針織涼感面料的性能相關影響因素分析

2022-11-16 01:37:10褚北斗顧學峰陳慰來

現代紡織技術 2022年6期

褚北斗，林聆，顧學峰，陳慰來

(1.浙江理工大學紡織科學與工程學院(國際絲綢學院)，杭州 310018；2.寧波馬菲羊紡織科技有限公司，浙江寧波 315700)

為了減少二氧化碳的再排放，生產紡織面料需遵從綠色環保的理念[1]。推動具有涼感和高舒適性涼感面料的開發生產，不僅可以滿足織物服用性能多元化的需求，而且符合低碳的衣著生活需求。

涼感面料的開發一般從原材料、面料和后整理3方面進行考慮[2]。涼感纖維原料的利用在國內起步較晚，2006年中國首次研發出具有涼感的玉石聚酯纖維[3]。涼感原材料是指選取具有較好涼感性能的纖維，目前主要通過物理改性和化學改性兩種方法使纖維長絲具有涼感性能。物理改性是把玉石研磨至次微米等級，經由混練技術添加入纖維中，透過異形斷面吸濕排汗的纖維結構，使得熱量從織物與人體接觸面導向織物與外部接觸面，產生良好的涼感作用[3]。化學改性是通過改變原子團種類與大分子鏈的原子，還可以通過共聚和交聯等改變原子間的結合方式[4]。針織涼感面料具有較好的服用性能和熱濕舒適性能，并且輕薄柔軟，織造過程中可以選擇緯平針和羅紋組織結構，從而使針織物具有更好的涼感性能[5]。針織涼感面料的后整理是在助劑中添加ICECOATL-20[6]等涼感成分，涼感成分通過與黏合劑(樹脂)附著在針織面料上，從而使面料具有涼感性能。

纖維的接觸涼感系數和導熱系數越高，其涼感性能越好[7]，即能夠將身體產生的熱量快速排至外界環境，使織物穿著時具有良好的舒適性和清涼感。因此，本文選取采用物理改性方法獲得的滌綸涼感纖維，同時選擇緯平針和四角網眼組織織造織物，使織物具有良好的透濕及其他服用性能。參考相關文獻中的研究方法[8-10]，通過測試針織物的透氣率、透濕率、面密度、熱阻、克羅值和熱導率，分析影響針織物接觸涼感系數的相關因素。

1 實驗

1.1 實驗材料和測試方法

紗線優選華楙生技股份公司生產的8.3 tex涼感滌綸長絲和騰達紡織公司生產的8.3 tex普通滌綸長絲。使用XL-2型紗線強伸儀測試，依據標準GB/T14344—1993《化學纖維短纖維拉伸性能試驗方法》，分別測量涼感纖維與普通纖維的斷裂強力、斷裂伸長率和斷裂強度值。采用JSM-5600LV型掃描電鏡取得涼感滌綸纖維的橫截面以及其縱向形態圖。

1.2 涼感織物的制備方法

針織涼感面料可選用珠地網眼、緯平針等多種組織。緯平針織物輕薄，珠地網眼組織織物硬挺透氣，能滿足不同消費者的需求。緯平針組織是單面緯編針織物中的原組織，正面圈柱，反面圈弧，雖然織物易脫散，但是緯平針織物有良好的透氣性，其橫向拉伸時延伸線較高，適合開發運動服、無縫內衣和合身短袖等。以下是緯平針組織的編織圖，其中“o”表示紗線成圈，“│”表示織針。針織試樣的編織結構如圖1所示。

圖1 針織面料結構編織圖Fig.1 Structureweave diagrams of knitted fabric

本文基于不同針織物組織的特點，選用上述結構組織，編織親膚舒適和輕薄涼爽的涼感針織面料。實驗共設計織造了9種不同類型的涼感滌綸針織物，以滿足不同廠商和消費的的實際需求。采用針織大圓機織造，成圈系統路數為112，針織面料的基本參數如表1所示。

表1 針織面料的基本規格參數Tab.1 Specification parameters for knitted fabric

1.3 涼爽評價指標定義與原理

在皮膚溫度高于穿著的涼感織物的溫度時，皮膚上的熱量會被迅速傳到外界環境，造成皮膚溫度的瞬間下降，再通過皮膚表面上的神經元傳送到人體大腦中，讓人產生瞬間涼爽的感覺[11]。

接觸涼感系數(Qmax)是將溫度高于試樣規定溫度的熱檢測板以一定壓力與試樣接觸，熱檢測板與試樣接觸后熱量傳遞過程中熱流密度的最大值[12]。

當人體皮膚表面與所穿著針織物存在溫差時，人體皮膚表面的熱量會傳遞到外界環境中，引起體表溫度的下降，使人產生瞬間涼爽的感覺，通常用Qmax表示，即針織試樣與人體皮膚接觸時最大的熱量傳遞值。Qmax值越大，表明織物的涼感性能越好。

2 結果與分析

2.1 纖維性能分析

使用XL-2型紗線強伸儀測試紗線力學性能結果如表2。通過比較可以得出涼感纖維斷裂強力為267 cN低于普通纖維斷301 cN，但是其斷裂伸長率為27.6%高于普通纖維的25.5%，具有較好的拉伸變形能力，可知涼感纖維符合基本的力學性能。

