單向導濕緯編雙面小提花織物的結構與性能

葛美彤，董智佳，丁玉琴，孫 菲

(江南大學 針織技術教育部工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

運動是保持人體健康的一種重要方式。人們在運動時皮膚表面會產生大量汗液，傳統的織物無法迅速地將汗液導出，且由于織物兩側導濕性差異較小，汗液易回流，使得人體與織物間產生黏著感[1]。因此，單向導濕織物在提高織物熱濕舒適性方面具有廣泛的應用前景，單向導濕面料可將汗液單向地從織物內層傳遞到織物外層，且不會回流，從而達到長時間保持舒適干爽的穿著特性。

目前，單向導濕面料的實現方式主要有2種：一是通過后整理加工實現，如楊德明等[2]使用圓網印花疏水整理工藝，使毛針織物具有一定的單向導濕性能；二是通過組織結構結合親疏水性能差異纖維配置實現[3]。通過差異纖維結合織物結構實現單向導濕功能既可以減少生產環節提高生產效率，且與后整理中使用助劑相比[4]，其單項導濕的功能更加持久穩定。本文旨在設計具有單向導濕功能的緯編雙面小提花織物，根據實現單向導濕功能的原理，采用緯編雙面提花圓機進行雙面織物的結構開發，使該雙面織物一面線圈結構以均勻緊密為主，另一面線圈結構以大小不均勻變化結構為主，織物2面使用不同細度纖維織造。結合實驗測試，綜合分析不同組織結構以及紗線配置方式對織物單導性能的影響。

1 設計原理

本文設計的雙面小提花織物在滿足服裝舒適性基本要求[5]的同時還需具備良好的單向導濕效果。目前實現織物單向導濕的原理分為2種：差動毛細效應和濕潤梯度效應[6]。通過織物結構設計實現單向導濕功能的原理主要為差動毛細效應。在雙面織物中，當織物的外層纖維之間形成較細的毛細管，即單纖線密度小，織物里層纖維間形成較粗的毛細管，即單纖線密度大時，織物內外層界面之間就會產生附加壓力差，引導織物中的液態水從里層流到外層，且不會回流，以此實現單向導濕的結構功能。

2 工藝方案

2.1 開發思路

以不同細度的滌綸作為原料，在雙層結構的織物中，使用8.25 tex(288f)的超細滌綸纖維編織面料外層，使用5.55 tex(14f)的滌綸纖維編織面料里層，此時面料里層單纖線密度大，外層單纖線密度小。

在機號E32的RSL型雙面電腦提花圓機(張家港潤山針織機械有限公司)上設計3款不同組織結構工藝。不同工藝的各樣品織物仿真圖如圖1～3所示，花寬6個縱行，花高共24橫列。織物穿紗方式為：方案1、3、5在奇數路使用5.55 tex(14f)紗線穿下針，偶數路使用8.25 tex(288f)紗線穿上針；方案2、4、6更換穿紗方式，在奇數路使用8.25 tex(288f)紗線穿下針，偶數路使用5.55 tex(14f)紗線穿上針。為探究穿紗方式是否對織物單向導濕性能有影響，在各工藝中交換上針與下針使用的紗線原料分別得到2個不同方案。從各工藝意匠圖中可見，在第1、3、5、7、…、23路(即奇數路)中，正面均編織成圈而反面均為浮線。改變第2、4、6、8、…、24路(即偶數路)中正面編織成圈的數量，也就改變了連接點的多少。對比可以看出，每12路中，工藝2連接點數量最少(7個)，工藝1最多(11個)，工藝3居中(10個)，這些連接點對織物性能具有不同的影響。由于雙層面料的纖維粗細差異和線圈大小差異，因此在正面偶數路的浮線處易形成不同大小的間隙或凸起，間隙的大小與正面連續成圈的次數有關。

