織物中液態(tài)水傳輸與快干行為表征

Characterization of liquid water transport and rapid drying behavior in fabrics

摘要：

為了能夠保持運(yùn)動中大汗淋漓時(shí)的舒適狀態(tài)，研究液態(tài)水在織物中傳輸與快干性能是必要的。文章提出了織物中液態(tài)水傳輸與快干評價(jià)的指標(biāo)，即滴水?dāng)U散時(shí)間、最大面積傳輸耗時(shí)、最大傳輸面積、經(jīng)緯向最大傳輸跨距、蒸發(fā)速度等。液態(tài)水在織物中的傳輸行為通過觀察其傳輸域變化來反映，呈現(xiàn)出與織物組織、紗線排列密度、紗線線密度、織物厚度、織物平方米質(zhì)量等結(jié)構(gòu)因素相關(guān)的初始階段、增速階段、穩(wěn)定階段和減緩階段四個(gè)時(shí)期。通過對10種不同規(guī)格織物進(jìn)行滴水?dāng)U散測試和水分蒸發(fā)速率測試，織物中液態(tài)水傳輸與織物厚度密切相關(guān)，織物厚度為液態(tài)水的滲漏提供空間但弱化了液態(tài)水的鋪展和快干;紗線線密度影響織物表面孔隙，成為影響液態(tài)水鋪展蒸發(fā)的主要因素;經(jīng)緯密度通過與紗線線密度的匹配形成對液態(tài)水傳輸?shù)挠绊?。研究結(jié)果對于高品質(zhì)運(yùn)動服裝面料的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：

吸濕快干;圖像處理技術(shù);滴水?dāng)U散;蒸發(fā)速率;評價(jià)指標(biāo);多元回歸

中圖分類號：

TS101.923.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A

文章編號： 10017003（2024）05期數(shù)0040起始頁碼08篇頁數(shù)

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2024.05期數(shù).006（篇序）

收稿日期：

20230822;

修回日期：

20240410

基金項(xiàng)目：

河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項(xiàng)目（YJS2022JC20）

作者簡介：

李淑靜（1990），女，講師，主要從事功能性面料的研究。通信作者：劉讓同，教授，ranton@126.com。

織物中液態(tài)水傳輸與快干行為就是通常所說的吸濕快干，是指當(dāng)人體劇烈運(yùn)動產(chǎn)生大量汗液后，可以迅速吸收汗水，并傳導(dǎo)至織物外表面快速揮發(fā)，使身體保持干爽舒適的功能性，直接影響人體穿著舒適性和健康狀況。根據(jù)當(dāng)前功能性面料的發(fā)展趨勢，吸濕快干已經(jīng)成為內(nèi)衣、運(yùn)動、醫(yī)療等領(lǐng)域服裝的一種基本要求，有著廣闊的發(fā)展前景［1］。

基于此，如何表征織物中液態(tài)水傳輸與快干行為變得越來越重要，事實(shí)上也有很多人對織物中液態(tài)水傳輸與快干進(jìn)行過探索。Ramesh等［2］研究浮長均勻分布和單向條紋織物組織形態(tài)對吸濕性能的影響，經(jīng)測定單向條紋織物的傳遞效果高于浮長均勻分布織物;潘菊芳等［3］對織物樣品進(jìn)行滴水?dāng)U散測試，通過記錄織物表面水滴擴(kuò)散所需的時(shí)間和水滴擴(kuò)散面積來分析纖維組合及組織結(jié)構(gòu)對織物液態(tài)水吸濕性能的影響;Jiang等［4］報(bào)道一種可以計(jì)算芯吸高度的圖像處理技術(shù)，以了解織物中水的傳輸，建立了芯吸高度曲線，用初始芯吸速率、最大芯吸高度用于說明水分管理;張紅霞等［5］采用毛細(xì)效應(yīng)和水滴擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，測試了不同織物結(jié)構(gòu)對吸濕快干面料導(dǎo)濕性能的影響。另外，在表征方法也有不少嘗試。Mesfin等［6］利用熱成像機(jī)器視覺系統(tǒng)測量織物水平吸濕和干燥性能，通過跟蹤織物濕區(qū)面積隨時(shí)間的變化對芯吸和干燥過程進(jìn)行表征;Nemcokova等［7］采用水分管理儀（MMT）、熱成像和顯微成像系統(tǒng)對針織物的動態(tài)水分傳輸進(jìn)行研究，通過熱成像和圖像分析系統(tǒng)的結(jié)合，分析了液滴在樣品表面的動態(tài)擴(kuò)散和紡織品的垂直芯吸行為，研究針織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)與其液體傳輸性能之間的相互作用;Tang等［8］介紹了一種基于質(zhì)量分析和圖像分析技術(shù)的準(zhǔn)確可靠的測試儀，用于表征織物的平面內(nèi)和平面間芯吸性能，能夠?qū)崟r(shí)直接測量吸水量，監(jiān)測水的輸送方向，并估計(jì)出汗時(shí)留在皮膚上的水量，模擬了大汗淋漓狀態(tài);胡倩倩等［9］通過數(shù)值模擬方式分析織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對液態(tài)水在織物中的傳輸;盧思童等［10-11］提出了一種新的提取形態(tài)特征的分割遺傳算法，分析了液態(tài)水在織物中形成的傳輸域圖像具有時(shí)變性和邊緣形態(tài)復(fù)雜性，并利用遺傳算法匹配不同織物圖像中液態(tài)水傳輸域的最佳分割閾值。

