Dralon超細腈綸纖維運動面料開發與防水整理研究

于倩倩 陳慰來 王金鳳

摘 要：以Dralon超細旦腈綸纖維、黏膠纖維和棉纖維為原料，選用舌針單面四針道圓緯機編織緯平針針織結構，探究纖維原料比例不同對運動面料耐用性和舒適性的影響，進行透氣性、熱濕舒適性、抗起毛起球等實驗;并且為了應對戶外的雨水天氣，采用亨斯邁公司無氟防水劑，按照比例進行調配后將面料進行浸軋防水整理，探討防水整理前后對織物性能的影響;運用模糊決策的數學分析方法，來判斷元素綜合效果，選取綜合性能最佳的原料比例，優化運動面料的制備工藝。結果表明：經過防水整理之后面料防水效果達到4級以上，并且對面料的手感和基本性能影響不大，對織物透氣和透濕性能略有影響;在水洗后仍具有良好的防水性，能有效地提升運動面料的使用性能，為運動面料的功能化提供了一種新思路。

關鍵詞：超細旦腈綸;運動面料;無氟防水劑;熱舒適性

中圖分類號： TS156

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）06-0072-06

收稿日期：2020-09-28 網絡首發日期：2021-04-15

基金項目：浙江理工大學研究生培養基金項目

作者簡介：于倩倩（1996-），女，山東威海人，碩士研究生，主要從事針織新產品設計與開發方面的研究。

通信作者：王金鳳，E-mail：wangjinfengwjs@163.com

Research on Development and Waterproof Finishing of Dralon UltrafineAcrylic Fiber Sports Fabric

YU Qianqian， CHEN Weilai， WANG Jinfeng

（College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk），Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： With Dralon ultrafine acrylic fiber， viscose fiber and cotton fiber as the raw materials， this paper selected a latch needle single-sided four-needle-way circular knitting machine to knit a weft plain-knitted structure， probed into the effects of different fibrous material ratios on the durability and comfort of sports fabrics， and experimented on air permeability， thermal comfort and anti-pilling performance， etc. In response to rainy weather outdoors， a fluorine-free waterproofing agent from Huntsman Corporation was also adopted. After being blended by a certain ratio， the fabric was subjected to padding and waterproof finishing. The effect of waterproof finishing on fabric properties was discussed， the integrated effect of elements was judged by using the mathematical analysis method of fuzzy decision. The proportion of raw materials with the best comprehensive performance was selected to optimize the preparation process of sports fabrics. The results suggested that the waterproof effect of the fabric could reach above Grade 4 after waterproof finishing， which had little impact on the hand feel and basic properties of the fabric， but a slight influence on the air permeability and moisture permeability of the fabric. It still has good water resistance after washing， which can effectively improve the performance of sports fabrics， and provides a new way of thinking for the functionalization of sports fabrics.

Key words： ultrafine acrylic fiber; sports fabric; fluorine-free waterproof agent; thermal comfort

最近幾年，戶外運動深受大家的喜愛，成為人們緩解壓力、釋放身心的重要方式。對于應對戶外雨雪的極端天氣，國內戶外防水透氣面料的開發處于初級階段，本文采用超細旦異形腈綸為原料，探究其與防水整理劑的結合，拓展戶外運動服裝產品的選擇。

超細異形腈綸纖維采用德國干法紡絲技術形成，并且使用異形噴絲孔，改變了纖維的橫截面[1]。超細異形腈綸纖維蓬松、柔軟，是高檔針織物的好原料，橫截面呈啞鈴狀，纖維與纖維之間有空隙，提供了可以保暖的靜止空氣，從而能夠達到更加保暖的效果，并且有較好的吸濕性能和可織可加工性能[2]。Dralon腈綸纖維在電子掃描顯微鏡下所得橫縱截面如圖1所示。

在服用方面，Dralon超細旦腈綸纖維手感柔軟，熱濕舒適性好，輕薄透氣，并且制成的面料多次洗滌后性能優良[3]。采用吸濕性良好的黏膠纖維和棉纖維與Dralon超細異形腈綸纖維混紡，利用各組分的性能優勢來開發腈綸在運動面料中的應用，對促進行業發展具有重要意義。采用無氟防水劑對實驗面料進行防水整理，在具有保暖透氣的前提下還可以防止雨水天氣造成的不適。

