緯編單導(dǎo)涼感雙面輕薄織物結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能

姚懿宸, 董智佳, 姚馨馨, 葛美彤

(1.江南大學(xué) 針織技術(shù)教育部工程研究中心,江蘇 無錫 214122; 2.無錫恒諾紡織科技有限公司,江蘇 無錫 214105)

為積極應(yīng)對全球溫室效應(yīng)加劇的氣候變化,中國紡聯(lián)在2021國際創(chuàng)新峰會上提出要推動“中國時尚品牌氣候創(chuàng)新碳中和加速計劃”,為了減少制冷設(shè)備的使用,實現(xiàn)低碳的衣著生活,涼感面料成為當(dāng)下節(jié)能著裝開發(fā)的熱點[1-2]。涼感纖維通常具有較高的導(dǎo)熱系數(shù),能將人體產(chǎn)生的熱量快速導(dǎo)出到外界環(huán)境。但常規(guī)涼感纖維吸濕性差,難以將人體表面的汗液排出,使人體與織物間產(chǎn)生黏著感[3-4]。緯編雙層織物結(jié)構(gòu)通過形成織物內(nèi)外層濕潤梯度,將汗液單向地從親膚一側(cè)傳導(dǎo)至織物外層,使其在織物外層迅速蒸發(fā),且導(dǎo)出的汗液不會回滲到面料內(nèi)層,以維持面料與人體皮膚之間微環(huán)境的濕熱平衡[5],可以改善織物的導(dǎo)濕透氣性。目前市面上的單面運動面料普遍遮蔽性較差,單向?qū)裥阅苡邢?難以織造較大的花型;而常規(guī)雙面運動面料的平方米質(zhì)量在170～210 g/m2,且結(jié)構(gòu)較為簡單,難以滿足夏季運動時人們對于面料輕薄干爽的需求。

本文旨在開發(fā)系列具有單向?qū)窆δ艿妮p薄涼感織物,根據(jù)單向?qū)窦夹g(shù)的原理,選用具有涼感性能的聚乙烯(PE)及其復(fù)合纖維編織親膚面,滌綸編織織物使用正面,通過組織結(jié)構(gòu)設(shè)計使面料有凹凸狀的單側(cè)網(wǎng)眼結(jié)構(gòu),減少面料與皮膚的貼附。最后測試獲得樣品的導(dǎo)濕透濕、接觸涼感等性能,并分析評價不同纖維材料和組織結(jié)構(gòu)對織物綜合性能的影響。

1 織物開發(fā)

目前開發(fā)夏季運動面料采用的紗線常規(guī)線密度為8.33 tex,由于雙面結(jié)構(gòu)難以做到十分輕薄,本文全部采用5.56 tex的紗線,以減小織物厚度,并通過合理配置親疏水紗線達到單向?qū)竦男阅?設(shè)計組織結(jié)構(gòu)形成單側(cè)網(wǎng)眼,實現(xiàn)面料的凹凸效應(yīng)。

1.1 原料選擇

目前利用結(jié)構(gòu)設(shè)計法實現(xiàn)織物的單向?qū)窆δ苤饕且揽坷w維原料親疏水性能的差異[6]。聚乙烯(PE)纖維屬于本征型導(dǎo)熱纖維,其高結(jié)晶度和取向度能使熱量延纖維軸向快速傳遞,且具有較高的人體紅外透過率和持續(xù)的熱傳導(dǎo)能力,穩(wěn)態(tài)接觸涼感有一定的優(yōu)越性[7-8];聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維的皮層組織為高密度聚乙烯,熔點低且柔軟性好;芯層組織為聚丙烯,熔點高、強度高[9],有良好的導(dǎo)熱能力和芯吸能力。