從以上研究狀況看，織物中液態(tài)水的傳輸和快干已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)，使吸濕快干性能本身規(guī)律越來越清晰，表征手段也越來越準(zhǔn)確和多樣化。但由于織物中液態(tài)水的傳輸與快干影響因素多，研究結(jié)果對于實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)指導(dǎo)性有待進(jìn)

一步強(qiáng)化。為此，本文借助圖像處理技術(shù)進(jìn)行滴水?dāng)U散測試和水分蒸發(fā)速率測試［12］，準(zhǔn)確提取水分傳輸數(shù)據(jù)，研究織物的吸濕快干性能，然后利用多元回歸分析吸濕快干性能的影響因素，從而指導(dǎo)吸濕快干面料的開發(fā)。

1" 實(shí)" 驗(yàn)

1.1" 材料與儀器

織物：10種不同規(guī)格的滌綸機(jī)織物（江蘇東昉紡織科技有限公司），其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

儀器：BASLER acA2500-14gm工業(yè)攝像頭（深圳市杰智通科技有限公司），圖像處理軟件（自行開發(fā)），Dragon LAB移液器（大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器北京股份公司），HZK-FA110電子天平（福州華志科學(xué)儀器有限公司）。

1.2" 測" 試

1.2.1" 實(shí)驗(yàn)條件

保持恒定的溫濕度，溫度控制在20 ℃左右、相對濕度在65%左右。對10種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的織物進(jìn)行測試，每種織物測5塊試樣，試樣尺寸為10 cm×10 cm。根據(jù)國標(biāo)GB/T 21655.1—2008《紡織品吸濕快干性的評定第1部分：單項(xiàng)組合試驗(yàn)法》來判定面料的吸濕快干性能。

1.2.2" 織物滴水?dāng)U散實(shí)驗(yàn)

室溫條件下將織物平放在樣本夾持器上，在樣品兩端施加一定張力使織物伸展，避免褶皺。利用移液器將10 μL的液態(tài)水滴在織物表面，移液器滴管口距離樣品表面1 cm左右，確保液滴落在相機(jī)視野中心位置，滴水后迅速撤離移液器。由計(jì)算機(jī)控制相機(jī)采集織物表面液態(tài)水傳輸圖像，并將實(shí)時(shí)監(jiān)測畫面顯示在計(jì)算機(jī)上。通過觀察織物表面液態(tài)水傳輸域變化來反應(yīng)織物表面液態(tài)水的傳輸情況。

1.2.3" 水分蒸發(fā)速率實(shí)驗(yàn)

將織物平放于HZK-FA110電子天平上（精確到0.001 g），確保織物表面平整。用移液器將10 μL液態(tài)水滴在織物表面，用電子天平測量織物重量變化。

1.3" 表征指標(biāo)

1.3.1" 滴水?dāng)U散時(shí)間

滴水?dāng)U散時(shí)間是指液態(tài)水接觸到織物表面后進(jìn)行表面鋪展或滲透織物內(nèi)部，直到潤濕區(qū)域消失過程所消耗的時(shí)間，可反應(yīng)織物內(nèi)部層間水分的傳遞問題和液態(tài)水的揮發(fā)性能，滴水?dāng)U散時(shí)間短表明液態(tài)水在織物層間傳遞快或揮發(fā)快。液態(tài)水在織物表面擴(kuò)散一定時(shí)間后，傳輸域面積達(dá)到最大所需時(shí)間即為傳輸域最大面積耗時(shí)。