表2 纖維基本力學性能Tab.2 Basic mechanical properties of fiber

使用SM-5600LV型掃描電鏡在3000倍放大倍數下取得普通滌綸長絲和涼感滌綸纖維的橫截面以及其縱向形態圖，如圖2所示。由圖2可發現，涼感滌綸長絲的表面有一些微小的顆粒狀物質。這是因為涼感滌綸長絲在紡絲過程中加入了一定次微米級玉石顆粒。

圖2 普通滌綸與滌綸涼感長絲形態Fig.2 SEM morphology of the common polyester filament and cool feeling polyester filament

2.2 針織面料性能分析

測量涼感針織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值、熱導率和接觸涼感系數，如表3。

表3 針織物試樣性能測試結果Tab.3 Performance test results of knitted fabric samples

通過SPSS數據分析軟件，研究涼感針織物的接觸涼感系數與針織物的熱濕舒適性能指標的相關性[13]。根據表4可知，針織涼感織物的接觸涼感系數與織物的熱阻、透濕率、透氣率和面密度有關系。涼感針織物接觸涼感與面密度和熱導率有明顯的正相關，與涼感針織物的透氣率、克羅值和熱阻成明顯的負相關，透濕率在一定程度與織物的接觸涼感系數呈正相關。

表4 接觸涼感系數與針織物性能指標相關性Tab.4 Correlation between Qmax and performance index of cool fabric

通過散點圖及擬合方程研究影響織物接觸涼感系數與織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和熱導率關系。擬合結果如圖3，由圖3可知接觸涼感指數與織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和熱導率有線性關系。

圖3 接觸涼感系數與面密度、透氣率、透濕率、熱阻、熱導率和克羅值相關性Fig.3 The correlation between contact cool feeling coefficient and property parameters of surface density, air permeability, moisture permeability, thermal resistance, thermal conductivity, and CLO value

2.3 多元線性分析

多元線性回歸分析通過回歸方程的形式討論多個自變量與因變量之間是否有線性依賴關系，是一種較為廣泛應用的統計分析方法。本文主要分析接觸涼感系數與影響接觸涼感系數的多個參數之間的關系。

2.3.1 多元線性回歸模型

采用多元線性回歸模型建立接觸涼感系數(被解釋量)與面密度、熱阻、透濕率、透氣率、熱導率和克羅值(解釋變量)之間的線性數學模型數量關系式，即有許多個不同變量參數的多元線性回歸模型。

Y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+…+βpxp+ε

(1)

式(1)是多元線性回歸模型，模型有p個解釋變量。線性回歸方程中被解釋的變量(接觸涼感系數)的變化部分由兩部分組成：第一部分是由透濕率、面密度等解釋變量引起的線性變化的結果，即Y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+…+βpxp；第二部分是指其它隨機因素造成的隨機誤差，即ε。所建立回歸方程中ε、β0、β1、β2、…βp的值都是未知值，通常把β1、β2、…βp稱之為回歸系數。

2.3.2 多元線性回歸分析結論

涼感針織物的涼感系數與針織物的面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和熱阻在一定程度上呈現不同的線性相關性，以接觸涼感指數為因變量，以面密度、透氣率、透濕率、熱阻、克羅值和透濕率為自變量，并進行多元線性回歸分析。通過表5可得出調整R2為0.681，因為其值不接近于1，可以認定為回歸方程的擬合度較低，即接觸涼感值可以被模型其他參數解釋的較少，回歸方程不顯著。

表5 多元線性回歸分析結果1Tab.5 Multiple linear regression analysis results 1

由表6多元線性回歸分析結果進行回歸系數顯著性檢驗，如果假設顯著性水平a為0.05，可知透氣率、面密度、透濕率、熱阻、克羅值和熱導率回歸系數顯著性t檢驗的概率p值均大于顯著性水平a，即可確定它們與接觸涼感系數是不顯著的線性關系，因此建立的多元回歸模型是不可用的。由表7選取透氣率和面密度為解釋變量，可以知道檢測統計量F的值是11.649，同時概率p值為0.006，因為0.006小于0.05，認為接觸涼感系數與其他影響變量是顯著的線性關系，即可建立線性模型。

表6 多元線性回歸分析結果2Tab.6 Multiple linear regression analysis results 2

表7 多元線性回歸分析結果3Tab.7 Multiple linear regression analysis results 3

由表8、表9多元線性回歸分析可知，容差(tolerance)值為0.950，0.950，可知方差膨脹因子(VIF)的值為1.052，1.052，值均較小，條件指數(condition index)的第1、2、3為1.000、4.217、5.460均小于10，說明被解釋變量和解釋量共線性很弱，即建立的線性模型是恰當的,說明針織織物的接觸涼感系數與織物的透濕率、熱阻和克羅值存在相關性。最終確立的方程如下，Qmax=0.00039+0.001*G+0.00026*Qv可以用于接觸涼感系數的預測，其中：Qmax表示織物的接觸涼感系數，G表示織物的面密度，Qv表示織物的透氣率。