實驗所采用的無氟防水劑可以和面料之間形成氫鍵，附著在織物表面可以有效地降低織物的表面能，反應所產生的彈性膜附著在纖維表面，從而使織物獲得防水性。

1 實 驗

1.1 實驗材料

選用緯編單面平針組織為基本組織，采用BY603型針織大圓機編織織物[4]，針號為28針，織成的織物基本參數如表1所示。

1.2 實驗儀器與測試方法

1.2.1 基本測試

實驗設備：YG461E型透氣性測試儀（溫州方圓

儀器有限公司），YG601-Ⅰ/Ⅱ型電腦式織物透濕儀（寧波紡織儀器廠），YG606E紡織品熱阻測試儀（寧波紡織儀器廠），Y502型圓軌跡起毛起球儀（溫州方圓儀器有限公司），Y089D全自動縮水率試驗機（寧波大禾儀器有限公司）。

根據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》進行透氣性測定。

根據GB/T 12704.1-2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分：吸濕法》進行透濕性測定。

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（蒸發熱板法）》進行保暖性測定。

按照GB/T 4802.1-2008《紡織品織物表面起毛起球性的測定第 1 部分：圓軌跡法》進行抗起毛起球性測試。

根據GB/T8629-2007《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》、GB/T8628-2013《紡織品測定尺寸變化的試驗中織物試樣的準備、標記及測量》、GB/T8630-2013《紡織品洗滌和干燥后尺寸變化的測定》的標準進行水洗尺寸穩定性測試。

1.2.2 防水整理

以實驗中所用的5種緯平針織物為基布，選擇

亨斯邁無氟防水劑，采用不含氟素的、從植物中提取的可再生原料制成[5]。

a）防水整理工藝

一浸一軋（帶液率50%～60%）→預烘（90℃，3 min）→焙烘（150℃，30～90 s）→回潮待測。

b）防水性能測試

表面潤濕性能：根據 GB/T4745-2012《紡織品 防水性能的檢測和評價 沾水法》進行沾水等級測試。將試樣剪成180mm×180mm的大小，在漏斗中添加蒸餾水，噴淋時間為25 s左右，然后確定防水等級[6]。

水接觸角測試：使用 JY-82B 視頻接觸角測定儀，將一定量的去離子水滴到織物表面，然后記錄水接觸角[7]。

2 結果與分析

2.1 表面形貌

采用蔡司顯微鏡和電子掃描顯微鏡對整理前后試樣進行觀察，如圖2所示。

從圖2（a）和圖2（b）來看，經過處理后，水珠可以圓潤地停留在織物表面而不浸濕，并且與織物表面有較大水接觸角，防水效果良好。

從圖2（c）和圖2（d）電鏡圖來看，織物在處理前纖維形態清晰，縱向有許多溝槽，表面不光滑，而處理之后的纖維表面交聯成一層彈性膜，形成防水層，對水滴起到一定支撐作用[8]，彈性膜將每一根纖維包裹起來，整理均勻，纖維表面比較光滑。

2.2 防水性能測試

5種織物的防水等級如表2所示，由表2可知，經過無氟防水劑防水處理后的織物防水等級都可以達到4級以上，水接觸角也都在130°以上，在防水處理之后織物的手感和硬挺度相差不大。

2.3 透氣性

織物的密度是影響透氣性的重要因素。織物整理前后透氣率測試結果如圖3所示，從圖3中可以看出，1、2、4號織物透氣性都比較好，差別小，而織物3和織物5的橫密縱密都比較大，空氣流動空間小，透氣性不如其他組試樣。防水整理后透氣性略有下降，織物中部分位置形成了防水的結構，影響了織物孔隙之間水蒸氣的流動[9]。

2.4 抗起毛起球性

由表3可以看出，5種織物的抗起毛起球性能都在4以上，表面只出現輕微起毛，符合紡織行業標準對運動面料的性能要求，而面料1、2、3的抗起毛起球等級低，原因可能是含有較多的黏膠纖維，黏膠短纖維本身抗起毛起球性能較差，織物4含有較多含量的棉纖維，抗起毛起球性能最好。

2.5 洗滌尺寸穩定性

將防水處理后的織物進行洗滌，實驗結果繪制如圖4。

從1號織物到4號織物，隨著黏膠纖維含量的減少和棉纖維含量的增多，面料的尺寸變化率逐漸減小，黏膠纖維吸水率較大，在經過水洗之后就會產生嚴重的縮水，而4號織物尺寸穩定性比5號好的原因可能在于，4號織物中含有一定含量的腈綸，纖維吸水前后尺寸變化不大，在腈綸纖維都是20%～30%的情況下，棉纖維多、黏膠纖維含量少的織物保型性好;且面料的橫向縮水率均比縱向縮水率大。

2.6 透濕性

由圖5可知，1號織物的透濕量最大，厚度小于其他試樣，并且密度也不大，水蒸氣通過比較容易，黏膠和超細旦腈綸的總占比最大。1～4號織物防水整理前隨著黏膠和超細旦腈綸的總占比下降，透濕量也呈現下降的趨勢，黏膠的吸水性以及超細旦腈綸的芯吸效應使水蒸氣更易通過。防水整理后透濕性略微下降，整理劑薄膜覆蓋在纖維表面，織物中形成了防水的結構，影響了織物孔隙之間液體的流動[10]。

