具有“導(dǎo)濕排汗”功能織物的研究進展

彭顥善，羅曉菊

（嘉興職業(yè)技術(shù)學(xué)院 時尚設(shè)計學(xué)院，浙江 嘉興 314036）

隨著科技的進步以及生活理念的變化，人們對服裝的需求已不再局限于遮體、保暖、耐用等實用性，舒適性逐漸成為國內(nèi)外服裝領(lǐng)域的研究熱點。熱濕舒適性是服裝穿著舒適性的重要研究部分，其把人體、服裝和環(huán)境作為一個體系來探討人體產(chǎn)生熱濕和通過服裝向環(huán)境傳遞熱濕的平衡問題[1]。人在日常活動中會有出汗現(xiàn)象，如何避免服裝面料使人體皮膚產(chǎn)生黏濕的不適感已成為當今紡織服裝行業(yè)的研究熱點[2]，具有導(dǎo)濕排汗功能的面料在運動、防護、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

1 織物導(dǎo)濕排汗的傳遞機理

通常情況下，人體在服裝內(nèi)的相對濕度為40%～60%時會感到舒適，而導(dǎo)濕排汗織物可以在人體與外界的濕熱交換中起到一定的調(diào)節(jié)作用，使服裝內(nèi)的濕度保持在合理范圍。人體皮膚在活動中會產(chǎn)生汗，分為有感出汗和無感出汗兩種。織物導(dǎo)濕排汗有5種方式：一是無感出汗在皮膚表面蒸發(fā)成水汽，當織物內(nèi)空氣層氣壓大于織物外空氣層氣壓時，汗蒸氣經(jīng)織物中紗線間孔隙、纖維間縫隙擴散傳遞到外部環(huán)境中；二是無感出汗在織物的內(nèi)表面凝結(jié)成液態(tài)，潤濕織物后，經(jīng)纖維表面微細溝槽或紗線間的毛細作用傳遞到織物外表面，再蒸發(fā)成水汽，擴散到外部環(huán)境中；三是有感汗液接觸織物內(nèi)表面，潤濕織物后，由纖維表面微細溝槽或紗線間毛細管的毛細作用傳遞到織物外表面，再蒸發(fā)成水汽，擴散到外部環(huán)境中；四是有感汗液在內(nèi)空氣層蒸發(fā)成氣體，當織物內(nèi)空氣層氣壓大于織物外空氣層氣壓時，汗蒸氣經(jīng)織物中紗線間孔隙、纖維間縫隙擴散到外部環(huán)境中；五是有感汗液在內(nèi)空氣層蒸發(fā)成氣體，在織物的內(nèi)表面凝結(jié)成液態(tài)，潤濕織物后，經(jīng)纖維表面微細溝槽或紗線間的毛細作用傳遞到織物外表面，再蒸發(fā)成水汽，擴散到外部環(huán)境中。

2 織物導(dǎo)濕排汗的影響因素

織物導(dǎo)濕排汗過程可大致分為潤濕、芯吸、擴散、蒸發(fā)等階段，其導(dǎo)濕排汗的傳遞過程根據(jù)出汗情況及織物的實際情況而有所不同。

單根纖維被液態(tài)水潤濕取決于纖維與水界面的接觸角θ及界面張力，但織物是纖維的集合體，存在各種形態(tài)的毛細管，其潤濕還與織物結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)[3]。從纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)上分析，纖維若有較多親水基團，有利于織物潤濕吸濕，但是纖維的親水基團過多，則在纖維集合體被潤濕后，液體將大量存于纖維的無定形區(qū)及孔隙中，產(chǎn)生吸濕膨脹及保水現(xiàn)象，堵塞毛細傳遞通道，不利于排汗的進行。吸濕與排汗是一對矛盾體，需要合適的親水性、一定的差動毛細效應(yīng)及潤濕梯度，織物才具有較好的導(dǎo)濕排汗性能。從纖維的結(jié)構(gòu)上分析，汗液與纖維的接觸面積越大（如纖維橫截面的異形化、表面粗糙化和細旦化），越利于汗液的潤濕、擴散及蒸發(fā)。

織物的縫隙孔洞是影響其導(dǎo)濕排汗的重要因素，是液態(tài)及氣態(tài)汗的傳遞通道。縫隙孔洞的形態(tài)各異、尺寸不同、種類也不同，可按是否通透分為貫通孔洞和非貫通孔洞兩種，前者容易進行濕傳導(dǎo)，后者則較困難。按縫隙孔洞的尺寸可分為3種：纖維內(nèi)的空腔及各類原纖之間的孔洞縫隙、紗線內(nèi)纖維間的縫隙孔洞、織物中紗線間的縫隙孔洞。3種孔洞的橫向尺寸具有6個數(shù)量級的差距，在濕傳導(dǎo)中的表現(xiàn)和作用不同[4]。

