吸濕速干與易去污功能性面料的研究

虞旭棟 王國夫 曲藝 郭玲玲 祝成炎 張紅霞

摘要： 為研究緯紗中不同的賽麗絲可生物降解纖維含量和組織變化對織物吸濕速干及易去污功能的影響，本文以真絲為經(jīng)紗，賽麗絲紗和黏膠紗為緯紗，分別試織了投緯比例與織物組織不同的A、B系列的試樣。對14種試樣進行吸濕速干和易去污功能測試，結果顯示：除吸水率與透濕率外，A系列試樣的吸濕速干性能隨著緯紗中賽麗絲可生物降解纖維的含量增大而逐漸提升。B系列織物吸濕速干性能整體隨著組織浮長線變長而變優(yōu)。緯紗中賽麗絲可生物降解纖維含量愈大，織物的易去污性能愈好。組織表面較平的織物易去污性能更佳。根據(jù)模糊綜合評價法可知，A系列中投緯比例為4︰1時，試樣的吸濕速干與易去污綜合性能最優(yōu)。B系列中組織為八枚緞紋的試樣，其吸濕速干與易去污綜合性能最優(yōu)。

關鍵詞： 吸濕速干;易去污;賽麗絲;可生物降解纖維;織物組織;模糊綜合評價

中圖分類號： TS155.6

文獻標志碼： A

人體在運動后會大量出汗，為避免產(chǎn)生悶熱與黏附感，服裝采用吸濕速干的面料可以使汗液被快速吸收轉移，從而保持肌膚的干爽舒適［1］。同時人們在日常生活中穿著的服裝，尤其是部分合成纖維織物特別容易沾染污垢，又因其表面的親油性，造成織物難以洗凈，但部分易去污性能的織物可用一般的洗滌方法輕松去除污漬［2］。據(jù)悉，實現(xiàn)面料易去污功能大多是靠織物后整理，而面料的吸濕速干功能是依靠對纖維進行物理化學方法的改性以改變其結構性能、織物結構，或與其他纖維合理搭配及使用整理劑處理織物來實現(xiàn)［3］，且較多產(chǎn)品功能單一。如采用有機氟整理劑對真絲織物進行易去污處理，讓絲綢面料易清洗從而滿足消費者需求［4］。美國杜邦的Coolmax纖維截面呈扁平十字形狀，賦予纖維及其面料吸濕速干性［5］。

當今，中國已成為紡織品的生產(chǎn)與消費大國，人們生活便捷的同時許多難以降解的紡織品廢棄物處理不當造成了環(huán)境惡化［6］?？缮锝到饫w維織造的紡織品恰好可解決此問題［7］。目前，可生物降解紡織纖維分為天然可降解纖維（棉、麻、絲等）、再生可降解纖維（莫代爾、黏膠、牛奶蛋白纖維等）和合成可降解纖維（PLA、PCL、PHA等）［8］。且可生物降解纖維交織物性能優(yōu)良，如牛奶蛋白與天絲交織物的透氣性、頂破強力與尺寸穩(wěn)定性能良好［9］。PLA/PHBV共混長絲與黏膠長絲交織物具有抑菌和手感光滑的特點［10］?；谏鲜鲈?，本文研究一款吸濕速干與易去污相結合的可生物降解型交織物。經(jīng)紗選取真絲，緯紗選取黏膠短纖紗和賽麗絲可生物降解纖維紡制的短纖紗。探究緯紗中賽麗絲可生物降解纖維含量和組織兩個因素對織物吸濕速干及易去污性能的影響。通過織造出緯紗中賽麗絲可生物降解纖維含量不同的織物及組織不同但緯紗材料相同的織物，然后對其進行吸濕速干和易去污性能測試。最終運用模糊綜合評判數(shù)學模型分析實驗結果，選出最優(yōu)試樣規(guī)格，為研究環(huán)保型功能性紡織品提供理論基礎。

1 材料與試樣制備

1.1 材 料

本次實驗選用的經(jīng)紗是由1根22.2 dtex和1根24.4 dtex的真絲以600捻/m制成（浙江嘉欣絲綢股份有限公司）。緯紗其中一種是線密度為118 dtex、捻度為91捻/10 cm的賽麗絲短纖紗（緊密賽絡紡）（佛山富邑紡織技術有限公司）;另一種是線密度為118 dtex、捻度為105捻/10 cm的黏膠短纖紗（緊密賽絡紡）（濰坊市裕邦紡織有限公司）。本文所選用的賽麗絲短纖紗中的纖維是一款在聚合過程中加入第三單體改變化學結構以實現(xiàn)可生物降解的聚酯纖維。

