超強吸濕速干復(fù)合功能運動面料開發(fā)

文 | 左凱杰 高妍 侯麗麗 董芳 張國成

“十三五”時期，隨著全民健身與全民健康意識的深度融合，戶外運動如登山、徒步、馬拉松等項目逐漸受到人們的喜愛，特別是各類跑步運動，如晨跑、夜跑以及半馬，幾乎吸引了各個年齡層次的運動愛好者。據(jù)統(tǒng)計，截至2021年底，全國戶外運動參與人數(shù)已超過4 億。同時，國家體育總局牽頭，會同相關(guān)部門在2022年10月發(fā)布了《戶外運動產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2022 — 2025年）》，為“十四五”期間戶外運動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向，因此戶外運動紡織品也迎來重要的發(fā)展機遇。在運動過程中，紡織品的熱濕舒適性對于穿著者而言非常重要，因此吸濕速干類功能織物應(yīng)運而生。

目前市場上的吸濕速干類織物無外乎采用吸濕速干纖維和進(jìn)行吸濕速干后整理兩大類，其中吸濕速干纖維主要是將滌綸或錦綸做成異形截面，如“十”字形、“Y”形、“H”形等，利用纖維表面的溝槽將內(nèi)層汗液或濕氣快速傳導(dǎo)至外層蒸發(fā)，也有將纖維做成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的，原理和效用與異形截面基本類似；后整理則采用吸濕排汗整理劑如TF-620對滌綸針織物或吸濕快干整理劑如Hydroperm NPU liq對錦氨針織物進(jìn)行整理，亦可達(dá)到吸濕速干要求，缺點是吸濕速干效果隨水洗次數(shù)的增加而逐漸降低，故其速干功能的持久性值得進(jìn)一步研究。據(jù)柳永杰等對市場上速干衣類產(chǎn)品隨機抽測20個批次的結(jié)果來看，速干衣類產(chǎn)品存在大量不合格現(xiàn)象，其中不達(dá)標(biāo)的前三大原因為透濕量、滴水?dāng)U散時間、透氣性指標(biāo)不合格。因此，開發(fā)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的吸濕速干類運動面料非常重要。

針對上述問題，本文采用新型聚乙烯（PE）纖維與細(xì)旦高F數(shù)滌綸（PET）交織，通過組織結(jié)構(gòu)設(shè)計與染整工藝優(yōu)化，進(jìn)行吸濕速干復(fù)合功能運動面料的開發(fā)。

1 試驗

1.1 材料及儀器

紗線：PE紗線，50 D/24 f FDY；滌綸紗線，75 D/144 f半消光加工絲。

染化料：分散黃棕Yellow Brown S-4R、分散醬紅Rubine HFW-4B、分散藏青Navy ECO 300%（江蘇德旺化工工業(yè)有限公司）；精練乳化劑SEN（江蘇信守化工有限公司）；高溫分散劑HP（江蘇合秦化工有限公司）；吸濕速干整理劑SR-631（無錫長盛精細(xì)化工有限公司）；冰醋酸、純堿、燒堿、保險粉，均為工業(yè)級。

儀器：50 kg高溫高壓溢流染色機（臺灣東庚染整機械有限公司）；耐洗色牢度試驗機SW-24AⅡ（溫州大榮紡織儀器有限公司）；摩擦色牢度試驗儀M238BB（上海鼎徽儀器儀表設(shè)備有限公司）。

1.2 織造工藝

采用SD-G-4A型雙面緯編大圓機織造，織造前徹底清洗機臺，并檢查織針狀況。化纖長絲編織需特別注意保持送紗張力穩(wěn)定，避免橫條、油針、針路等異常情況的產(chǎn)生，具體織造工藝參數(shù)如下：機號為28針/25.4 mm，筒徑為863.6 mm，路數(shù)為72路，總針數(shù)為2 988枚。

織造組織結(jié)構(gòu)采用雙面鳥眼組織，即正面為平面組織，采用細(xì)旦高F數(shù)滌綸紗織造；背面為鳥眼面，采用PE紗線織造，既有天然涼感，又便于汗液快速傳導(dǎo)至正面，保持貼膚面的干爽。

