緯編單導(dǎo)涼感雙面輕薄織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能

姚懿宸, 董智佳, 姚馨馨, 葛美彤

(1.江南大學(xué) 針織技術(shù)教育部工程研究中心,江蘇 無(wú)錫 214122; 2.無(wú)錫恒諾紡織科技有限公司,江蘇 無(wú)錫 214105)

為積極應(yīng)對(duì)全球溫室效應(yīng)加劇的氣候變化,中國(guó)紡聯(lián)在2021國(guó)際創(chuàng)新峰會(huì)上提出要推動(dòng)“中國(guó)時(shí)尚品牌氣候創(chuàng)新碳中和加速計(jì)劃”,為了減少制冷設(shè)備的使用,實(shí)現(xiàn)低碳的衣著生活,涼感面料成為當(dāng)下節(jié)能著裝開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)[1-2]。涼感纖維通常具有較高的導(dǎo)熱系數(shù),能將人體產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)出到外界環(huán)境。但常規(guī)涼感纖維吸濕性差,難以將人體表面的汗液排出,使人體與織物間產(chǎn)生黏著感[3-4]。緯編雙層織物結(jié)構(gòu)通過(guò)形成織物內(nèi)外層濕潤(rùn)梯度,將汗液?jiǎn)蜗虻貜挠H膚一側(cè)傳導(dǎo)至織物外層,使其在織物外層迅速蒸發(fā),且導(dǎo)出的汗液不會(huì)回滲到面料內(nèi)層,以維持面料與人體皮膚之間微環(huán)境的濕熱平衡[5],可以改善織物的導(dǎo)濕透氣性。目前市面上的單面運(yùn)動(dòng)面料普遍遮蔽性較差,單向?qū)裥阅苡邢?難以織造較大的花型;而常規(guī)雙面運(yùn)動(dòng)面料的平方米質(zhì)量在170～210 g/m2,且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,難以滿足夏季運(yùn)動(dòng)時(shí)人們對(duì)于面料輕薄干爽的需求。

本文旨在開(kāi)發(fā)系列具有單向?qū)窆δ艿妮p薄涼感織物,根據(jù)單向?qū)窦夹g(shù)的原理,選用具有涼感性能的聚乙烯(PE)及其復(fù)合纖維編織親膚面,滌綸編織織物使用正面,通過(guò)組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使面料有凹凸?fàn)畹膯蝹?cè)網(wǎng)眼結(jié)構(gòu),減少面料與皮膚的貼附。最后測(cè)試獲得樣品的導(dǎo)濕透濕、接觸涼感等性能,并分析評(píng)價(jià)不同纖維材料和組織結(jié)構(gòu)對(duì)織物綜合性能的影響。

1 織物開(kāi)發(fā)

目前開(kāi)發(fā)夏季運(yùn)動(dòng)面料采用的紗線常規(guī)線密度為8.33 tex,由于雙面結(jié)構(gòu)難以做到十分輕薄,本文全部采用5.56 tex的紗線,以減小織物厚度,并通過(guò)合理配置親疏水紗線達(dá)到單向?qū)竦男阅?設(shè)計(jì)組織結(jié)構(gòu)形成單側(cè)網(wǎng)眼,實(shí)現(xiàn)面料的凹凸效應(yīng)。

1.1 原料選擇

目前利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法實(shí)現(xiàn)織物的單向?qū)窆δ苤饕且揽坷w維原料親疏水性能的差異[6]。聚乙烯(PE)纖維屬于本征型導(dǎo)熱纖維,其高結(jié)晶度和取向度能使熱量延纖維軸向快速傳遞,且具有較高的人體紅外透過(guò)率和持續(xù)的熱傳導(dǎo)能力,穩(wěn)態(tài)接觸涼感有一定的優(yōu)越性[7-8];聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維的皮層組織為高密度聚乙烯,熔點(diǎn)低且柔軟性好;芯層組織為聚丙烯,熔點(diǎn)高、強(qiáng)度高[9],有良好的導(dǎo)熱能力和芯吸能力。