1.2 設 備

GeminiSEM500型場發(fā)射掃描電鏡（德國蔡司公司），F(xiàn)A2204C電子天平（青島聚創(chuàng)環(huán)保集團有限公司），計時器、滴定管、燒杯、三級水、YG（B） 141D型數(shù)字式織物厚度儀、YG（B） 871型毛細管效應測定儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司），YG 601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀（寧波紡織儀器廠），無水氯化鈣、透濕杯、硅膠干燥器、吸液濾紙、滴管、玻璃棒、醬油、棉標準貼襯（市售）。

1.3 試樣制備

本次實驗總共設計A、B兩個系列試樣。A系列是在試樣組織均為五枚緞紋的基礎上，緯紗中賽麗絲短纖紗和黏膠紗的投緯比例進行變化。B系列是緯紗均為含量50%賽麗絲短纖紗和50%黏膠紗，但對織物的組織進行改變。具體試樣編號和規(guī)格參數(shù)如表1所示。

2 測試方法

本文重在探究織物的吸濕速干性和易去污性能，所以先對A和B系列布樣進行以上兩種測試，再對測試結果分析歸納。

2.1 吸濕速干性能與易去污性能測試

吸濕速干性能分為吸濕性和速干性，而吸濕性的指標又分吸水率、滴水擴散時間及芯吸高度，速干性的指標分為水分蒸發(fā)速率和透濕率［11］。測試前都將織物按照規(guī)定進行24 h溫度與濕度的平衡。

2.1.1 吸濕性測試

吸水率采用GB/T 21655.1—2008《紡織品吸濕速干評定第1部分：單項組合試驗法》測試，每個樣品裁取5塊長寬均為110 mm試樣，浸濕于三級水中，經(jīng)過5 min取出試樣，之后保持布面平整并豎直懸掛，使試樣中的水滴落，當相鄰兩滴水落下的時間間隔不小于30 s時稱重，計算結果取平均值。

滴水擴散時間測試同樣依據(jù)吸水率使用的國家標準，每個樣品裁取5塊長寬均為110 mm的試樣，平攤于桌面，接著手持滴定管吸取少許三級水，使管口距試樣表面不大于10 mm，將0.2 mL水滴于試樣上。記下水在試樣表面完全擴散的耗時，最后取平均耗時。

芯吸高度測試根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品毛細效應試驗方法》，沿著每個樣品的經(jīng)向和緯向兩個方向，各裁取3塊長約250 mm、寬約30 mm的試樣，安裝在YG（B） 871型毛細管效應測定儀上，使試樣下端處于標尺零位下方（15±2） mm，30 min后量取經(jīng)緯向每塊試樣滲液最低值。計算各個方向的平均值，結果取經(jīng)緯向中較大者。

2.1.2 速干性測試

水分蒸發(fā)速率與吸水率測試的國家標準相同，立刻稱取完成滴水擴散測試的試樣質量，之后將試樣保持表面平整并豎直懸掛于標準大氣中，每3 min稱重并記錄，當相鄰兩次的質量變化率不高于1%，終止實驗。

透濕率按照GB/T 12704.1—2009《紡織品織物透濕性試驗方法第1部分：吸濕法》進行測試。每個樣品準備三塊半徑為35 mm的試樣，將其與無水氯化鈣及透濕杯按要求裝成透濕用組合體，之后將組合體放進按規(guī)定調整好溫濕度的YG 601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀內，1 h后取出組合體并蓋好杯蓋，干燥0.5 h后稱重，接著輕晃組合體，目的是避免杯中最上層干燥劑因長期使用而效果減小。最后去掉組合體杯蓋，放入透濕儀中再重復之前的實驗操作。

