一種耐濕熱抗菌改性運動服新材料制備及性能分析

李琛，孫衛華，高吉仁

摘要：針對傳統運動服面料熱舒適性和抗菌性差的問題，提出制備一種復合功能性的運動織物。通過對織物中改性聚酯纖維含量進行優化，得到綜合性能良好的功能型織物。試驗結果表明，混紡織物內，改性聚酯纖維含量為58%時，織物的經向和緯向斷裂強力均為700 MPa，經向、緯向抗彎長度分別為13.5 cm和14.5 cm，透濕量為9 000 g/（m2·24 h），熱阻為0.015 m2·kW，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制率都超過了80%，綜合性能良好，可以作為運動服備選材料使用。

關鍵詞：功能型服裝；抗菌性；熱舒適性；混紡織物

中圖分類號：TQ342+.2文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0111-04

Preparation and performance analysis of a new material for?damp heat resistant and antibacterial modified sportswear

LI Chen，SUN Weihua，GAO Jiren

（Shangluo Vocational and Technical College，Shangluo 726000，Shaanxi China）

Abstract：In order to solve the problem of poor thermal comfort and antibacterial properties of traditional sportswear fabrics，a composite functional sports fabric was prepared.By optimizing the content of modified polyester fiber in the fabric，the functional fabric with good comprehensive performance was obtained.The test results showed that when the content of modified polyester fiber in the blended fabric was 58，the warp and weft breaking strength of the fabric were 700 MPa，the warp and weft bending lengths were 13.5 cm and 14.5 cm respectively，the fuzzing and pilling resistance reached grade 4，the moisture permeability was 9 000 g/（m2·24 h），the thermal resistance was 0.015 m2·kW，and the inhibition rates of E.coli and Staphylococcus aureus exceed 80%.The comprehensive performance is good，which can be used as an alternative material for sportswear.

Key words：functional clothing；antibacterial property；thermal comfort；blended fabric

為進一步提升運動服的功能性，很多學者進行了一系列研究，如通過改性化學纖維和特殊的紡織技術對常見棉織物進行改性，得到一種同時具備吸濕速干的功能型織物[1]。通過納米材料對織物的抗菌和抗紫外線性能進行提升[2]。通過改變織物的纖維類型，以抗紫外滌綸纖維和吸濕排汗滌綸纖維為主要原材料，制備了一種抗紫外吸濕排汗復合功能織物[3]。通過將大豆蛋白接枝到滌綸纖維上，增強織物的斷裂強力和吸水性[4]。以上學者的研究為功能織物的發展提供了一些參考，但在功能完善性方面還有進一步提升的空間。 基于此，試驗以文獻[5]的方法為基礎，制備了一種抗菌熱濕舒適性服裝，為運動服的發展提供了參考。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：PET-17改性聚酯纖維，海陽新材料；粘膠纖維（優級品）， 美泰無紡布。

主要設備：YG026 電子織物強力儀，中纖檢測儀器設備；YM-01電子硬挺度儀，元茂儀器；BLD Y871毛細管效應測定儀，博萊德儀器設備；YG541E數字式織物折皺彈性儀，際高檢測儀器；YG601H-Ⅲ電腦式織物透濕量測試儀，寧波大禾儀器； YG606G-Ⅱ熱阻濕阻測試儀，研碩儀器設備。

1.2試驗方法

1.2.1混紡紗線的制備

試驗主要是以具備抗菌性的改性聚酯纖維為原材料，進而得到具備功能性較強的抗菌濕熱織物。使用改性聚酯纖維與粘膠纖維進行混紡，然后對混紡紗線性能進行測定?；旒彵扰c原料命名如表1所示。

1.2.2復合功能織物制備

通過梭織機，改變經緯線原料，以2上、2下斜紋的組織方式制備復合功能織物。以織物功能性為指標，探究較適合的混紡比例。根據經向在前，緯向在后的原則進行命名，在復合功能織物中，改性聚酯纖維含量從小到大排序依次為：AA、AB、BA、AC、BB、CA、BC、CB、CC。