低溫陽(yáng)離子滌綸是滌綸纖維經(jīng)陽(yáng)離子改性,加入親水性基團(tuán),降低結(jié)晶度,使其吸濕回潮率遠(yuǎn)高于普通滌綸;通過(guò)超細(xì)化紡絲技術(shù)制得的超細(xì)合成纖維滌綸線密度遠(yuǎn)細(xì)于普通滌綸紗線,其比表面積大,纖維之間的縫隙較大,形成更密集的毛細(xì)孔洞,使纖維的吸濕性和毛細(xì)芯吸能力得到極大提高,且纖維束內(nèi)纖維根數(shù)增多,利于吸收和保留更多水分,改善了滌綸的親水性[10]。

因此,選擇PE纖維和PE/PP復(fù)合纖維編織內(nèi)層疏水面;選擇兩種改性滌綸紗線編織外層親水面。紗線具體規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 紗線規(guī)格Tab.1 Yarn specifications

1.2 工藝方案

采用工藝1和工藝2搭配低溫陽(yáng)離子滌綸紗線和PE/PP復(fù)合紗線制備樣品1和樣品2,采用工藝3、4、5搭配超細(xì)纖維滌綸紗線和PE紗線制備樣品3、4、5。其中,工藝1采用滌綸在針盤編織工藝反面和連接層,工藝2、3、4、5都采用涼感纖維在針盤編織工藝反面并編織連接層?；竟に噮?shù)如表2所示。

表2 基本工藝參數(shù)Tab.2 Basic process parameters

工藝1的花型通過(guò)連接處的編織將線圈固定,跨越橫列的線圈將網(wǎng)眼兩側(cè)收縮拉緊,使網(wǎng)眼呈現(xiàn)梨形,且呈單面,形成工藝正面,即親膚面的凹凸結(jié)構(gòu)。工藝3與工藝1選針形成的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)類似,但由于采用上針隔行全成圈的組織結(jié)構(gòu),兩面均較為平滑。工藝2、4、5采用集圈編織連接層,形成滌綸面的單側(cè)網(wǎng)眼。繪制結(jié)構(gòu)意匠圖,如圖1所示;并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)IKDS繪制線圈結(jié)構(gòu)模擬圖和側(cè)視圖,如圖2所示。

圖1 意匠圖Fig.1 Pattern grid

圖2 線圈結(jié)構(gòu)模擬圖和側(cè)視圖Fig.2 Coil structure simulation diagram and lateral view

1.3 后整理

1.3.1 染 色

聚乙烯吸濕染色性較差,染色時(shí)在滌綸編織面上色。該系列面料為吸濕排汗功能性面料,采用ICC吸濕排汗整理劑(魯?shù)婪蚧び邢薰?,增強(qiáng)織物滌綸面的親水性和吸濕性。該整理劑適合超細(xì)纖維織物的功能整理,賦予織物柔軟、涼爽手感。

1.3.2 定 型

由于聚乙烯材質(zhì)不耐高溫,熱定型溫度不能超過(guò)115 ℃。經(jīng)整理定型后,量得成品基本規(guī)格如表3所示。

表3 成品基本規(guī)格參數(shù)Tab.3 Basic specifications of finished products

2 測(cè)試設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)濕透濕性能測(cè)試

2.1.1 單向?qū)裥约八俑尚?/p>

1) 芯吸高度。根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》測(cè)試織物的芯吸高度,分別測(cè)量經(jīng)緯向數(shù)據(jù)各3組求平均值,作為評(píng)價(jià)其吸濕性能的指標(biāo)。

2) 液態(tài)水分管理。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕的評(píng)定 第2部分:動(dòng)態(tài)水分傳遞法》中的相關(guān)指標(biāo),選用MMT液態(tài)水分管理測(cè)試儀,測(cè)試5組數(shù)據(jù)求平均值。

3) 滴水?dāng)U散面積。用滴管吸2 mL的有色溶液,在距離織物親膚面2 cm的高度連續(xù)滴5滴,靜待40 s,拍攝其擴(kuò)散形態(tài),并利用Imagej軟件計(jì)算其不規(guī)則面積。

2.1.2 透濕性

衡量服裝舒適性的一個(gè)重要指標(biāo)就是紡織面料的透濕性能,按照GB/T 12704—1991《織物透濕量測(cè)定方法 透濕杯法》,選用YG601H-Ⅱ織物透濕儀進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試3組數(shù)據(jù)求平均值。