2.1.3 易去污性能測試

根據(jù)FZ/T 01118—2012《紡織品防污性能的檢測和評價易去污性》的擦拭法進行測試。先將濾紙墊在平鋪的布樣下，然后用滴管將滿足GB/T 18186—2000《釀造醬油》的約0.5 mL高鹽稀態(tài)發(fā)酵醬油滴于布樣上，接著使用玻璃棒將滴液均勻涂在半徑為5 mm的圓內，之后讓布樣平攤干燥。用色卡評判沾污部分和未沾污部分的初始色差，而后用帶液率85%±3%的棉貼襯往一個方向擦拭布樣上的沾污部分，棉貼襯每擦拭一次都需換到干凈的部分接著擦拭，共30次。最后用色卡評判被擦拭部分與未沾污部分的色差。

2.2 賽麗絲纖維在自然土壤中的降解程度測試

因賽麗絲可生物降解纖維已通過國標中可生物降解的堆肥實驗，但在土壤中降解效果未知，所以筆者將1 g賽麗絲短纖紗和1 g普通滌綸紗線埋入校園樹林的土壤中3個月，然后用GeminiSEM500型場發(fā)射掃描電鏡觀察賽麗絲可生物降解纖維和滌綸纖維的降解程度。

3 測試結果分析

3.1 吸濕速干性能分析

3.1.1 吸濕性分析

吸濕性是用來評判織物本身吸取水的能力，織物吸水越多，吸濕性越強［12］。吸水率是指試樣完全濕潤后取出，當其處于無滴水狀態(tài)時吸收的水分質量，與試樣干重的比值。從表2、表3可發(fā)現(xiàn)，A系列試樣的吸水率較B系列的吸水率總體變化不明顯，但試樣吸水率都超過標準100%，表明該功能性紗線的吸水性良好。這是由于賽麗絲可生物降解纖維含有的親水基團使纖維自身吸濕能力提高。滴水擴散時間指水滴從觸碰試樣表面，到完全擴散并滲入試樣的時間。A系列試樣的滴水擴散時間呈現(xiàn)出隨著緯紗中賽麗絲可生物降解纖維含量的增加而減少的現(xiàn)象。除A1和A2滴水擴散時間未能達到5 s以內，其余均達標。因為賽麗絲可生物降解纖維的親水基團與孔隙結構，使試樣的吸濕性與導濕性變優(yōu)。芯吸高度是指垂直懸掛并一端浸濕在水中的試樣，水在一定時間內通過毛細作用沿試樣上升的高度。按照織物吸濕速干的國家標準，芯吸高度需不低于90 mm，芯吸高度越大，織物導濕性越好。由表2可知，A1～A9均符合標準，并且當緯紗中賽麗絲短纖紗含量最多時，芯吸高度最大。這主要是因為賽麗絲可生物降解纖維具有孔隙結構，使纖維的比表面積增大，毛細效應得到提高，加快了對水的運輸。

由表3可知，B系列中吸濕性能排列為B4>B5>B3>B2>B1，組織為八枚緞紋的織物，其吸水率、滴水擴散時間與芯吸高度結果最佳。結果表明，當紗線材料、投緯比與經(jīng)緯密一定時，完全組織愈大浮長線愈長，織物吸濕性能愈好［13］。

3.1.2 速干性分析

速干性指的是織物排出水分的能力，水分排出越多，速干性越強［12］。蒸發(fā)速率是指做完滴水擴散實驗后的試樣，在單位時間內蒸發(fā)水分的質量。如表4所示，A系列試樣的蒸發(fā)速率均不低于標準0.18 g/h，且蒸發(fā)速率整體上隨著緯紗賽麗絲可生物降解纖維含量的升高而增大，由于賽麗絲可生物降解纖維自身的孔隙增加了纖維的比表面積，水分蒸發(fā)面積變大，所以織物中添加賽麗絲短纖紗可使織物水分蒸發(fā)速率加快。透濕率是指在一定溫濕度條件下，規(guī)定時間中通過單位面積試樣的水蒸氣質量。A系列中，透濕率的測試結果接近，說明透濕性與賽麗絲短纖紗含量的關聯(lián)性小。

結合表1和表5可發(fā)現(xiàn)，B系列中八枚緞紋蒸發(fā)速率較大，2/1斜紋較小。因2/1斜紋浮長線短，紗線之間的縫隙小，即使織物厚度薄，蒸發(fā)速率也會受到影響。雖然蜂巢組織的織物表面不平，與空氣接觸面積相對較大，但其厚度偏大，所以蒸發(fā)速率也較小。B系列中，織物透濕量最好的是八枚緞紋，當紗線材料、投緯比與經(jīng)緯密一定時，完全組織偏大，浮長線偏長，織物透濕率偏高。由于紗線之間的縫隙增加，水分更容易透過織物。

