玉石基滌綸長絲紗及其針織面料的性能研究*

東華大學紡織學院，上海 201620

隨著科學技術的飛速發展以及生活水平的提高，人們越來越青睞于功能性紡織品[1]，因此功能性紡織品已經成為市場需求的主流之一。對于夏季服裝面料，人們提出了更高要求，除了具有漂亮的外觀以外，更加注重面料本身所具有的功能性。功能性紡織品正是順應了這種需求而發展起來的。目前，可以通過兩種方法使面料具有功能化：一是直接采用功能化纖維；二是織物的選擇性后整理[2]。玉石基滌綸是將納米級粒徑的玉石粉體放入聚酯熔體中，通過熔融紡絲而成的一種功能性纖維[3]。由于玉石不溶于聚酯熔體，故在紡絲過程中會造成纖維內部及表面出現小孔或者微洞，使纖維總比表面積增加，纖維內部微小管道數增加，纖維的表面性能得到提高，具有吸濕、排汗和快干的特性[4]。同時，用玉石纖維制成的織物具有一定的降溫效果，其接觸的肌膚溫度比一般纖維織物低1～2 ℃，且吸濕快干，穿著時人體有較好的涼爽感，在太陽長時間照射時會降低體表溫度5～6 ℃，產生涼感溫差[5]，是襪子、內衣和運動衣等的理想原料。目前對于玉石含量對織物熱濕舒適性能影響的研究較少，本文通過對不同玉石含量的滌綸長絲紗及針織物的力學性能、吸濕導濕性能、熱性能等進行研究，對于玉石基滌綸長絲紗及其夏季面料的研發具有一定的指導意義。

1 試驗材料及測試方法

1.1 試驗材料

(1) 玉石基滌綸長絲。采用圓孔噴絲板熔融紡絲工藝，加工含不同質量分數玉石粉體的玉石基滌綸長絲，其紡絲工藝參數如表1所示。

表1 紡絲工藝參數

玉石基滌綸長絲紗的規格如表2所示。

表2 滌綸長絲紗規格

(2) 玉石基滌綸針織面料。使用機號22、筒徑40.64 cm(16英寸)的雙面針織圓機，將上述長絲紗織成雙羅紋織物，其毛坯織物規格如表3所示。

表3 毛坯織物規格

1.2 紗線芯吸測試

芯吸高度是表征紡織品吸濕導濕性能的一項重要指標，紡織品的吸濕導濕性能對其穿著舒適性能具有顯著影響。從本質上講，芯吸是一種維持毛細管內流體遷移的性能。芯吸作用除了受單纖維的浸潤影響以外，還受纖維集合體結構尺寸的影響。

參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》， 紗線取樣長度30 cm，一端用突起平臺處的夾子夾住，垂直懸掛，另一端施加一定的預加張力浸入液體中，液體為體積分數1%的亞甲基藍溶液，測試時間30 min。每個試樣測試3次，在固定標尺上讀取紗線芯吸上升的高度，最后取3次的平均值。紗線試樣按照圖1所示放置。

圖1 芯吸試驗示意圖

1.3 紗線力學性能測試

紗線力學性能是指在各種環境、各種外力作用下，紗線所表現出的力學性能，包括拉伸彈性、拉伸斷裂、蠕變、應力松弛、彎曲和表面摩擦等性能，它們在織物的生產加工過程中起著重要作用。

1.3.1 紗線拉伸斷裂性能

織物的力學性能主要受紗線的拉伸斷裂性能影響。當紗線拉伸斷裂強力過低時，上機編織時容易產生斷頭，織物易出現疵點。因此作為針織用紗，紗線應該具有一定的強力，以保證編織順利進行。

采用XL-1A型紗線強伸度儀，參照GB/T 14344—2008《化學纖維 長絲拉伸性能試驗方法》，測試紗線的拉伸斷裂性能。

1.3.2 紗線摩擦性能

在針織過程中，紗線自身及其與成圈機件之間會產生摩擦力。當摩擦力過大時，張力增大，紗線易發生斷頭；當摩擦力過小時，會使線圈拖沓、成型性差。在機織過程中，經紗密度和經紗開口受到紗線與紗線間的摩擦因數影響[6]。在織造過程中紗線張力的大小主要由摩擦因數的大小決定，因此紗線的摩擦性能會影響針織、機織性能。

