AIRCLAD吸濕速干冷感防曬面料的設計與開發(fā)

梁曉晞 王利君

摘 要：為提高夏季織物的吸濕速干性能和防曬性能，并使之具備良好的涼爽感，以AIRCLAD改性滌綸紗線為原料，設計并織造了9種不同組織、不同結構參數(shù)的針織面料，同時用普通滌綸紗線編織3種不同組織的針織面料作為對照組。利用PW-5P-AT2自動吸水速度測試儀、紫外分光計、KES-F7接觸冷暖感測試儀等儀器測試他們的吸濕速干、接觸冷感和防曬性能，采用斯皮爾曼等級相關分析和多元線性回歸分析織物結構參數(shù)與性能之間的關系，并構建了吸濕速干、接觸冷感、防曬性能和組織、結構參數(shù)之間的回歸模型。結果表明：用AIRCLAD改性滌綸紗線織造的面料均具有良好的吸濕速干、冷感、防曬性能；織物厚度、縱密與防曬性能呈顯著正相關；織物組織與接觸冷感顯著相關，緯平針組織的接觸冷感性能最佳；織物透氣率、面密度、厚度與吸濕速干性呈顯著負相關，輕薄且透氣率大的面料，吸濕速干性性能較好。

關鍵詞：改性滌綸；抗紫外線；吸濕速干；接觸冷感；組織結構

中圖分類號：TS102.5

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2023）04-0139-09

收稿日期：2022－12－12

網(wǎng)絡出版日期：2023－03－22

基金項目：國家自然科學基金項目（114712870）;浙江省服裝工程技術研究中心省部級重點實驗室開放基金項目（2019FZKF09）;中國紡織工業(yè)協(xié)會資助項目（J201801）;浙江理工大學科研啟動基金項目（17072191-Y）

作者簡介：梁曉晞（1998—），女，長沙人，碩士研究生，主要從事服裝舒適性與功能服裝開發(fā)方面的研究。

通信作者：王利君，E-mail： wanglijunhz@zstu.edu.cn

隨著人們生活水平的提高，功能性紡織品備受消費者青睞，大眾對服裝的功能性需求越來越廣［1-2］。隨著大量品牌的興起，紡織品銷售中宣傳的夏日功能性也日益變多，如防曬、接觸冷感、吸濕速干等，與之對應的冰袖、防曬衣、皮膚衣、速干衣等也層出不窮。2021年，北京市消費者協(xié)會針對防曬冷感和吸濕速干兩大類產(chǎn)品進行市場調(diào)研檢測，其中71個品牌的80件樣品，吸濕速干和防曬冷感不合格率高達33%［3-4］?？梢?，目前市場上功能性紡織品存在質(zhì)量參差不齊［5］，功能性效果被夸大、合格率低等問題，因此紡織服裝面料自身質(zhì)量需要改善和提高［6］，夏季功能性面料應注重自身功能性如吸濕速干性、接觸冷感性能［7］和防曬性能［8］。

目前實現(xiàn)面料的吸濕速干功能主要有3種方法［9］：通過物理方法改變纖維形態(tài)結構，使之借助毛細管效應改善其吸濕速干性能；通過織物結構和紗線配比，實現(xiàn)紡織品的吸濕速干功效；采用后整理技術（如涂層加工處理），賦予織物良好的吸濕速干性能。實現(xiàn)面料的接觸冷感性能主要有兩種方法［10-11］：纖維紡絲中添加具有涼感功能的云母粉、玉石粉等礦石顆粒，進行纖維改性；通過浸軋、浸潰、涂層方法將涼感整理劑（主要成分多為木糖醇、薄荷醇和絲素蛋白）中的涼感有效成分黏附于織物表面。實現(xiàn)面料的防曬性能主要有兩種方法［12］：利用陶瓷粉末或金屬氧化物等具有較高折射率的物質(zhì)（如滑石粉、碳酸鈣等），加入到纖維中對纖維進行改性；利用有機類紫外線吸收屏蔽劑，通過涂層加工處理，從而實現(xiàn)面料的防曬性能。部分化學纖維如腈綸、滌綸本身具有一定的抗紫外性能，但效果一般，無法滿足高品質(zhì)的防紫外產(chǎn)品，對他們進行本體改性處理可以有效改善纖維的抗紫外性能［13-14］。無論是吸濕速干、接觸冷感還是防曬性能，對纖維直接改性后生產(chǎn)的紡織品比后整理法制得的紡織品具有明顯的優(yōu)勢，耐洗耐燙、穿著舒適性更好［15-16］。

