吸濕速干材料的研究進展

摘 要：為研發更符合市場需求的吸濕速干材料并拓寬其應用領域，詳述了吸濕速干材料的吸濕速干機理及對應模型，并介紹了市場上常見的和新出現的吸濕速干纖維，闡述了吸濕速干纖維處理工序，分析了近幾年的吸濕速干機織物、針織物和非織造材料的研究成果和發展現狀，以及常見的吸濕速干材料的后整理技術。最后討論了目前吸濕速干材料的發展潛力，針對當前吸濕速干纖維和材料各方面的局限性，提出了可能的解決方案。

關鍵詞：吸濕速干材料；吸濕速干機理；非織造材料；吸濕速干纖維；吸濕速干后整理

中圖分類號：TH145.2；TS17 文獻標志碼：A 文章編號：1009-265X（2024）04-0114-11

吸濕速干材料是指在接觸一定量液體的情況下可以迅速吸收液體，并且能夠將液體傳導至材料表面并快速揮發的材料。由于其吸濕速干性能，作為服裝面料可使人體穿著后保持干爽舒適狀態［1］。20世紀80年代，美國杜邦公司發明并生產了COOLMAX吸濕速干面料，隨后國內外吸濕速干材料相關研究快速發展，其代表性面料主要有國外的GORE-TEX面料、MONY-DRY面料、ACTIVENT面料，國產有探路者公司開發的耐低溫透濕TIEF PRO系列面料等。吸濕速干材料因其優越的吸濕能力和速干性，廣泛應用于戶外運動市場，國家發展和改革委員會等八個部門共同印發的《戶外運動產業發展規劃（2022—2025年）》中預計，到2025年戶外運動產業總規模將超過3萬億元人民幣，市場潛力巨大。

本文從吸濕速干機理、吸濕速干纖維、現有吸濕速干材料及吸濕速干材料的后整理技術4個方面進行了綜述和分析，可為研發更好地滿足市場需求的吸濕速干材料提供理論依據和相關產品開發參考。

1 吸濕速干的機理與實現模型

吸濕速干材料的吸濕速干理論主要有：毛細流動理論、擴散理論以及蒸發冷凝理論。1907年，Buckingham［2］提出了毛細流動理論，通過類比電勢與熱勢提出了毛細管勢能，闡明了非飽和毛細管滲透現象的機理。1921年，Lewis［3］提出了擴散理論，材料與外界接觸面有一個由水蒸氣飽和度形成的平衡狀態，只有當材料內部的水分擴散到表面時，才能使材料表面的水分突破平衡狀態開始蒸發。后來該理論成為水蒸氣傳輸的主要原理，研究人員以此為基礎進行相應研究。1943年，Edlefsen等［4］在毛細流動理論的基礎上，研究發現水傳輸與水化學勢能梯度成正比。1952年，Gurr等［5］研究得出，當系統受到溫度梯度影響時，即使在相對較高的孔隙飽和度下，水分遷移也完全發生在氣相（孔隙中），即蒸發冷凝理論成立。基于上述3個理論，可以通過差動毛細效應、梯度潤濕結構以及仿生蒸騰效應來實現材料的吸濕速干性能。

1.1 差動毛細效應

利用差動毛細效應設計材料時，一般從材料的內層到外層所用的纖維原料是不同的，纖維形成的毛細管從內層到外層也呈由粗到細的變化，則毛細管芯吸作用隨著毛細管半徑減小而逐漸增大，材料的內外層界面就會逐步產生附加壓力差，毛細管曲面的附加壓力作用及液體表面的張力作用會引導液體自動從內層傳流到外層［6］，使材料獲得吸濕速干的功能。

姚穆等［7-8］系統地建立了濕傳導理論研究模型，推導出標準狀態下液體在纖維毛細管中的凝結、蒸發以及輸送的過程，給出了織物透濕過程中水蒸氣在人體與織物間的擴散蒸發、在織物毛細管的凝結蒸發及液態水在毛細管的輸送等過程的理論方程；同時通過對織物吸濕、保水、蒸發等性能的實驗，得到了吸濕速干材料的基本要求以及纖維選擇和材料結構的設計原則；并得出結論，認為增大材料內外層的差動毛細效應和材料表面的凹凸結構是提高材料吸濕速干性能的途徑之一。