采用LFY-110型紗線動態摩擦因數測定儀測試摩擦因數，測試時間為20 s，電機速度為100 m/min，摩擦包角為180°，測試指標為動摩擦因數。

1.4 織物熱濕舒適性能測試

當人體處在悶熱環境中或者劇烈運動的條件下，大量排汗極易形成高濕、高溫氣候環境。如果人體在此環境下仍能感到舒適，則稱此時衣服面料具有涼爽感[7]。本文從液態水分管理能力、織物接觸冷感及熱濕傳遞性能方面，對不同玉石質量分數雙羅紋織物的涼爽舒適性能進行綜合分析。

1.4.1 織物縱橫向芯吸高度測試

各種形態的水在織物中運輸傳遞，織物所表現出的對水的控制能力稱為織物的導水性能。織物的導水性能通常采用芯吸效應來描述。本文采用垂直靜態吸水法對織物的導水性能進行測試。

取各雙羅紋織物，沿縱向、橫向在織物左、中、右部位各剪3條試樣，試樣上不應有明顯緯斜等嚴重疵點。每條試樣長28 cm、寬4 cm，測試時在試樣下端加上適宜的預加張力。將織物長條試樣按照圖1所示放置，并將其一端浸入亞甲基藍溶液中，在燈光照射下，每隔5 min在標尺上讀取溶液上升的高度。

1.4.2 液態水分管理測試

面料對汗液的吸收和擴散直接影響到服裝穿著的舒適性，而紡織品液態水分管理性能對衣著舒適度具有重要影響。因此，需要對面料進行液態水分管理測試，這有助于紡織品吸濕速干性能的評估和對材料性能的改善。

在各雙羅紋織物上剪取5塊8 cm×8 cm試樣，采用M290型液態水分管理系統測試儀，對每個單一指標表征，然后綜合評價織物的液態水分管理能力。

1.4.3 織物接觸冷感測試

當織物與人體皮膚接觸時，織物與皮膚之間存在溫度差，必定存在熱交換?？椢锝o人體皮膚的溫度刺激在大腦中形成的冷感，稱為接觸冷感，用最大瞬態熱流Qmax值來表征。Qmax值的大小決定了冷感的強弱及皮膚的降溫速度[8]。

采用KES-F7 THERMO LABO IIB型精密瞬間熱物性測定裝置，在恒溫恒濕條件下，將溫度測試儀T-BOX吻合到標準溫度設定器BT-BOX(30 ℃)上，使其達到熱平衡。將試樣(尺寸為10 cm×10 cm)放在20 ℃的定溫臺上，并將T-BOX放在試樣上，讀取2 s內的Qmax值。

1.4.4 織物熱濕阻測試

當人穿著服裝時，通過人與環境的熱濕傳遞維持人體溫度穩定，從而確保人體正常生理機能運作，進而使人體保持舒適，這種感覺稱為熱濕舒適性。從服裝功效學角度看，人體-服裝-環境是一個整體系統，相互影響和相互制約。熱濕舒適性能用熱阻、克羅值、傳熱系數、濕阻、透濕率等指標進行評價。

采用YG606型熱阻濕阻測試儀測試織物的熱濕阻，試樣尺寸為50 cm×50 cm。試驗條件均為標準大氣環境(溫度20 ℃、相對濕度65%)，試樣的測試結果取多次測試的平均值。