對紡織品進行多種功能復合能夠有效提升紡織品的附加值［17］，未來紡織品將朝著功能復合化方向發(fā)展［18］。因此，開發(fā)功能復合的吸濕速干冷感防曬面料具有很好的市場前景。本文選擇AIRCLAD改性滌綸紗線為原料，設計并織造了9種不同組織、不同結構參數(shù)的針織面料，通過分析組織結構、密度對面料的吸濕速干、接觸冷感、防曬的影響，為吸濕速干冷感防曬面料開發(fā)提供參考。

1 實 驗

1.1 原料選擇

選用16.6 tex/144 f AIRCLAD改性滌綸紗線。由上海嘉樂股份有限公司開發(fā)的AIRCLAD改性滌綸纖維，是將陶瓷和翡翠利用納米技術達到納米級顆粒，然后熔入滌綸紡絲熔體之中，經(jīng)過紡絲加工而成，其纖維形態(tài)如圖1所示。由于陶瓷顆?？勺锜岵⑶业謸踝贤饩€，使得該產(chǎn)品具有優(yōu)良的防曬功能，翡翠粒子的加入讓其紗線達到接觸冷感的效果。AIRCLAD纖維形態(tài)為管狀中空，不僅促進吸水速干，同時還實現(xiàn)了素材輕量化。同時，選用16.6 tex滌綸纖維作為對照組。

1.2 實驗設備與儀器

HJ-SMTH針織大圓機（紹興鴻駿機械有限公司），Y511C織物密度鏡（寧波紡織儀器廠），UV-2000F紫外分光儀（上海藍菲光學儀器有限公司），YG（B）216-Ⅱ織物透濕量儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），KES-F7接觸冷暖感測試儀（日本KATO TEKKO公司），XY300精密電子天平（東莞博萊德儀器設備有限公司）PW-5P-AT2自動吸水速度測試儀（日本大榮儀器制作所），F(xiàn)EI TecnaiTM透射電子顯微鏡（賽默飛世爾科技（中國）有限公司）。

1.3 試樣制備

采用AIRCLAD滌綸紗線，針織大圓機的機號為28 針/25.4 mm，筒徑為864 mm，轉速為23 r/min，上機編織緯平針組織、雙羅紋組織和雙珠地組織3種組織結構，結構圖如圖2所示。緯平針織物輕薄，雙羅紋織物尺寸穩(wěn)定性好且不易脫散，雙珠地織物硬挺透氣，能滿足不同消費者的需求，實驗組采用3種不同編織密度，共制備9種試樣，對照組采用3種不同組織，每種組織編織1種密度，試樣結構參數(shù)見表1。

1.4 性能測試

1.4.1 防曬性能

參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》，測得紫外線防護值UPF、長波紫外線透過率值T（UVA）。將試樣放在標準大氣下調(diào)濕24 h后進行測試，每個試樣測10次，求平均值。

1.4.2 接觸冷暖感

參照GB/T 35263—2017《紡織品 接觸瞬間涼感性能的檢測和評價》，測得織物的接觸冷感系數(shù)Qmax。將試樣放在標準大氣下調(diào)濕24 h后進行測試，每個試樣測5次，求平均值。