王發明［9］構建了平行圓柱孔和圓球堆積兩種模型，通過推導發現在兩種模型中纖維的差動毛細效應作用效果取決于纖維的半徑、毛細孔的長度和纖維的當量半徑。王其等［10］對形成差動毛細效應的條件進行研究，并建立了高導濕結構模型，從理論上分析得出，材料外層的纖維及紗線相對于內層更細、紗線捻度和伸長量更大、密度更小，均有利于使差動毛細效應出現或獲得增強，進而提高材料的吸濕速干性能。張艷［11］在單根毛細管垂直芯吸效應模型的基礎上建立異形纖維束模型，推導得出了芯吸高度、芯吸速率等計算公式。

1.2 潤濕梯度結構

利用材料內外層纖維親疏水性的不同可以設計材料的潤濕梯度結構，這種結構可以使水分從疏水內層穿透到親水外層的突破壓力遠低于相反方向，因而在疏水內層對水分的排斥作用驅動下，兩側之間形成驅動力，在不施加外力的條件下水分可以向外定向傳遞，反向則沒法實現［12］。

王濤［13］采用分子模擬方法，系統研究了水滴在固體表面的潤濕及運移現象，發現當水滴放置在潤濕梯度表面上時，水滴的運動包括鋪展和收縮兩個過程，最終使其可以自發地由疏水端運移到親水端，這就是利用了材料的潤濕梯度結構來實現吸濕速干性能。

1.3 仿生蒸騰效應

模擬植物葉片的蒸發張力，如在潤濕作用下，植物葉片垂直方向上毛細管半徑逐漸減小，水平方向上毛細管數量逐漸增加，分層多孔結構就會很明顯，可以設計多層結構的纖維材料，利用材料內層和外層的潤濕性差異產生的壓力差來實現其吸濕速干性能，這就是材料的仿生蒸騰效應［14］。利用仿生蒸騰效應和差動毛細效應相結合，材料的疏水內層可以汲取液體，通過纖維間毛細孔將水分快速傳遞到親水外層，同時水分在材料外層擴散，增大與空氣接觸面積，最終快速蒸發到外界，從而為人體營造舒適的穿著環境。

基于仿生蒸騰效應，Woo等［15］進行了非織造材料水分蒸發過程下材料含潮率變化的試驗，并建立了對應的數學模型。Fohr等［16］建立了一個濕熱傳導模型分析了纖維的親/疏水改性、液體的吸附和解吸、自由水的冷凝和蒸發、水的擴散（包括液體水、水蒸氣和吸附水）對濕熱傳導的影響。Fan等［17］用數學模型分析了材料內氣態水的相變和液體的流動對耦合濕熱傳導的影響，該模型考慮了水蒸氣分壓引起的水分運動、冷凝區的超飽和狀態、纖維材料的動態吸濕以及液體冷凝后的運動。

2 吸濕速干纖維

為提升材料的吸濕性和速干性，可以通過選擇異形截面纖維或細旦纖維為原料來實現。異形截面纖維可以改變纖維橫截面形狀和內部結構，提升纖維比表面積，擴大液體的蒸發面積，導致材料的吸濕速干性能顯著提升，這種異形截面的纖維可以通過改變噴絲孔形狀、在紡絲過程加入功能性材料進行表面刻蝕、接枝共聚等方法實現。細旦纖維的比表面積相對于普通纖維顯著增大，制備的材料能形成微細的凹凸結構，相當于增加了無數個毛細管，毛細效應和水分傳遞作用隨之增強，材料的透氣性和吸濕速干性能也有一定提高，細旦纖維可以通過雙組分紡絲、改善紡絲牽伸工藝等方法得到。