2 試驗結果與討論

2.1 玉石質量分數對紗線芯吸性能的影響

表4是玉石質量分數不同時紗線的芯吸高度。由表4可知：玉石質量分數對紗線的芯吸高度具有影響，隨著玉石質量分數的增加，紗線芯吸高度先增加后減小；當玉石質量分數為7%時，芯吸高度達到最大值。在相同捻度、捻向及截面形狀的前提下，玉石的加入使滌綸長絲表面性能發生改變，紗線表面的粗糙度增加，比表面積更大，毛細管芯吸效果更強。但隨著玉石質量分數進一步增加，滌綸長絲上的微孔變大，由典型的毛細管壓力方程可知，紗線的等效半徑即形狀參數增大，芯吸壓力下降，芯吸高度下降。

表4 紗線芯吸高度

2.2 玉石質量分數對紗線拉伸性能的影響

表5是紗線的拉伸性能。從表5可知：相較于普通滌綸長絲紗，玉石基滌綸長絲紗的斷裂強力、斷裂強度和模量都小，但其斷裂伸長率大，說明玉石粉體對紗線的拉伸性能有一定影響；隨著玉石質量分數的增大，紗線的斷裂強力、斷裂強度和模量都減小。這是由于玉石是一種不溶于聚酯的粉體，其減小了滌綸結構單元的接觸面，使各結構單元的結合力減弱，強度降低。隨著玉石質量分數的增加，纖維內部及表面出現更多的空隙，纖維、紗線出現弱節的概率增大，應力集中也更加明顯。當紗線應力大于弱節強力時，紗線會立刻斷裂，因而當玉石質量分數增加到一定值時，紗線出現弱節，玉石質量分數對紗線拉伸性能的影響逐漸減弱。

表5 紗線的拉伸性能

2.3 玉石質量分數對紗線摩擦性能的影響

表6是紗線的動摩擦因數。從表6可以看出：不同玉石質量分數的滌綸長絲紗的摩擦因數均大于普通滌綸長絲紗，說明添加玉石粉體增大了長絲間的摩擦力，這是由于玉石增大了長絲表面粗糙度，使長絲與長絲之間產生了較強的鎖結作用阻力；并且隨著玉石質量分數的增加，摩擦因數呈現出先增大后減小的趨勢，當玉石質量分數為7%時，摩擦因數最大。這可能是由于玉石質地堅硬，使纖維與纖維之間產生了相互間的錯位、抬升、崩裂等移動，在一定壓力和速度下可能存在整體抬升現象，使紗線與機件的接觸面積減小，由面與面接觸轉化為點與點接觸，從而使動摩擦因數減小。

表6 紗線動摩擦因數

2.4 玉石質量分數對織物芯吸性能的影響

圖2為織物縱向和橫向的芯吸高度。由圖2可以看出：織物橫向的芯吸高度沒有縱向的大，這是由于芯吸具有方向性與選擇性，總是由大半徑孔洞向小半徑孔洞(沿紗線方向)流動；在相同方向上，織物的芯吸高度受玉石質量分數影響，當玉石質量分數為0%時，織物縱、橫向芯吸高度比玉石質量分數3%時大，這是因為芯吸高度由紗線間的毛細作用和纖維間的毛細作用共同決定[9]。普通圓形截面滌綸長絲與長絲之間構成芯吸管道，而當玉石質量分數為3%時，紗線間的等效半徑增大，宏觀毛細效應減弱，芯吸速率減小。隨著玉石質量分數增加，織物芯吸高度呈現出先增加后減小的趨勢。在縱向上，當玉石質量分數為7%時，芯吸高度達到最大值；在橫向上，當玉石質量分數為5%時，芯吸高度達到最大值。因為此時織物的芯吸效果主要取決于纖維間的微觀毛細效應。當玉石質量分數過高時，纖維空隙變大，等效半徑變大，毛細管壓力下降，芯吸作用減弱。

(a) 縱向

(b) 橫向

2.5 玉石質量分數對織物液態水分管理的影響

表7為不同玉石質量分數的織物的浸濕時間和吸水速度，表8為不同玉石質量分數的織物的累計單向傳遞指數和整體液態水分管理能力。

表7 織物的浸潤時間和吸水速度

表8 織物的累計單向傳遞指數和整體液態水分管理能力

由表7可知：5種織物的浸濕時間相差不大，說明這5種不同玉石質量分數雙羅紋織物的表層浸濕能力均與織物底層相似；并且各種織物的表層、底層的吸水速度都比較快，說明表層、底層均有較強的透濕性能。這是因為所用紗線線密度較小，加上織物組織都采用雙羅紋，易形成毛細管道，使液態水能較快通過。隨著玉石質量分數的增加，表層和底層的吸水速度和透濕性能增加，當玉石質量分數為7%時達到最佳值。

