棉織物的組織結構對吸濕快干性能的影響

摘 要：為研究棉織物的組織結構對吸濕快干性能的影響，以40英支純棉紗為原料，緯向平均浮長為單一變量，設計并織造平紋、2/1緯重平、3/1緯重平、4/1緯重平織物；采用滴水擴散法和毛細效應測試表征織物的吸濕性和快干性。結果表明：在其他條件相同的情況下，棉織物的吸濕性從大到小的順序為3/1緯重平、2/1緯重平、平紋、4/1緯重平，快干性為3/1緯重平、2/1緯重平、4/1緯重平、平紋；隨著緯向平均浮長的增大，織物吸濕快干性能先提高后下降。該研究明確了織物結構對吸濕快干性能的影響，可為企業對吸濕快干面料進行結構設計提供參考。

關鍵詞：組織結構；吸濕快干；織物厚度；浮長線；芯吸

中圖分類號：TS102.5

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）07-0080-06

吸濕快干紡織品兼具優良的吸濕性和快速傳導排濕的性能，可以通過纖維改性［1］、紗線設計［2］，織物結構設計［3］、后整理［4］等方式提高其吸濕快干性能，隨著人們對服裝舒適性要求的不斷提高，吸濕快干紡織品的研究具有重要意義［5］。

鄭曉晴等［6］研究發現，織物組織結構對織物的熱濕舒適性有顯著影響。徐國平等［7］對混紡織物的吸濕快干性能進行研究，發現影響因素從大到小依次為：織物組織、織物緊度、混紡比、織物厚度。張紅霞等［8］研究發現織物規格中經緯密過高或過低、交織頻率過大或過小均不利于導濕性能的提高。張輝等［9］研究認為織物緊度與織物芯吸性能正相關。龍晶等［10］認為組織結構中麥粒組織相對于平紋組織和斜紋組織，吸濕快干性更強。汪月靈等［11］研究織物組織結構對機織物吸濕速干性能的影響發現，對干燥速率的影響從大到小依次為平紋、透孔、斜紋、緞紋、蜂巢，且織物越薄，干燥速率越大。

現有關于棉織物吸濕快干性能的影響因素研究主要考慮孔隙率、密度和緊度等，或對平紋、斜紋、緞紋等進行對比研究，但關于織物組織結構差異對吸濕快干性能影響的研究較少。為明確織物的組織結構對吸濕快干性能的影響，本文在其他條件相同的情況下，固定經向平均浮長線的長度，依次增大緯向平均浮長線，設計并織造平紋、2/1緯重平、3/1緯重平、4/1緯重平4種組織織物，探討棉織物組織結構中浮長線變化對織物吸濕和快干性能的影響。

1 實驗

1.1 實驗原料

純棉單紗（14.6 tex，80捻/10 cm，斷裂強力239 cN）。

1.2 儀器與設備

M-4B 電熱恒溫干燥箱（浙江力辰儀器科技有限公司），YG142織物厚度儀（寧波紡織儀器廠），SGA598半自動織機（江陰市通源紡機有限公司），YG371毛細管效應測試儀（寧波紡織儀器廠）。

1.3 實驗方法

整經，在SGA598半自動織機上制樣，控制經緯密均為240根/（10 cm），制樣完成后洗滌晾干，去除表面油脂和雜質，在溫度（21±1）℃，相對濕度（65±2）%條件下4 h平衡后，進行分析測試。

1.4 性能測試

織物厚度測試采用 YG142織物厚度儀（寧波紡織儀器廠），測試方法和標準參考 GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》。

織物經緯向芯吸高度測試采用YG371毛細管效應測試儀（寧波紡織儀器廠），測試方法參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》。

滴液擴散面積測試參考國家標準 GB/T 21655.1—2023《紡織品 吸濕速干性的評定" 第 1 部分：單項組合試驗法》中滴水擴散時間的測試方法，在調濕后的15 cm×15 cm織物中心，距離織物表面1 cm處，迅速滴定0.2 mL蒸餾水，1 min后采集織物圖像，計算蒸餾水在織物上的擴散面積。

