木棉纖維/棉混紡織物結構參數對其保暖透氣性影響

陳麗麗， 樓利琴， 傅雅琴

(1. 紹興文理學院 元培學院， 浙江 紹興 312000； 2. 浙江理工大學 先進紡織材料與制備技術教育部重點實驗室， 浙江 杭州 310018)

熱傳遞性和透氣性是影響織物服用舒適性的重要因素[1-2]，木棉纖維作為一種新型生態纖維素纖維，纖維中空度高達80%～90%，纖維中含有大量靜止空氣，保暖性好[3-4]，木棉纖維織物具有質輕、天然抗菌、保暖、吸濕導濕性好、綠色環保等優良特性[5-6]，符合新時代紡織品發展趨勢[7-8]，但木棉纖維存在強力差、纖維長度短等缺點，為發揮木棉纖維優異性能，大都需要與其他纖維混紡[6-9]。

本文采用木棉纖維/棉混紡紗線為原料，設計了13種不同織物結構參數的木棉纖維織物，織造了一系列不同組織、不同緯密、不同木棉纖維含量的織物，并對織物厚度、面密度、保暖性、透氣性進行測試[10-11]，分析不同織物結構參數對織物保暖性、透氣性的影響以及保暖與透氣性變化趨勢，通過分析木棉纖維織物結構參數對織物透氣性和保暖性影響研究，為進一步設計開發更好性能的木棉纖維織物提供參考和依據，以期擴大木棉纖維的開發與應用。

1 實驗部分

1.1 實驗試樣

不同木棉纖維含量的木棉纖維/棉纖維混紡織物，木棉纖維長度為10～32 mm，平均線密度為0.11 tex，棉纖維長度為30～38 mm，平均線密度為0.182 tex。經紗線密度為18.5 tex×2，緯紗線密度為14.4 tex×2，經、緯紗線均為相同的混紡纖維紡制而成，單紗Z捻，股線S捻，紗線由湖北際華三五四二紡織公司和紹興錢清原料市場提供。紗線規格參數如表1所示。可見，各經紗與緯紗單紗捻系數及股線捻度接近，可不考慮紗線結構對織物相關性能影響。

表1 紗線規格參數Tab.1 Yarn specification parameters

1.2 試樣制備

設計不同木棉纖維含量、不同組織、不同緯密織物，用OptiMax-8-R型劍桿織機生產，并測試織物厚度、透氣性和保暖性。設計方案如下：1～5號織物，組織不同，其他織物規格參數相同；2號、6～9號織物，緯密不同，其他織物規格參數相同；2號、10～13號織物，木棉含量不同，其他織物規格相同。織物上機工藝及規格參數如表2所示。

表2 織物上機工藝及規格參數Tab.2 Looming process and specification parameters of fabric

注：K為蜂巢組織改變方向前的經緯紗線數。

1.3 性能測試

根據GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度測定》，采用YG(B)141D型數字式織物厚度儀測試織物厚度。

根據GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性 穩態條件下熱阻和濕阻的測定》，采用YG606G型熱阻測試儀測試織物熱阻性。

根據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性測定》，采用YG461D型數字式透氣率儀測試織物透氣性。

2 結果與分析

2.1 織物不同結構參數對保暖性影響

織物保暖性是織物服用性能的重要指標。織物保暖性指標主要是熱阻、保溫率、傳熱系數和克羅值，熱阻、保溫率和克羅值越大，保暖性越好,織物厚度、面密度、體積密度及保暖性測試結果見表3。

從表2、3可得織物保暖性與織物中纖維混紡比、織物組織等因素有一定關系。同時從表3中還可看到，織物保暖性與織物厚度、面密度、體積密度等參數有一定相關性，而體積密度綜合考慮了織物面密度和織物厚度的因素，因此僅需分析織物體積密度對織物保暖性影響。下面就織物組織、體積密度、纖維混紡比對織物保暖性影響進行分析。

表3 織物結構參數及保暖性Tab.3 Fabric structure parameters and heat retention

2.1.1織物組織對織物保暖性影響

選擇1～5號織物，組織不同，其他規格參數相同，即織物緯密均為250根/(10 cm)，木棉纖維含量均為20%(見表2)。從表3中數據可知1～5號織物保溫率測試值呈增加趨勢，即保暖程度從低至高的排列順序為平紋、3上1下左斜紋、5枚3飛緯面緞紋、1上3下為基礎的蜂巢組織、1上5下為基礎的蜂巢組織。經緯紗交織次數少，織物組織結構松厚，織物保暖性越好。因為經緯紗交織次數愈少，織物組織結構越松厚，織物空隙率越大，織物的蓬松性以及內部靜止空氣的含量愈多，織物保暖性越好，特別是蜂巢組織，保溫率增加明顯。這主要是因為蜂巢組織四周高中間低，形成凹凸狀態的特性，使織物內部含有空隙增多，蜂巢尺寸越大，保暖性越好，織物組織結構對保暖性的影響較大。

2.1.2織物體積密度對織物保暖性影響

體積密度對織物保暖性影響較大，影響織物體積密度最主要因素是紗線成分及結構、織物組織、經緯密度。一般當織物體積密度越大時，孔隙率越小，保暖性越差。以織物體積密度為橫坐標，織物保溫率為縱坐標，測試結果見圖1。