從表8可以看出：5種織物都具有較好的累計單向傳遞能力和液態水分管理能力；隨著玉石質量分數的增加，織物的累計單向傳遞能力和整體液態水分管理能力都增強，當玉石質量分數為7%時達到最大值。

2.6 玉石質量分數對織物接觸冷感的影響

圖3為不同玉石質量分數織物的最大瞬態熱流曲線。從圖3可以看出：5種雙羅紋織物具有不同的接觸冷感，最大瞬態熱流越大，織物接觸冷感越強；當玉石質量分數為7%時，織物的接觸冷感最強。由于織物是由纖維、空氣和水組成的，織物的纖維種類、所含靜止空氣量以及織物含濕量和表面形態等都會影響織物的接觸冷感。由于玉石基纖維是涼感性纖維，理論上玉石質量分數越大，織物接觸冷感越強。但是玉石的加入會引起纖維本身空隙大小、孔隙率、所含靜止空氣量、含濕量以及織物表面的粗糙程度等發生變化；又由于織物孔隙率增大，織物含有更多的靜止空氣，而靜止空氣的導熱系數較小，這使得織物的導熱性能和涼感性能下降。

2.7 玉石質量分數對織物熱濕舒適性的影響

表9為不同玉石質量分數織物的熱濕阻測試結果。由表9可知：當玉石質量分數為7%時，織物的熱阻和克羅值達到最小值，傳熱系數達到最大值。熱阻越小，表明織物干態下的涼感越好?？肆_值具有與熱阻一樣的表征特性，因此克羅值越小，織物的涼感也越好。傳熱系數(導熱系數)是衡量物體導熱性能的物理量，傳熱系數越大，織物的涼感越好。這是由于滌綸長絲中的玉石有助于熱量傳導。但隨著玉石質量分數進一步增加，纖維的總比表面積增加，纖維中具有更多空隙，大量的靜止空氣停留在空隙中，而靜止空氣的熱阻遠大于其他材料，且其導熱系數小，阻礙了熱傳導，使纖維的熱阻、克羅值增大，傳熱系數下降。而對于濕阻和透濕率，不同玉石質量分數的織物相差無幾。當織物結構相同時，纖維種類對織物的濕阻、透濕率幾乎沒有影響，因為此時織物只存在水氣形式擴散傳遞情況。又由于不同玉石質量分數織物的縱橫密、面密度、厚度、緊度及纖維填充率相近，水氣通過織物中的微孔，毛細管吸收水分向一側傳遞和蒸發也相近。

表9 織物的熱濕阻測試結果

3 結論

(1) 隨著玉石質量分數的增加，玉石基滌長絲綸紗的斷裂強力、斷裂強度及模量都下降；摩擦因數、紗線和織物縱向芯吸高度則先增加后減小，當玉石質量分數為7%時達到最大值；織物橫向芯吸高度則是在玉石質量分數為5%時達到最大值。

(2) 隨著玉石質量分數的增加，織物的表層和底層吸水速度、透濕性能相應提高，累計單向傳遞能力和整體液態水分管理能力增強，當玉石質量分數為7%時達到最大值。

(3) 在相同組織結構以及縱橫密和面密度相近的情況下，不同玉石質量分數紗線所織成的織物的最大瞬態熱流不同，當玉石質量分數為7%時達到最大值，表明此時織物的接觸冷感最強。

(4) 當玉石質量分數為7%時，織物的熱阻和克羅值達到最小值，傳熱系數達到最大值，表明此時織物的涼感最好；而不同玉石質量分數織物的濕阻、透濕率相近。