低溫陽離子滌綸是滌綸纖維經(jīng)陽離子改性,加入親水性基團,降低結(jié)晶度,使其吸濕回潮率遠高于普通滌綸;通過超細化紡絲技術(shù)制得的超細合成纖維滌綸線密度遠細于普通滌綸紗線,其比表面積大,纖維之間的縫隙較大,形成更密集的毛細孔洞,使纖維的吸濕性和毛細芯吸能力得到極大提高,且纖維束內(nèi)纖維根數(shù)增多,利于吸收和保留更多水分,改善了滌綸的親水性[10]。

因此,選擇PE纖維和PE/PP復(fù)合纖維編織內(nèi)層疏水面;選擇兩種改性滌綸紗線編織外層親水面。紗線具體規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 紗線規(guī)格Tab.1 Yarn specifications

1.2 工藝方案

采用工藝1和工藝2搭配低溫陽離子滌綸紗線和PE/PP復(fù)合紗線制備樣品1和樣品2,采用工藝3、4、5搭配超細纖維滌綸紗線和PE紗線制備樣品3、4、5。其中,工藝1采用滌綸在針盤編織工藝反面和連接層,工藝2、3、4、5都采用涼感纖維在針盤編織工藝反面并編織連接層?；竟に噮?shù)如表2所示。

表2 基本工藝參數(shù)Tab.2 Basic process parameters

工藝1的花型通過連接處的編織將線圈固定,跨越橫列的線圈將網(wǎng)眼兩側(cè)收縮拉緊,使網(wǎng)眼呈現(xiàn)梨形,且呈單面,形成工藝正面,即親膚面的凹凸結(jié)構(gòu)。工藝3與工藝1選針形成的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)類似,但由于采用上針隔行全成圈的組織結(jié)構(gòu),兩面均較為平滑。工藝2、4、5采用集圈編織連接層,形成滌綸面的單側(cè)網(wǎng)眼。繪制結(jié)構(gòu)意匠圖,如圖1所示;并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)IKDS繪制線圈結(jié)構(gòu)模擬圖和側(cè)視圖,如圖2所示。

圖1 意匠圖Fig.1 Pattern grid

圖2 線圈結(jié)構(gòu)模擬圖和側(cè)視圖Fig.2 Coil structure simulation diagram and lateral view

1.3 后整理

1.3.1 染 色

聚乙烯吸濕染色性較差,染色時在滌綸編織面上色。該系列面料為吸濕排汗功能性面料,采用ICC吸濕排汗整理劑(魯?shù)婪蚧び邢薰?,增強織物滌綸面的親水性和吸濕性。該整理劑適合超細纖維織物的功能整理,賦予織物柔軟、涼爽手感。

1.3.2 定 型

由于聚乙烯材質(zhì)不耐高溫,熱定型溫度不能超過115 ℃。經(jīng)整理定型后,量得成品基本規(guī)格如表3所示。

表3 成品基本規(guī)格參數(shù)Tab.3 Basic specifications of finished products

2 測試設(shè)計

2.1 導(dǎo)濕透濕性能測試

2.1.1 單向?qū)裥约八俑尚?/p>

1) 芯吸高度。根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應(yīng)試驗方法》測試織物的芯吸高度,分別測量經(jīng)緯向數(shù)據(jù)各3組求平均值,作為評價其吸濕性能的指標。

2) 液態(tài)水分管理。根據(jù)標準GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕的評定 第2部分:動態(tài)水分傳遞法》中的相關(guān)指標,選用MMT液態(tài)水分管理測試儀,測試5組數(shù)據(jù)求平均值。

3) 滴水?dāng)U散面積。用滴管吸2 mL的有色溶液,在距離織物親膚面2 cm的高度連續(xù)滴5滴,靜待40 s,拍攝其擴散形態(tài),并利用Imagej軟件計算其不規(guī)則面積。

2.1.2 透濕性

衡量服裝舒適性的一個重要指標就是紡織面料的透濕性能,按照GB/T 12704—1991《織物透濕量測定方法 透濕杯法》,選用YG601H-Ⅱ織物透濕儀進行測試,測試3組數(shù)據(jù)求平均值。