1.3.2" 液態(tài)水最大傳輸面積和經(jīng)緯向最大傳輸跨距

液態(tài)水在織物中傳輸所能達(dá)到的最大傳輸域面積就是最大傳輸面積，面積越大說明織物表面?zhèn)鬟f性能越好;傳輸域所能傳輸?shù)淖畲蟪叽缂醋钸h(yuǎn)距離投影到經(jīng)緯方向，所得即為經(jīng)緯向最大傳輸跨距。

1.3.3" 液態(tài)水最大傳輸速度

液態(tài)水在織物中傳輸后最大傳輸跨距或面積與所用時(shí)間之比。

1.3.4" 液態(tài)水蒸發(fā)速度

單位時(shí)間液態(tài)水的減少量即為蒸發(fā)速度，用Re表示，通過下式計(jì)算：

Re=m1-m2t0（1）

式中：m1為滴水潤濕后織物的質(zhì)量，g;m2為測試結(jié)束時(shí)織物的質(zhì)量，g;t0為水分蒸發(fā)耗時(shí)，h。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 滴水?dāng)U散時(shí)間

對10種不同規(guī)格參數(shù)的織物進(jìn)行滴水?dāng)U散測試，記錄液態(tài)水接觸織物表面至其潤濕區(qū)域消失所需時(shí)間和液態(tài)水在織物表面擴(kuò)散到最大面積所需時(shí)間。根據(jù)國標(biāo)GB/T 21655.1—2008中吸濕快干評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中滴水?dāng)U散時(shí)間規(guī)定，當(dāng)t機(jī)織類≤5 s時(shí)織物具有良好液態(tài)水傳輸性能，如表2所示。表2中5#和6#織物的滴水?dāng)U散時(shí)間都小于等于6 s，很顯然這2種織物基本接近液態(tài)水傳輸性能的良好標(biāo)準(zhǔn)。

織物滴水?dāng)U散時(shí)間受到多個(gè)因素的影響，通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，織物滴水?dāng)U散時(shí)間與織物組織結(jié)構(gòu)之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，包括紗線排列密度、紗線線密度、織物厚度、織物平方米質(zhì)量等組織結(jié)構(gòu)因素，不同的組織結(jié)構(gòu)會對織物滴水?dāng)U散時(shí)間產(chǎn)生影響。

2.2" 液態(tài)水傳輸行為

2.2.1" 液態(tài)水傳輸域的典型形態(tài)

液態(tài)水滴在織物表面，在織物表面張力作用下沿紗線間迅速傳輸，形成灰度明顯變化的水印部分，即為傳輸域，區(qū)別于未吸水的部分。

圖1給出了2#和5#織物不同時(shí)刻表面液態(tài)水傳輸狀態(tài)，描述了織物表面液態(tài)水的傳輸過程。2#織物為斜紋組織，經(jīng)緯密度差異較大，經(jīng)向很緊密，液態(tài)水主要沿織物緯向傳輸，形成明顯的平面單向傳輸性能，最終形成的液態(tài)水傳輸域形狀更加接近于較扁的橢圓。5#織物為平紋組織，經(jīng)緯紗線排

列密度接近，液態(tài)水沿織物經(jīng)緯方向傳輸速度相同，最終形成一個(gè)以水滴為中心的圓形區(qū)域。

通過攝像頭可以獲取液態(tài)水在織物表面的傳輸形態(tài)圖片，但要提取其中的特征數(shù)據(jù)還需要對采集的圖像進(jìn)行分割［10］處理，如圖2所示。獲取織物表面液態(tài)水傳輸域的像素面積，經(jīng)過量化處理，轉(zhuǎn)化為實(shí)際的物理面積，然后計(jì)算傳輸域的面積和尺寸，如表2所示。

由表1和表2可以看出，織物中液態(tài)水傳輸性能與其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)密不可分。一般來說，當(dāng)紗線排列密度較大時(shí)，織物緊密，表面孔隙率小。如4#織物，使得液態(tài)水不易滲漏，在表面不易傳輸，形成的最大傳輸面積只有24.24 mm2，明顯較小。當(dāng)排列密度較小時(shí)，織物相對松散，如3#、10#織物，織物表面的孔隙大，液態(tài)水在重力作用下向內(nèi)部滲漏，同時(shí)在毛細(xì)力作用下液態(tài)水在平面內(nèi)迅速傳遞，使傳輸域的面積增大，最大傳輸面積超過了500 mm2。

