抗菌熱濕舒適復合功能服用面料的性能

摘 要：為開發(fā)熱濕條件下穿著健康舒適的抗菌服用面料，以桑蠶絲為經(jīng)紗，蜂窩抗菌滌綸纖維、天絲、蜂窩抗紫外滌綸纖維、蜂窩玉石滌綸纖維等混紡為緯紗，通過改變緯紗種類、織物組織及緯密等設(shè)計并試織了A、B兩個系列共16種織物；并對其吸濕速干、抗菌與熱傳遞性能等進行測試，運用模糊綜合分析法對其抗菌性能、熱濕舒適性進行評價。結(jié)果表明：當緯紗中含有天絲成分時織物吸濕速干性能更佳，隨著織物組織浮長變短、緯密增大，其吸濕速干性能整體呈下降趨勢；織物具有優(yōu)良的抗菌性，緯紗中蜂窩抗菌滌綸纖維含量越高，織物抗菌性能越好。織物熱阻隨著緯紗中天絲含量增加而減小，當含有蜂窩玉石滌綸纖維時織物熱傳遞性能最佳；組織浮長更短的織物熱傳遞性能更優(yōu)。模糊綜合分析結(jié)果表明，A系列中以天絲/蜂窩抗菌滌綸纖維/蜂窩抗紫外滌綸纖維（30/60/10）為緯紗并以16枚加強緯緞織造的織物抗菌熱濕舒適性能最佳，B系列中緯密為46根/cm時織物抗菌熱濕舒適性能最佳。

關(guān)鍵詞：熱濕舒適性；功能性面料；混紡紗線；抗菌；吸濕速干；織物組織

中圖分類號：TS155.6 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2024）04-0052-08

在夏季，到達地面的太陽輻射較強，人體在運動后會產(chǎn)生大量汗液，服裝作為與人體直接接觸的物品，極易附著在皮膚表面，與人體形成高溫高濕的環(huán)境，使人們產(chǎn)生黏膩悶熱感。服裝面料一般具有多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，極易吸附汗液和人體分泌的油脂等，從而為細菌等微生物的附著滋生提供良好的繁殖環(huán)境，給人體健康帶來隱患［1-2］。夏季長時間的潮濕及悶熱環(huán)境易使皮膚發(fā)生過敏反應，加速皮膚老化［3］。因此，開發(fā)兼具抗菌和熱濕舒適性的復合功能服用面料具有一定的市場前景。

近年來人們對于服裝的需求朝健康化、功能化、舒適化發(fā)展，健康舒適的多功能復合型面料是現(xiàn)在服用面料發(fā)展的方向［4］。當前針對夏季的熱濕環(huán)境，服用面料性能的改良主要為吸濕速干、抗菌、熱傳遞等功能的改善［5］。目前，相較于后整理法，以功能性纖維混紡來實現(xiàn)復合功能的研究較少，而用多種以原纖維法制備的功能性纖維混紡成紗而織造的復合功能面料更具功能的持久性與穩(wěn)定性［6］。

滌綸面料具有較高的強度以及良好的抗皺、耐光等性能，在服裝領(lǐng)域應用廣泛，但存在透氣和吸濕性差等缺陷［7］。以原纖維法制備的功能性蜂窩滌綸纖維內(nèi)部及表面有與大氣相通的長圓形微孔，使其擁有優(yōu)秀的水分傳導和透氣性能的同時也有其他功能的復合。本文擬開發(fā)一款具有抗菌熱濕舒適性的夏季服用面料，為使其具更好的柔軟貼身和潤肌保健效果，選擇桑蠶絲為經(jīng)線，蜂窩抗菌滌綸纖維、蜂窩抗紫外滌綸纖維與天絲或蜂窩玉石滌綸纖維混紡為緯線，以緯紗種類、織物組織和緯密為變量試織。對織物的吸濕速干、抗菌、熱傳遞等性能進行測試，并運用模糊綜合分析法確定最優(yōu)工藝參數(shù)，為開發(fā)熱濕舒適型面料提供理論依據(jù)。