(1)

式中:WVT為每平方米每24 h的透濕量;m1為第一次稱量試驗組合體質(zhì)量;m2為第二次稱量試驗組合體質(zhì)量;S為試樣試驗面積;t為試驗時間。

2.2 透氣性測試

夏季服裝要求面料有良好的透氣性。依據(jù)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),在樣布不同部位測試10次,求平均值。

2.3 接觸涼感性測試

根據(jù)GB/T 35263—2017《紡織品 接觸瞬間涼感性能的檢測和評價》,Q-Max值≥0.15 W/cm2,可視為接觸瞬間涼感性能面料。采用平板式織物保溫儀法來測量織物的導(dǎo)熱系數(shù)以表征織物的接觸涼感[11]。選用YG606D型平板式織物保溫儀(寧波紡織儀器廠),測得保溫率、導(dǎo)熱系數(shù)、克羅值,并計算Q-Max值以表征織物接觸涼感。

3 結(jié)果與分析

3.1 基本參數(shù)

由圖3可見,厚度和平方米質(zhì)量成基本呈正相關(guān)。選用紗線相同時,工藝2、4、5采用集圈結(jié)構(gòu)編織連接層,支撐性更強,得到的樣品厚度較大。工藝1、3的結(jié)構(gòu)連接點更密集,織物親水層和疏水層連接更緊密,因而其樣品厚度較小。

圖3 厚度與平方米質(zhì)量之間的關(guān)系Fig.3 Relation between thickness and weight in grams

3.2 導(dǎo)濕透濕性能

3.2.1 單向?qū)裥约八俑尚?/p>

1) 芯吸高度。經(jīng)測試得到經(jīng)緯向芯吸高度,如圖4所示?？椢锝?jīng)向的芯吸高度均優(yōu)于緯向芯吸高度,是由于織物縱向的毛細孔隙貫通性比橫向好,毛細效應(yīng)更明顯[12]。樣品1和樣品2的毛細芯吸能力主要由PE/PP皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維提供,樣品3、4、5的毛細芯吸能力主要由超細纖維滌綸提供。樣品2的芯吸高度優(yōu)于樣品1,由于樣品2連接層采用皮芯結(jié)構(gòu)纖維,有利于水分的傳導(dǎo),織物芯吸高度更高。比較后三種工藝,連接層均采用PE纖維,而樣品3由于厚度較小,其芯吸效果顯著降低。

圖4 經(jīng)緯向芯吸高度Fig.4 Latitude and longitude core suction height

2) 液態(tài)水分管理評價。MMT液態(tài)水分管理測試儀測試得到內(nèi)外層含水量/時間變化曲線和液態(tài)水分管理相關(guān)指數(shù),如圖5、圖6所示。

圖5 內(nèi)外層含水量/時間變化曲線Fig.5 Water content/time curve of inner and outer layers

圖6 液態(tài)水分管理相關(guān)指數(shù)Fig.6 Indexes related to liquid water management

PP纖維的回潮率小于0.03%,幾乎不吸濕,而PE纖維的回潮率在0.1%～0.2%,略高于PP纖維,所以由PE/PP復(fù)合的纖維吸濕性略高于純PE纖維。

當(dāng)液體滴在測試面時,由于PE纖維的疏水性,水分在纖維間擴散,經(jīng)連接層紗線的毛細效應(yīng)傳導(dǎo)到親水層。樣品1和樣品2親水層含水量始終高于疏水層,且差異明顯,水分傳導(dǎo)快速有效。樣品3持續(xù)導(dǎo)濕效果欠缺,由于厚度小,且單側(cè)網(wǎng)眼處顯露親水性紗線,使得單向?qū)裰笖?shù)呈負值。