1.4.3 吸濕速干性能

參照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》，測試滴水擴散時間、蒸發(fā)速率、吸水率、芯吸高度和透濕量，用其表征織物的吸濕速干性能，測試結果見表2。其中，滴水擴散時間、吸水率、芯吸高度是吸濕性的表征，擴散時間越快，吸水率越大，芯吸高度越高，吸濕性越好。吸水率W計算如式（1）：

W/%=m－m0m0×100（1）

式中：m0和m分別為試樣干重和滴水濕重，g。

2 結果與分析

2.1 織物性能直觀分析

根據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》規(guī)定，當織物UPF大于40、T（UVA）小于5%，該產(chǎn)品便稱為抗紫外線產(chǎn)品。由表2可得，實驗組和對照組的面料均達到防紫外線產(chǎn)品要求，實驗組AIRCLAD滌綸編織的面料平均UPF值為485.05，平均T（UVA）值為1.85，對照組普通滌綸編織的面料平均UPF值為125.57，平均T（UVA）值為2.66，實驗組的防曬性能優(yōu)于對照組。

根據(jù)GB/T 35263－2017《紡織品 接觸瞬間涼感性能的檢測和評價》規(guī)定，當樣品接觸瞬間涼感系數(shù)Qmax大于等于0.15 J/（cm2·s）時，判斷其具有接觸瞬間冷感。由表2可知，實驗組中所有AIRCLAD滌綸編織的面料均具有接觸瞬間冷感，而對照組中普通滌綸編織的面料均不具有接觸瞬間冷感。

標準中規(guī)定當吸水率大于200%，滴水擴散時間小于3 s，芯吸高度大于100 mm，評定該織物具有吸濕性；當蒸發(fā)速率大于0.18 g/h，透濕量大于10000 g/（m2·24 h）時，評定該織物具有速干性。由表2可知，實驗組AIRCLAD改性滌綸紗線編織的面料均具有吸濕速干性能，對照組中普通滌綸紗線編織的面料均不具有吸濕速干性能。

2.2 結構參數(shù)與織物性能的相關性分析

斯皮爾曼等級相關分析方法是分析兩個或兩個

以上變量間相互依存關系的統(tǒng)計方法，適用于總體分布未知的數(shù)據(jù)資料。進一步分析織物結構參數(shù)和防曬、接觸冷感、吸濕速干性能之間的關系，運用該方法對織物組織結構、面密度、厚度、縱密、橫密和UPF、T（UVA）、Qmax、透濕量、滴水擴散時間、縱向芯吸高度、橫向芯吸高度、蒸發(fā)速率之間的相關性進行分析，結果如表3所示。

由表3可知，在防曬性能中，UPF與織物組織呈顯著相關，UPF與厚度呈顯著正相關，T（UVA）與厚度呈高度負相關；在接觸冷感性能中，Qmax與織物組織呈顯著相關；在吸濕速干性能中，透濕量與厚度呈高度負相關，滴水擴散時間與面密度呈顯著正相關，縱向芯吸高度與縱密、橫密呈顯著負相關，橫向芯吸高度與橫密呈高度負相關，蒸發(fā)速率與面密度、厚度呈顯著負相關，吸水率與厚度呈顯著正相關。

2.3 結構參數(shù)對織物防曬性能的影響

根據(jù)相關性分析，以UPF為因變量，以組織結構為自變量，構建了回歸模型，以UPF為因變量，以厚度為自變量，構建了回歸模型，以T（UVA）為因變量，以厚度為自變量，構建了回歸模型如表4所示。

雙羅紋組織的UPF值顯著低于緯平針組織

（P<0.05），雙羅紋組織的UPF值比緯平針組織的低28.247。雙珠地組織的UPF值顯著高于緯平針組織（P<0.05），雙珠地組織的UPF值比緯平針組織的高168.737。

記UPF值為Y，厚度為X，建立回歸方程Y=415.374X+63.680，在該模型中，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.771，說明厚度解釋UPF值變化的77.1%，該