速干性能測試參照GB/T 21655.1—2023，在0.2 mL水滴被完全吸入織物后，將試樣懸掛于溫度（21±1）℃，相對濕度（65±2）%條件下，風速小于2 m/s的環境下，每5 min稱取一次質量，繪制時間-累計蒸發量曲線，計算并繪制時間區間-累計蒸發量曲線。

2 結果與討論

2.1 織物厚度分析

以平紋為基礎梯度增加緯向浮長線，設計了4種不同結構的織物組織示意圖，如圖1所示。在SGA598半自動織機上完成制作上述4種織物，控制經緯密均為100根/（10 cm），實物圖及相關參數情況如圖2和表1所示。

14.6 tex純棉單紗直徑約為0.42 mm，表1中4種組織結構織物的經緯密均為100 根/（10 cm），紗線間間距平均值為0.68 mm。由表1可以看出：4種織物經向平均浮長均為1.0 mm，即緊密交織，厚度均小于0.50 mm，屬輕薄性織物；隨著緯向平均浮長的增加，織物厚度增加。這是因為緯重平組織相較于平紋組織，交織點少，紗線間力的作用弱，紗線受到的擠壓變形小，更能保持原有形態，使得織物厚度增大。

此外，4/1緯重平厚度遠大于前3種組織，這是由于4/1緯重平的緯紗浮長線更長，在緯紗浮長線內，純棉經紗緊密排列，紗線間力的作用使其易堆砌，實際制成的織物中，緯紗間距均勻，經紗有明顯的疏密間歇排列特征，緯紗浮長線內經紗緊密排列，交織點處經紗間距較大，從整體來看，4/1緯重平相對于平紋，經緯密不變，緊度不變，但織物內部存在明顯的緊度差異，織物紗線間空隙等效直徑或增大或減小，離散程度更大。如圖2和3所示，3/1緯重平的緯紗浮長線內，3根紗線排列依然接近水平，而4/1緯重平第4根紗線的加入，使得經紗集束造成表面凸起，屈曲波高增大，織物厚度顯著增加。

根據芯吸原理分析，相對于平紋，緯重平織物中浮長線的增加會減少毛細芯吸效應的阻力［12］，從而增強織物的芯吸性能。同時，緯紗浮長線的存在增加了織物中經緯紗間大空隙，這也有利于織物芯吸。值得注意的是，緯重平織物在增加經緯紗間大空隙的同時，減少了緯浮長線段內經紗間間距，這可能減弱織物的芯吸性能。

從織物快干性能的影響因素［13］看，定量的液態水在織物中的蒸發速率受其在織物上的鋪展面積影響，即與織物的芯吸性能有關。同時，織物厚度的增加會阻礙蒸餾水在織物橫向方向的鋪展，從而影響織物的快干性能。

2.2 織物吸濕性能分析

滴液擴散面積和織物經緯向30 min芯吸高度體現了液態水在織物中鋪展的難易程度。

液態水在織物毛細管中傳遞時的壓力可通過Yong-laplace公式計算：

P=2γLG·cosθ/r（1）

式中：P為芯吸壓力，γLG為液體表面張力，r為毛細管理論半徑，θ為潤濕角［14］。

由式（1）可知，毛細管半徑越小，附加壓力越大，有利于液態水的傳輸，但同時液態水流動阻力與毛細管半徑的四次方成反比，反而阻礙了液態水的傳輸，即毛細管半徑過大過小均不利于液態水在織物上的鋪展。平衡狀態時，P=2γLG·cosθ/r=ρgh，其中：ρ為液體密度，g為0.98 m/s2，h為液柱高度。測量0.2 mL蒸餾水潤濕4種織物后1 min的擴散面積，該指標可反映織物在定量液體滴入時的橫向導濕性能。實驗發現：平紋、2/1緯重平、3/1緯重平、4/1緯重平的織物上的滴液擴散面積分別為10.1、12.3、13.8、8.7 cm2，即擴散面積大小依次為3/1緯重平、2/1緯重平、平紋、4/1緯重平，液態水更容易在3/1緯重平織物上鋪展。整體來看，擴散面積隨緯向平均浮長線的增大而增大，這是由于緯重平組織中存在浮長線，織物結構疏松，紗線間孔隙等效直徑增加，液態水鋪展阻力小，因此4/1緯重平的擴散面積應最大。然而，這與實際測試結果并不符合，4/1緯重平的擴散面積卻最小，這是由于與其他織物相同經緯密的4/1緯重平，經紗的間歇密度排列和堆疊使其厚度最大，液態水在沿經向與緯向擴散的同時沿厚度方向傳導，并在紗線空隙內滯留，弱化了水平方向的鋪展作用，使得4/1緯重平在相同時間內，擴散表面積減少。因此，在定量液態水接觸織物時，3/1緯重平的導濕吸濕性最佳。