2.7 熱阻

由圖6可知，1到4號織物的熱阻都大于5號對照組的全棉織物，這說明Dralon腈綸纖維與黏膠纖維和棉混紡，生產出的產品保暖性能更佳，隨著超細旦腈綸和黏膠含量的比例下降。除了3號織物其他織物熱阻大致呈現下降趨勢，3號織物雖然黏膠/超細腈綸含量不如1、2號高，但是由于織物密度以及厚度略大，所以影響了保暖性，使熱阻高于其他織物，防水整理前后織物熱阻沒有太大波動，在誤差范圍內，可以理解為整理對織物熱阻沒有明顯影響。

2.8 耐水洗性

衣物在洗滌過程中有可能出現磨損的情況，而防水面料表面的防水結構也會隨著洗滌次數的增多而受到破壞，因此針對面料日常使用中遇到的洗滌問題對整理后的織物進行耐久性測試，將試樣洗滌20次后結果如表4。

從表4中看出，織物在進行20次水洗之后防水等級都略有降低，水接觸角減小，這是因為水洗時織物表面的防水結構部分脫落，纖維表面暴露在外面，但仍有部分防水結構包裹纖維，保持著良好的整體性，結果表明，經水洗后，織物1、3、4的防水等級能達到4，雖然等級降低，但仍具有一定的防水性能。

3 模糊綜合評價

選取這7個因素作為綜合評判的性能指標，建立因素集 U：u1=防水性能;u2=透氣性;u3=水洗尺寸變化率;u4=透濕性;u5=熱阻;u6=抗起毛起球;u7=耐水洗性。為了將各種性能指標數據化，并能夠明顯突出各因素的影響，現將水洗尺寸變化性表示為經緯向變化率的絕對值之和，防水性用防水等級來表示，水洗20次后的防水等級表示耐水洗性能[11]。

模糊綜合評判的步驟如下：

a）選取研究的因素集U

U={防水性能、透氣性、水洗尺寸變化性、透濕性、抗起毛起球等級、熱阻、耐水洗性}={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7}

b）建立綜合評判變換矩陣

選擇不同原料與纖維含量的集V

由于織物的性能有些是數值越大越好，比如防水性能、透氣性、透濕性、抗起毛起球等級、熱阻、耐水洗性;有些是數值越小越好，比如水洗尺寸變化性，所以按兩種公式進行計算。第一種情況按照式（1）求 rij，第二種情況按照式（2）求 rij。

由計算評價指標矩陣R。

c）綜合評判

權系數向量A中的值是通過相關的資料調查以及專家咨詢兩者綜合得出，為性能的綜合評價提供合理的依據。得出的權系數向量A：

根據公式B=A·R計算B值。

根據數值的排列順序為A1>A3>A4>A2>A5，性能最佳為本實驗中的織物1，其綜合性能優于實驗中的其他樣品。所以結果表明，在原料比例為70/30黏膠/超細旦腈綸的情況下綜合性能是最佳的。

4 結 論

為研究Dralon超細腈綸纖維運動面料的防水性能，以Dralon超細旦腈綸纖維、黏膠纖維和棉纖維為原料，選用舌針單面四針道圓緯機編織緯平針針織結構，探究纖維原料比例不同對運動面料耐用性和舒適性的影響，并對織物防水整理前后性能進行對比，運用模糊決策的數學分析方法判斷元素綜合效果，優化運動面料的制備工藝，得到的主要結論如下：

a）采用不同原料比例的超細旦腈綸、黏膠、棉纖維進行編織，探究纖維原料比例不同對運動面料耐用性和舒適性的影響，進行結構參數、熱濕舒適性能等測試分析。

b）為了應對戶外的雨水天氣，將面料采用亨斯邁公司的無氟防水劑進行浸軋防水整理，采用蔡司顯微鏡和場發射掃描電子顯微鏡觀察織物表面形貌，發現大顆粒狀的聚集，并且經過防水處理后的織物防水等級都可以達到四級以上，水接觸角也都在130°以上，防水效果明顯。

c）為測試實驗組和參照組5塊面料織物的性能優劣性，利用模糊決策對織物綜合性能進行排序。得出性能最佳為原料比例為70/30黏膠/超細旦腈綸的織物。

d）對實驗組和參照組進行防水整理后的性能測試分析。發現試樣的透氣性和透濕性略有下降，熱阻沒有明顯差別，水洗20次后織物1、3、4的防水等級仍然在4左右，水接觸角略有減小。因此在水洗后仍具有良好的防水性，能有效的提升運動面料的使用性能，為運動面料的功能化提供了一種新的思路。

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