3) 速干性。最大浸濕半徑和液態(tài)水?dāng)U散速度是表征織物速干性的重要指標。由表4和圖7可見,對比樣品1和樣品2,PE/PP復(fù)合纖維編織連接層時,毛細效應(yīng)好,導(dǎo)水速率快,液體還未在疏水層擴散即傳導(dǎo)到親水層被其吸收。因此,樣品的疏水層最大潤濕半徑小于樣品1,速干性能較好;對于后三種工藝,樣品4的網(wǎng)眼間有滌綸浮線顯露,導(dǎo)水速率相對較快。

表4 速干性相關(guān)表征指標Tab.4 Characterization indexes related to rapid drying

圖7 親膚面滴水?dāng)U散形態(tài)Fig.7 Droplet diffusion pattern of skin-friendly surface

3.2.2 透濕性

影響織物透濕性的主要因素是水氣通過織物的傳遞途徑,包括水氣從面料孔隙擴散,以及通過纖維的親水性和毛細效應(yīng)使水分擴散到水氣壓較低的一側(cè)擴散或蒸發(fā)[13]。試驗所得數(shù)據(jù)如圖8所示,再根據(jù)表4測得數(shù)據(jù),樣品1、2親水纖維的吸水速率低于樣品3、4、5,但由于樣品1在親膚面形成了較大的單側(cè)網(wǎng)眼,利于水氣向親水面透過,而樣品2、3、4、5形成的網(wǎng)眼均在滌綸面,水氣無法直接接觸親水層,透濕性能明顯低于樣品1。對于采用相同紗線的后三種樣品,樣品4前后層采用集圈連接,且連接點較少,不利于水氣擴散,透濕量較低。

圖8 透濕量Fig.8 Moisture transmission

3.3 透氣性

影響織物透氣性的因素主要是織物組織結(jié)構(gòu)的緊密程度及孔隙大小和分布。試驗得到的數(shù)據(jù)如圖9所示,根據(jù)組織設(shè)計,樣品1的網(wǎng)眼較樣品2大,則其獲得的透氣率更加優(yōu)異。相較于樣品1和樣品2,樣品3前后層連接較為緊密,其厚度和平方米質(zhì)量更小,減少了氣流透過的路徑,利于織物透氣。樣品4和樣品5添加浮線或集圈組織,結(jié)構(gòu)疏松,且網(wǎng)眼花型相對小而密集,透氣性較好。

圖9 透氣率Fig.9 Ventilation rate

3.4 接觸涼感性能

織物的熱傳遞性能是反映織物導(dǎo)熱、隔熱等性能的重要基礎(chǔ)。纖維性質(zhì)、織物結(jié)構(gòu)、厚度等均會對其熱傳遞性質(zhì)產(chǎn)生影響[14]。導(dǎo)熱系數(shù)越大,越有利于將皮膚產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到外界,帶給人體接觸涼感。測試結(jié)果如表5所示,根據(jù)試驗測量所得數(shù)據(jù)及Q-Max與導(dǎo)熱系數(shù)的轉(zhuǎn)化關(guān)系(式(2))得到圖10。

Q-Max=λ×T

(2)

式中:Q-Max為織物瞬間涼感熱流量,W/cm2;λ為導(dǎo)熱系數(shù),W/(m2·℃);T為溫度,℃。

表5 熱傳遞性能測試結(jié)果Tab.5 Heat transfer performance test results

圖10 Q-Max值Fig.10 Q-Max value

樣品1、樣品2和樣品3的Q-Max值達到了GB/T 35263—2017認定的接觸涼感性能基本要求,采用PE/PP皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線的涼感性能較為顯著,其中樣品1的接觸涼感性能最優(yōu)。對于樣品3、4、5,由于樣品3的平方米質(zhì)量和厚度均較小,其導(dǎo)熱性能更優(yōu)良,接觸涼感較好。