1.3性能測試

1.3.1拉伸性能測試

用G026型電子織物強力儀分別對織物經向和緯向拉伸強力進行測試。

1.3.2柔軟性能測試

通過電子硬挺度儀測試織物柔軟性能。

抗彎長度表達式[6]：

C=l（cos12θ8tgθ）13=0.5l （1）

式中：C為抗彎長度，cm；θ為斜面角，41.5 ℃；l為試樣劃出長度，cm。

1.3.3吸濕性能測試

滴水擴散時間：用移液槍將200 μL去離子水滴在織物上，觀察去離子水在織物表面擴散情況，記錄去離子水完全擴散在織物內部的時間。

吸水率測試：將織物完全浸入燒杯中，充分吸水后稱重，計算織物吸水率。

吸水率（A⌒）表達式[7]：

A=M-M0M0×100% （2）

式中：M0、M分別為吸水前、后質量，g。

芯吸高度：通過BLD Y871型毛細管效應測定儀對織物芯吸高度進行測試。

1.3.4速干性能

水分蒸發速率表達式[8]：

Δmi=m-mi（3）

Ei=Δmim0×100%（4）

式中：Δmi為從開始到某一刻的失水質量，g；m為滴下0.2 g水滴試樣質量，g；Ei為滴下0.2 g水滴試樣水分蒸發率，%；m為試樣原重，g。

透濕性能：通過織物透濕量測試儀測試織物透濕性能，透濕性能表達式[9-10]：

WVT=（Δm-Δm1）A·t×24（5）

式中：WVT為單位時間面積內織物透濕量，g；△m為2次稱重質量差，g；△m1為空白試樣質量差，g；A為試樣有效面積；t為測試時間，h。

1.3.5熱阻性能分析

通過YG606G-Ⅱ型熱阻濕阻測試儀對織物熱阻性能進行測試。

1.3.6抗菌性能測試

參照GBT 20944.3—2008對織物抗菌性能進行測試[11]，抑菌率（Y）表達式：

Y=Wt-QtWt×100%（6）

式中：Wt、Qt分別為對比樣和測試樣中活菌數量，cfu/mL。

2結果與討論

2.1織物基本性能分析

2.2.1拉伸性能分析

圖1為拉伸性能測試結果。

由圖1可知，在改性聚酯纖維含量為58%（AC組）時，織物拉伸強度出現交匯點，這說明AC組經向和緯向的拉伸強度大小相等，組織結構和含量均較佳[12]。此時，織物經向、緯向斷裂強度均為700 MPa，仍表現出較好的拉伸性能。

2.2.2柔軟性能

圖2為織物抗彎長度變化結果。

由圖2可知，隨改性聚酯纖維用量的增加，織物抗彎性能表現出緩慢上升的狀態，但上升趨勢較緩。也就是說，隨織物內聚酯纖維含量的增加，織物柔軟度有所下降[13]。這需要特別說明的是，改性聚酯纖維含量為58%～60%時為轉折點，在含量為62%時，抗彎曲長度較60%時明顯高一級，即改性聚酯纖維含量低于60%時，織物柔軟性能良好。改性聚酯纖維含量為58%的織物經向、緯向抗彎長度分別為13.5、14.5 cm。

2.2.3透氣性能

運動員在運動的過程中，身體會散發出大量的熱量，因此對衣服材料的透氣性有較高的要求。圖3為透氣性試驗結果。

由圖3可知，當織物內聚酯纖維含量為56%～62%時，織物透氣性變化不大，表現出良好的透氣性。

2.3織物功能性研究

2.3.1織物吸濕性能

圖4為吸濕性能測試結果。

由圖4（a）可知，隨織物內改性聚酯纖維含量的增加，織物吸水率表現出折線下降的變化趨勢。這就說明改性聚酯纖維的吸水率低于粘膠纖維，因此隨改性聚酯纖維的增加，織物吸水率隨之減小。但整體吸水率變化范圍為107%～122%，仍舊表現出良好的吸水性。當改性聚酯纖維含量為58%時，織物吸水性出現小高峰，此時織物的吸水率為114%。

由由圖4（b）可知，織物芯吸高度皆在16.5～18.0cm內波動，整體吸水速率較快。同時，經向的芯吸高度始終高于緯向的芯吸高度，這可能是因為經向密度較高引起的[18-19]。

2.3.2速干性能

圖5為織物速干性能測試結果。

由圖5（a）可知，在同等時間條件下，隨織物內改性聚酯纖維含量的增加，其水分蒸發量也隨之增加，但增加趨勢明顯。從整體來說，隨時間的增加，水分蒸發量變化趨勢基本相同。由圖5（b）可知，隨織物內改性聚酯纖維含量的增加，其透濕性能表現出折線上升的變化趨勢。改性聚酯纖維摻量為58%時，透濕性能明顯增加，繼續增加改性聚酯纖維含量，透濕性能有小幅度下降，然后在含量為68%時再次上升達到小高峰。從節約成本方面考慮，選擇適合的改性聚酯纖維含量為58%，此時，織物的透濕量為9 000 g/（m2·24 h）。

2.3.3熱阻性能

圖6為熱阻性能測試結果。

由圖6可知，隨織物內改性聚酯纖維含量的增加，其熱阻表現出波浪下降的變化趨勢，這可能是織物單位面積內，干熱流量有所增加，使得織物內的水分加快蒸發，進而降低了織物的熱阻性能[15]。這特別說明的一點，在改性聚酯纖維含量為58%時，織物的熱阻下降出現小陡峰，然后趨于平緩的下降。此時，織物的熱阻為0.015 （m2·k）/W。所有功能性織物的熱阻均為0.013～0.018 （m2·k）/W，皆表現出良好的熱阻性。