目前在吸濕速干材料中應用較多的是異形截面纖維，包含天然纖維和化學纖維。

2.1 天然纖維

天然纖維如棉、毛、絲等，因親水基團的作用可以直接吸收水分，具有良好的吸濕性；此外，還可以通過化學改性對天然纖維進行處理，如Abidi等［18］采用NVD制備超親水/疏油棉材料，首先用三甲基鋁/水納米顆粒對棉纖維表面進行粗化，然后用三氯硅烷功能化，以獲得吸濕速干的性能。

而亞麻纖維、竹原纖維等因結構粗糙，橫截面可見具有多孔空腔，邊緣有裂紋等微細結構，所表現的芯吸作用能使其獲得良好的吸濕、透氣和導濕性，但纖維均勻性差、卷曲度低，在短纖維傳統織物中應用較少［19-20］。

2.2 化學纖維

用于吸濕速干材料的常見化學纖維包括聚酯（PET）纖維、聚酰胺（PA）纖維和復合纖維等。

聚酯纖維常見的有杜邦公司的COOLMAX系列異形聚酯纖維，包括同時提供濕氣管理和吸濕速干性的帶縱向轉曲和細小微孔的螺旋槳形截面纖維；具有速干性和保暖功能的中空（“O”形）、“C”形、“Y”形截面的混纖絲；具有優越的吸濕速干性的十字、六葉或扇貝形截面纖維。還有海鹽海利環保纖維有限公司的三葉形再生聚酯纖維、上海德福倫新材料科技有限公司的十字形截面抗菌導濕聚酯纖維、臺灣中興紡織集團的多微孔異形截面Sofemax聚酯纖維、日本帝人集團的Sweatsensor多微孔四葉形截面聚酯纖維、浙江聚興化纖有限公司的環保型“W”型聚酯纖維、韓國曉星公司的“苜蓿草”四葉子形截面Aerocool聚酯纖維等等。

聚酯纖維還可以通過引入親水基團得到具有吸濕速干性的纖維，如中國石化儀征化纖有限責任公司的聚酰胺酯型儀綸纖維、蘇州金輝纖維新材料有限公司的“蕊棉”等，水分被親水基團吸附后從纖維內的空腔及纖維間的孔隙通過并傳輸至外界，實現毛細效應水分傳遞。

聚酰胺纖維常見的有長樂力恒錦綸科技有限公司的微細溝槽異形截面Coolnylon聚酰胺6纖維、北京大學科研開發部的凝水功能六芒星形聚酰胺6纖維、義烏華鼎錦綸股份有限公司的扁形溝槽涼感高芯吸能力聚酰胺纖維。

除單一纖維外還有一些復合纖維，如日本尤尼吉可集團的Hygra纖維，是用聚酰胺包覆親水性聚合物的皮芯型纖維，具有3500%的吸水能力；可樂麗株式會社的Sophista為乙烯-乙烯醇共聚物和聚酯制成的皮芯型纖維，能夠快速吸收液體，具有優異的吸濕速干能力和服用舒適性；浙江恒勝消防設備有限公司開發的共混包粘-熔融紡絲法制備的CaCO3/PP復合纖維，極大提升了PP纖維的吸水性和斷裂強度；南通華盛新材料股份有限公司的聚乳酸（PLA）/PET并列復合纖維，具有一定的可生物降解能力和良好的吸濕速干性能。

3 吸濕速干測試標準

中國現行吸濕速干測試標準包括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》和GB/T 21655.2—2019《紡織品 吸濕速干性的評定第2部分：動態水分傳遞法》，其他國家及標準組織現有吸濕速干相關性能測試標準包括ISO 17617—2014 Textiles-Determination of moisture drying rate、AATCC 195—2009 Liquid Moisture Management Properties of Textile Fabrics、JIS-L 1096—1999《一般織物試験方法》等。

各標準主要包括的性能指標為：a）吸水率，即試樣在水中完全浸潤后取出織物至無滴水時，所吸取的水分占試樣原始質量的百分率；b）滴水擴散時間，即將水滴在試樣上，從水滴接觸試樣至完全擴散并滲透至織物內所需要的時間；c）芯吸高度，用于衡量實驗材料的毛細效應，即垂直懸掛的材料一段被水浸濕時，水通過毛細管作用，在一定時間內沿材料上升的高度；d）干燥速率，即單位時間內試樣中水分的蒸發量。此外，接觸角、抗靜水壓能力、透濕量和單向傳遞指數等性能指標也可以用于輔助判斷吸濕速干材料功能的優劣。