3 織物導(dǎo)濕排汗功能的實現(xiàn)

根據(jù)織物導(dǎo)濕排汗的原理及影響因素分析，目前，大多導(dǎo)濕排汗織物采用合成纖維進行設(shè)計，織物導(dǎo)濕排汗功能的實現(xiàn)可從纖維改性、紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計及染整后整理加工等方面進行，以提高織物汗液的潤濕、芯吸、擴散、蒸發(fā)效果，實現(xiàn)良好的導(dǎo)濕排汗功能。

3.1 纖維改性

提高纖維的吸濕排汗性能可從以下方面考慮：一是纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)上的改性。合成纖維屬于疏水性纖維，可通過在其聚合過程中添加親水單體，提高纖維的親水性能。如佀利蕊等[5]利用一種在聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）分子結(jié)構(gòu)中引入磺酸基和醚鍵親水基團的纖維（NECDP），將其截面紡制成“十”字形，以增加纖維的潤濕、芯吸、擴散、蒸發(fā)性能，所獲得纖維的導(dǎo)濕排汗性能優(yōu)良。二是纖維物理結(jié)構(gòu)上的改變。通過纖維的異形截面、中空、表面溝槽、微孔、細旦化等增加纖維的表面積，產(chǎn)生的溝槽、孔洞有利于汗液的潤濕、擴散及蒸發(fā)，如美國杜邦（DuPont）公司生產(chǎn)的“四溝”中空CoolMax聚酯纖維；日本東洋紡（Toyobo）公司開發(fā)的有3條導(dǎo)濕溝槽的“Y”形截面的Triactor聚酯纖維；韓國曉星化纖開發(fā)的模仿四葉“苜蓿草”形狀橫截面的Aerocool聚酯纖維；順德金紡集團與東華大學(xué)合作開發(fā)的每根單纖周圍存在4條微管道的Coolnice聚酯纖維；江蘇儀征化纖公司開發(fā)研制的“H”形截面的Coolbst聚酯纖維；浙江上虞弘強彩色滌綸有限公司通過化學(xué)和物理改性的方法，生產(chǎn)了蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)聚酯纖維[6-8]，這些具有獨特結(jié)構(gòu)的纖維都有很好的導(dǎo)濕排汗性能。

3.2 紗線結(jié)構(gòu)的設(shè)計

紗線是纖維集合體經(jīng)加捻形成的一定細度的產(chǎn)品，是制作織物的基本單元。織物若采用單一纖維制作，其性能往往比較單一，很難兼顧吸濕、導(dǎo)濕、排汗的性能指標，制約了織物的導(dǎo)濕排性能。設(shè)計制作導(dǎo)濕排汗復(fù)合紗是提高織物干爽性和舒適性的有效途徑。

胡元元等[9]以棉為皮層、以水溶性維綸為芯層研制出維綸棉包芯紗。在染整加工過程中以及在一定溫度條件下，作為芯層的維綸因其水溶性而溶解，使運用維綸棉包芯紗制成的織物中原皮芯結(jié)構(gòu)的紗線成為內(nèi)部中空的全棉紗。何天虹等[10]利用不同細度的黏膠纖維設(shè)計了包芯紗，且對紗線表層的部分黏膠進行疏水處理，紗線內(nèi)層的黏膠纖維未經(jīng)疏水處理，有良好的親水性，可以增強紗線的放濕效果。王曉麗等[11]對嵌入聚氨酯基團的親水滌綸/棉混紡織物的吸濕快干性能進行了對比分析，結(jié)果表明，親水滌綸與棉按60/40的混紡比即可滿足吸濕快干面料標準的技術(shù)要求。

紗線導(dǎo)濕排汗性能在很大程度上取決于纖維的潤濕性，并且紗線間的縫隙孔洞受到纖維橫截面形狀、紗線捻度、加工參數(shù)等因素的影響，不同設(shè)計導(dǎo)致紗線縫隙孔洞變化較大。此外，紗線通常會因纖維在吸濕后發(fā)生膨脹使縫隙孔洞發(fā)生變化，進一步增加研究難度。

3.3 織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計

根據(jù)導(dǎo)濕排汗需求，可通過設(shè)計單層或多層織物，使織物內(nèi)外側(cè)具有差動毛細效應(yīng)或潤濕梯度效應(yīng)，進而實現(xiàn)織物的導(dǎo)濕排汗功能[12]。