圖1 工藝1織物仿真圖Fig.1 Fabric simulation diagram of process 1. (a)Front side of pattern grid; (b)Front side of simulation diagram; (c)Reverse side of simulation diagram

圖2 工藝2織物仿真圖Fig.2 Fabric simulation diagram of process 2. (a)Front side of pattern grid; (b)Front side of simulation diagram; (c)Reverse side of simulation diagram

圖3 工藝3織物仿真圖Fig.3 Fabric simulation diagram of process 3. (a)Front side of pattern grid; (b)Front side of simulation diagram; (c)Reverse side of simulation diagram

2.2 樣品試織

單面織物僅可令一面具有特殊結構，且單面織物的密度和質量都小于雙面織物，形成的毛細管較少[7]，因此雙面織物的差動毛細效應大于單面織物，更有利于實現織物的單向導濕，且雙面織物可配置2面不同的特殊結構加強單向導濕效應。雙面織物的面密度通常為160～220 g/m2，織物偏重，考慮到該功能性面料的應用季節為夏季，多為室內運動健身時使用，因此在保證單向導濕的功能下控制面密度在150 g/m2以內，使織物輕薄透氣。織物基本參數如表1所示。

表1 織物基本參數Tab.1 Fabric basic parameters

采用RSL潤山緯編雙面提花圓機進行編織，該機器筒徑86.36 cm(34英寸)，機號E32，總針數3 408針，共72路。2種紗線使用比例不同，方案1、3、5樣品8.25 tex(288f)的紗線均占有較大比例，因此在同一工藝中面密度通常較重。同時成品經定形后織物組織結構收縮緊密，面密度增加。

3 性能測試

3.1 液態水分管理評價

液態水分管理分析儀(MMT)是一種用于測試紡織品水分管理能力的新型儀器，選用Q290型液態水分管理分析儀(標準集團(香港)有限公司)進行實驗，準備質量分數為0.9%的NaCl溶液，用于模擬人體汗液。當溶液滴在試樣表面時，與試樣緊密接觸的上下傳感器會將試液在織物中的動態傳遞狀況以一系列指標顯示出來，如浸濕時間、吸水速率、最大浸濕半徑、液態水分擴散速度、單向傳遞指數以及液態水動態傳遞綜合指數。

3.2 透濕性測試

透濕量是衡量織物在恒定的水蒸氣壓條件下，于規定時間內通過單位面積織物的水蒸氣質量。人體由于新陳代謝會在皮膚表面不斷產生濕氣，這些濕氣若無法及時排出體外，就會產生黏膩感，導致熱濕舒適性下降，因此測量織物的透濕性有助于衡量其功能性與舒適性[8]。

透濕性測試參照GB/T 12704—1991《織物透濕量測定方法 透濕杯法》標準，儀器選用YG601H-Ⅱ型織物透濕儀(寧波紡織儀器廠)進行測定，設定測試溫度為38 ℃，相對濕度為90%，風速為0.3～0.5 m/s。實驗時將織物試樣封在盛有吸濕劑氯化鈣的透濕杯上，再將透濕杯放入透濕儀中，得到一定時間內透濕杯的質量變化，根據式(1)計算透濕量。

(1)

式中：WVT為透濕量，g/(m2·d)；Δm為同一實驗組合體2次稱量之差，g；S為試樣實驗面積，m2；t為實驗時間，h。

3.3 透氣性測試

透氣性測試參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，選用YG461E-Ⅲ全自動透氣量儀(寧波紡織儀器廠)進行測定，設定測試單位為mm/s，測試壓強為100 Pa，測試面積為20 cm2。

5.55 tex(14f)的紗線構成的一面將作為內側與人體皮膚接觸，因此在實驗時，令服用面5.55 tex(14f)一側朝向出風口，使得標準溫濕度空氣從這一面透過。