以中國現行標準為例，吸濕速干性性能指標分級如表1。

鄭園園［21］研究發現實驗試樣的尺寸和形狀對結果的影響在8%之內，因此當成品取樣困難時，可以考慮材料取樣時對尺寸和形狀適當做出改變以達到質量把控的目的。姜遜等［22］發現測試材料蒸發速率的過程中，一方面難以精準控制標準要求的每5 min稱重一次，另一方面稱重時會出現材料水分轉移到載物器皿上的問題，難免造成誤差，因此廣州纖維產品檢測研究院研發出一套蒸發速率的自動化檢測儀器來代替人工，提高了檢測精確度。

4 吸濕速干材料

使用不同的纖維原料，可以通過機織、針織或非織造等加工技術來制備不同的吸濕速干材料，具體的材料結構設計及應用到的吸濕速干機理如下。

4.1 機織物

單層機織物主要通過纖維配置和組織結構等相結合實現其吸濕速干性能。纖維配置上采用不同親水性的經、緯紗進行配置，織物正反面交織點設計不同，在織物兩側形成面積不同的親水區域實現單層機織物的吸濕快干；組織結構上利用厚度方向上的潤濕梯度變化實現織物的吸濕快干。但單層機織物結構設計種類較少較為局限，所能實現的吸濕速干性能稍遜于雙層多層機織物。［23］

雙層、多層機織物可以通過纖維配制、織物組織結構選擇、內外層紗線線密度設計、經緯密度設計以及織物厚度設計等多種技術組合進行工藝設計，以滿足內外層孔隙不同的潤濕梯度結構要求，來制備吸濕速干織物。

鄔淑芳等［24］選用親水萊賽爾紗線為表緯，疏水萊賽爾紗線為里緯和經紗，設計了緯二重組織吸濕速干機織物；用兩種紗線分別交織設計了接結雙層組織的吸濕速干機織物。研究發現兩種機織物由于外層親水和內層拒水的結構，使內外層之間形成了潤濕梯度結構，從而實現了吸濕速干性，但緯二重組織親疏水性差異較弱，單向導濕能力下降。除紗線選擇與組織設計外，經緯密的大小也會對吸濕速干性及服用性能產生影響。

陶鳳儀等［25］選用粘膠纖維和蜂窩微孔聚酯纖維為原料，通過改變纖維原料在織物厚度方向上的排列方式，使織物內外兩層呈現不同的吸濕效果；因為水分在織物中傳遞和吸濕擴散具有選擇性和方向性，疏水內層作為貼膚面在潤濕梯度效應下能單向將人體汗液排出，且能隔絕外界水分。

4.2 針織物

針織物和機織物一樣分為單層、雙層和多層針織物，吸濕速干性能的實現方法也基本相近。

廖師琴［26］基于仿生學原理，利用雙面集圈組織形成一點多分支的結構，開發了一款仿生樹形吸濕速干針織面料。在厚度相近時，芯吸能力主要取決于織物正反面線圈數量比例、表面網眼的數量、大小和分布等。

王玥等［27］采用綠色環保的天絲和再生滌綸，設計了加速氣液通過的新型三維導濕結構雙面針織物，有效減小了織物與皮膚的接觸緊度，保證吸濕速干性能的同時提升了織物的輕薄感和舒適性。賀建國等［28］ 開發了一款舒適輕薄的吸濕速干針織面料，該面料以聚對苯二甲酸丁二酯長絲和Cooldry長絲為原料，通過兩種長絲與十字截面纖維的組合和浮點型結構設計實現了優異的吸濕速干性能，并能在濕態下保持彈性。尹昂等［29］對比多種經編結構織物得出，外層采用經絨組織、內層采用編鏈組織且紗線墊紗成圈織針數越少的結構，越有利于增強材料的單向導濕性能，在此基礎上為了增強水分的傳導擴散能力，還可以選用多孔眼的結構來輔助實現。

