熱濕舒適性織物的發展現狀

范追追 翟世雄 蔡再生

東華大學 化學化工與生物工程學院(中國)

中國《全民健身計劃(2016—2020年)》實施以來，進行體育運動的人日益增多，全民運動的觀念深入人心。全民運動極大地刺激了運動健身核心產業的發展，也對運動服飾提出了更高要求。

人運動時會產生汗液，若這些汗液不能快速排出體外，將使人體產生不舒適感，甚至滋生細菌。傳統運動服多采用棉織物，棉織物具有較好的透氣性、吸濕性，平時穿著時感覺比較舒適，但當出汗量較大時，因棉纖維導濕性差，從而使汗液在織物中的擴散性差，造成較差的服用舒適感。20世紀60—70年代，合成纖維的出現給人們提供了新的研究方向，吸濕快干的概念由此產生[1]。人們開始從吸濕快干的角度研究改善織物的熱濕舒適性。本文對熱濕舒適性的機理進行了介紹，并從纖維開發、組織結構設計和后整理等方面對吸濕快干織物進行概述。

1 織物的熱濕舒適性

織物的熱濕舒適性指織物對人體表面微環境進行調節的性能[2]。織物的吸濕快干性能對織物的熱濕舒適性至關重要。

人體表面水分的排出方式主要有兩種：無感出汗和有感出汗。無感出汗時主要是汽態水分的傳遞，即汽態汗液通過織物間的空隙擴散到環境中，或形成液態水順著毛細管進行傳導，最后在織物表面蒸發擴散。有感出汗，即形成液態汗液，通過毛細管作用被傳輸到織物表面進行擴散蒸發[3]。為加快汗液在織物中的擴散與蒸發，人們主要從纖維原料的改性、組織結構設計和后整理3個方面對織物進行研究。

2 纖維改性

纖維原料的改性主要包括化學改性和物理改性兩種方法，使用較廣泛的是物理改性。

2.1 化學改性

化學改性是通過化學的方法對纖維進行改性，主要改變其親疏水性，從而改善織物的熱濕舒適性。常用方法主要有接枝法、共聚法及利用化學試劑處理法。化學改性應用較少，本文重點介紹物理改性。

2.2 物理改性

物理改性是通過改變纖維的物理形態以增加水分的傳導途徑。經物理改性的纖維主要有異形截面纖維、細旦纖維、中空纖維和雙組分復合共紡纖維。

2.2.1 異形截面纖維

普通合成纖維的橫截面通常為圓形，其吸濕透氣性較差，用作運動面料時會使服用者產生悶熱黏附感。異形截面使纖維表面具有較多溝槽，以此可增加纖維的毛細管效應。如“+”字形、“Y”字形、“花瓣”形、“U”字形截面纖維，其表面呈溝槽狀，有助于將皮膚表面的汗液迅速吸收、轉移和蒸發，達到快導快干目的。

國外研究者對異形截面纖維的研究較早，如美國杜邦公司研發出Coolmax纖維。其早期產品截面呈“十”字形，之后又開發出截面呈“CO”形的產品，其圓形纖維為中空狀，纖維管壁上分布有很多細小微孔，這種結構使其具有很好的導濕性。中國對異形截面纖維的研究較晚，但也取得不少成果，如國家紡織產品開發中心與泉州海天輕紡集團聯合開發的具有吸濕排汗功能的紡織品Cool Dry，其使用的纖維是具有“十”字形截面的異形纖維；臺灣豪杰集團生產的Technofine纖維截面呈獨特的超扁平的“W”型[4]，此纖維可大幅提升織物的吸濕快干性能。異形纖維在運動服飾織物中的應用潛力巨大。

2.2.2 細旦纖維

結構決定性質，當纖維足夠細時，將呈現新的、其他纖維無法比擬的優良特性。細旦纖維的發展始于滌綸。20世紀60年代中期，日本采用單組分熔紡法首次生產出線密度為0.04～0.11 tex(0.4～1.0 D)的細旦滌綸長絲，隨后不同規格的細旦纖維相繼研發成功。纖維的細旦化已成為合成纖維發展趨勢之一。細旦纖維制成的織物，其內部的毛細管效應大幅增加，從而顯著提升了織物的透氣和導濕性能。采用超細纖維制備的織物，內部毛細管更細、數量更多，能顯著增強織物的毛細管效應，進而改善織物的透氣性和導濕性。如Nike公司的DriFIT面料采用超細纖維，利用虹吸作用將汗液迅速吸收到面料的表層。穿著此面料制成的服裝，出汗初期，其舒適度甚至高于棉織物服裝，雖大量出汗時會貼在身上，但比普通服裝干得更快。