圖4為織物截面圖，圖中貼膚層即織物內層，也稱服用層，是由5.55 tex(14f)紗線編織成的疏水面，起到傳導水分的作用；中間紗線形成的連接點傳輸水分；由8.25 tex(288f)紗線編織的親水側為織物外層，起吸收水分的作用。無論如何改變穿紗方式，在實驗時，均采用服用面進行測試。

圖4 織物截面圖Fig.4 Fabric section

4 結果與分析

4.1 液態水分管理分析

4.1.1 單向導濕能力

織物的單向導濕能力由單向傳遞指數來衡量。圖5為實驗時織物內外側含水量變化，表2為成品織物的單向導濕性能數據，選取表2中單向導濕效果較好的方案2、3及5的曲線圖對比觀察，從圖5中折線之間的數據差可以明顯看出方案3試樣內外表面的含水量差異最大，其導濕性能最優，方案5試樣次之。與其他試樣的內表面相比，方案3試樣內側的含水量下降速度最快，即其可以迅速將汗液排出，保持人體表面干爽，具有最低的水分含量。

表2 織物單向傳遞指數數據對比Tab.2 Comparison of fabric unidirectional transfer index data

圖5 織物內外側水分含量變化Fig.5 Fabric variation of moisture content inside and outside. (a) Plan 2; (b) Plan 3; (c) Plan 5

可見在方案3中，5.55 tex(14f)滌綸在奇數路編織服用面，由8.25 tex(288f)的滌綸編織連接點時，單向傳遞水分的能力更好；其特殊組織結構，即組織間連接點數量適中對面料的差動毛細效應有一定的提升作用，面料形成了舒適干爽的內表面結構。

4.1.2 液態水動態傳遞綜合指數

液態水動態傳遞綜合指數(OMMC)衡量織物整體對液態水的動態傳遞能力，是根據各項指標的測試結果對織物進行的綜合評價。表3示出的液態水分管理數據中顯示了織物測試的各項數據和各項評級，從各項數據上看，浸濕時間短、吸水速率較快、水分擴散速度評級均達到5.0，說明方案1～5樣品均具有較好的吸濕性，其中最大浸濕半徑數據相似是因為儀器測量半徑上限為30 mm，最終顯示的數據是過程中表里層達到的浸濕半徑的最大值，而這幾款試樣吸濕性能良好，因此在表3中表里層最大浸濕半徑基本都達到了測量上限30 mm。表4為織物OMMC數據對比，結合表2單向傳遞指數的數據，雖然方案3在吸收速率的數據中排名靠后，但其單向傳遞水分的能力優異，因此在織物OMMC數據對比中，方案3與其他樣品相比均較好，其次是方案5。

表3 液態水分管理數據Tab.3 Liquid moisture management data

表4 織物OMMC數據對比Tab.4 Fabric OMMC data comparison

4.2 織物透濕性

織物透濕性能數據對比如圖6所示。水氣在織物間的傳遞能力體現了織物透濕性的好壞[9]，其主要因素有：①織物中的孔隙，水氣通過這些孔隙擴散至另一側；②纖維的吸濕能力，水氣在織物水氣壓較低的一側逸出；③毛細管的作用，大量的水氣分子會產生凝露，在毛細作用下擴展、蒸發。

圖6示出，方案3的透濕性測試結果較好，這是因為工藝2中的連接點與工藝1和工藝3相比較少，其毛細效應在上述單向導濕性的測試中也體現出較好的效果，因此也提高了透濕性。

圖6 織物透濕性數據對比Fig.6 Comparison of fabric moisture permeability data

而在工藝1與工藝3中，可以發現方案1、5均在非服用面8.25 tex(288f)一側編織平針組織，形成的孔隙較小，且這種排紗方式導致織物的下機縮率增大，增加了織物的厚度，影響了織物透濕性，故方案1、5的透濕性比方案2、6差。