1 材料與試樣制備

1.1 實驗材料

經(jīng)線原料：桑蠶絲（1/22.2/24.4 dtex×2加600捻），購自海寧中紡面料科技有限公司。緯線原料：蜂窩抗紫外滌綸纖維（1.67 dtex×38 mm）、蜂窩抗菌滌綸纖維（1.67 dtex×38 mm）與蜂窩玉石滌綸纖維（1.67 dtex×38 mm）或天絲，采用賽絡(luò)紡紡制的147.63 dtex混紡紗線，購自紹興上虞弘強紡織新型材料有限公司。

1.2 實驗設(shè)備

計算機型織物透濕儀（YG601-Ⅰ/Ⅱ型，寧波紡織儀器廠），毛細管效應測定儀（YG（B）871型，溫州市大榮紡織儀器有限公司），紡織品熱阻濕阻測試儀（YG606G型，寧波紡織儀器廠），抗菌實驗設(shè)備及超凈臺等（浙江省輕工業(yè)品質(zhì)量檢測研究院），直尺，電子天平。

1.3 織物試樣制備

為使面料具有良好的外觀手感并實現(xiàn)抗菌和吸濕速干、導熱等熱濕舒適功能，同時綜合考慮到夏季強紫外線的照射以及織物組織不宜過緊或過松等服用面料工藝要求，本文設(shè)計了表1所示4種混紡紗線，并按表2所示參數(shù)試織A、B系列織物試樣。

2 測試方法

2.1 吸濕速干性能測試

織物吸水率測試依據(jù)GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單項組合試驗法》進行，測試前按規(guī)定調(diào)濕24 h。每個樣品裁取尺寸為10 cm×10 cm，試樣各5塊，使試樣在盛有三級水的容器內(nèi)自然下沉，完全浸潤5 min后取出并平展垂直懸掛，當試樣不滴水時稱重，計算每個試樣的吸水率并取均值。

芯吸高度測試依據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》的規(guī)定進行，在樣品平行于經(jīng)線和緯線方向各取3塊25 cm×3 cm的試樣，安裝在測定儀上，記錄30 min時芯吸高度最低點數(shù)值，計算各試樣經(jīng)緯向平均值。

織物透濕率依據(jù)照GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分：吸濕法》進行測試。每個樣品裁取尺寸為直徑70 mm圓形試樣各3塊，設(shè)置透濕儀溫度38 ℃±2 ℃，相對濕度90%±2%，測試規(guī)定時間內(nèi)垂直通過單位面積試樣的水蒸氣質(zhì)量。

水分蒸發(fā)速率依據(jù)GB/T 21655.1—2008測試，每樣品裁取10 cm×10 cm試樣各5塊，在試樣上方不超過1 cm處滴約0.2 mL三級水至完全擴散，立即稱重并平展懸掛，每隔1 min稱取一次質(zhì)量至相鄰兩次變化率不大于1%，繪水分蒸發(fā)量-時間曲線并計算水分蒸發(fā)速率。

2.2 抗菌性能測試

依據(jù)GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》要求，將試樣及全棉對照樣剪成長寬約5 mm的方形碎片，稱取每份0.75±0.05 g。由于制樣時將織物剪碎使紗線脫散，故不探究織物組織和緯密對其抗菌性能的影響，僅對緯紗不同的A3、A6、A9進行測試［8］。將試樣與對照樣分別裝入一定濃度的大腸埃希菌（ATCC 29522）和金黃色葡萄球菌（ATCC 29522）菌液三角燒瓶中，測定振蕩前及振蕩18 h后的活菌濃度，計算抑菌率。

2.3 熱傳遞性能測試

當人穿著衣物時，皮膚表面與織物表面的熱量傳遞類似于大平板的熱傳導［9］。織物熱傳遞性能選用單側(cè)垂直恒溫法測定，依據(jù)GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定（蒸發(fā)熱板法）》進行。每個樣品裁取尺寸35 cm×35 cm試樣各3塊，調(diào)節(jié)測試板表面溫度35 ℃，氣候室溫度20 ℃，相對濕度65%，水平風速1 m/s，按預熱、穩(wěn)定、測試、停止的順序進行空板及試樣測試。

