抗紫外吸濕排汗戶外運動服裝面料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王志輝，魏取福

（江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，生態(tài)紡織教育部重點實驗室，江蘇無錫 214122）

隨著生活質(zhì)量的提高，工作壓力的增大，戶外運動受到越來越多人的青睞。而長時間的戶外運動會使皮膚受紫外線的照射變黑，甚至出現(xiàn)炎癥，故戶外運動服裝的抗紫外線性能是戶外運動人群重點關(guān)心的問題。此外，面料的吸濕排汗性能有助于快速排走汗液，保持皮膚的干爽和舒適?；诖?，本研究從抗紫外吸濕排汗功能纖維的選用、織物組織設(shè)計、染色及后整理等方面入手，綜述了纖維結(jié)構(gòu)與形態(tài)設(shè)計、織物中功能纖維的選配、染色工藝優(yōu)化、功能后整理等提升戶外運動服裝面料應(yīng)用性能的措施，為研發(fā)人員對戶外運動服裝面料的深入研究提供依據(jù)。

戶外服裝面料有戶外運動服裝面料和戶外休閑服裝面料之分。戶外休閑服裝面料側(cè)重休閑、時尚，追求做工細致、穿著舒適和手感親膚，如軟殼抓絨衣面料［1］。而戶外運動服裝面料主要用于生產(chǎn)手感較硬挺，在惡劣環(huán)境下能保護人身安全的衣物，如登山服、沖鋒衣、滑雪服等。戶外運動服裝面料有夏季面料和冬季面料之分，夏季面料強調(diào)輕薄快干，冬季面料注重保暖防風(fēng)［2］。除了防風(fēng)防水、吸濕排汗等常規(guī)性能外，人們對戶外運動服裝的功能性還有很高的要求，如抗紫外、抗菌、除臭等。在這種形勢下，戶外運動服裝面料逐漸走向功能化和智能化。

1 戶外運動服裝面料的功能性

1.1 抗紫外性能

紫外線（波長400～180 nm）分為3 個波段：長波段紫外線（UVA，400～320 nm）、中波段紫外線（UVB，320～290 nm）、短波段紫外線（UVC，290～180 nm）。適量照射紫外線對人體有殺菌消毒的作用，但過量的紫外線照射會危害皮膚和人體免疫系統(tǒng)［3］。紫外線照射到面料上會出現(xiàn)3 種情況：反射、吸收和透過［4］。為了提高戶外運動服裝面料的抗紫外性能，要使面料盡可能多地反射或吸收紫外線。納米粒子（如二氧化鈦、二氧化硅和陶瓷粉等）可以通過反射和散射紫外線來實現(xiàn)抗紫外效果；含發(fā)色基團或助色基團的有機物質(zhì)（如水楊酸、氰基丙烯酸酯類等）可以在吸收紫外線后進行能量轉(zhuǎn)換，將能量以熱能或其他形式釋放或消耗［3］。

各國根據(jù)國情及市場需求設(shè)定評定織物抗紫外性能的方法［5］，如中國GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》規(guī)定抗紫外產(chǎn)品的紫外線防護系數(shù)應(yīng)在40 以上，T（UVA）AV小于5%。織物抗紫外能力與纖維表面形態(tài)、分子結(jié)構(gòu)、官能團的類型以及織物厚度、緊度、密度等因素有關(guān)［6］。

1.2 吸濕排汗性能

人們在戶外運動時會大量出汗，若面料吸濕排汗性能差，會產(chǎn)生粘附感和悶熱感，故戶外運動服裝面料應(yīng)具有較好的吸濕排汗性能，在汗液產(chǎn)生后能迅速吸收轉(zhuǎn)移，保持舒適和干爽的體感。

吸濕排汗主要利用纖維表面溝槽或毛細現(xiàn)象將汗水轉(zhuǎn)移至織物表面并快速蒸發(fā)。依據(jù)GB/T 21655.1—2008《紡織品吸濕速干性的評定第1 部分：單項組合試驗法》測定吸水率、滴水擴散時間和水分蒸發(fā)速率；參考FZ/T 0107—2008《紡織品毛細效應(yīng)試驗方法》測試芯吸高度；根據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品織物透濕性試驗方法第1 部分：吸濕法》得出織物透濕率［7］。纖維表面張力、纖維之間孔隙的形態(tài)和方向及纖維集合體的緊密程度等都是影響織物吸濕排汗性能的主要因素［8］。