1.3 染整工藝

依據(jù)紗線特性，制定的染整工藝流程為：前處理→染色→還原洗→成品定形。

1.3.1 前處理

前處理的配方及工藝如下。

純堿 1 g/L

精練乳化劑SEN 2 g/L

溫度 95 ℃

時間 30 min

浴比 1∶20

1.3.2 染色

染色處方及工藝如下。

精練乳化劑SEN 1.4 g/L

高溫分散劑HTA 1 g/L

還原防止劑OX 0.5 g/L

分散黃棕Yellow Brown S-4R 0.038%（o.w.f）

分散醬紅Rubine HFW-4B 0.031%（o.w.f）

分散藏青Navy ECO 300% 0.91%（o.w.f）

pH值調(diào)節(jié)劑 0.7 g/L

溫度 110 ℃

時間 30 min

浴比 1∶20

染色結(jié)束后，采取適度的堿性還原清洗可以去除表

面浮色，提升染色牢度，其處方及工藝如下。

燒堿（38 °Bé） 4.5 g/L

保險粉 3 g/L

溫度 85 ℃

時間 20 min

浴比 1∶20

面料整體的染色工藝曲線如圖1 所示。

圖1 染色工藝曲線

1.4 測試方法

1.4.1 抗起毛起球性能

抗起毛起球性能按照GB/T 4802.2 — 2008《紡織品織物起毛起球性能的測定 第 2 部分：改型馬丁代爾法》測定。

1.4.2 吸濕速干性能

滴水?dāng)U散時間、吸水率、芯吸高度、蒸發(fā)速率、透濕率按照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》測定。

1.4.3 吸濕排汗性能

滲透面浸濕時間、滲透面吸水速率、單項傳遞指數(shù)按照GB/T 21655.2 — 2019《紡織品 吸濕速干性的評定第 2 部分：動態(tài)水分傳遞法》測定。

1.4.4 涼感性能

涼感性能按照GB/T 35263 — 2017《紡織品 接觸瞬間涼感性能的檢測和評價》測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 面料品質(zhì)

所開發(fā)面料的外觀品質(zhì)及物理性能如表1 所示。從表1 可以看出，采用本工藝開發(fā)的超強吸濕速干面料外觀品質(zhì)優(yōu)良，布面平整且顏色均勻，無明顯染色異常，其中PE無法用分散染料染色，故面料正面為藍(lán)色，反面為白色；其正、反面抗起毛起球等級分別為 4 級、4 ～ 5級，表明抗起毛起球性能良好，主要是因為正反面所用紗線均為長絲，不易磨斷，故較短纖織物的抗起毛起球性能好，但正面采用高F數(shù)紗時，需注意因其單纖線密度低，長時間摩擦有可能導(dǎo)致起毛起球；從面料的物理性能看，其經(jīng)、緯向縮率分別為-4%、-2%，滿足一般服裝面料縮率±5%的標(biāo)準(zhǔn)，同時其扭力僅為0.7%，表明該面料做成服裝后，收縮較小，且整體版型不會出現(xiàn)扭曲，影響穿著舒適性及美觀性。

表1 面料品質(zhì)及物理性能

超強吸濕速干面料的耐摩擦色牢度如表2 所示。從表2 可以看出，超強吸濕速干面料的耐干、濕摩擦色牢度均達(dá)到 4 級及以上；耐水洗色牢度除尼龍沾色為 3 ～ 4級外，其余也均達(dá)到 4 級及以上。分析尼龍沾色較差的原因，主要是由于PE纖維不耐高溫，當(dāng)溫度超過120 ℃時，纖維會軟化、變形，導(dǎo)致織物組織結(jié)構(gòu)破壞，故染色溫度只能選擇110 ℃；由于降低了染色溫度，會對滌綸上色造成不利影響，故選擇分子量相對較小、易于上染的E型染料分散藏青Navy ECO 300%作為主色，但其缺點是色牢度稍差。

