高導濕針織松緊帶的芯吸高度模型研究

魯 根 王 其 劉昌杰 郭超群

(1.東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海，201620;2.無錫百和織造股份有限公司，無錫，201101)

松緊帶作為服裝輔料，廣泛應用于毛衣、內衣、T恤、婚紗禮服、孕服、褲子、童裝、口罩等服裝產品。松緊帶是含有乳膠絲或橡膠絲的彈性織物，織物厚度和密度大，用于包括袖口、鞋襯、褲口、帽襯、領圈、褲腰等處，以一定的張力或壓力作用在人體上。當人體出汗時，松緊帶處的汗液不易干燥，使人體產生不舒適的濕悶感，且很容易滋生、積累細菌和臭味，所以提高松緊帶的導濕性能，以提高其舒適功能性具有重要意義。本文通過建立高導濕針織松緊帶的芯吸高度模型，探索此類松緊帶的導濕性能變化規律，用于計算和預測此類高導濕松緊帶的芯吸高度和導濕性。

1 芯吸高度模型的建立

普通針織松緊帶的組織結構圖如圖1所示，1為緯紗，多為滌綸低彈絲;2為針織閉口編鏈線圈經紗，多為滌綸低彈絲;3為高彈絲，多為乳膠絲。此類織物的導濕性較差。

圖1中的針織松緊帶所選用的緯紗1采用兩根150D/74f的竹炭滌綸絲，針織閉口編鏈線圈經紗2采用150D/144f的十字截面滌綸低彈絲，乳膠絲分別采用23、30、32、37、42 號(直徑分別為1.10、0.85、0.79、0.69、0.60 mm)，編織 5 組針織松緊帶，織物經過相同工藝的親水整理，可制成高導濕松緊帶。

從圖1中可以看出，松緊帶經向由乳膠絲和針織編鏈線圈組成，所以松緊帶的經向導濕性能主要與乳膠絲以及針織編鏈線圈的導濕性能因子有關。對乳膠絲表面進行滴水試驗(圖2)發現，乳膠絲是完全拒水的，且乳膠絲為單絲，不形成毛細管，因而可以假設松緊帶的經向導濕性能完全由針織編鏈線圈經紗決定。

液態水在紗線中傳導時，由于紗線毛細管中液面彎曲將會產生一定的附加壓力p，壓力p導致毛細管內部的液態水在沒有外力場的作用下同樣可以完成運輸。這個附加壓力由氣液界面張力所引起［1］，其大小為

式中：p——附加壓力(Pa);

σ——氣液界面張力(N/m);

θ——固液接觸角;

r——毛細管當量半徑(m)。

當毛細作用達到平衡時，附加壓力等于液體的重力［2］，即：

式中：ρ——液體的密度(1 ×103kg/m3);

g——重力加速度(9.8 m/s2);

H——經紗導濕路徑長度(m)。

由式(2)可以得到經紗導濕路徑長度H的計算式：

由圖1可知，經紗導濕路徑主要是由針織編鏈線圈組成，假設每個針織編鏈線圈主要由兩個圈柱和一段延展線構成，它們的長度相等且均為l，所以經紗導濕路徑H也可以用式(4)表示：

式中：K1——修正系數;

h——松緊帶芯吸高度(cm/10 min);

x——緯密(根/10 cm);

l——圈柱和延展線的長度(m)。

將式(3)代入式(4)，從而可以得到松緊帶芯吸高度的表達式：

2 模型中各參數的確定

2.1 毛細管當量半徑r的確定

150D/144f十字截面滌綸低彈絲中的單絲直徑d可以通過式(6)計算得到［3］：

式中：ND——單絲的旦數;

γ——單絲的密度(1.39 g/cm3)。

通過式(6)計算得到的十字截面滌綸低彈絲中單絲直徑 d=10.3 μm。

假設十字截面滌綸低彈絲中單絲的排列如圖3所示，將十字截面滌綸低彈絲中單絲截面看成直徑相等的圓形截面，計算出以三個圓心為頂點所形成正三角形的面積，再近似成截面為圓形的毛細管的截面面積，從而可以計算出毛細管當量半徑r=3.8 μm。