模型的擬合優(yōu)度良好。記T（UVA）為Y，厚度為X，建立回歸方程Y=-0.394X+2.250，在該模型中，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.941，說明厚度可以解釋T（UVA）變化的94.1%，該模型的擬合優(yōu)度較好。

2.4 織物結構參數(shù)對接觸冷感的影響

根據(jù)相關性分析，以Qmax為因變量，以組織結構為自變量，構建了回歸模型，如表5所示。

雙羅紋組織的Qmax值顯著低于緯平針組織（P<0.05），雙羅紋組織的Qmax值比緯平針組織的

低0.072。雙珠地組織的Qmax值顯著低于緯平針組織（P<0.05），雙羅紋組織的Qmax值比緯平針組織的低0.065。組織結構與Qmax具有顯著相關性，不同組織結構中，緯平針組織結構的面料，由于表面比較光滑，織物結構緊密，其與皮膚實際接觸面積大，接觸瞬間冷感較好。

2.5 織物結構參數(shù)對吸濕速干的影響

根據(jù)相關性分析，以透濕量為因變量，以厚度為自變量，構建了回歸模型，以滴水擴散時間為因變量，以面密度為自變量，構建了回歸模型，以縱向芯吸高度為因變量，以橫密、縱密為自變量，構建了回歸模型，以橫向芯吸高度為因變量，以橫密為自變量，構建了回歸模型，以蒸發(fā)速率為因變量，以厚度、面密度為自變量，構建了回歸模型，以吸水率為因變量，以厚度為自變量，構建了回歸模型，如表6所示。

記透濕量Y，厚度為X，建立回歸方程Y=-364.108X+1056.701，在該模型中，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.958，說明厚度可以解釋透濕量變化的95.8%，該模型的擬合優(yōu)度較好。記滴水擴散時間為Y，面密度X，建立回歸方程Y=0.002X+0.387，在該模型中，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.794，說明面密度可以解釋透濕量變化的79.4%，該模型的擬合優(yōu)度良好。記縱向芯吸高度為Y，橫密為X，縱密為Z，建立回歸方程Y=-1.1X-0.085Z+244.874，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.946，說明橫密和縱密可以解釋縱向芯吸高度變化的94.6%，該模型的擬合優(yōu)度較好。記橫向芯吸高度為Y，橫密為X，建立回歸方程Y=-1.149X+232.731，在該模型中，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.800，說明橫密可以解釋橫芯吸高度變化的80.0%，該模型的擬合優(yōu)度良好。記蒸發(fā)速率為Y，厚度為X，面密度為Z，建立回歸方程Y=-0.241X-0.002Z+0.922，在該模型中，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.985，說明厚度和面密度可以解釋蒸發(fā)速率變化的98.5%，該模型的擬合優(yōu)度較好。記吸水率為Y厚度為X，建立回歸方程Y=66.248X+206.906，在該模型中，調(diào)整判定系數(shù)R2=0.915，說明厚度可以解釋吸水率變化的91.5%，該模型的擬合優(yōu)度較好。

2.6 吸濕速干冷感防曬織物性能模糊綜合評價

單一指標對織物性能的評價不夠全面，因此采用能對多個相關因素作全面評判的模糊數(shù)學綜合評價法。首先，確定評判對象的因素域和評判等級集，再確定各個因素的模糊評價等級和各評價因素的重要程度即權重，最后建立模糊評價矩陣。該評價對象的模糊評價結果用模糊集B表示，B=A×R，以對織物的性能進行評價。

本文研究織造的面料主要注重吸濕速干性、接觸冷感和防曬性的復合功能，故選擇其相關的10個指標進行評價?？椢镄阅艿脑u判域U={透氣率，透濕率，滴水擴散時間，縱向芯吸高度，橫向芯吸高度，蒸發(fā)速率，吸水率，UPF，T（UVA），Qmax}，透氣率、透