2 戶外運動服裝面料的原料選擇

目前，戶外運動服裝的纖維原料有滌綸、錦綸和黏膠纖維等［6］，戶外運動服裝面料的多種要求一般要通過纖維復(fù)合、織物交織或者功能整理來實現(xiàn)［9］。

當纖維分子結(jié)構(gòu)中含苯環(huán)、芳香族氨基酸時，通常有較好的紫外線吸收性能，如滌綸、羊毛；而黏膠纖維、棉等不含苯環(huán)或芳香族氨基酸的纖維紫外線吸收能力較弱［10］；形態(tài)光滑的圓柱形截面纖維比其他截面形狀的纖維有更高的紫外線反射率［11］，但是要使紫外線屏蔽率達90%，一般要加入紫外線屏蔽劑［12］。除對官能團、纖維截面進行選擇外，還可以通過后整理植入、共混紡絲和復(fù)合紡絲等方法研發(fā)抗紫外纖維［13］。常用的共混紡絲法是在紡絲過程中混入具有紫外線屏蔽性能的無機離子。例如日本可樂麗株式會社開發(fā)的Esumo 纖維是在聚酯纖維原料中混入超微細氧化鋅粒子，有優(yōu)異的紫外線屏蔽率和熱輻射遮蔽率［14］。再如使用單螺桿熔融紡絲機制備的抗紫外纖維，以聚對苯二甲酸乙二酯（PET）為基體材料，將雙螺桿擠出機制得的抗紫外母粒與純PET切片共混得到抗紫外纖維［15］。

在吸濕排汗方面，含大量親水基團（羥基、羧基、氨基和酰胺基等）的纖維如棉、羊毛，吸濕性能優(yōu)異，但排汗導(dǎo)濕性能略有不足［16］；合成纖維則相反。常用纖維均難以同時具備這兩種性能。吸濕排汗纖維一般通過物理或化學(xué)方法開發(fā)。物理法有改變噴絲孔形狀將纖維截面異形化、通過特殊噴絲板和配套工藝設(shè)計中空或多孔的纖維結(jié)構(gòu)等，化學(xué)法有在纖維上接枝親水基團、引入高吸濕聚合物等［17］。例如INVISTA 公司研發(fā)的COOLMAX 吸濕排汗纖維，截面設(shè)計成螺旋槳、十字、六葉或扇貝形，并在縱向設(shè)計一定轉(zhuǎn)曲，表面增加微孔，實現(xiàn)吸濕排汗效果［18］。楊衛(wèi)忠等［19］先以片狀云母、氧化鋁、氧化鋅為基材制備納米復(fù)合粉體，再以PET 為載體制備涼感母粒，并調(diào)整涼感母粒用量，使其與PET 切片共混熔融紡絲制得涼感纖維。王國德等［20］在聚酯分子鏈上先后引入親水的磺酸鹽基團和聚醚柔性鏈段，得到易醇解聚酯（COPET），并與常規(guī)切片共混紡絲后制得中空預(yù)取向絲（POY）；再經(jīng)堿處理得到表面具有大量微孔的中空POY，吸濕排汗性能良好。宋厚春等［21］將聚乙二醇（PEG）加入到PET 中進行嵌段共聚，得到PETPEG 嵌段共聚物，再將其與陽離子可染滌綸（CDP）共混紡絲，得到的材料具有良好的吸濕和染色性能。這些基于高導(dǎo)熱系數(shù)的過渡元素在涼爽面料中有很大的應(yīng)用潛力。

3 戶外運動服裝面料的設(shè)計

在機織物設(shè)計中，為了增強對紫外線的反射，可采用緞紋組織，減少經(jīng)緯紗交織次數(shù)，浮線相對較長，抗紫外性能較好；同時增加織物緊度和厚度，也有利于提升抗紫外性能［22］。當其他條件不變而緊度減小時，織物吸濕排汗性能增強。

針織物設(shè)計可選擇使用電腦提花機，配置好花型等參數(shù)，使面料包含網(wǎng)孔等有利于吸濕透氣的結(jié)構(gòu)。具體包括：選用抗紫外纖維、親水導(dǎo)濕纖維，結(jié)合羅紋組織或雙羅紋組織等，編織成兩面織物或多層結(jié)構(gòu)織物等。常見的單向?qū)耠p面針織面料一般內(nèi)層采用疏水性纖維編織成密度較小的組織結(jié)構(gòu)，外層采用親水性纖維及抗紫外纖維，編織成高密組織；還可以在編織過程中直接選用抗紫外纖維和異形截面纖維，使面料同時兼具這兩種性能［23］；也可以選擇單層編織和雙層編織結(jié)合的方式，在吸濕透氣要求高的部位采用單層編織。例如探路者采用TiEF DRY技術(shù)研發(fā)出的雙層微結(jié)構(gòu)T 恤，為加速汗液排出皮膚表面，在內(nèi)層設(shè)計氣孔，在外層通過蜂巢六棱鎖水層鎖住水分，防止汗液回滲，實現(xiàn)單向?qū)袼俑傻墓δ?；泉州海天輕紡集團開發(fā)出一款超輕導(dǎo)濕快干面料，采用Cooldry 吸濕排汗聚酯長絲、細旦聚酯長絲與細旦彈性聚酯長絲編織成雙羅紋組織，單位面積質(zhì)量約100 g/m2，具有良好的導(dǎo)濕快干性和穿著舒適性，還可進一步開發(fā)抗菌防臭及抗紫外等功能產(chǎn)品；耐克開發(fā)的Nike Vapor 球衣通過單雙層編織結(jié)合的方式，在需要較好透氣性的部位采用單層編織，達到更好的吸濕透氣效果。