織物的組織結(jié)構(gòu)也同樣影響著織物表面液態(tài)水沿經(jīng)緯向傳輸跨距。通常情況下，織物的組織結(jié)構(gòu)越緊密（如4#織物），織物表面液態(tài)水沿經(jīng)緯向傳輸跨距就越小，因?yàn)橐簯B(tài)水在織物表面的傳輸受到組織結(jié)構(gòu)中紗線間隙的限制。相反，織物的組織結(jié)構(gòu)越松散（如8#織物），紗線間隙越大，液態(tài)水在織物表面沿經(jīng)緯向傳輸跨距就越遠(yuǎn)。此外，織物厚度和紗線線密度等因素也會對液態(tài)水在織物表面沿經(jīng)緯向傳輸跨距產(chǎn)生影響。

2.2.2" 傳輸域面積時(shí)變曲線

織物中液態(tài)水傳輸域面積隨時(shí)間而變，這種變化能夠很好地反映液態(tài)水在織物中的傳輸過程。通過圖像處理可以繪制織物表面液態(tài)水傳輸域面積的時(shí)變曲線，液態(tài)水在織物表面的傳輸過程存在明顯的傳輸和快干兩個(gè)階段，如圖3（a）所示。在傳輸階段，液態(tài)水在織物表面擴(kuò)散、滲透，并逐漸在織物表面形成一個(gè)顏色加深的傳輸域，曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)在傳輸域面積達(dá)到最大值時(shí)的時(shí)間點(diǎn)。在快干階段，液態(tài)水的蒸發(fā)速度會增加，傳輸域面積越大，蒸發(fā)面積越大，蒸發(fā)速度越快，但隨著蒸發(fā)的進(jìn)行傳輸域的面積會逐漸減小并最終消失。

圖3給出了1#、3#、8#和10#織物表面液態(tài)水傳輸域面積時(shí)變曲線。從時(shí)變曲線的形態(tài)看，3#織物傳輸速度最快，達(dá)到最大傳輸面積耗時(shí)3.1 s，傳輸面積為520.18 mm2;1#織物傳輸速度較快，達(dá)到最大傳輸面積耗時(shí)6.7 s，傳輸面積為113.52 mm2;8#織物傳輸速度稍快，達(dá)到最大傳輸面積耗時(shí)16.0 s，傳輸面積為306.79 mm2，水分傳輸有一個(gè)時(shí)間過程;而對于10#織物，液態(tài)水傳輸速度快，達(dá)到最大傳輸面積耗時(shí)52.0 s，傳輸面積大，達(dá)到528.91 mm2，揮發(fā)水分的面積大。

2.3" 織物中液態(tài)水蒸發(fā)

液態(tài)水蒸發(fā)會引起織物質(zhì)量變化，反過來織物質(zhì)量變化可以在一定程度上說明液態(tài)水在織物表面潤濕之后蒸發(fā)的快慢。用移液器把10 μL液態(tài)水滴在織物表面，使用電子天平測量50 min內(nèi)織物的質(zhì)量變化。蒸發(fā)速率結(jié)果如表2所示。

液態(tài)水滴在織物表面后蒸發(fā)就開始進(jìn)行，導(dǎo)致織物質(zhì)量逐漸減少。通過記錄織物質(zhì)量隨時(shí)間變化，得到織物質(zhì)量變化曲線，如圖4所示。曲線的形狀和斜率可以反映出水分的蒸發(fā)速率和速干性能。

織物質(zhì)量變化過程可以分為以下幾個(gè)階段：

1） 初始階段：實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，織物表面的液態(tài)水還沒有鋪展傳輸，水分揮發(fā)面積只是水滴的表面積，水分會從織物表面蒸發(fā)出來，但因?yàn)檎舭l(fā)面積小，導(dǎo)致織物質(zhì)量變化相對緩慢。

2） 增速階段：隨著時(shí)間的推移，液態(tài)水在織物表面迅速傳輸而增大潤濕面積，這也意味著水分的蒸發(fā)面積增加，水分失重增加，質(zhì)量變化也會逐漸加速，進(jìn)入快干階段。在傳輸域面積最大時(shí)水分失重也達(dá)到最大。