濕率、縱向芯吸高度、橫向芯吸高度、蒸發(fā)速率、吸水率、UPF、Qmax這8個指標都是越大越好，采用式（2）計算：

rij=Xij－XiminXimax－Ximin，（2）

滴水擴散時間、T（UVA）指標越小越好，采用式（3）計算：

rij=Ximax－XijXimax－Ximin，（3）

式中：rij為R中的元素；Xij為第j個試樣的第i項指標的測試值；Ximax為第i項指標的最大值，i為指標編號1～11；Ximin為第i項指標的最小值，i為指標編號1～10。將10個性能指標代入式（2）和式（3），得到模糊性能的評價效果與指標的模糊關系：

R′=589.000609.000618.0001003.0001030.0001182.000653.000682.000701.00010153.90010164.50010176.10010273.40010282.30010291.70010137.30010144.70010152.7000.9200.8800.8700.9100.9000.8600.9700.9400.900135.400148.200150.200114.600125.300129.900129.100138.200150.500123.400135.500147.400112.100112.400123.400131.200137.100143.7000.2610.2890.3120.3010.3310.3710.1980.2130.256281.000276.000267.000265.000261.000257.000291.000287.000282.000467.520432.340414.810428.230403.420398.280617.720602.460600.7001.8001.8201.8901.9001.9401.9501.7601.7801.8100.0800.1000.1000.0900.1100.1300.0800.0800.1400.2500.2230.2100.1640.1520.1510.1690.1610.157

得出：

R=0.000.030.050.700.741.000.110.160.190.110.180.250.880.941.000.000.050.100.450.820.910.550.641.000.000.270.640.580.940.990.000.300.430.400.661.000.320.661.000.000.010.320.540.710.900.640.470.340.40.230.001.000.910.660.710.560.290.240.120.001.000.880.740.320.160.080.140.020.001.000.930.920.790.680.320.260.050.001.000.890.741.000.730.600.130.010.000.180.100.06

各性能的權重系數(shù)集A={α1，α2，α3，α4，α5，α6，α7，α8，α9，α10}，其中α1，α2，α3，α4，α5，α6，α7，α8，α9，α10分別表示透氣率，透濕率，滴水擴散時間，縱向芯吸高度，橫向芯吸高度，蒸發(fā)速率，吸水率，UPF，T（UVA），Qmax。

本文采用優(yōu)序圖法判定各項指標的權重系數(shù)，計算見式（4）

αi=∑nk=1Cikn（n－1）2+0.5n（4）

式中：i=1，2，3，…，n；k=1，2，3，…，n。

本文研究織造的面料主要為吸濕速干性、接觸冷感和防曬性的復合功能，考慮到后續(xù)織造制作成戶外防曬服、運動服居多，代入式（4）得出織物各項指標的權重系數(shù)。即A=（0.080，0.080，0.080，0.080，0.080，0.080，0.080，0.190，0.160，0.008），則B=A×R=（0.491，0.490，0.419，0.300，0.252，0.299，0.609，0.619，0.635）

從以上可知，9#樣品的綜合吸濕速干冷感防曬性能最好，其次為8#，7#，1#，2#，3#，4#，6#，5#。

3 結 論

本文制備了9種AIRCLAD吸濕速干冷感防曬針織面料和3種普通滌綸針織面料作為對照，運用斯皮爾曼等級相關分析和多元線性回歸分析織物結構參數(shù)與性能之間的關系，得到以下結論：

a）設計制備的9種AIRCLAD改性滌綸紗線針織物，均具有吸濕速干、冷感、防曬性能。普通滌綸織物具有防曬性能，但不具備吸濕速干和冷感性能。

b）防曬性能與厚度呈顯著正相關，即織物越厚，紫外線越不易透過。

c）接觸冷感與織物組織顯著相關，緯平針組織優(yōu)于雙珠c）地組織和雙羅紋組織。

d）透濕量、蒸發(fā)速率與厚度呈負相關，織物越輕薄，越有利于水蒸氣的通過；縱、橫向芯吸高度與織物密度呈負相關；吸水率與厚度呈正相關，織物越厚，吸水率越好，并得到了它們之間的回歸模型。

e）制備的9種織物中，7#吸濕速干冷感防曬織物性能最好，結構參數(shù)為橫密、縱密為80/5 cm、123/5 cm，面密度為209.7 g/cm2，織物組織為雙珠地組織。