金雪等［30］采用吸濕速干防紫外線功能性滌綸與錦滌復合導電絲交織，在24針的雙面圓緯機上，開發出速干、防紫外線、抗靜電的多功能鳥眼結構雙面針織面料。楊世濱等［31］采用細旦再生聚酯纖維和異形截面再生聚酯纖維，通過面料組織結構的設計、紗線的合理配置、織造工藝的優化選擇以及染料助劑、染整工序和工藝的優化選擇，制備出適合春夏服裝的吸濕速干針織材料。

黃旭等［32］使用防水低溫等離子體處理后的親水性差別化羊毛，將不同親水性的羊毛與水溶性維綸混紡的紗線做雙面組織面料的面紗、連接紗和底紗，實現材料的潤濕梯度結構，通過維綸的水解實現材料自內而外間隙梯度變小，提高材料的單向導濕能力，具備了吸濕速干性。

4.3 非織造材料

非織造材料方面，使用傳統非織造工藝，如針刺、水刺、熱風等來直接制備具有吸濕速干性能的材料較為少見，近年來更常見的是使用靜電紡絲法制備以納米纖維膜為主體的吸濕速干非織造材料。

Song等［33］通過水刺技術制備了具有潤濕梯度結構的非織造材料，這種材料由疏水性殼聚糖纖維和親水性粘膠纖維組成，如圖1所示。即使當90%的纖維是疏水性的，且疏水層厚度超過1.6 mm時，該材料仍然可以完成各向異性的水滲透，且在300次磨損循環后仍能保持良好的耐磨性和各向異性水滲透能力。同時，該復合非織造材料對環境友好，適合大規模生產，可應用于醫療保健領域。

Zhen等［34］通過針刺和熱風固網技術相結合，開發了具有潤濕梯度結構的PLA/VIS復合織物，如圖2所示。這種織物通過層壓5層不同質量比的PLA/VIS纖網，獲得了潤濕梯度結構，并且在烘箱中使用多孔框架獲得了孔隙率為90%～96%的蓬松結構。因此，當潤濕梯度指數值從0增加到1.5時，單向傳輸指數值從77.8%增加到165.6%。

Tang等［35］通過整合一種超親水MXene/殼聚糖改性聚氨酯（PU）納米纖維膜和一層具有串珠狀結構的超薄疏水性PU/ 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）層，制備了一種具有潤濕梯度結構的納米纖維膜，如圖3所示。該納米纖維膜除了具備優異的吸濕速干性能外，還因具備光熱轉換性、耐磨損、可清洗等優點，適用于智能可穿戴設備。

Babar等［36］通過靜電紡絲制備了具有吸濕速干性能的膜，該膜由商用聚酯非織造材料（CNW）作為疏水層，將含銀聚酰胺（PA-Ag）紡絲溶液通過靜電紡絲噴覆在CNW上形成親水納米纖維膜層，如圖4所示。納米銀顆粒的引入不僅創建了親疏水層的互聯網絡，還增強了聚酰胺納米纖維層的潤濕性，最終獲得具有不同孔徑的潤濕梯度結構的CNW/PA-Ag膜，吸濕性達到1253%。

Miao等［37］通過靜電紡絲技術制備了3層納米纖維膜，其中，如圖5中聚丙烯腈（PAN）溶液加入二氧化硅顆粒（SO2）后通過靜電紡絲和堿處理得到HPAN納米纖維膜作為外層，疏水性PU膜作為內層，水解PU-PAN納米纖維膜作為轉移層。轉移層賦予膜潤濕梯度結構，從而引導水從內層滲透到外層，并防止反向滲透。所得膜具有16.1 cm H2O的穿透壓力和1021%的吸濕性。

根據仿生蒸騰作用，Mao等［14］制備了一種樹狀結構的芯紗，棉纖維作為芯，靜電紡聚己內酯（PCL）納米纖維作為皮層，如圖6所示。由于纖維尺寸差異產生的毛細管壓差可以實現水分在棉纖維和靜電紡PCL納米纖維之間的快速轉移，使得該芯紗制備的材料具備了1034.5%的高吸濕性。