3） 穩(wěn)定階段：在傳輸域面積達(dá)到最大值后，水分迅速揮發(fā)，但潤濕面積的縮小會有一個(gè)延緩，因?yàn)橐簯B(tài)水可能不斷補(bǔ)充潤濕，這時(shí)水分的蒸發(fā)速度達(dá)到穩(wěn)定，質(zhì)量變化也穩(wěn)定在最高階段。

4） 減緩階段：隨著液態(tài)水揮發(fā)的進(jìn)行，能夠補(bǔ)充潤濕的水分逐漸減少，已經(jīng)潤濕的水分蒸發(fā)使傳輸域逐漸回縮，傳輸域面積越來越小，再也看不到水分潤濕的傳輸域。這個(gè)時(shí)候不代表水分已經(jīng)全部蒸發(fā)，只是視覺上的干燥，實(shí)際上可能有一小部分的水分成為了織物的吸附水，也是織物表面水分含量與周圍環(huán)境的水氣壓達(dá)到的一種平衡，但并不影響對快干的判斷。

由圖4可以看出，3種織物試樣的含水率變化可以在一定程度上說明相同質(zhì)量的液態(tài)水滴入織物表面潤濕之后，水分蒸發(fā)速率的快慢。2#織物為斜紋組織，液態(tài)水質(zhì)量時(shí)變曲線四階段變化非常明顯，而1#、3#織物為平紋組織，曲線中有些階段不是很明顯，可能是平紋組織較多的組織點(diǎn)會影響液態(tài)水傳輸?shù)某跏紶顟B(tài)，導(dǎo)致初始階段的缺失而直接進(jìn)入失重增速階段，說明織物本身所固有的屬性對織物快干性能有很大影響。從水分蒸發(fā)速率看，3#織物試樣最快，2#織物試樣次之，1#織物試樣的初始水分蒸發(fā)速率最慢，這是因?yàn)?#和3#織物經(jīng)緯密度存在一定差異，使得液態(tài)水能更多地向緯紗方向傳輸，增大在織物表面的潤濕面積。滴入織物表面的液態(tài)水經(jīng)過四階段揮發(fā)仍然會有一部分變成織物的吸附水，圖4顯示1#和2#織物中的吸附水在30%左右，3#織物則在20%左右，雖然三者的原料都是滌綸，但由于織物結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致吸附水的差異，最終影響液態(tài)水在織物中的快干行為。

2.4" 液態(tài)水傳輸與織物結(jié)構(gòu)關(guān)系分析

織物中液態(tài)水傳輸受織物組織、紗線排列密度、紗線線密度、織物厚度和平方米質(zhì)量等因素的影響，影響規(guī)律相對比較復(fù)雜，不僅無法用確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述，而且這些因素之間存在相互作用，因此采用多元回歸方法進(jìn)行分析。通過回歸分析，建立單個(gè)性能指標(biāo)Y（分別為滴水?dāng)U散時(shí)間t、最大傳輸面積A、經(jīng)向跨距Bj、緯向跨距Bw、蒸發(fā)速率Re）與各個(gè)影響因素間（分別為平方米質(zhì)量G、經(jīng)紗線密度Nj、緯紗線密度Nw、經(jīng)密Pj、緯密Pw、厚度T）的多項(xiàng)式模型，探究織物結(jié)構(gòu)各參數(shù)對液態(tài)水傳輸行為的影響程度，如下式所示：

Y=β0+β1G+β2Nj+β3Nw+β4Pj+β5Nw+β6T+ε（2）

式中：β0是常數(shù)項(xiàng)，（β1，…，β6）為回歸系數(shù)，ε表示誤差項(xiàng)，Y為性能指標(biāo)。

2.4.1" 滴水?dāng)U散時(shí)間分析

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)，按照多元統(tǒng)計(jì)模型回歸，可得滴水?dāng)U散時(shí)間與織物結(jié)構(gòu)參數(shù)間的回歸方程：

t=1 972.21+55.47G-126.55Nj-153.13Nw-6.34Pj-8.33Nw-1 147.08T（3）

式中：t表示織物滴水?dāng)U散時(shí)間，記錄液態(tài)水接觸織物表面到織物表面反射光消失所需的時(shí)間。

通過對回歸方程的顯著性檢驗(yàn)，回歸方程的顯著水平（Sig.）=0.022，說明回歸方程具有較高的顯著性;回歸方程的相關(guān)系數(shù)（R2）為82.8%，說明自變量能夠解釋因變量的82.8%;五個(gè)自變量的VIF值都小于5，表明自變量之間具有相對獨(dú)立性。