3.5 綜合評價

通常情況下織物越厚,連接層支撐能力越強,導(dǎo)濕能力越好,親膚面越干爽,單向?qū)裥Ч郊选６疚拈_發(fā)系列織物擬應(yīng)用于夏季運動服裝,輕薄的材質(zhì)更加柔軟貼膚,能減輕人體負擔(dān),提高透氣透濕性能。綜合考慮以上因素,再對其進行綜合評價。

采用客觀賦權(quán)的變異系數(shù)法,根據(jù)實驗所測的各項性能數(shù)據(jù)(表6),計算各性能指標的權(quán)重[15]。由于織物要求越輕薄越好,因此將平方米質(zhì)量和厚度標準化,取其倒數(shù),根據(jù)下式計算各性能所占權(quán)重。

(3)

表6 性能測試數(shù)據(jù)匯總Tab.6 Summary of performance test data

根據(jù)表7所得各項性能指標的權(quán)重值,計算織物的綜合評價指數(shù)Y。其中,各項性能占比排序為:單向?qū)裥阅?接觸涼感性能>透氣性能>透濕性能>織物平方米質(zhì)量=芯吸高度>厚度。

Y=0.203y1+0.418y2+0.107y3++0.111y4+
0.064y5+0.064y6+0.033y7

(4)

式中:Y為綜合評價指數(shù);yi為標準化后的第i項性能指標,其中y1為Q-Max,y2為單向?qū)裰笖?shù),y3為透濕量,y4為透氣率,y5為平方米質(zhì)量倒數(shù),y6為芯吸高度,y7為厚度倒數(shù)。

經(jīng)計算得到如圖11所示的綜合評價指數(shù)。樣品綜合性能由優(yōu)至劣排序為:1>5>2>3>4。由于樣品1采用連續(xù)多路的成圈,在親膚面形成較大的單側(cè)網(wǎng)眼,透濕透氣效果得到提升,且呈現(xiàn)凹凸效果,面料的干爽和接觸涼感優(yōu)異;樣品2由于連接層支撐較好,厚度和平方米質(zhì)量均較大,利于織物單向?qū)?。樣?表面平滑,凹凸效果不明顯,因為連接處較多,厚度相對減小,最為輕薄;樣品4、樣品5通過集圈跨越多個橫列同樣形成單側(cè)的網(wǎng)眼,但在疏水一側(cè),且雖然網(wǎng)眼循環(huán)較密集,但花型較小,凹凸效果不明顯。

表7 樣品7個性能指標權(quán)重值Tab.7 Weight values of seven performance indexes of the samples

圖11 綜合評價指數(shù)Fig.11 Comprehensive evaluation index

4 結(jié) 論

本文設(shè)計了一系列涼感聚乙烯緯編雙面織物的開發(fā)流程,并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)針織CAD系統(tǒng)IKDS對織物結(jié)構(gòu)進行了模擬,通過改變紗線配置和編織工藝,探究其對織物相關(guān)性能的影響,為夏季運動面料的開發(fā)提供新的思路。通過對試驗結(jié)果的分析整理,應(yīng)用客觀賦權(quán)的變異系數(shù)法對織物主要功能性賦權(quán)計算,對其綜合性能進行評價,表明紗線種類、紗線配置及織物組織結(jié)構(gòu)等對織物的接觸涼感、單向?qū)裥缘葻釢袷孢m性的影響較為顯著。

1) 采用PE/PP皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維編織親膚面的織物整體的接觸涼感優(yōu)于采用純PE紗線的織物。

2) 親膚面形成較大的單側(cè)網(wǎng)眼時,有明顯的凹凸效果,可以減少面料與皮膚的貼附面積,且顯著提高其單向?qū)?、透氣和接觸涼感性能,同時能滿足織物輕薄的需求。

3) 連接層采用芯吸效果好的異形纖維或超細纖維可以提高織物的芯吸性能,改善織物導(dǎo)濕透濕能力。

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