3.2 易去污分析

按易去污擦拭法對測試結果評價，當擦拭前的初始色差不高于3級時，擦拭后色差級數(shù)在3～4級及以上，則該織物具有易去污性。由圖1可知，A系列擦拭后的色差級數(shù)隨著賽麗絲可生物降解纖維的增加而升高。因賽麗絲可生物降解纖維的親水基團與孔隙結構使其親水性優(yōu)異，所以當試樣遇水時，賽麗絲可生物降解纖維與水相互作用，纖維/水相的界面張力弱，油污/纖維相的界面張力強，通過外界機械作用使污垢與試樣容易分離。由圖2可知，B系列中五種組織不同的織物，均達到易去污功能織物的要求。但是表面平整的試樣易去污性能更好，表面凹凸的蜂巢組織試樣的易去污性能較其他四種偏弱。因為蜂巢組織的織物表面不平易藏污，且用擦拭法擦拭時，很難擦拭到織物所有沾污的部分。

3.3 賽麗絲纖維在自然土壤中的降解程度分析

由圖3（a）（b）可知，賽麗絲可生物降解纖維土埋后與土埋前相比，土埋后3個月的纖維表層已逐漸脫落。觀察圖3（c）（d），普通滌綸纖維土埋后與土埋前相比，變化不明顯。雖然賽麗絲可生物降解纖維在土壤中3個月未完全降解，但是與普通滌綸纖維相比，其有較顯著的降解趨勢。

4 綜合評判

因為要篩選出每個系列中性能組合最佳的試樣，考慮到檢測了試樣的多項性能，所以本文采用模糊綜合評判的數(shù)據(jù)處理方式，對A、B系列試樣的測試結果進行綜合分析。模糊綜合評判是以模糊數(shù)學為基礎的綜合評價方法，可以對受到多種因素影響的對象做出一個全面評價［14］，優(yōu)點是能把評判從定性轉為定量處理。本文以B系列5塊試樣為例進行分析。

4.1 確立評價對象的因素集與評價集

4.3 確定評價因素的權重集C

通過查閱有關模糊數(shù)學評價面料性能的參考文獻，以及對從事紡織人員進行有關吸濕速干和易去污性能重要程度的問卷調查，并根據(jù)計算最終確定權重集C={吸水率權重系數(shù)、滴水擴散時間權重系數(shù)、芯吸高度權重系數(shù)、蒸發(fā)速率權重系數(shù)、透濕率權重系數(shù)、初始色差級數(shù)權重系數(shù)、擦拭后色差級數(shù)權重系數(shù)}={0.126，0.072，0.120，0.096，0.186，0.120，0.280}。

4.4 構建模糊綜合評價模型

將模糊關系矩陣R與權重集C合成模糊綜合評價矩陣D，如下式所示。

D=C·R（4）

通過式（4）可得模糊綜合評價矩陣D=（0.280，0.469，0.610，0.880，0.409）。根據(jù)以上分析結果可知，試樣B4是B系列中性能組合最佳的。

同理可知，A系列中性能組合最好的是A8。

5 結 論

本文采用真絲、黏膠與賽麗絲可生物降解聚酯纖維開發(fā)一款吸濕速干兼易去污的環(huán)保面料，在滿足消費者對功能性織物需求的同時解決含普通滌綸織物降解性差的問題。實驗通過控制緯紗中功能性纖維的含量與織物組織變化，得出結論：

1） 當緯紗中賽麗絲可生物降解纖維的含量變化，其他織物參數(shù)相同時，隨著賽麗絲可生物降解纖維含量增加，試樣的滴水擴散時間減少，芯吸高度與蒸發(fā)速率在增大。吸水率和透濕率雖變化不明顯，但也全都達到織物吸濕速干的國家標準。根據(jù)模糊綜合評判可知，當織物組織變化，其他織物參數(shù)一樣時，八枚緞紋的吸濕速干性能最佳。

2） 織物的易去污性能隨緯紗中賽麗絲可生物降解纖維的含量升高而變佳，且組織表面平整的織物比組織表面凹凸的織物易去污效果好。

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Abstract： With the progress of science and technology， functional fabrics have been gradually developed. There are moisture absorbing and quick drying fabrics that can speed up the transfer of sweat to the outside world and keep skin dry， fabrics with stains being easily removed， far infrared fabrics with medical care function， etc. However， single-function textiles can no longer meet consumer demand due to the improvement of peoples economic level. At the same time， many textile wastes that are difficult to degrade cause environmental pollution due to improper treatment. Therefore， multi-functional and environment-friendly textiles will become the development trend in the future. The purpose of this paper is to study a biodegradable mixed fabric with moisture absorption， quick drying and easy decontaminate properties， so as to meet the demand of consumers for multifunctional fabrics and reduce environmental pollution at the same time.