分析每個(gè)自變量的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)可以確定對織物滴水?dāng)U散時(shí)間影響最大的因素。平方米質(zhì)量、經(jīng)紗線密度、緯紗線密度、經(jīng)密、緯密、厚度各自變量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別為24.76、82.77、80.29、3.56、4.06、952.75，顯然經(jīng)緯紗線密度和織物厚度三個(gè)自變量的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)最高，可見滴水?dāng)U散時(shí)間主要受此三個(gè)變量的影響?？梢哉J(rèn)為紗線較粗的織物表面纖維之間的間隔較大，織物表面的孔隙變大，液態(tài)水在重力作用下滲透到織物內(nèi)部，滴水?dāng)U散時(shí)間相對較短;紗線較細(xì)的織物表面孔隙變小，液態(tài)水不容易滲透到織物內(nèi)部，液態(tài)水在織物表面的擴(kuò)散時(shí)間長?？椢镌胶?，液態(tài)水在織物中的層間滲漏有空間，有利于消耗表面液態(tài)水，縮短滴水?dāng)U散時(shí)間。

2.4.2" 最大傳輸面積和經(jīng)緯向傳輸跨距分析

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)，可得最大傳輸面積，經(jīng)、緯向傳輸跨距與織物結(jié)構(gòu)之間的回歸方程。

對于最大傳輸面積其多元回歸方程為：

A=1 291.54+12.35G+14.72Nj-41.39Nw-0.003Pj-4.77Nw-2 330.58T（4）

式中：G、Nj、Nw、Pj、Pw、T各自變量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別為50.49、168.76、163.69、7.26、8.28、1 942.42。

對于液態(tài)水傳輸經(jīng)向跨距其多元回歸方程：

Bj=34.32-0.04G+1.33Nj-0.44Nw+0.01Pj-0.04Nw-72.21T（5）

式中：G、Nj、Nw、Pj、Pw、T各自變量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別為1.70、5.68、5.51、0.24、0.28、65.36。

緯向傳輸跨距的多元回歸方程：

Bw=-20.88-1.15G+1.70Nj+5.53Nw+0.27Pj+0.05Nw-114.22T（6）

式中：G、Nj、Nw、Pj、Pw、T各自變量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別為1.91、6.40、6.20、0.28、0.31、73.63。

從式（4）（5）（6）可以得到三點(diǎn)啟示：1） 經(jīng)、緯紗線密度和織物厚度三個(gè)自變量的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)最高，最大傳輸面積和經(jīng)緯向傳輸跨距主要受經(jīng)緯紗線密度和織物厚度影響，也最顯著。2） 經(jīng)緯密的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)比較小，回歸系數(shù)也小，而且有正有負(fù)，說明織物經(jīng)緯密對液態(tài)水最大傳輸面積和經(jīng)緯向傳輸跨距的影響不顯著，可能與采集的試樣經(jīng)緯密變化范圍有限有關(guān)。事實(shí)上，織物經(jīng)緯密度越大，織物越緊密，不利于液態(tài)水滲入織物內(nèi)部，影響液態(tài)水的層間傳輸，液態(tài)水在織物表面滯留的時(shí)間會更長，推測只有在某個(gè)密度區(qū)間，通過與紗線線密度的匹配，織物內(nèi)部可能形成毛細(xì)輸水，有利于傳輸。3） 織物越厚，液態(tài)水在織物中的層間滲漏有空間，有利于表面水的消散而弱化鋪展，所以回歸系數(shù)都為負(fù)。

2.4.3" 水分蒸發(fā)速率分析

根據(jù)表1、表2數(shù)據(jù)，可得水分蒸發(fā)速率與織物結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的回歸方程：

Re=-0.21-0.01G+0.03Nj+0.03Nw+0.001Pj+0.001Nw-0.92T（7）

式中：G、Nj、Nw、Pj、Pw、T各自變量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)分別為0.03、0.11、0.11、0.01、0.01、1.26。

