防羽面料孔徑及分布特征與透氣性和防鉆絨性的關系

董甜甜，王 蕾，高衛東

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

防羽面料是指紗線線密度較小而織物經緯密度較大的薄型織物[1]，防鉆絨性和透氣性是評價其性能的重要指標。目前主要通過織物組織結構等參數研究防羽面料的透氣和防鉆絨性能[2-3]。織物的組織結構決定了織物的孔隙結構，而孔隙大小及其分布對織物的透氣、透濕、防鉆絨等性能有直接影響[4-5]。狄劍鋒等[6]采用質量分級法，研究了5種棉和棉/滌綸機織物的毛細孔徑分布與其組織結構及組分的關系；于磊等[7]通過孔徑分布研究了高密織物的防水透濕性能發現，小孔對透濕性起主導作用，大孔對織物的防水影響明顯；張文娟等[8]研究發現毛織物的體積孔隙率、表面孔隙率和平均孔徑與濕阻呈非線性關系；Aisha等[9]發現平紋棉織物的孔徑大部分呈矩形，孔的大小分布不均，當保持紗線線密度不變，改變織物的密度時，棉織物的透氣性隨孔徑的增大而增大；李小倩等[10]使用壓汞法測得織物的孔隙率發現，透氣率與孔隙率呈正相關。但通過孔隙特征對防羽面料透氣和防鉆絨性能的研究較少。

本文采用美國PMI公司的CFP-1100A型多功能孔徑儀對防羽面料的孔隙分布進行測試，通過分析防羽面料的孔徑分布規律，得出面料的孔徑分布與透氣性和防鉆絨性之間的關系，進而提出一種透氣性和防鉆絨性的綜合評價方法。

1 實驗部分

1.1 試樣選擇

實驗面料采用江蘇金太陽紡織科技股份有限公司和羅萊生活科技股份有限公司提供的10種防羽面料，原料分為純棉、滌/棉交織織物，組織為平紋和五上三下經緞紋，面料的規格參數如表1所示。

表1 面料規格參數Tab.1 Structural specifications of fabric samples

1.2 實驗方法

1.2.1 孔徑測量

采用美國PMI公司的CFP-1100A型多功能孔徑儀測量面料的孔徑特征值。在距離每種面料布邊大于10 cm的位置上均勻選取9塊試樣，每個試樣的尺寸為4 cm×4 cm，取樣示意圖如圖1所示。取樣后將試樣放在酒精溶液中，待完全浸潤后，放入多功能孔徑分析儀器內進行測試。

圖1 取樣示意圖Fig.1 Sampling diagram

通過測量試樣受到的瞬時壓力和流經試樣孔隙的液體流量，可獲得壓力-流量的變化曲線。根據ASTM F316—2003《用起泡點和氣孔平均流量法測定膜過濾器孔隙尺寸特點的標準試驗方法》計算孔徑分布，計算公式為

D=4γcosθ/P

式中：D為孔徑值，μm；γ為液體表面張力，mN/m；θ為液體接觸角，(°)；P為壓差，Pa。

1.2.2 透氣性測試

選用寧波紡織儀器廠生產的YG461E-Ⅲ型全自動透氣量儀，按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》測試面料的透氣性。每種面料在距離布邊大于10 cm的位置上均勻選取10塊試樣(直徑為10 cm的圓形)。將試樣夾持在試樣圓臺(面積為20 cm2)上，設定試樣兩側的壓降為100 Pa，記錄空氣通過試樣氣流的流量，依據下式計算透氣率。

式中：Q為透氣率，mm/s；qv為平均氣流量，dm3/min；A為試樣面積，cm2；167為換算系數。

1.2.3 防鉆絨性測試

用大榮紡織儀器有限公司的YG(B)819D型織物防鉆絨性能測試儀，按照GB/T 12705.2—2009《紡織品 織物防鉆絨性試驗方法 第2部分：轉箱法》測試面料的防鉆絨性能。

將面料制成42 cm×41 cm的試樣袋，袋內裝一定質量的羽絨(本文實驗采用含絨量為90%的白鴨絨)；然后將試樣袋放在裝有硬質橡膠球的實驗機回轉箱內，通過將橡膠球轉至一定高度，沖擊箱內的試樣，模擬羽絨制品在服用過程中受到的各種擠壓、揉搓、碰撞等作用。設定回轉箱正反轉動1 000次，以正反2次轉動鉆出面料的羽絨根數之和評定織物的防鉆絨性能。

根據GB/T 14272—2011《羽絨服裝》規定，與絨直接接觸織物的防鉆絨性要求分別為優等品≤5根，一等品≤15根，合格品≤50根進行分析。

2 結果與分析

2.1 織物孔徑分布分析

根據多功能孔徑儀測得的10種面料的孔徑大小的分布頻率，利用克隆巴赫α系數[11]信度衡量每種面料9塊試樣的測量結果，得到10種面料的信度系數均在0.6以上，證明數據穩定性較高，因此，采用9次測量數據的平均值表示面料的孔徑分布特征，選取部分試樣的測試結果如圖2所示。