2.4抗菌性能

圖7為織物抗菌性能測試結果。

由圖7可知，隨改性聚酯纖維含量的增加，織物的抑菌性也呈現曲線上升的狀態，表現出良好的抗菌效果[20]。對比圖7（a）、（b）曲線變化可發現，2種曲線的變化并不相同，這說明改性聚酯纖維對2種細菌的抑制作用并不相同。改性聚酯纖維含量超過58%后，2種細菌的抑制率都超過了80%，均表現出良好的抑菌性能。

3結語

（1）在改性聚酯纖維為58%時（AC組），經向、緯向的拉伸強度大小均為700? MPa，此時組織結構和含量均為最佳;

（2）改性聚酯纖維含量為58%時，織物經向、緯向抗彎長度分別為13.5、14.5 cm，柔軟性能良好;

（3）吸水率為122%～107%，芯吸高度為16.5～18.0 cm，表現出良好的吸濕性能;

（4）所有樣品隨時間的增加，水分蒸發量變化趨勢基本一致，皆為直線上升然后趨勢平衡。當改性聚酯纖維含量為58%，織物的透濕量為9 000 g/（m2·24 h），速干性能表現良好;

（5）所有功能性織物的熱阻均為0.013～0.018 （m2·k）/W，皆表現出良好的熱阻性;

（6）改性聚酯纖維對常見大腸桿菌和金黃色葡萄球菌皆有抑制作用，隨抑制效率不同，但改性聚酯纖維含量超過58%后，對2種細菌的抑制率都超過了80%，均表現出良好的抑菌性能。

【參考文獻】

[1]趙春梅，呂治家.吸濕速干功能織物的改性技術[J].棉紡織技術，2022，50（4）：65-68.

[2]吳方，葛金龍，秦英月，等.納米材料在功能紡織品領域的應用研究進展[J].長春師范大學學報，2021，40（8）：71-76.

[3]潘薇，王韻杰，祝成炎，等.抗紫外吸濕排汗復合功能織物的性能研究[J].絲綢，2021，58（3）：30-35.

[4]王芳，陳飛榮，王振貴.大豆蛋白接枝改性PET功能織物的制備及服用性能[J].印染助劑，2021，38（3）：23-27.

[5]沈妙音.抗菌熱濕舒適性服用機織物的研究與開發[D].杭州：浙江理工大學，2021.

[6]雒芳林，張雄，周梅花，等.咖啡炭改性滌綸/羊毛/有機炭黑纖維復合功能織物的開發及其性能[J].現代紡織技術，2022，30（3）：143-149.

[7]何宇，萬成偉，張葉軻，等.熱電材料在纖維與織物上的應用研究進展[J].毛紡科技，2022，50（3）：124-130.

[8]梁小玲.高性能石墨烯材料在紡織領域的應用進展[J].紡織科技進展，2020（7）：26-29.

[9]徐康景，藍舟，董燕超，等.ZIF-8/CDP功能織物的制備及其對染料的脫色性能[J].染整技術，2022，44（3）：17-22.

[10]許佳偉，劉雪亭，鄒漢濤，等.石墨烯粘膠纖維機織物的功能改性研究[J].產業用紡織品，2020，38（3）：22-28.

[11]馮建華，汪瑩，束智昊，等.原子層沉積氧化鋅功能化碳納米管織物及其光催化特性[J].化學工業與工程，2021，38（3）：20-27.

[12]徐昭，解曉雨，沈浩，等.纖維材料表面圖案化構筑及應用研究進展[J].復合材料學報，2021，38（10）：3151-3161.

[13]石煜，沈蘭萍，陽智，等.基于灰色近優法的多組分功能混紡紗及其織物的性能評價[J].合成纖維工業，2020，43（2）：44-48.

[14]錢娟，謝婷，張佩華.吸濕涼爽功能針織物的研究進展[J].針織工業，2020（5）：1-6.

[15]許佳偉，劉雪亭，鄒漢濤，等.石墨烯黏膠纖維機織物的功能改性研究[J].產業用紡織品，2020，38（3）：22-28．

[16]王旭，崔靜，馮向偉，等.皮膚風衣的功能性結構設計方案及主觀評價[J].武漢紡織大學學報，2020，33（2）：27-35.

[17]孫岑文捷，倪軍，張昭華，等.針織運動服的通風設計與熱濕舒適性評價[J].紡織學報，2020，41（11）：122-127.

[18]王歌，徐鑫，王佳儀，等.一次性醫用防護服熱濕舒適性技術研發情況綜述[J].天津中德應用技術大學學報，2021（1）：54-59.

[19]吳敏，張華，楊星.結構設計對作訓服熱濕舒適性的影響研究[J].北京服裝學院學報（自然科學版），2021，41（1）：29-34.

[20]金艷蘋，朱堂葵，姚娜，等.新型消防服隔熱層織物熱防護性及熱濕舒適性研究[J].毛紡科技，2021，49（12）：17-21.