Zhao等［38］基于仿生學原理，結合靜電紡絲技術，開發了一種由殼聚糖和聚乙烯醇（CTS-PVA）作親水外層，蜂膠和聚己內酯（PRO-PCL）作疏水內層的復合納米敷料，能有效抗菌，將人體表面多余的各類生物流體導向外層，同時該材料具有良好的抗氧化性能和有效止血的能力，是吸濕速干醫用敷料的理想材料。

5 吸濕速干材料的后整理

通過等離子體處理、光化學改性、靜電噴涂、激光加工等多種后整理方法，可以對材料表面進行改性，使材料獲得親疏水性，從而改變潤濕梯度結構，最終具備吸濕速干性能。

5.1 等離子體

等離子體后整理是一種新發展的技術，其作用原理是在不影響纖維內部成分的情況下，改變織物的潤濕性。通過使用等離子體處理在親水織物上沉積低表面能材料，已經制備了不同類型的Janus織物，主要應用的低表面能材料包括六甲基二硅烷（HMDSO）和含氟聚合物等［39-40］。

Lao等［41］通過在疏水基底上創建梯度潤濕性通道，制備了“類皮膚”織物，如圖7所示。通過將1H、1H、2H、2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）/二氧化鈦（TiO2）納米顆粒涂覆到棉織物上，然后將等離子處理過的仿汗腺打孔膜覆蓋在棉織物上，以創建多孔親水性通道，制備超疏水織物。超疏水基底上的梯度潤濕結構用于賦予織物定向水轉移和拒水性。

Pu等［42］通過在棉質非織造材料表面等離子體沉積六甲基二硅氧烷（HMDSO）制備了Janus織物。由HMDSO低表面能材料處理后的材料表面表現出接觸角為0°的親水性，未處理面接觸角則為150°。這種不對稱的潤濕性使非織造材料具有定向水傳輸性能、良好的水蒸氣傳輸率和高透氣性。

5.2 光化學改性

光化學改性是指在太陽光或紫外線照射下，材料表面發生氧化、交聯、化學鍵斷裂等變化來進一步提高材料表面的潤濕性。在紫外光照射下，光響應材料 TiO2 可以改變織物的潤濕狀態。Wang 等［43］用浸漬涂布技術將 TiO2和雜化 SiO2溶液涂覆于滌綸織物表面，在織物表面就形成了一層薄型涂層，測得接觸角為 170°，顯示出超疏水性。隨后將改性后得到的超疏水織物的一側暴露在多波長紫外線光束中，使受到輻照的一側表現出親水性，形成不對稱潤濕性。紫外線照射 60 min后，改性后的滌綸材料將水從親水側傳遞到疏水側至少需要 18 cm H2O 的穿透壓力，而同一材料將水從疏水側傳遞到親水側只需要 2 cm H2O 的壓力，這表明了改性后的材料具有理想的單向輸水能力。

5.3 靜電噴涂

靜電噴涂，即在高電勢下從管中噴出帶電的涂料微粒，并使其沿著電場相反的方向定向運動，最終吸附在材料表面的一種噴涂方法。涂料微粒的大小和所帶電荷可以通過改變高壓靜電場的電壓和流速來控制，因此靜電噴涂可以控制涂層厚度，從而調節疏水層的厚度來改變材料的吸濕速干性能。目前，部分吸濕速干材料是通過在親水材料上靜電噴涂含氟聚合物或硅氧烷低表面能材料制成的 ［25，40］。

Wang等［44］通過兩步靜電噴涂方法制備了吸濕速干材料，首先在棉織物上雙面靜電噴涂丙烯酸全氟烷基酯涂層，然后再單面按一定圖案靜電噴涂超疏水材料。與無圖案定向輸水材料相比，有超疏水圖案的材料具有1.89倍的累積單向傳遞能力指數。Wang等［45］通過在親水性棉織物上電噴射一薄層疏水性聚偏二氟乙烯-六氟丙烯/氟化硅基烷來制備吸濕速干材料，當疏水層厚度在9.0～23.9 μm范圍內時，材料表現出單向水傳輸性能，這證明親水層的孔徑對吸濕性能有關鍵影響，較小的孔徑顯示出較大的吸濕性。