2.2.3 中空纖維

中空纖維的內部為類似于吸管的中空結構，可顯著減小纖維自身質量。汗液可順著內部中空的毛細管進行傳導[5]。與棉、毛等天然纖維不同，因內部中空結構的存在，可加快汗液的傳導，使人體皮膚保持干爽舒適。

第一代中空多微孔纖維被命名為Wellkeyfilament。分布在該纖維表面的微孔與中空部分連通，有助于汗液通過微孔進入中空部分，達到吸濕效果；同時，有助于汗液到達織物表面而揮發，實現快干。這種纖維的吸汗性高于棉纖維。日本帝人公司研制出的一款名為Octa的中空纖維，這種纖維具有8個凸面，其截面呈放射狀，具有吸濕快干、質量輕盈、快速蓬松等特性。

2.2.4 雙組分復合共紡纖維

雙組分復合共紡纖維的制備是將兩種聚合物分別熔融，在導孔的入口處，兩種聚合物的細流匯合，不發生混合但一并擠出，形成復合纖維。主要有皮芯型復合纖維、海島型復合纖維、并列型復合纖維和裂片型復合纖維。

3 織物結構設計

除了纖維本身固有的性能，織物的組織結構、編織密度和紗線組合也影響織物的吸濕快干性能[6]。對織物結構進行合理設計可增加服裝的舒適度，織物結構設計通常遵循下述幾種原理[7-8]。

3.1 點、線接觸原理

點、線接觸主要是通過減少織物與皮膚的接觸面積，使織物與皮膚之間留有一定的空間，通過凹凸變化，使空氣流入皮膚表面空間，提高速干性。如一些針織物，可通過線圈與集圈配合，使織物內表面形成一個個凹面。有些織物還可通過設計不同的羅紋組織結構，使織物的內表面呈溝槽狀。Adidas的ClimaCool面料采用特殊處理的雙層網眼面料。其內層為小網眼，在減少與皮膚接觸面積的同時，吸收和傳輸汗液與濕氣。外層則采用大網眼，便于汗液和濕氣蒸發，從而保持體表干燥舒適。

3.2 差動毛細效應原理

差動毛細效應通常發生在雙層或多層織物中。織物的內層具有較粗的毛細管，外層則相反，得到的織物兩層界面處會產生附加壓力差。在這種附加壓力差的作用下，織物中的汗液會從織物的內層向外層流動，從而保持體表干爽。在設計織物時，合理選擇纖維的細度、紗線直徑、織物密度等參數，可得到具有差動毛細效應的織物。

3.3 燈芯點芯吸效應原理

作用于液體表面，使液體表面積縮小的力為液體表面張力。在表面張力的作用下，液體沿潤濕的細管上升的現象為芯吸效應。織物的內層使用疏水性纖維編織，外層使用親水性纖維編織，可形成濕度梯度差，中間用導濕性纖維連接則可形成燈芯點芯吸效果。

選擇合適的纖維，再經過合理的組織設計，可顯著提高織物的服用舒適度。如Nike的Sphere Dry面料，具有優良的排汗透氣性，主要用于制作高端比賽用背心和短褲。此面料內層為吸汗性能好的纖維，外層則為透氣排汗纖維，加之其獨特的編織結構，可為穿著者提供優異的穿著舒適性。Karthik等[8]將乳草纖維與聚酯纖維以不同比例混紡，再用不同比例的混紡纖維與聚酯纖維混合編織，研究發現，混紡纖維中乳草纖維質量百分比為40%時，所得織物具有良好的單向導濕性。