(1)

式中:WVT為每平方米每24 h的透濕量;m1為第一次稱量試驗(yàn)組合體質(zhì)量;m2為第二次稱量試驗(yàn)組合體質(zhì)量;S為試樣試驗(yàn)面積;t為試驗(yàn)時(shí)間。

2.2 透氣性測(cè)試

夏季服裝要求面料有良好的透氣性。依據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測(cè)定》,選用YG461E-Ⅲ全自動(dòng)透氣量?jī)x(寧波紡織儀器廠),在樣布不同部位測(cè)試10次,求平均值。

2.3 接觸涼感性測(cè)試

根據(jù)GB/T 35263—2017《紡織品 接觸瞬間涼感性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)》,Q-Max值≥0.15 W/cm2,可視為接觸瞬間涼感性能面料。采用平板式織物保溫儀法來(lái)測(cè)量織物的導(dǎo)熱系數(shù)以表征織物的接觸涼感[11]。選用YG606D型平板式織物保溫儀(寧波紡織儀器廠),測(cè)得保溫率、導(dǎo)熱系數(shù)、克羅值,并計(jì)算Q-Max值以表征織物接觸涼感。

3 結(jié)果與分析

3.1 基本參數(shù)

由圖3可見(jiàn),厚度和平方米質(zhì)量成基本呈正相關(guān)。選用紗線相同時(shí),工藝2、4、5采用集圈結(jié)構(gòu)編織連接層,支撐性更強(qiáng),得到的樣品厚度較大。工藝1、3的結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)更密集,織物親水層和疏水層連接更緊密,因而其樣品厚度較小。

圖3 厚度與平方米質(zhì)量之間的關(guān)系Fig.3 Relation between thickness and weight in grams

3.2 導(dǎo)濕透濕性能

3.2.1 單向?qū)裥约八俑尚?/p>

1) 芯吸高度。經(jīng)測(cè)試得到經(jīng)緯向芯吸高度,如圖4所示?？椢锝?jīng)向的芯吸高度均優(yōu)于緯向芯吸高度,是由于織物縱向的毛細(xì)孔隙貫通性比橫向好,毛細(xì)效應(yīng)更明顯[12]。樣品1和樣品2的毛細(xì)芯吸能力主要由PE/PP皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維提供,樣品3、4、5的毛細(xì)芯吸能力主要由超細(xì)纖維滌綸提供。樣品2的芯吸高度優(yōu)于樣品1,由于樣品2連接層采用皮芯結(jié)構(gòu)纖維,有利于水分的傳導(dǎo),織物芯吸高度更高。比較后三種工藝,連接層均采用PE纖維,而樣品3由于厚度較小,其芯吸效果顯著降低。

圖4 經(jīng)緯向芯吸高度Fig.4 Latitude and longitude core suction height

2) 液態(tài)水分管理評(píng)價(jià)。MMT液態(tài)水分管理測(cè)試儀測(cè)試得到內(nèi)外層含水量/時(shí)間變化曲線和液態(tài)水分管理相關(guān)指數(shù),如圖5、圖6所示。

圖5 內(nèi)外層含水量/時(shí)間變化曲線Fig.5 Water content/time curve of inner and outer layers

圖6 液態(tài)水分管理相關(guān)指數(shù)Fig.6 Indexes related to liquid water management

PP纖維的回潮率小于0.03%,幾乎不吸濕,而PE纖維的回潮率在0.1%～0.2%,略高于PP纖維,所以由PE/PP復(fù)合的纖維吸濕性略高于純PE纖維。

當(dāng)液體滴在測(cè)試面時(shí),由于PE纖維的疏水性,水分在纖維間擴(kuò)散,經(jīng)連接層紗線的毛細(xì)效應(yīng)傳導(dǎo)到親水層。樣品1和樣品2親水層含水量始終高于疏水層,且差異明顯,水分傳導(dǎo)快速有效。樣品3持續(xù)導(dǎo)濕效果欠缺,由于厚度小,且單側(cè)網(wǎng)眼處顯露親水性紗線,使得單向?qū)裰笖?shù)呈負(fù)值。