單層導(dǎo)濕速干織物多采用縱向溝槽、具有毛細管芯吸作用的紗線加工制成，能使皮膚表層產(chǎn)生的汗液借助溝槽向外擴散及蒸發(fā)。何立鋒等[13]利用高導(dǎo)濕差別化納米硅扁平聚酯長絲與超細旦聚酯長絲交織，結(jié)合新型架空提花添紗工藝，開發(fā)出導(dǎo)濕排汗效果良好的針織內(nèi)衣面料。

雙層導(dǎo)濕速干織物可以采用不同纖維或紗線使內(nèi)外層產(chǎn)生差動毛細效應(yīng)或者潤濕性能差異的梯度效應(yīng)，以提高面料的導(dǎo)濕排汗效果。武繼松[14]研究了棉蓋滌機織面料，以吸濕性好的棉纖維為表緯，以導(dǎo)濕性能良好但吸濕性能較差的Cooldry長絲為經(jīng)紗和里緯，織物表現(xiàn)出良好的導(dǎo)濕排汗特性。吳濟宏等[15]以經(jīng)過吸濕性整理的滌綸為內(nèi)層材料，以吸濕性好的棉為外層材料，采用雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，配以集圈或抽條，使面料形成網(wǎng)眼或蜂巢效應(yīng)，增強導(dǎo)濕排汗的效果。此外，利用內(nèi)外層紗線異形度和線密度差異形成的差動毛細效應(yīng)也可以增強吸濕排汗的效果。

3層導(dǎo)濕速干織物的設(shè)計可借鑒仿生原理，模擬大樹根、莖、葉傳遞水分的“蒸騰作用”來引導(dǎo)汗液向外排放，設(shè)計織物從內(nèi)、中、外層空隙逐步減小，形成多級互連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的纖維導(dǎo)濕排汗通道，提高了織物導(dǎo)濕排汗效果。劉杰等[16]設(shè)計的導(dǎo)濕機織物的經(jīng)紗采用了吸濕性良好的木棉/棉混紡紗線，緯紗采用了導(dǎo)濕性能良好的Coolmax紗線，通過變化組織，內(nèi)層以浮長組織為主，嵌以少量平紋組織，外層表層采用平紋組織，內(nèi)外層利用緯紗Coolmax，采用上下接結(jié)法連接，保證導(dǎo)濕排汗通道的暢通。

3.4 染整后整理加工

通過染整后整理的方式對織物進行整理，如采用助劑、等離子體處理、光催化處理等方法，使織物內(nèi)外層的親疏水性產(chǎn)生差異或形成潤濕性梯度，以提高導(dǎo)濕排汗的性能。根據(jù)整理情況的不同，通常可進行單面整理、雙面整理或內(nèi)部整理：（1）單面整理可對織物外層進行親水處理，如某學(xué)者對棉織物與黏膠織物進行光催化導(dǎo)濕整理，以提高外層織物的親水性，形成潤濕梯度；或?qū)椢飪?nèi)層進行拒水處理，如某學(xué)者采用漿點印制法對純棉針織物進行單向疏水整理。（2）雙面整理通過對織物內(nèi)側(cè)進行疏水、外側(cè)進行親水處理，以得到更好的導(dǎo)濕排汗效果。（3）內(nèi)部整理可利用氣體或液體親水或疏水整理劑的擴散性在織物厚度方向構(gòu)建化學(xué)梯度，反應(yīng)后使織物產(chǎn)生潤濕梯度性，達到單向?qū)衽藕沟男Ч＿\用染整后整理的方式雖然成本較低，但耐水洗性能較差，并且經(jīng)過后整理的織物表面通常手感比較粗糙，穿著舒適性受到一定影響。

4 結(jié)語

具有導(dǎo)濕排汗功能的面料在運動、防護、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。本研究在分析國內(nèi)外大量文獻的基礎(chǔ)上總結(jié)出織物導(dǎo)濕排汗功能的實現(xiàn)可以從纖維改性、紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計及染整后整理加工等方面進行，同時也注意到對具有導(dǎo)濕排汗功能的面料進行進一步的研究及開發(fā)存在以下問題：如何平衡纖維吸濕與排汗的綜合效果、紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計對導(dǎo)濕排汗性能的影響、織物結(jié)構(gòu)設(shè)計如何利于導(dǎo)濕排汗性能等。只有解決上述問題，才能精確指導(dǎo)生產(chǎn)。