters of surface density, air permeability, moisture permeability, thermal resistance, thermal conductivity, and CLO value

2.3 多元線性分析

多元線性回歸分析通過回歸方程的形式討論多個自變量與因變量之間是否有線性依賴關(guān)系，是一種較為廣泛應(yīng)用的統(tǒng)計分析方法。本文主要分析接觸涼感系數(shù)與影響接觸涼感系數(shù)的多個參數(shù)之間的關(guān)系。

2.3.1 多元線性回歸模型

采用多元線性回歸模型建立接觸涼感系數(shù)(被解釋量)與面密度、熱阻、透濕率、透氣率、熱導(dǎo)率和克羅值(解釋變量)之間的線性數(shù)學(xué)模型數(shù)量關(guān)系式，即有許多個不同變量參數(shù)的多元線性回歸模型。

Y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+…+βpxp+ε

(1)

式(1)是多元線性回歸模型，模型有p個解釋變量。線性回歸方程中被解釋的變量(接觸涼感系數(shù))的變化部分由兩部分組成：第一部分是由透濕率、面密度等解釋變量引起的線性變化的結(jié)果，即Y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+…+βpxp；第二部分是指其它隨機(jī)因素造成的隨機(jī)誤差，即ε。所建立回歸方程中ε、β0、β1、β2、…βp的值都是未知值，通常把β1、β2、…βp稱之為回歸系數(shù)。

2.3.2 多元線性回歸分析結(jié)論

涼感針織物的涼感系數(shù)與針織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和熱阻在一定程度上呈現(xiàn)不同的線性相關(guān)性，以接觸涼感指數(shù)為因變量，以面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和透濕率為自變量，并進(jìn)行多元線性回歸分析。通過表5可得出調(diào)整R2為0.681，因為其值不接近于1，可以認(rèn)定為回歸方程的擬合度較低，即接觸涼感值可以被模型其他參數(shù)解釋的較少，回歸方程不顯著。

表5 多元線性回歸分析結(jié)果1Tab.5 Multiple linear regression analysis results 1

由表6多元線性回歸分析結(jié)果進(jìn)行回歸系數(shù)顯著性檢驗，如果假設(shè)顯著性水平a為0.05，可知透氣率、面密度、透濕率、熱阻、克羅值和熱導(dǎo)率回歸系數(shù)顯著性t檢驗的概率p值均大于顯著性水平a，即可確定它們與接觸涼感系數(shù)是不顯著的線性關(guān)系，因此建立的多元回歸模型是不可用的。由表7選取透氣率和面密度為解釋變量，可以知道檢測統(tǒng)計量F的值是11.649，同時概率p值為0.006，因為0.006小于0.05，認(rèn)為接觸涼感系數(shù)與其他影響變量是顯著的線性關(guān)系，即可建立線性模型。

表6 多元線性回歸分析結(jié)果2Tab.6 Multiple linear regression analysis results 2

表7 多元線性回歸分析結(jié)果3Tab.7 Multiple linear regression analysis results 3

由表8、表9多元線性回歸分析可知，容差(tolerance)值為0.950，0.950，可知方差膨脹因子(VIF)的值為1.052，1.052，值均較小，條件指數(shù)(condition index)的第1、2、3為1.000、4.217、5.460均小于10，說明被解釋變量和解釋量共線性很弱，即建立的線性模型是恰當(dāng)?shù)?說明針織織物的接觸涼感系數(shù)與織物的透濕率、熱阻和克羅值存在相關(guān)性。最終確立的方程如下，Qmax=0.00039+0.001*G+0.00026*Qv可以用于接觸涼感系數(shù)的預(yù)測，其中：Qmax表示織物的接觸涼感系數(shù)，G表示織物的面密度，Qv表示織物的透氣率。

表8 多元線性回歸分析結(jié)果4Tab.8 Multiple linear regression analysis results 4

表9 多元線性回歸分析結(jié)果5Tab.9 Multiple linear regression analysis results 4

3 結(jié) 論

本文原材料選取的是涼感滌綸長絲，并在針織物織造的過程中選用緯平針和四角網(wǎng)眼組織。對滌綸長絲的拉伸性能和涼感織物的面密度、熱阻、熱導(dǎo)率、透氣性、克羅值和透濕性進(jìn)行測試，最后通過相關(guān)分析和多元線性回歸分析得到以下結(jié)論：

a)涼感滌綸長絲斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度比普通纖維較小，但是斷裂伸長率優(yōu)于普通纖維，使涼感纖維具有較好的拉伸彈性和基本的服用性能。

b)針織物的面密度和熱導(dǎo)率與接觸涼感系數(shù)有正相關(guān)關(guān)系，即針織物的面密度和熱導(dǎo)率的值越高，針織物的接觸涼感系數(shù)就越大，涼感性能就越好；針織物的熱阻值、透氣率和克羅值與接觸涼感系數(shù)有負(fù)相關(guān)關(guān)系，即織物的熱阻值、透氣率和克羅值越小，針物接觸涼感系數(shù)就越大，涼感性能就越好。

c)使用多元回歸分析，并建立多元線性回歸模型，Qmax=0.00039+0.001*G+0.00026*Qv，針織物的接觸涼感系數(shù)可以通過面密度和透氣率計算得出。