表2 面料耐摩擦色牢度及耐水洗色牢度 級

針上述問題，若面料的耐水洗色牢度要想達(dá)到 4 級以上，需要從纖維和染料兩方面著手：首先將細(xì)旦高F數(shù)普通滌綸更換為常壓低溫可染滌綸（ECDP）或迭代?滌綸（新型常壓分散染料可染滌綸和新型常壓陽離子染料可染滌綸均可），因為常壓低溫可染滌綸（ECDP）或迭代?滌綸染色溫度僅為98 ～ 100 ℃，染色溫度升高有利于提高上染率、改善牢度；染料方面則可選用SE或S型分散染料或高牢度陽離子染料染色，由于ECDP引入了第三單體、第四單體進(jìn)行改性，玻璃化溫度降低，有利于大分子或高色牢度染料的上染。

2.2 復(fù)合功能性分析

2.2.1 吸濕速干性

面料的吸濕速干性能測試結(jié)果如表3 所示。從表3可以看出，超吸濕速干面料的吸濕速干性能優(yōu)異，各項指標(biāo)均通過測試。其中，滴水?dāng)U散時間在洗前、洗后分別為1.6和1.4 s，該指標(biāo)主要考核的是面料對于液態(tài)水的吸收速度，而吸水率在洗前、洗后分別為244%和246%，該指標(biāo)主要考核面料對于液態(tài)水的飽和吸收程度；滴水?dāng)U散時間和吸水率綜合反映出面料在人體出汗?fàn)顟B(tài)下對于汗液的吸收能力。此外，面料在洗前、洗后的縱向芯吸高度分別為204和212 mm，橫向芯吸高度分別為176和192 mm，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值（100 mm），表明水分在面料表面可以充分?jǐn)U散，而擴散面積越大，越有利于水分的蒸發(fā)，這一點從蒸發(fā)速率也可以得到佐證，面料洗前、洗后的蒸發(fā)速率分別為0.38和0.29 g/h，超出標(biāo)準(zhǔn)值0.11 ～0.20 g/h。而透濕率模擬的是皮膚散發(fā)的濕氣透過織物向外傳導(dǎo)的能力，面料在洗前、洗后的透濕率也都超過標(biāo)準(zhǔn)要求，一般透濕率越高，服裝的穿著舒適性越好。

表3 面料的吸濕速干性能

吸濕和速干是一對辯證統(tǒng)一的概念，吸濕性增強必然導(dǎo)致速干性降低，唯有掌握兩者的平衡，才能滿足服用要求。一般來說吸濕性差，皮膚產(chǎn)生的汗液無法被織物及時吸收，服裝的穿著體驗感就會變差；但吸濕性增強，面料大量吸附的汗液若無法通過擴散、蒸發(fā)去除，達(dá)到面料的飽和吸附能力后會黏貼皮膚，穿著體驗同樣不佳。因此，在考核面料吸濕速干性能的同時，還需要關(guān)注水分從貼膚面到外表面的單向傳遞性能，保持貼膚面的干爽才能帶來較佳的穿著體驗感。

2.2.2 吸濕排汗性

面料的吸濕排汗性能測試結(jié)果如表4 所示。從表4可以看出，超吸濕速干面料的吸濕排汗性能也很優(yōu)異，其滲透面浸濕時間僅1.6 s，評級可達(dá) 5 級，滲透面吸水率為74.9%/s，評級為 4 級，這是由于滲透面由高F數(shù)異形截面滌綸組成，F(xiàn)數(shù)增加使得紗線的比表面積和纖維間隙均大大增加，有利于提高吸水率，而特殊的異形截面結(jié)構(gòu)，使得水分能夠沿纖維截面溝槽迅速鋪展開，故使得浸濕時間和吸水速率均大幅提升；織物單向傳遞指數(shù)達(dá)到633.7，為標(biāo)準(zhǔn)值的 6 倍多，評級可達(dá) 5 級，表明本面料具有非常優(yōu)異的單向傳遞效果，這是由于在面料結(jié)構(gòu)設(shè)計中貼膚面采用的非親水性PE纖維具有“排水”作用，而滲透面采用的高F數(shù)異形截面滌綸具有強“吸水”作用，在一“排”一“吸”的推動作用下，水分快速從貼膚面?zhèn)鬟f到滲透面。此外，貼膚面采用的是50 D/24 f紗線，滲透面采用的是75 D/144 f紗線，在同樣的針數(shù)情況下，貼膚面的纖維間隙較大，也有利于水分向滲透面?zhèn)鲗?dǎo)。