4.3 織物透氣性

織物透氣性的好壞與穿著舒適性直接相關。影響織物透氣性的因素主要是纖維的結構性能、織物的組織結構，如織物孔隙的大小及分布情況。圖7所示為織物透氣率數據對比。

圖7 織物透氣率數據對比Fig.7 Comparison of fabric breathability data

圖7示出，方案1、3、5樣品透氣性不如方案2、4、6，這是因為當空氣從織物服用面5.55 tex(14f)一側透過時，此時在非服用面使用較粗的紗線編織平針組織形成的孔隙較小，阻礙了空氣通過；其次，由于該穿紗方式導致的下機縮率增加，織物厚度增加，也影響了織物的透氣性。而方案2、4、6樣品在服用面編織平針組織，另一側由于紗線粗細的差異，在連接點周圍形成了孔隙，有利于空氣的通過，因此透氣率較高。在普通服用針織物中，通常使用“粗蓋細”的配置，即方案2、4、6的排紗方式，有利于提高面料的透氣性。而本文設計的織物以保證織物較好的單向導濕性能為前提，且使織物具有一定的透濕透氣性，從實驗結果可以看出滿足了織物透濕透氣的要求。

對比方案1、3、5樣品，方案1的透氣性最好，這是因為在工藝1中連續成圈的次數較多，形成的孔隙較大，有利于空氣通過。

4.4 綜合評價

在人體運動易出汗的穿著條件下，對于運動類服裝的重要要求是：服裝面料可以快速吸收汗液并排出到外層，即要求服裝具有良好的熱濕舒適性。織物中的水分傳遞分為氣態水傳遞和液態水傳遞[10]。氣態汗即人體在一般室溫環境下正常運動產生的水蒸氣，要求服裝具有透氣性；液態汗則是在運動時人體會分泌大量液體，此時要求服裝具有良好的單向導濕及透濕性能。

本文中所提到的織物以人體健身運動排汗的情況為前提，因此上述不同實驗所占權重有所不同。分配具有單向導濕效果的方案2、3、5的各實驗權重比，等級為1～5級，其中OMMC占50%，透濕性占30%，透氣性占20%，綜合評價如表5所示，最后通過式(2)計算得到綜合評級。

X=a×b

(2)

式中：X為綜合評級，級；a為單項數據的評級，級；b為每項數據所占比例，%。

表5 綜合評價Tab.5 Comprehensive assessment

工藝2的組織結構連接點數量最少且分布均勻，再以5.55 tex/14f紗線編織貼膚層得到的方案3，相對其他方案顯示出較好的單向導濕性能。但此結論僅與本次實驗中其他工藝相比較，并非表示連接點越少單向導濕效果越好；在透濕性測試中，方案3也優于其他試樣；其透氣性測試結果雖不如常用的排紗方式編織的試樣，但綜合評價下，以工藝2為基礎的方案3效果最好。

5 結 論

本文基于纖維的差動毛細效應原理，開發了6款具有單向導濕功能的緯編雙面小提花織物，并通過織物液態水分管理以及透氣透濕實驗，對成品面料進行性能測試與評價，得出以下結論：

①通過緯編雙面結構織物的液態水分管理實驗，得出水分單向傳遞功能與組織結構中的連接點數量及分布相關；以細度小的滌綸纖維做貼膚內層，細度大的滌綸纖維做服用外層，且結構連接點少分布均勻時，織物內層干爽，織物的單向導濕傳遞指數達到264.02%，說明織物具有較好的毛細管效應，透濕性也較好。

②織物的透氣性主要與織物的緊密程度相關，當上針配置粗紗線編織較緊密結構且雙面連接點少時，粗紗線覆蓋線圈多，透氣性較差；改變穿紗方式，使用細紗線編織緊密側，由粗紗線編織連接點，提高了織物的透氣效果。在保證單向導濕功能的同時，透氣透濕性能滿足服用功能的要求。

本文探索了緯編雙面單向導濕織物的結構實現方法，為基于針織結構單向導濕功能類服用的開發提供了新思路。