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Design and development of AIRCLAD moisture-absorbing， quick-drying and sunscreen fabrics with cold feeling

LIANG Xiaoxia，b， WANG Lijuna，b，c

（a.School of Fashion Design & Engineering; b. Zhejiang Provincial Research Center of Fashion Engineering Technology;

c.MOC Key Laboratory of Silk Culture Heritage and Product Design Digital Technology， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

In order to improve the moisture absorption， quick drying and sun protection performance of the fabric in summer， and make it cool， AIRCLAD modified polyester yarn was used as the raw material， and AIRCLAD modified polyester fiber， a fiber made of ceramics and jadeite， was used to obtain nano particles via nanotechnology， and then the polyester spinning melt was obtained. The tubular hollow fiber has moisture absorption， quick drying， cold feeling and sun protection function. Three kinds of fabric structures， namely， flat stitch fabric， double rib fabric and double bead fabric， were woven on a knitting machine， and nine kinds of samples were prepared by using three different knitting densities. Meanwhile， three kinds of knitted fabrics with different tissues were woven with common polyester yarns as the control group. The PW-5P-AT2 automatic water absorption speed tester， ultraviolet spectrometer and other instruments were used to test their moisture absorption， drying speed， cool sense on contact and sun protection performance. The Spearman rank correlation analysis and multiple linear regression were used to analyze the relationship between fabric structure parameters and performance， and the optimal fabric parameters were selected by comprehensive fuzzy evaluation.

The results show that knitted fabrics made of AIRCLAD modified polyester yarns have good moisture absorption， quick drying， cold feeling and sun protection properties; common polyester fabrics have sunscreen properties， but they do not have moisture absorption， quick drying and cool sense on contact. From the analysis of fabric sunscreen performance， the regression equation of sunscreen performance and thickness is Y=415.374X+63.680， and the regression equation of T（UVA） and thickness is Y=-0.394X+2.250. The thickness is significantly positively correlated with the sunscreen performance， that is， the tighter and thicker the fabric is， the more difficult it is for ultraviolet rays to penetrate. Specifically， the double bead weave fabric is thicker than the other two weave fabrics， so its UV resistance is the best. From the analysis of cool sense on contact of the fabric， the fabric structure is significantly related to the sense on contact， and the sense on contact of weft plain stitch is better than that of double bead weave and double rib weave. The tighter the fabric is， the larger the contact surface between the fabric and the skin is， so the better the sense on contact of the fabric is. From the analysis of fabric moisture absorption and drying speed， the regression equation of moisture permeability and thickness is Y=-364.108X+1056.701， and the regression equation of evaporation rate and thickness and density is Y=-0.241X-0.002Z+0.922. The moisture permeability and evaporation rate are negatively related to the thickness. The thinner the fabric is， the smaller the density is， and the higher the porosity is， which is conducive to the passage of water vapor. The regression equation among longitudinal wicking height， transverse density， and longitudinal density is Y=-0.241X-0.002Z+0.922， and that between transverse wicking height and transverse density is Y=-1.149X+232.731. There is a negative correlation between longitudinal and transverse wicking height and fabric density. The regression equation between water absorption and thickness is Y=66.248X+206.906. The water absorption is positively related to the thickness. The thicker and tighter the fabric， the better the water absorption. Under the experimental conditions， it is concluded that the best performance of moisture absorption fast drying cold feeling sunscreen fabric is 7 #， the structural parameters are horizontal density， vertical density of 80 pieces/5 cm， 123 pieces/5 cm， surface density of 209.7 g/cm2， and the fabric texture is double bead texture.

Keywords：

modified polyester; UV resistance; moisture absorption and quick drying; cool sense on contact; organizational structure