為探究織物經緯向芯吸性能差異，使用4種經向平均浮長線相同、緯向平均浮長線遞增的織物，參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》進行30 min織物芯吸高度測試。

從圖4可以看出4種織物經向芯吸高度差異在5%以內，這是由于4種織物經紗交織頻率相同，經紗在織物中的形態差異較小，經向芯吸高度相似；緯向芯吸高度先上升后下降，最大芯吸高度差異超過20%，平紋組織交織點次數最多，無浮長線存在，使水分傳輸通道狹窄，水分在單位時間傳輸距離縮短，從而表現出更弱的芯吸性能。芯吸高度伴隨緯向浮長線增加而上升是因為織物緯紗浮長線增大，緯向結構疏松，孔隙率大，液態水能更多地向緯紗方向傳輸，毛細芯吸效應更明顯。故4/1緯重平的緯向浮長線長度最長，液態水鋪展阻力最小，其芯吸高度應最大，但實際結果卻低于3/1緯重平，這是由于4/1緯重線浮長線過長，雖空隙平均等效直徑變大，但紗線自由程度更高，紗線間空隙的等效直徑離散程度大，減弱了織物該方向上的芯吸性能。

織物對液體的擴展取向度f：

f=hw-hjmax（hw，hw）（2）

式中：hw為緯向芯吸高度，hj為徑向芯吸高度，通過計算得到平紋擴展取向度為1.05，3/1緯重平為1.24，這表明3/1緯重平相對于平紋的結構差異使得織物導濕性能各向異性增加。

此外，雖然3/1緯重平1 min滴液擴散面積和30 min最大芯吸高度最大，但這僅表示3/1緯重平織物在水平方向的定量或非定量液體在織物經緯向上鋪展能力較強，本文試驗控制織物經緯密相同，此時4/1緯重平厚度較3/1緯重平增加26%，液體更容易在4/1緯重平厚度方向傳遞，即滴液擴散試驗中，4/1緯重平中的定量液體相較于3/1緯重織物擴散了更小的面積；芯吸高度試驗中，4/1緯重平緯向芯吸高度較3/1緯重平織物減小8.3%，但吸收液體的量可能大于3/1緯重平織，如果降低織物經緯密，使得織物厚度相同，4/1緯重平可能會表現出更強的芯吸效果。

2.3 織物快干性能分析

液態水在織物中是非線性傳播的，通過增大水分的蒸發面積，即增加液態水與空氣的接觸面積實現導濕快干，參照GB/T 21655.1—2023《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單項組合試驗法》中水分蒸發速率和蒸發時間的測試方法，在水滴完全被吸入織物后，將試樣懸于標準大氣環境中，每隔5 min稱取質量，根據織物質量變化情況，得到時間-蒸發量曲線并計算水分蒸發速率，結果如圖5、圖6所示。

由圖5可知，在液體被吸入織物的45 min內，任意時刻的水分累計蒸發量從大到小依次為：3/1緯重平、2/1緯重平、4/1緯重平、平紋，即3/1緯重平織物中水分更容易蒸發離開織物，3/1緯重平織物表現出更好的快干性能。