本文主要研究織物的熱濕舒適性功能，故對其抗紫外性能測試及分析不進行討論。

3 測試結(jié)果及分析

3.1 吸濕速干性能分析

織物中的水分一部分以單分子層的形式直接吸附在織物表面，這部分水分通過同大氣的接觸而散失；另一部分水分通過織物空隙及紗線纖維的芯吸作用以間接吸附的形式停留在織物中，通過水汽壓差異而擴散蒸發(fā)。本文考量的織物的吸濕性能指標為吸水率、芯吸高度，速干性能指標為透濕率及水分蒸發(fā)速率，測試結(jié)果如表3、表4所示，可看出織物的吸濕性能與速干性能與織物緯紗原料、織物組織及緯密有關(guān)。分析表3、表4中吸濕指標數(shù)據(jù)，根據(jù)國家標準對機織物技術(shù)要求，吸水率應大于100%，A、B系列織物均符合要求，這是由于蜂窩改性滌綸纖維在紡絲中形成了蜂窩狀微孔，使纖維比表面積增大，更易吸附水分子。A系列中1#紗線為緯紗的織物吸水率最高，2#、3#其次，4#最小；同種緯紗織物的吸水率由大到小依次為：16枚加強緯緞、8枚3飛緯緞、5枚3飛緯緞。除4#緯紗織物外，A系列織物兩個方向的芯吸高度基本都達到國標規(guī)定的9 cm，其中2#緯紗織物芯吸高度最大；由于天絲纖維取向度高且含有親水基團，緯紗中含有天絲成分的織物，其緯向芯吸高度顯著高于緯紗成分皆為蜂窩滌綸者。B系列織物經(jīng)緯向芯吸高度和吸水率隨緯密增大而降低，這是由于緯密大的織物更緊密，紗線彎曲程度更高，紗線毛細效應阻力也隨之增加，水分進入織物難度增大［10］。

比較表3、表4中速干指標數(shù)據(jù)可知，在緯紗種類及緯密相同的條件下，織物透濕率從大到小依次為：16枚加強緯緞、8枚3飛緯緞、5枚3飛緯緞，其原因主要是織物浮長越長，則織物空隙也越大，水分更易透過和擴散；16枚加強緯緞織物的水分蒸發(fā)速率最小，其余兩種組織織物差別不明顯；兩項速干指標隨著織物緯密增加總體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

3.2 抗菌性能分析

本文采用振蕩法對不同抗菌纖維含量緯紗原料、相同緯密和織物組織的A3、A6、A9抑制金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌生長繁殖的性能進行測試，具體規(guī)格見表1，以未經(jīng)任何處理100%純棉布作為

對照樣。對照樣及恒溫振蕩18h后稀釋培養(yǎng)的大腸埃希菌及金黃色葡萄球菌繁殖情況如圖1、圖2，其中大腸埃希菌對照樣稀釋倍數(shù)為105，其余3樣品稀釋倍數(shù)為104，金黃色葡萄球菌對照樣稀釋倍數(shù)為104，其余3樣品稀釋倍數(shù)為103；緯紗中蜂窩抗菌滌綸纖維含量與織物抑菌率關(guān)系的測試結(jié)果如圖3所示。可以看出3個緯紗中含抗菌纖維的試樣對金黃色葡萄球菌均有優(yōu)異的抗菌性能，抑菌率均超過90%，A3、A6對大腸埃希菌的抑菌率超過70%，符合國家標準中關(guān)于紡織品具有抗菌效果的評價，整體抗菌效果與緯紗中蜂窩抗菌滌綸纖維含量呈正相關(guān)關(guān)系。

3.3 熱傳遞性能分析

服裝面料的熱傳遞主要是攜帶著皮表熱量的熱蒸汽經(jīng)織物間的孔隙向外界空氣擴散從而產(chǎn)生

熱對流，一般在熱流交換中往往也伴隨著熱接觸傳導及熱輻射［11］。由圖4可知，紗線的原料組成是織物熱傳遞性能的重要影響因素，1#緯紗織物熱阻最大，2#略大于3#，織物熱阻隨著緯紗中天絲含量增加而減小，這是由于天絲短纖為再生纖維素纖維，其導熱系數(shù)為0.18，遠大于普通滌綸纖維。而4#紗線中蜂窩玉石滌綸纖維由于含有礦物母粒成分，其織物熱阻最小，導熱性能最佳。同種緯紗織物中，5枚3飛緯緞導熱性能最佳。由圖5可見，隨織物緯密由小變大，其熱阻呈先減后增的趨勢。當織物密度較小時，紗線間空隙較大，皮膚表面的熱量可以以熱蒸汽的形式由這些空隙同外部大氣對流傳導。隨著緯密增大，紗線空隙間發(fā)生的熱對流相對減小，但單位面積織物內(nèi)紗線根數(shù)增加，織物與皮膚的接觸面積增大，皮膚的熱量直接在織物平面內(nèi)擴散的接觸傳導效應也隨之增強。當緯密增大到一定程度時，紗線間空隙更小、硬挺度增加，織物和皮膚間有更多的靜止空氣，織物的熱對流和熱接觸傳導相應減弱［12］。