圖1 織物體積密度對保溫率的影響Fig.1 Effect of volume density on fabric heat preservation ratio

從圖1可知，織物保暖性隨著體積密度的增大而減少，符合常規規律，但線性回歸系數僅82.4%，相關性不高，說明木棉纖維含量對織物的保暖性產生影響。去除10～13號織物，僅保留木棉纖維含量20%的織物，其體積密度與織物保暖性關系如圖2所示。

圖2 織物體積密度對保溫率的影響(木棉纖維含量20%)Fig.2 Effect of volume density on fabric heat preservation rate(kapok content 20%)

由圖2可見，木棉纖維含量相同，織物保暖性隨著體積密度增大而減小，線性復相關系數達到91.7%，相關性顯著提高，可知木棉纖維含量影響織物保暖性。

2.1.3木棉纖維含量對織物保暖性影響

在2號、10～13號織物中，木棉纖維含量不同，其他規格參數相同，織物緯密為250根/(10 cm)，組織為3上1下左斜紋，不同木棉纖維含量織物的保溫率測試結果如圖3所示。

圖3 木棉纖維含量與織物保溫率關系Fig.3 Relationship between kapok fiber content and fabric heat preservation rate

由圖3可見，隨著木棉纖維含量的增加織物保暖性增加，因為木棉纖維本身具有較好的保暖性，而且隨著木棉纖維含量的增加織物蓬松性相對提高，使織物內部空隙增加，保暖性增加。

2.2 織物結構參數對織物透氣性影響

2.2.1不同組織對織物透氣性影響

1～5號織物為組織不同，其他規格參數相同，織物緯密均為250根/(10 cm)，木棉纖維含量均為20%。不同組織結構織物的透氣率如表4所示。

表4 不同組織的織物透氣率Tab.4 Fabric air permeation rate of different tissues

由表4可見，織物透氣性從低至高的排列順序為平紋、3上1下左斜紋、5枚3飛緯面緞、1上3下為基礎的蜂巢組織、1上5下為基礎的蜂巢組織，在紗線線密度和紗線密度相同的情況下，經緯紗交織次數愈少，織物組織結構越松厚，織物內部空隙率越大，織物通透性越好。

2.2.2緯密對織物透氣率影響

2號、6～9號織物，緯密不同，其他規格參數相同，不同緯密的透氣率測試結果見圖4。

圖4 緯密對織物透氣率的影響Fig.4 Effect of weft density on fabric air permeation rate

由圖4可見，織物透氣性隨著緯密的增大逐漸減少，因為透氣性與織物內部空隙有關外，還與織物表面紗線覆蓋面積有關，隨著緯密增大，即在一定面積上紗線的總數增加，引起織物表面填充度增加，使得紗線之間構成的氣體通道變小，致使空氣垂直于織物流動的黏滯阻力增大，因而透氣性變差。

2.2.3木棉纖維含量對織物透氣率影響

2號、10～13號織物，木棉纖維含量不同，其他規格參數相同，不同木棉纖維含量的織物透氣率測試結果如圖5所示。

圖5 木棉纖維含量與織物透氣率的關系Fig.5 Relationship between kapok fiber content and fabric air permeation rate

由圖可知，在相同結構參數的條件下，木棉纖維織物透氣性總體小于棉織物，而且隨著木棉纖維含量的增加，透氣性下降，因為木棉纖維的加入雖增強了織物的蓬松性，使織物空隙率稍有增加，但由于木棉纖維短，紗線毛羽越多，織物內形成的阻擋和通道變化增多，使織物內實際空隙率減少，阻礙了空氣的流動，使透氣性減少。

2.3 透氣率與保暖性的變化趨勢分析

織物的透氣性與保暖性的變化趨勢測試結果見圖6。可見，1～5號織物中，織物的保暖性與透氣性變化順序一致，因為保暖性與透氣性與織物中存在的縫隙和空洞有關，織物內部空隙越多，織物透氣性和保暖性越好，透氣性增長幅度大于保暖性。2號、6～9號織物中發現，保暖性隨織物體積密度的增大而減少，透氣性隨緯密的增加而逐漸降低，這主要是因為透氣性與織物內存在靜止空氣外還與織物表面紗線覆蓋面積有關，隨著緯密的增加紗線表面緊度增加，阻擋了織物的透氣。2號、10～13號織物，保暖性與透氣性呈反比關系，這主要是因為隨著木棉纖維含量的增加，紗線毛羽越多，阻礙了空氣的流動，使織物透氣性減少。

圖6 織物的保暖性與透氣性變化趨勢圖Fig.6 Change tendency of heat preservation rate and air permeation ratio

3 結 論

1)在其他結構參數相同的情況下，木棉纖維含量為20%的織物，經緯紗交織次數少，織物組織結構越松厚，織物保暖性和透氣性越好，蜂巢組織能大大增強織物的保暖性和透氣性。

2)在其他結構參數相同的情況下，織物保暖性隨著織物體積密度的增大而減少，透氣性隨著緯密的增加逐漸下降。

3)在其他結構參數相同的情況下，隨著木棉纖維含量的增加，織物保暖性增加，透氣性下降。

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