In the paper， we selected a biodegradable fiber named CELYS. It is a modified polyester fiber with hydrophilic groups and pore structure. So， CELYS biodegradable fiber has excellent moisture absorption and quick drying properties. At the same time， we also used two biodegradable materials， silk and viscose to weave the samples of series A and series B. Pure silk was used as the warp yarn， and CELYS biodegradable staple yarn and viscose staple yarn as weft yarn for all the samples in Series A. The CELYS biodegradable staple yarn and viscose staple yarn were woven in a ratio of “0︰1， 1︰4， 1︰3， 1︰2， 1︰1， 2︰1， 3︰1， 4︰1， 1︰0” for nine samples. Moreover， the fabric weaves of the nine samples were all five-heddle weft satin. Through series A， we mainly explored the influence of the content of CELYS biodegradable polyester fiber in the weft yarn on the moisture absorption， quick drying and easy decontamination properties of the sample. There were five samples in series B， and the warp and weft yarn materials were the same as those in series A. But the CELYS biodegradable staple yarn and viscose staple yarn were woven in 1︰1 ratio in the weft， and the fabric weaves of the five samples were 2/1 twill， four-heddle broken twill， five-heddle weft satin， eight-heddle weft satin and honeycomb weave. Through series B， we mainly explored the influence of different fabric weaves on the moisture absorption， quick drying and easy decontamination properties of the samples. We mainly tested the moisture absorption， quick drying and easy decontamination functions of the samples. Seven indexes including the water absorption rate， drip diffusion time， wicking height， water evaporation rate， water-vapour transmission rate， initial color difference grade and color difference grade after wiping were used to evaluate the strength of the samples moisture absorption， quick drying and easy decontantion properties. In addition， although the CELYS biodegradable polyester fiber has passed GB/T 19277.1—2011 Determination of the Ultimate Aerobic Biodegradability of Plastic Materials under Controlled Composing Conditions—Methods by Analysis of Evolved Carbon Dioxide—Part 1： General Method， its degradation in natural soils is unknown. Therefore， we conducted a three-month natural soil landfill degradation experiment on CELYS staple yarn and common polyester yarn. The surface state of the fiber before and after landfilling was compared by electron microscope observation， and then the degradation status was determined.

According to the analysis of experimental data， in series A， except the water absorption rate and water-vapour transmission rate， the moisture absorption and quick drying properties of the sample become better with the increase of CELYS biodegradable fiber content in the weft. And the higher the content of CELYS biodegradable fiber in the weft， the stronger the easy decontamination performance of the samples. In series B， compared with the samples of other fabric weaves， the eight-heddle weft satin sample has the best moisture absorption and quick drying performance. In the aspect of easy decontamination performance， except the honeycomb weave samples with low easy decontaminate performance， other fabric weave samples exhibit similar easy decontamination performance. It is found by the fuzzy comprehensive evaluation method that the sample with a 4︰1 weft ratio of CELYS staple yarn to viscose staple yarn in series A has the best comprehensive performance of moisture absorption， quick drying and easy decontamination. In series B， the sample with eight-heddle weft satin has the best comprehensive performance of moisture absorption， quick drying and easy decontamination. In addition， the results of natural soil landfill experiment show that the CELYS biodegradable polyester fiber reveals a significant degradation trend compared to ordinary polyester fibers.

To sum up， we design and weave a series of samples with biodegradable fibers as the raw material， change the functional yarn content or weaves of the fabrics， test their moisture absorption， quick drying and easy decontamination performance， and adopt the comprehensive evaluation method of fuzzy mathematics to select the optimal specification parameters of the samples. The scheme can provide reference for the development of multi-functional environmental friendly fabrics.

Key words： moisture absorption and quick drying; easy decontamination; CELYS; biodegradable fiber; fabric weaves; fuzzy comprehensive evaluation