5.4 激光加工

激光加工作為一種新技術，因其精確、靈活、高效和環保等特性，在表面微納米制造中引起了廣泛關注［46］。表面微/納米結構影響材料的表面潤濕性，因此，激光加工被廣泛應用于制備各種表面潤濕性材料，包括超親水性和超疏水性材料［47］。

近年來，潤濕梯度表面材料的研究引起了廣大科研人員的重視，其中通過具有低能表面改性的激光方法實現水的定向轉移技術備受關注［48］。例如，Dai等［49］受鳥喙中的定向水輸送的啟發，制備了一種疏水/超親水PET/硝化纖維（NC）紡織材料，該材料具有不對稱錐形微孔陣列，用于通過激光穿孔和隨后的等離子體改性進行定向液體輸送。過量的液體可以通過毛細管力驅動的不對稱錐形微孔從內層有效地轉移到外層，以保持皮膚干燥和涼爽。PET/NC織物顯示出1246%的高吸濕性，并保持人體溫度不受外界影響。Yang等［50］使用一步飛秒激光方法制造了親水/疏水材料，該方法處理后的表面顯示出微/納米結構和親水性，能快速將多余的液體從疏水層轉移到親水層，并表現出比傳統材料低2 ℃的降溫功能。

6 結論與展望

上述分析和研究表明，對于吸濕速干材料來說，纖維原料的選擇至關重要，不僅對材料吸濕速干機理有影響，而且對其成型加工方式和結構形成也有很大的影響；同時，材料的加工方式和結構設計也非常重要，最終影響材料的吸濕速干性能。

在纖維原料方面，應圍繞以下4個方面進一步展開研究：a）親水纖維吸水后發生潤脹，會減小纖維間的孔隙或對紗線的穩定性造成影響，從而導致不利于水分的傳輸與水蒸氣的蒸發，后續應該重點研究親水纖維的吸濕潤脹問題；b）吸濕速干材料對內、外層所用纖維的吸濕性和速干性要求不同，應重點研究纖維與水分子結合的作用力對材料單向導濕的影響，以及高溫等極端環境下內外層纖維對水分子的吸收、傳輸和蒸發是否發生變化；c）吸濕速干材料所應用的異形截面纖維溝槽的深度與數量對差動毛細效應的具體影響程度尚無研究結論，對實際應用的指導作用未見體現；d）隨著綠色可持續發展戰略的實施，纖維原料的開發應逐漸轉向綠色環保纖維，因此應進一步加大對可降解竹原纖維等原料在吸濕速干材料方面的應用研究。

在吸濕速干材料方面，應圍繞以下2個方面進一步展開研究：a）大多數吸濕速干材料由兩層組成，不同的層由不同的纖維制成，制備方法十分復雜，各層的厚度很難控制，僅限于在實驗室進行研究，應開發一些簡單、高效的方法來實現吸濕速干材料的低成本工業化生產；b）許多后整理方法需要使用化學整理劑到達疏水的表面效果，但整理劑可能會對人體不利或輕微污染環境，且在后續應用時不耐反復洗滌，因此需要不斷探索各類兼具綠色環保性能、良好機械性能和穩定高效的吸濕速干材料的后整理技術，將其與吸濕速干材料的制備更加緊密地結合在一起。

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Research progress in moisture-absorbing and quick-drying materials

ZHANG" Yuexuan，" LIU" Ya，" ZHUANG" Xupin，" QIU" Mengying

Abstract： "The market size of moisture-absorbing and quick-drying materials is increasing day by day. To develop moisture-absorbing and quick-drying materials that better meet market demand and expand their application fields， we analyzed moisture-absorbing and quick-drying materials from several aspects. Firstly， we made a detailed introduction to the mechanisms of moisture-absorbing and quick-drying materials， including differential capillary effect， wetting gradient structure， and biomimetic transpiration， and listed corresponding models developed in recent years. Then， we divided the common moisture-absorbing and quick-drying fibers in the market into natural fibers and chemical fibers， and stated the characteristics， advantages， disadvantages， and application scope of different fibers. Additionally， we listed the current moisture-absorbing and quick-drying standards of common countries and standard organizations， as well as the main performance grading of moisture-absorbing and quick-drying materials in China′s moisture-absorbing and quick-drying standards， and listed some problems in the standards and operational plans that can be implemented.