4 戶外運動面料的染色與整理加工

面料的染整工藝流程一般為：坯布織造→坯布檢驗→配布→排缸→預(yù)定形→前處理→染色→中和皂洗→烘干→成品定形→成品包裝入庫。與一般的外衣面料相比，戶外運動服裝面料在染色牢度（耐日曬、耐汗?jié)n等）方面有更高的要求。

為了提高戶外運動服裝面料的耐日曬色牢度，多選用含蒽醌結(jié)構(gòu)的染料。在一定范圍內(nèi)，染色越深，面料的耐日曬色牢度越高［24］，對紫外線的吸收越強，蒽醌類、黃酮類、多酚類染料有較強的紫外線吸收能力。添加適量的耐日曬色牢度提升劑或紫外線吸收劑也可提高戶外運動面料的耐日曬色牢度［25］，此類助劑直接吸收紫外線，可防止紫外光將染料氧化破壞［26］。例如在浸軋工藝或者染色同浴中使用Rayosan PES liq 耐日曬色牢度提升劑，可在不影響染料色光的前提下提高滌綸織物的耐日曬色牢度。

在染色工藝控制方面，吸濕排汗異形纖維染色需要注意：由于其表面積增大，上色速度大幅提升，上染率也有明顯的提高，但異形截面纖維對光的反射強度比普通截面纖維大，色澤顯色性降低，顏色變淺［27］。若要從視覺上獲得相同的顏色深度，需增加染料用量，會提高染整成本［28］。

功能整理可以在染整加工過程的不同階段進行，如在染色過程中同步進行，或在拉幅定形中加入功能助劑進行整理。具體來說，抗紫外面料的整理方法主要有涂層法、浸漬法、印花法和微膠囊整理法等［29］。為了減少對織物色彩效應(yīng)的影響，功能整理需選用透明整理劑，如亨斯邁紫外線吸收劑UV-SUN CEL LIQ 可用于錦綸和纖維素面料的染色和印花［30］；還可以采用涂層法［31］，如在聚丙烯酸酯類（PA）或聚氨酯（PU）涂層膠中均勻加入抗紫外粉再進行涂層，使面料具有抗紫外功能。但PA 或PU 涂層無孔，吸濕排汗性能較差，無法排出汗氣，導(dǎo)致穿著悶熱感加重。為了提高舒適性，使用膨體聚四氟乙烯（e-PTFE）微孔薄膜［32］來代替PA 或PU 涂層，采用雙向拉伸工藝，混入抗紫外粉，形成多微孔結(jié)構(gòu)，對液態(tài)水起到過濾作用；通過干法和濕法工藝生產(chǎn)的織物被稱為可呼吸多功能織物［33］。

5 存在的問題和發(fā)展方向

隨著消費者需求的改變，具有單一功能的戶外運動面料已無法滿足人們的需求，而現(xiàn)有的多功能戶外運動服裝面料或多或少地存在缺點。新型纖維的開發(fā)應(yīng)用、紡絲技術(shù)的不斷發(fā)展、高分子復(fù)合材料的更替加快、織造工藝不斷改進和新型染料及整理方式的開發(fā)促進戶外運動服裝面料朝著功能多樣化、面料輕薄化、科技智能化、色彩自然化、生產(chǎn)綠色化、設(shè)計個性化方向發(fā)展。

針對存在的問題，研究者可以從纖維原料的選擇、織造工藝的調(diào)節(jié)、染整和后整理工序以及服裝細節(jié)的設(shè)計等方面入手，嘗試多種新型纖維混紡，最大程度地提高面料的服用性和功能性；在抗紫外線纖維的基礎(chǔ)上異形化，設(shè)置溝槽或微孔，在保證其抗紫外性能的前提下使單一的纖維具有吸濕排汗性能；從成衣染色、成衣整理的方向考慮，選擇上染效果較好的染料，進行成衣抗皺整理，提高服裝面料的質(zhì)量，滿足高品位市場的需求。