4 織物綜合評價

考慮到開發(fā)的織物為濕熱條件下具有舒適功能的服裝面料并對其多種功能性指標進行了測試，為全面考量各項功能并篩選出綜合性能最佳的試樣，采用模糊綜合評價的方式對兩個系列試樣各項測試結(jié)果進行處理和綜合分析。因織物抗菌效果與緯紗中抗菌纖維含量成正比，暫不將抗

菌指標納入評價因素，另織物芯吸高度指標取經(jīng)緯向中較大者。本文以B系列織物為例進行分析，確定最佳工藝參數(shù)。

4.1 建立評價對象因素集與評判集

令因素集U={吸水率，芯吸高度，透濕率，水分蒸發(fā)速率，熱阻}={u1，u2，u3，u4，u5}；以B系列5個試樣為評判集V，即V={B1，B2，B3，B4，B5}。

4.2 建立模糊綜合評價變換矩陣

由于各性能指標的量化標準不同，需先對各測試數(shù)據(jù)進行標準化處理，其中吸水率、芯吸高度、透濕率、水分蒸發(fā)速率4項指標數(shù)值越大代表對應的性能越佳，按式（1）進行標準化處理；熱阻值越小代表對應性能越佳，按式（2）進行標準化處理。其中，uij代表第j個試樣的第i項評價因素測試數(shù)值。

4.3 確定權(quán)重系數(shù)

通過查閱評價服裝面料舒適性相關(guān)文獻及對紡織專業(yè)老師和研究生關(guān)于濕熱條件下服裝面料各項性能重要程度的問卷調(diào)研，將上述五個指標按重要程度排序并計算得出權(quán)重系數(shù)矩陣B={0.15，0.25，0.15，0.2，0.25}，即吸水率權(quán)重系數(shù)為0.15，芯吸高度權(quán)重系數(shù)為0.25，透濕率權(quán)重系數(shù)為0.15，水分蒸發(fā)速率權(quán)重系數(shù)為0.2，熱阻權(quán)重系數(shù)為0.25。

4.4 構(gòu)建綜合評價矩陣

將上述綜合評判變換矩陣R與權(quán)重系數(shù)矩陣B按式（3）作模糊變換，得模糊綜合評價矩陣C：

C=B·R（3）

經(jīng)計算得C={0.412，0549，0817，0.401，0.225}。當綜合評價數(shù)值越大，試樣綜合性能越佳，可知B系列試樣中B3為最佳，即當組織和紗線原料一定時，緯密為46根/cm時織物綜合性能最好。由于2#緯紗織物對于金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌的抑制作用均超過國標規(guī)定的70%，故綜合織物性能和生產(chǎn)成本來看同理可得A系列試樣中A5為最佳。

5 結(jié) 論

本文開發(fā)了一種具有熱濕舒適性的服裝面料，以桑蠶絲為經(jīng)紗，以蜂窩抗菌滌綸纖維、天絲與蜂窩抗紫外滌綸纖維或蜂窩玉石滌綸纖維混紡為緯紗，通過改變緯紗原料、織物組織及緯密共設(shè)計并試織了兩個系列共16種織物。通過對織物各項性能測試得出結(jié)論如下：

a）當緯紗中含有天絲纖維成分時，各吸濕速干指標數(shù)值隨緯紗原料變化而略有變化，但吸濕速干性能較好。同種緯紗織物的吸水率、芯吸高度、透濕率及水分蒸發(fā)速率由大到小依次為：16枚加強緯緞、8枚3飛緯緞、5枚3飛緯緞，可見其吸濕速干性能與織物組織變化有關(guān)。當緯紗原料種類與織物組織一定時，隨織物緯密增加，其吸濕速干性能整體呈下降趨勢。