3) 速干性。最大浸濕半徑和液態(tài)水?dāng)U散速度是表征織物速干性的重要指標(biāo)。由表4和圖7可見(jiàn),對(duì)比樣品1和樣品2,PE/PP復(fù)合纖維編織連接層時(shí),毛細(xì)效應(yīng)好,導(dǎo)水速率快,液體還未在疏水層擴(kuò)散即傳導(dǎo)到親水層被其吸收。因此,樣品的疏水層最大潤(rùn)濕半徑小于樣品1,速干性能較好;對(duì)于后三種工藝,樣品4的網(wǎng)眼間有滌綸浮線顯露,導(dǎo)水速率相對(duì)較快。

表4 速干性相關(guān)表征指標(biāo)Tab.4 Characterization indexes related to rapid drying

圖7 親膚面滴水?dāng)U散形態(tài)Fig.7 Droplet diffusion pattern of skin-friendly surface

3.2.2 透濕性

影響織物透濕性的主要因素是水氣通過(guò)織物的傳遞途徑,包括水氣從面料孔隙擴(kuò)散,以及通過(guò)纖維的親水性和毛細(xì)效應(yīng)使水分?jǐn)U散到水氣壓較低的一側(cè)擴(kuò)散或蒸發(fā)[13]。試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如圖8所示,再根據(jù)表4測(cè)得數(shù)據(jù),樣品1、2親水纖維的吸水速率低于樣品3、4、5,但由于樣品1在親膚面形成了較大的單側(cè)網(wǎng)眼,利于水氣向親水面透過(guò),而樣品2、3、4、5形成的網(wǎng)眼均在滌綸面,水氣無(wú)法直接接觸親水層,透濕性能明顯低于樣品1。對(duì)于采用相同紗線的后三種樣品,樣品4前后層采用集圈連接,且連接點(diǎn)較少,不利于水氣擴(kuò)散,透濕量較低。

圖8 透濕量Fig.8 Moisture transmission

3.3 透氣性

影響織物透氣性的因素主要是織物組織結(jié)構(gòu)的緊密程度及孔隙大小和分布。試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)如圖9所示,根據(jù)組織設(shè)計(jì),樣品1的網(wǎng)眼較樣品2大,則其獲得的透氣率更加優(yōu)異。相較于樣品1和樣品2,樣品3前后層連接較為緊密,其厚度和平方米質(zhì)量更小,減少了氣流透過(guò)的路徑,利于織物透氣。樣品4和樣品5添加浮線或集圈組織,結(jié)構(gòu)疏松,且網(wǎng)眼花型相對(duì)小而密集,透氣性較好。

圖9 透氣率Fig.9 Ventilation rate

3.4 接觸涼感性能

織物的熱傳遞性能是反映織物導(dǎo)熱、隔熱等性能的重要基礎(chǔ)。纖維性質(zhì)、織物結(jié)構(gòu)、厚度等均會(huì)對(duì)其熱傳遞性質(zhì)產(chǎn)生影響[14]。導(dǎo)熱系數(shù)越大,越有利于將皮膚產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到外界,帶給人體接觸涼感。測(cè)試結(jié)果如表5所示,根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量所得數(shù)據(jù)及Q-Max與導(dǎo)熱系數(shù)的轉(zhuǎn)化關(guān)系(式(2))得到圖10。

Q-Max=λ×T

(2)

式中:Q-Max為織物瞬間涼感熱流量,W/cm2;λ為導(dǎo)熱系數(shù),W/(m2·℃);T為溫度,℃。

表5 熱傳遞性能測(cè)試結(jié)果Tab.5 Heat transfer performance test results

圖10 Q-Max值Fig.10 Q-Max value

樣品1、樣品2和樣品3的Q-Max值達(dá)到了GB/T 35263—2017認(rèn)定的接觸涼感性能基本要求,采用PE/PP皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線的涼感性能較為顯著,其中樣品1的接觸涼感性能最優(yōu)。對(duì)于樣品3、4、5,由于樣品3的平方米質(zhì)量和厚度均較小,其導(dǎo)熱性能更優(yōu)良,接觸涼感較好。