式（7）中，各自變量的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)說明液態(tài)水蒸發(fā)速率主要受經(jīng)緯紗線密度和織物厚度影響，也最顯著;三個(gè)變量對應(yīng)的回歸系數(shù)也大，特別是厚度的回歸系數(shù)為負(fù)值，說明織物表面液態(tài)水蒸發(fā)速率與織物厚度呈負(fù)相關(guān)，影響最顯著。

3" 結(jié)" 論

運(yùn)動時(shí)大汗淋漓能否保持舒適狀態(tài)受液態(tài)水在織物中傳輸與快干性能影響。液態(tài)水在織物中的傳輸行為通過觀察其傳輸域變化來反映，提出了相應(yīng)的評價(jià)體系，包括滴水?dāng)U散時(shí)間、最大面積傳輸耗時(shí)、最大傳輸面積、經(jīng)緯向最大傳輸距離、蒸發(fā)速度等指標(biāo)。液態(tài)水在織物中的傳輸與快干呈現(xiàn)初始階段、增速階段、穩(wěn)定階段和減緩階段四個(gè)時(shí)期，四個(gè)時(shí)期的出現(xiàn)與織物組織、織物厚度、紗線線密度、紗線排列密度、織物平方米質(zhì)量等結(jié)構(gòu)因素有關(guān)。通過對10種不同規(guī)格參數(shù)的織物進(jìn)行滴水?dāng)U散測試和水分蒸發(fā)速率測試，織物中液態(tài)水傳輸首先受織物厚度的影響，織物厚度會弱化液態(tài)水的平面鋪展;其次是紗線線密度，紗線線密度通過影響織物表面孔隙實(shí)現(xiàn)對液態(tài)水鋪展蒸發(fā)的影響;而經(jīng)緯密度通過與紗線線密度的匹配形成影響。本文研究結(jié)果對于高品質(zhì)運(yùn)動服裝面料的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉含輝. 導(dǎo)濕快干針織運(yùn)動面料的應(yīng)用探討［J］. 染整技術(shù)， 2017， 39（6）： 26-28.

LIU H H. Application discussion of wet-absorb and fast-dry knitting sportswear fabrics［J］. Textile Dyeing and Finishing Journal， 2017， 39（6）： 26-28.

［2］RAMESH B V， RAMAKRISHNAN G， SUBRAMANIAN V S， et al. Analysis of fabrics structure on the character of wicking［J］. Journal of Engineered Fibers and Fabrics， 2012， 7（3）： 28-33.

［3］潘菊芳， 廉志軍， 井連英， 等. 纖維組合及組織結(jié)構(gòu)對織物吸濕速干性能影響［J］. 棉紡織技術(shù)， 2004（11）： 645-648.

PAN J F， LIAN Z J， JING L Y， et al. Influence of fibre combination amp; stitch structure on fabric moisture absorbent amp; quick drying property［J］. Cotton Textile Technology， 2004（11）： 645-648.

［4］JIANG X Y， ZHOU X H， WENG M， et al. Image processing techniques and its application in water transport through fabrics［J］. Journal of Fiber Bioengineering amp; Informatics， 2010， 3（2）， 88-93.

［5］張紅霞， 劉芙蓉， 王靜， 等. 織物結(jié)構(gòu)對吸濕快干面料導(dǎo)濕性能的影響［J］. 紡織學(xué)報(bào)， 2008（5）： 31-33.

ZHANG H X， LIU F R， WANG J， et al. Effects of fabric weave and cover factor on moisture transfer ability of moisture absorbent and fast drying fabric［J］. Journal of Textile Research， 2008（5）： 31-33.

［6］MESFIN D， CHRIS T， HAMED S S， et al. Machine vision system for characterizing horizontal wicking and drying using an infrared camera［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2016， 12（2）： 493-502.

［7］NEMCOKOVA R， GLOMBIKOVA V， KOMARKOVA P. Study on liquid moisture transport of knitted fabrics by means of MMT， thermography and microtomography systems［J］. Autex Research Journal， 2015， 15（4）： 233-242.

［8］TANG K P M， WU Y S， CHAU K H， et al. Characterizing the transplanar and in-plane water transport of textiles with gravimetric and image analysis technique： Spontaneous uptake water transport tester［J］. Scientific Reports， 2015， 5（1）： 9689.

［9］胡倩倩， 劉讓同， 李亮， 等. 機(jī)織物中液態(tài)水傳輸?shù)臄?shù)值模擬［J］. 棉紡織技術(shù)， 2022， 50（5）： 12-17.