4 后整理

通過后整理的方法對織物進行整理，可改變其親疏水性，從而提高織物的服用舒適性。主要包括吸濕排汗整理和單向導濕整理，其中吸濕排汗整理主要針對滌綸等合成纖維織物。

4.1 吸濕排汗整理

吸濕排汗整理是通過后整理方法提高織物表面的親水性，有化學法和物理法。如在疏水的滌綸表面進行接枝聚合，將親水性組分引入滌綸的大分子鏈上，從而增強整理效果的耐久性。利用等離子體法對織物進行表面改性也是一種有效的方法，但因該方法的試驗條件較嚴苛，目前仍主要處于實驗室研究階段。在織物表面吸附固著親水性整理劑是近年來應用較廣的后整理方法，該方法具有成本低、操作簡單、應用范圍廣等優點[9]，但這種方法存在耐水洗牢度差的缺點。常用的來改善滌綸親水性的整理劑大致可分為聚酯聚醚類、聚氨酯類、聚硅氧烷類、聚丙烯酸酯類及殼聚糖類。彭志忠等[10]利用吸濕快干整理劑Hydroperm NPU liq對錦氨針織物進行吸濕快干整理。結果表明，整理后的錦氨針織物具有較好的吸濕快干性能及抗靜電性，且持久性較好，對織物色牢度影響較小。

4.2 單向導濕整理

單向導濕整理是在織物的單面進行整理，改變織物單面的親疏水性，使織物正反兩面具有不同的親水性，形成濕度梯度。單向導濕整理的優點在于水分可從體表轉移到織物表面卻不能反向轉移，使得體表可保持干爽。近年來對單向導濕織物的研究逐漸增多，通過后整理達到單向導濕的方法主要有噴涂法、泡沫法和印花法。

4.2.1 噴涂法

噴涂法是借助壓力通過碟式霧化器或噴槍將液體分散成均勻、細小的霧滴，然后噴涂到基本表面的一種涂裝方法。Wang等[11]利用電噴涂的方法對平紋編織棉織物進行處理，通過控制電壓大小、噴頭離織物的距離等可得到單向導濕織物。Zhou等[12]使用棉織物作為基材，以電噴涂技術在織物的一側施加疏水涂層，使其具有單向導濕性。在電噴涂前，他們在織物表面預涂一層氮化硼(BN)涂層增加織物的導熱性，使其具有涼感。Wang等[13]利用電噴涂的方法，在棉織物表面噴涂不同的聚合物溶液，獲得一側親水一側疏水的棉織物。Zeng等[14-15]利用電噴涂法在水解后的聚酯織物上噴涂一層SU-8疏水劑，使噴涂一側具有疏水性，另一側仍保持親水性，研究還討論了噴涂整理層的厚度對單向導濕性能的影響，并測試了干燥和濕潤狀態下單向導濕織物的熱轉移性。

4.2.2 泡沫法

泡沫法是采用泡沫作為應用介質代替水相溶液，以空氣作為稀釋劑的一種整理技術。其工藝精簡、節能節水、污水排放少、生產穩定、生產效率高。影響泡沫法的主要因素有發泡比、半衰期及涂層厚度。

4.2.3 印花法

通過平網或圓網印花的方法在織物上進行單面整理，使疏水劑或親水劑以一定的圖形分布在織物的一側，同時控制滲透深度，使織物的一側呈親水性，一側呈部分疏水性，構成親疏水雙側結構。Yang等[16]利用平網印花的方式在親水性織物的單面印制不連續的疏水整理劑，研究了不同組織結構、不同整理面積及不同整理花型對織物單向導濕性能的影響。張璐璐等[17]利用印花法對織物進行單面整理，研究了疏水圖形及疏水面積對棉織物吸濕快干性能的影響，結果表明，對棉織物進行局部疏水處理可改善棉織物的吸濕快干性能。當疏水面積占棉織物總面積的50%，采用正方形圖案對棉織物的導濕性能提高最多，且整理后織物具有很好的耐水洗牢度。美國棉花公司推出了Wicking WindowsTM技術，所得織物具有單面防水、單向導濕的性能[18]。

5 總結與展望

迄今為止，對于織物吸濕排汗功能的研究工作已發展了幾十年，從纖維改性，織物的組織結構優化創新，到面料的復合功能整理，其相關研究逐漸趨于成熟，可為當今運動健身達人、專業體育人士提供較為舒適的運動服飾。隨著全民健身運動的深入開展，人們對運動服飾的功能性、舒適性提出更高要求，繼續提升織物導濕性、排汗快干性是今后織物熱濕舒適性領域的研究方向之一。