3.5 綜合評(píng)價(jià)

通常情況下織物越厚,連接層支撐能力越強(qiáng),導(dǎo)濕能力越好,親膚面越干爽,單向?qū)裥Ч郊选６疚拈_(kāi)發(fā)系列織物擬應(yīng)用于夏季運(yùn)動(dòng)服裝,輕薄的材質(zhì)更加柔軟貼膚,能減輕人體負(fù)擔(dān),提高透氣透濕性能。綜合考慮以上因素,再對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

采用客觀賦權(quán)的變異系數(shù)法,根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)的各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)(表6),計(jì)算各性能指標(biāo)的權(quán)重[15]。由于織物要求越輕薄越好,因此將平方米質(zhì)量和厚度標(biāo)準(zhǔn)化,取其倒數(shù),根據(jù)下式計(jì)算各性能所占權(quán)重。

(3)

表6 性能測(cè)試數(shù)據(jù)匯總Tab.6 Summary of performance test data

根據(jù)表7所得各項(xiàng)性能指標(biāo)的權(quán)重值,計(jì)算織物的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Y。其中,各項(xiàng)性能占比排序?yàn)?單向?qū)裥阅?接觸涼感性能>透氣性能>透濕性能>織物平方米質(zhì)量=芯吸高度>厚度。

Y=0.203y1+0.418y2+0.107y3++0.111y4+
0.064y5+0.064y6+0.033y7

(4)

式中:Y為綜合評(píng)價(jià)指數(shù);yi為標(biāo)準(zhǔn)化后的第i項(xiàng)性能指標(biāo),其中y1為Q-Max,y2為單向?qū)裰笖?shù),y3為透濕量,y4為透氣率,y5為平方米質(zhì)量倒數(shù),y6為芯吸高度,y7為厚度倒數(shù)。

經(jīng)計(jì)算得到如圖11所示的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。樣品綜合性能由優(yōu)至劣排序?yàn)?1>5>2>3>4。由于樣品1采用連續(xù)多路的成圈,在親膚面形成較大的單側(cè)網(wǎng)眼,透濕透氣效果得到提升,且呈現(xiàn)凹凸效果,面料的干爽和接觸涼感優(yōu)異;樣品2由于連接層支撐較好,厚度和平方米質(zhì)量均較大,利于織物單向?qū)瘛悠?表面平滑,凹凸效果不明顯,因?yàn)檫B接處較多,厚度相對(duì)減小,最為輕薄;樣品4、樣品5通過(guò)集圈跨越多個(gè)橫列同樣形成單側(cè)的網(wǎng)眼,但在疏水一側(cè),且雖然網(wǎng)眼循環(huán)較密集,但花型較小,凹凸效果不明顯。

表7 樣品7個(gè)性能指標(biāo)權(quán)重值Tab.7 Weight values of seven performance indexes of the samples

圖11 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Fig.11 Comprehensive evaluation index

4 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一系列涼感聚乙烯緯編雙面織物的開(kāi)發(fā)流程,并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)IKDS對(duì)織物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬,通過(guò)改變紗線配置和編織工藝,探究其對(duì)織物相關(guān)性能的影響,為夏季運(yùn)動(dòng)面料的開(kāi)發(fā)提供新的思路。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析整理,應(yīng)用客觀賦權(quán)的變異系數(shù)法對(duì)織物主要功能性賦權(quán)計(jì)算,對(duì)其綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià),表明紗線種類、紗線配置及織物組織結(jié)構(gòu)等對(duì)織物的接觸涼感、單向?qū)裥缘葻釢袷孢m性的影響較為顯著。

1) 采用PE/PP皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維編織親膚面的織物整體的接觸涼感優(yōu)于采用純PE紗線的織物。

2) 親膚面形成較大的單側(cè)網(wǎng)眼時(shí),有明顯的凹凸效果,可以減少面料與皮膚的貼附面積,且顯著提高其單向?qū)?、透氣和接觸涼感性能,同時(shí)能滿足織物輕薄的需求。

3) 連接層采用芯吸效果好的異形纖維或超細(xì)纖維可以提高織物的芯吸性能,改善織物導(dǎo)濕透濕能力。

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