b）在其他條件保持一致情況下，織物對于金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌的抑制作用同緯紗中蜂窩抗菌滌綸纖維的含量呈明顯正相關(guān)關(guān)系。試樣對于金黃色葡萄球菌抑制率均超過90%，對于大腸埃希菌具有顯著的抗菌作用，總體上對于金黃色葡萄球菌的抑制效果優(yōu)于大腸埃希菌。

c）織物的熱傳遞性能總體隨著緯紗中天絲含量增加而增強，1#緯紗織物熱阻最大，2#略大于3#，4#緯紗中由于含蜂窩玉石滌綸纖維，其織物熱傳遞性能最佳；同種緯紗織物中，5枚3飛緯緞熱傳遞性能最佳。當其他條件不變時，織物的熱傳遞性能在一定范圍內(nèi)隨緯密增大而變優(yōu)，當緯密增大到一定程度時，織物熱傳遞性能減弱。

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Performance of antibacterial clothing fabric with the composite functions of thermal-moisture comfort

LIU Xiaohan， WANG Yuxuan， XIE Wen， ZHANG Hongxia

Abstract： In recent years， multi-functional composite healthy and comfortable fabrics are the development direction of current fabrics. Under the high temperature in summer， the human body will produce a lot of sweat after exercise. As a product in direct contact with the human body， clothing is easy to attach to the skin surface and form a high temperature and humidity climate environment with it， and produce sticky， stuffy and airtight feeling. And because of the porous structure and large specific surface area， it is easy to absorb sweat and a large amount of oil secreted by human metabolism， providing a good environment for the attachment and reproduction of bacteria and other microorganisms. The pungent odor and indirect transmission produced in the process of reproduction are also important sources and transmission routes of diseases， thus bringing hidden dangers to human health. In summer activities and work， a long time of humid and sultry environment will make the skin more prone to allergy and other inflammatory reactions and accelerate skin aging. The development of multi-functional composite fabrics with moisture absorption and quick drying， antibacterial and thermal comfort has a certain market prospect.

At present， the thermal-moisture comfort function of fabric is relatively simple， and there is little research on the multifunctional composite of fabrics realized by functional fiber mixing. The fabric modification for the hot and humid environment is mainly for the improvement of the functions such as moisture absorption and quick drying， antibacterial property and heat transfer. To develop healthy and comfortable clothing fabrics under humid and hot conditions， a total of 16 types of fabrics， including A and B series， were woven with mulberry silk as warp and a blend of honeycomb antibacterial polyester fibers， tencel， honeycomb UV resistant polyester fibers， and honeycomb jade polyester fibers as weft. By testing the performance of moisture absorption， quick drying， antibacterial property and heat transfer， the heat and humidity comfort was evaluated by fuzzy comprehensive analysis. The results show that the moisture absorption and quick drying properties of the yarn is related to its type， weave and density. The inhibitory effect of fabric on S.aureus and E.coli is positively correlated with the content of cellular antibacterial polyester fiber in latitude yarn， and the inhibitory effect of S.aureus is better than that of E.coli. The thermal resistance of fabric decreases with the increase of tencel content in yarn， and the heat transfer performance of fabric is best when honeycomb jade polyester fiber is contained. The results of fuzzy comprehensive analysis indicate that in the A series， the fabric woven with tencel/honeycomb antibacterial polyester fiber/honeycomb ultraviolet resistant polyester fiber （30/60/10） as weft and 16 reinforced weft satin has the best comprehensive performance; the comprehensive performance of the fabric in the B series is the best when the weft density is 46 roots/cm.

We explore the influence of fiber content ratio， fabric weave and fabric weft on the antibacterial， thermal-moisture comfort of the blended yarn， and the research results can provide reference for the design and development of multi-functional fabrics， contribute to the development of composite functional fabrics with better comprehensive performance， and promote the development of clothing fabrics in a more high-grade， more accurate and more scientific direction.

Keywords： thermal-moisture comfort; functional fabric; blended yarn; antibacterial; moisture absorption and quick drying; fabric weave

收稿日期：2023-08-21 網(wǎng)絡(luò)出版日期：2023-10-19

基金項目：企業(yè)橫向合作項目（2022）

作者簡介：劉曉涵（1999—），女，山西太原人，碩士研究生，主要從事功能性紡織品及紡織產(chǎn)品設(shè)計方面的研究。

通信作者：張紅霞，E-mail：hongxiazhang8@126.com