表4 面料的吸濕排汗性能

2.2.3 涼感

面料的涼感性能測試結(jié)果如表5 所示。從表5 可以看出，超吸濕速干面料的Qmax為0.20 W/cm2，滿足國標(biāo)對于織物涼感性的要求，據(jù)紗線廠商提供的基礎(chǔ)資料，PE纖維導(dǎo)熱系數(shù)為0.4 ～ 0.5 W/（m·℃），是常用合成纖維及天然纖維中導(dǎo)熱性能最好的，有利于將皮膚產(chǎn)生的熱量快速向外界傳導(dǎo)。此外在實際穿著過程中，同時伴隨著汗液由里及外的傳導(dǎo)，以及在織物表面的蒸發(fā)，也會帶走一定的熱量，故面料實際穿著時涼感效果更佳。

表5 面料的涼感性能

3 染整生產(chǎn)過程中常見問題及解決方案

3.1 面料手感發(fā)硬

面料手感發(fā)硬主要是因為PE不耐高溫導(dǎo)致的，此異常多發(fā)生在定形階段，因為目前印染廠大多使用的是直燃式定形機，在設(shè)定低溫時，定形機內(nèi)的實際溫度比設(shè)定溫度普遍偏高，而一旦超過120 ℃，就會造成面料偏硬，因此建議采用110 ℃定形比較穩(wěn)妥；此外，在定形過程中應(yīng)嚴(yán)禁任何原因的停機，因為受熱時間過長也會導(dǎo)致布面發(fā)硬。

3.2 增加面料彈性困難

由于PE纖維不耐高溫，而氨綸的預(yù)定形溫度普遍在195 ℃以上，因此不能像普通面料一樣通過與氨綸交織增加彈性?？梢钥紤]以下兩種方案：（1）與非氨彈性纖維PBT或PTT（杜邦生產(chǎn)的商品名為Sorona?）交織，其染色溫度均在100 ～ 110 ℃，且無需預(yù)定形，彈性略低于氨綸；（2）與聚烯烴彈性纖維XLANCE?交織，聚烯烴彈性纖維的預(yù)定形溫度區(qū)間很寬泛，在110 ～ 200 ℃均可達(dá)到定形效果。

3.3 成品面料單向?qū)裥Ч?/h3>

此類面料的表現(xiàn)是在貼膚面開始呈拒水狀態(tài)，之后慢慢潤濕，直至有部分水接觸到滲透面的纖維，才會迅速將水滴吸入面料內(nèi)。造成成品面料單向?qū)裥Ч畹闹饕蚴敲媪系慕M織結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，貼膚面一般采用非親水性材料，若其結(jié)構(gòu)過于緊密，則會形成拒水層，表面拒水導(dǎo)致水滴由貼膚面到滲透面的傳導(dǎo)時間被大大延長。

上述問題的解決方案為：（1）在組織結(jié)構(gòu)設(shè)計中，貼膚面紗線的線密度可略低于滲透面紗線，且織造過程中貼膚面紗長宜略放長5%左右，使其結(jié)構(gòu)稍松，纖維間隙增加，有利于水滴快速透過；（2）染整過程中添加滌綸用的吸濕排汗整理劑，可以降低貼膚面的拒水效應(yīng)，以利于水滴透過，缺點是單向傳遞指數(shù)可能會略有降低。

4 結(jié)論

隨著各類功能性纖維在服裝面料中的應(yīng)用越來越廣泛，在產(chǎn)品開發(fā)過程中需特別注意應(yīng)根據(jù)纖維特性進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)設(shè)計、織造工藝、染整工藝的調(diào)整。從超強吸濕速干復(fù)合功能針織面料開發(fā)實踐過程中，可以得出以下結(jié)論。

（1）在組織結(jié)構(gòu)設(shè)計中，貼膚面結(jié)構(gòu)不宜太緊密，保持一定的纖維間隙有利于提升單向?qū)裥Ч?/p>

（2）PE與常規(guī)滌綸交織組成的面料染中淺色時，耐水洗色牢度可達(dá) 3 ～ 4 級以上，但客戶指定染深色時，常規(guī)滌綸需更換為常壓低溫可染滌綸。

（3）PE不耐高溫，染色、定形均需控制實際溫度不超過120 ℃，以設(shè)定在110 ℃為宜，避免織物發(fā)硬。