圖3 十字截面滌綸單絲排列

2.2 圈柱和延展線長度l的確定

為方便描述，將含 23、30、32、37、42 號乳膠絲編織的5組松緊帶分別用 A、B、C、D、E表示，5組針織松緊帶的織物參數如表1所示。

表1 5組針織松緊帶的織物參數

2.2.1 圈柱和延展線理論長度l理的確定

觀察圖1，可以假設針織編鏈線圈的圈柱與圈弧繞著乳膠絲和緯紗的相交點圍成一個橢圓，橢圓的長半軸a、短半軸b以及圈柱與圈弧理論長度l理分別可以用式(7)、式(8)和式(9)表示：

式中：d1——乳膠絲直徑(cm);

d2——緯紗直徑(0.05 cm);

K2——修正系數。

假設圈柱與圈弧的長度l恰好為橢圓周長的一半，即此時修正系數K2為1，從而計算得到5組針織松緊帶的橢圓長、短半軸以及圈柱與圈弧理論長度，如表2所示。

表2 5組松緊帶的橢圓長、短半軸以及圈柱與圈弧理論長度

2.2.2 圈柱和延展線實際長度l實的確定

在5組松緊帶中分別隨機剪取10 cm長度的樣品，拆下經紗，量取其長度L，從而可以計算得到圈柱和延展線實際長度l實，如表3所示。

表3 5組松緊帶針織編鏈線圈中圈柱和延展線實際長度

2.2.3 圈柱和延展線長度l的表達式

根據測試以及計算的結果，用松緊帶針織編鏈線圈的圈柱和圈弧實際長度與理論長度的比值來計算得到修正系數K2：

通過計算得到的修正系數K2如表4所示。

表4 計算得到的修正系數K2

計算5組修正系數K2的算術平均值，得到實際的修正系數K2=0.607，代入式(9)，得到圈柱與圈弧長度l的表達式：

通過式(11)計算得到5組松緊帶針織編鏈線圈中圈柱與圈弧的長度，如表5所示。

2.3 松緊帶理論芯吸高度的確定

假設松緊帶的導濕路徑完全是由針織編鏈線圈的圈柱與圈弧提供，則此時修正系數K1為1。20℃水的氣液界面張力為0.072 5 N/m，一般經過親水劑整理后的織物幾乎是完全親水的，所以取接觸角θ為0°。再將毛細管當量半徑r以及式(11)代入式(5)，從而計算出松緊帶的理論芯吸高度h理，如表6所示。

表5 5組松緊帶針織編鏈線圈中圈柱與圈弧的長度

表6 5組松緊帶的理論芯吸高度

2.4 松緊帶的實際芯吸高度

在5組針織松緊帶中分別隨機取5個樣品，模擬松緊帶應用于衣著上的實際使用規律，在伸長20%的情況下測試10 min內的芯吸高度h實，結果如表7所示。

表7 5組松緊帶的實際芯吸高度

2.5 修正系數K1的確定

由于A類針織松緊帶所用的23號乳膠絲直徑比較大，經紗繞著乳膠絲時彎曲比較大，因而所受張力較大，其所形成的毛細管被擠壓得較嚴重，從而導致其導濕能力較差，所以這里將排除A類針織松緊帶的計算。根據測試以及計算的結果，用松緊帶實際芯吸高度h實與理論芯吸高度h理的比值來計算得到修正系數K1：

通過式(12)計算得到的修正系數K1如表8所示。

表8 計算得到的修正系數K1

計算4組修正系數的算術平均值，得到實際的修正系數K1=0.349。

將計算的修正系數K2、水的密度ρ、重力加速度g、氣液界面張力σ、毛細管當量半徑r、織物緯密x、接觸角θ以及式(11)代入式(5)，整理得到針織松緊帶的芯吸高度計算式為：

為了觀察松緊帶芯吸高度的計算值與實測值之間的偏差大小，引入偏差百分率w的計算式［4］：

人為約定w≤5.0%時，模型可用于實際的計算與預測;反之，需要重新修正。根據式(14)計算得到的針織松緊帶芯吸高度的偏差百分率如表9所示。

表9 偏差百分率

由表9可知，采用式(13)來計算針織松緊帶的芯吸高度，其偏差百分率都小于5%，因此該式可以用來計算和預測此類松緊帶的芯吸高度。

3 結語

本文建立了高導濕針織松緊帶的芯吸高度模型，得到了松緊帶芯吸高度的計算式，在一定范圍內可用于計算和預測高導濕針織松緊帶的芯吸高度和導濕性。

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