圖2 防羽面料孔徑分布圖Fig.2 Pore size distribution of down-proof fabric

以正態分布函數對10種面料的孔徑分布數據進行擬合，擬合結果如表2所示。可知：方程的判定系數R2均在0.75以上；3#面料的孔徑均值最小，標準差也較小，即孔徑值均勻度較高；而10#面料的孔徑均值最大，標準差也較大，即孔徑分布的均勻度較低。分析還發現，孔徑分布的均值與標準差之間的相關系數為0.99，說明防羽面料孔徑均值越大，孔徑值分布越離散。由于本文的面料密度和紗線線密度為織物織造時的規格參數，經后整理后這些參數會發生一定的變化，因而在此不討論規格參數對面料性能的影響。

2.2 孔徑分布與透氣性的關系

10種防羽面料透氣性和相應孔徑均值關系如表3所示。可知：在原料和組織結構相同的情況下，隨著孔徑均值的減小，面料透氣率也減小；滌綸/棉經緞紋交織面料2#小于1#，滌綸/棉交織平紋面料3#最小，4#和5#相近，純棉緞紋面料7#、8#、9#、6#依次減小。由于空氣主要從面料紗線間及紗線內纖維間的孔隙通過，原料不同使得紗線內纖維間的孔隙大小不同，而織物組織影響了孔徑分布情況，因此,面料的透氣性不僅受孔徑均值影響，還受到原料和組織的影響。

表2 防羽面料孔徑分布正態分布擬合方程參數Tab.2 Parameters of fitting equation for normal distribution of pore size distribution of down-proof fabric

表3 防羽面料透氣性和孔徑均值的關系Tab.3 Relationship between breathability and mean pore size of down-proof fabric

2.3 孔徑分布與防鉆絨性的關系

10種防羽面料鉆絨根數和相應孔徑均值關系如表4所示。可發現，孔徑均值與鉆絨根數呈正相關，面料組織和原料對鉆絨根數的影響較小。以孔徑均值(x)為自變量，鉆絨根數(y)為因變量，經非線性回歸擬合，可得到擬合方程為

y=(1.37×10-3)x4.07+10.97

方程的判定系數R2為0.94，二者的關系曲線如圖3所示。可看出，鉆絨根數隨著孔徑均值的增大而增大。當孔徑均值小于8 μm時，鉆絨根數較小且增長趨勢比較平緩，這是由于一般絨枝的直徑在7.5～30 μm之間，絨小枝的平均直徑約為6.7 μm[12]，此時孔徑均值小于一般羽絨的直徑，因此，可有效阻止羽絨的鉆出。當孔徑均值大于8 μm時，鉆絨根數隨著孔徑均值增大呈現快速上升趨勢。當孔徑均值超過12.5 μm后，面料的鉆絨根數將超出防鉆絨性要求的最低標準(50根)。

表4 防羽面料防鉆絨性和孔徑均值的關系Tab.4 Relationship between anti-drilling and mean pore size of down-proof fabric

圖3 孔徑均值與鉆絨根數的關系曲線Fig.3 Relationship between mean pore size and number of drilled piles

2.4 孔徑分布與透鉆比的關系

通過上文透氣性和防鉆絨性的分析結果，提出采用變異系數表征防羽面料孔徑分布的均勻度(cv)，其計算公式為

式中，μ和σ分別為孔徑正態分布擬合方程的均值和標準差，μm。

一般來說，面料的透氣性越好，其防鉆絨效果越差[2]，為綜合衡量面料的防鉆絨性和透氣性能，定義透氣率和鉆絨根數的比值為透鉆比，進一步探索孔徑分布特征與防羽面料性能的關系。透鉆比數值越大，表明面料的透氣和防鉆絨性能越好。10種防羽面料孔徑的變異系數和透鉆比結果見表5。

由表5可知，孔徑的變異系數和透鉆比呈現顯著負相關關系(r=-0.78)，即隨著孔徑變異程度的減小，透鉆比增大，對應面料的透氣性和防鉆絨性的綜合性能越好。例如，9#面料的孔徑變異系數比10#

表5 防羽面料孔徑變異系數和透鉆比結果Tab.5 Coefficient of pore size variation and through drilling ratio results of down-proof fabric

面料小0.162，即9#比10#面料孔徑分布更均勻；在透氣性和防鉆絨性方面，9#與10#面料相比，透氣率從13.9 mm/s增加到19.3 mm/s，鉆絨根數由11根增加到50根，透氣率增加的幅度顯著小于鉆絨根數增加幅度，9#比10#面料的透鉆比大0.878，因此，9#面料的透氣性和防鉆絨性的綜合性能優于10#面料。孔徑分布均勻性由原料、紡紗方式、織造工藝和后整理等多方面因素決定，影響了面料透氣和防鉆絨性。

3 結 論

1) 通過CFP-1100A型多功能孔徑儀可測得面料的孔徑信息，防羽面料的孔徑分布呈正態分布規律，且防羽面料的孔徑均值與標準差呈顯著正相關。

2) 對于本文所選的試樣，防羽面料透氣率在原料和組織相同的情況下，隨著孔徑均值的減小，透氣率也隨之減小。孔徑均值與鉆絨根數呈顯著正相關，當孔徑均值大于8 μm時，面料的鉆絨根數顯著上升，防鉆絨效果變差。

3) 定義透氣率和鉆絨根數的比值為透鉆比，提出以透鉆比綜合衡量面料的防鉆絨性和透氣性。分析發現透鉆比與孔徑分布變異系數顯著負相關，變異系數越小，孔徑分布均勻度越高，面料的防鉆絨性和透氣性越好。