We divided moisture-absorbing and quick-drying materials into moisture-absorbing and quick-drying woven fabrics， knitted fabrics， and non-woven materials. We introduced the research achievements and development status of various materials in recent years， including： woven fabrics prepared by Tao Fengyi et al. by using viscose fibers and honeycomb microporous polyester fibers as raw materials， and changing the arrangement of fiber materials in the thickness direction of the fabric to present different moisture-absorbing effects on the inner and outer layers of the fabric. Wang Yue et al. used green and environmentally friendly Tencel and recycled polyester to design a new type of three-dimensional moisture conductive double-sided knitted fabric that accelerates the passage of gas and liquid， effectively reducing the contact tightness between the fabric and the skin， ensuring moisture absorbing and quick drying， and improving the lightness and comfort of the fabric. Finally， we summarized the existing problems and possible solutions of moisture absorption and rapid drying based on the post-processing technology. In terms of non-woven materials， in addition to arranging and combining various new environmentally friendly fibers with traditional non-woven processes such as water spunlace， needle punching， and hot air to obtain moisture-absorbing and quick-drying materials， there are various materials produced by electrospinning technology. For example， Song et al. prepared a non-woven material with a wetting gradient structure composed of hydrophobic chitosan fibers and hydrophilic adhesive fibers through water spunlace technology. When 90% of the fibers are hydrophobic and the hydrophobic layer exceeds a high thickness of 1.6 mm， the material can still achieve anisotropic water penetration and has high wear resistance and environmental friendliness.

We summarized and classified the moisture-absorbing and quick-drying finishing processes into plasma treatment， photochemical treatment， electrostatic spraying， and laser processing. By depositing low surface energy materials on hydrophilic fabrics， the material surface underwent oxidation， cross-linking， chemical bond breakage， etc. under sunlight or ultraviolet radiation. Under high potential， very fine droplets were sprayed from the tube to control the coating thickness. Laser processing was used to change the micro nano scale morphology and other finishing processes， which can accurately change the moisture-absorbing and quick-drying rate of the material.

Finally， we explored the development potential of current moisture-absorbing and quick-drying materials. In response to the current situation of moisture-absorbing and quick-drying fibers， we proposed three problems to be solved from the perspective of fibers and two problems to be solved from the perspective of materials， and provided possible solutions. There is no complete conclusion on the study of the interaction between fibers and water molecules， the influence of the depth and quantity of irregular cross-section fiber grooves used in moisture-absorbing and quick-drying materials on the differential capillary effect， and the application should shift towards the development of green and environmentally friendly fibers， as well as more research and development of natural fibers with high moisture-absorbing and quick-drying performance. In terms of materials， simple and effective methods should be developed to achieve low-cost industrial production of moisture-absorbing and quick-drying materials. In the meanwhile， various post-processing technologies that combine green environmental protection performance， good mechanical performance， and stable and efficient moisture-absorbing and quick-drying performance should be more closely combined with the preparation of moisture-absorbing and quick-drying materials.

Keywords： moisture-absorbing and quick-drying materials; moisture-absorbing and quick-drying mechanism; nonwovens; moisture-absorbing and quick-drying fiber; moisture-absorption and quick-drying after finishing

收稿日期：2023-08-09 網絡出版日期：2023-11-23

基金項目：國家自然科學基金項目（52273059）;天津科委項目（22JCYBJC01030）

作者簡介：張月萱（1999—），女，碩士研究生，主要從事水刺非織造材料方面的研究。

通信作者：劉 亞（1974—），E-mail：liuya8353@163.com