HU Q Q， LIU R T， LI L， et al. Numerical simulation of liquid water transport in woven fabric［J］. Cotton Textile Technology， 2022， 50（5）： 12-17.

［10］盧思童， 劉讓同， 李淑靜， 等. 表征織物中液態(tài)水傳輸域圖像的分割遺傳算法［J］. 毛紡科技， 2022， 50（9）： 75-81.

LU S T， LIU R T， LI S J， et al. Segmentation genetic algorithm for characterizing liquid water transport domain images in fabrics［J］. Wool Textile Journal， 2022， 50（9）： 75-81.

［11］盧思童， 劉讓同， 李亮， 等. 液態(tài)水傳輸域的圖像特征及表征［J］. 中原工學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021， 32（6）： 8-13.

LU S T， LIU R T， LI L， et al. Image characteristics and characterization of liquid water transport domain［J］. Journal of Zhongyuan University of Technology， 2021， 32（6）： 8-13.

［12］陸雅芳， 周晨， 黨敏. 紡織品吸濕速干性能測試技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)分析［J］. 紡織導(dǎo)報(bào)， 2017（9）： 32-37.

LU Y F， ZHOU C， DANG M. Testing technologies and standards for moisture absorbent and quick drying property of textiles［J］. China Textile Leader， 2017（9）： 32-37.

Characterization of liquid water transport and rapid drying behavior in fabrics

ZHANG Chi， WANG Xiangrong

LI Shujing1，2， WANG Gaigai1， LU Sitong1， WANG Yucheng1， LIU Rangtong1，2

（1.College of Fashion Technology， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou 451191， China;2.Collaborative Innovation Center of Advanced Textile Equipment， Zhengzhou 451191， China）

Abstract：

The liquid water transport and rapid drying behavior in fabrics， usually referred to as moisture absorption and rapid drying， means that when the human body generates a lot of sweat during intense exercise， sweat can be quickly absorbed and transmitted to the outer surface of fabrics to quickly volatilize， so that the body can maintain a dry and comfortable function. The behavior directly affects the human wearing comfort and health status. According to the current development trend of functional fabrics， moisture absorption and rapid drying has become a basic requirement for underwear， sports， medical and clothing in other fields， and has bright prospects for development. Combined with the exploration of related fields by researchers， it can be seen that the liquid water transport and rapid drying in fabrics has become a research hotspot， which makes the law of moisture absorption and rapid drying properties increasingly clear， and the characterization methods are increasingly accurate and diversified. However， as the liquid water transport and rapid drying in fabrics is affected by many factors， it is necessary to strengthen the guidance of the research results for the actual product development.

To keep the human body in a comfortable state when people sweat during exercise， the study took polyester woven fabrics as the research object to characterize the liquid water transport and rapid drying behavior in fabrics. Firstly， the drip diffusion test and water evaporation rate test of 10 kinds of fabrics with different specifications were carried out with the help of image processing technology， and the data of water transport process were accurately obtained. Then， the indexes of liquid water transport and rapid drying in fabrics were put forward， such as the drip diffusion time， maximum transmission time， maximum transmission area， maximum transmission span in the warp and weft direction， and evaporation rate， and the moisture absorption and rapid drying performance of fabrics was analyzed. Finally， the factors influencing the moisture absorption and rapid drying performance were analyzed by multiple regression method. The results show that liquid water transport and rapid drying in fabrics undergo four stages： the initial stage， the weight loss increasing stage， the stable stage and the weight loss decreasing stage. The appearance of the four stages is related to structural factors such as fabric structure， fabric thickness， yarn linear density， yarn arrangement density and mass per square meter of fabrics. The liquid water transport in fabrics is first affected by the fabric thickness， which will weaken the surface spreading of liquid water， and is then affected by the yarn linear density， which affects the evaporation of liquid water spreading by affecting the surface pores of fabrics. The warp density and weft density are influenced by matching with the thread density of the yarn. This study reveals the transport behavior of liquid water by observing the change of transport domain in fabrics， thus proposing the corresponding evaluation index system and analyzing complex relationship between liquid water transport and fabric structure by multiple regression method.

The method of characterizing liquid water transport and rapid drying behavior in this paper provides a new solution for clothing comfort and has important guiding significance for the research and development of high-quality sportswear fabrics.

Key words：

moisture absorption and rapid drying; image processing technology; drip diffusion; evaporation rate; evaluation index; multiple regression