如圖6所示，在開始蒸發的一段時間內，4種織物中水分蒸發速率V3/1緯重平＞V2/1緯重平＞V平紋，即相對于平紋，緯重平中水分蒸發速率更大。這是由于緯重平組織緯紗方向上的浮長線處，結構疏松且存在大量空隙，使得液態水在織物中傳遞更容易，織物表面潤濕面積越大，液態水更容易蒸發。V4/1緯重平介于V2/1緯重平與V平紋之間，與平紋蒸發速率接近，這是由于織物的快干性與厚度相關，平紋、2/1緯重平、3/1緯重平的厚度均接近0.3 mm，差異在13%以內，而4/1緯重平相對于平紋增加了31%，這是經紗集束堆疊造成表面凸起，紗線間組成更小直徑更大的液體水通道，其中部分較小空隙直徑中液態水流動阻力大，較大空隙直徑使得芯吸壓力減小，均不利于液態水的傳遞；由表1和圖4可知，4/1緯重平芯吸高度雖大于平紋，即表現出更強的芯吸性能，但定量液態水在3/1緯重上的鋪展面積卻小于平紋，即液態水不易在水平方向鋪展，在紗線間較大空隙中聚集，降低了織物中水的比表面，阻礙了蒸發的進行，雖然4/1緯重平的平均浮長最長，但此時液態水在厚度方向的累積對蒸發速率的影響占主導因素，使其蒸發速率不增反降，該差異使得3/1緯重平織物的快干性能接近平紋。3/1緯重平織物40 min后蒸發速率下降最后的原因是織物逐漸進入平衡狀態，蒸發速率減小。

3 結論

本文選用40 s純棉單紗作為原料，采用相同經緯密，設計并織造了平紋、2/1緯重平、3/1緯重平、4/1緯重平4種組織織物，研究了織物組織結構差異對吸濕快干性能影響，結論如下：

a）吸濕性從強到弱依次為：3/1緯重平、2/1緯重平、平紋、4/1緯重平；快干性從強到弱依次為：3/1緯重平、2/1緯重平、4/1緯重平、平紋，織物的吸濕快干性與織物浮長線有關，隨緯向平均浮長線的增大，吸濕快干性能先增后減，增加的原因是浮長線增加，織物結構更為疏松，紗線間孔隙等效直徑增加，液態水鋪展阻力減小，減弱的原因是浮長線增加帶來的織物厚度增大。

b）織物的吸濕快干性能差異與織物組織結構有關，控制緯向平均浮長線為單一變量，隨緯向平均浮長線的增加，織物的經向芯吸性能變化不大，差異主要來源于緯向，其原因是緯向浮長線增加，結構疏松，空隙增多，水分更易傳遞。

c）在吸濕快干面料的設計中，可以通過增加平均浮長來提高織物的吸濕快干性，但浮長線過長會增加織物厚度，使得織物吸濕性、快干性均降低，在增大浮長線提高織物的吸濕快干性能的同時，還需控制織物的厚度。

參考文獻：

［1］翁雨晴，杜金梅，張璐璐，等.三甲氧基硅烷鏈長對棉織物吸濕快干性的影響［J］.印染，2017，43（10）：7-10.

WENG Yuqing， DU Jinmei， ZHANG Lulu， et al. The influence of trimethoxysilane with different alkyl chain on the moisture management performance of cotton fabric［J］. China Dyeing amp; Finishing，2017，43（10）：7-10.

［2］張金嬋，張俐敏，廉辰媛，等.棉紡織材料導濕性能研究進展［J］.上海紡織科技，2023，51（7）：15-21.

ZHANG Jinchan， ZHANG Limin， LIAN Chenyuan， et al. Research progress on water transport performance of cotton textile material［J］. Shanghai Textile Science amp; Technology，2023，51（7）：15-21.

［3］謝治云，蔣培清，樂鵬濤，等.棉滌包芯紗機織物單向導濕及快干性能研究［J］.棉紡織技術，2022，50（1）：40-44.

XIE Zhiyun， JIANG Peiqing， YUE Pengtao， et al. Study on unidirectional moisture-transfer and fast dry property of fabric with cotton polyester core-spun yarn［J］. Cotton Textile Technology，2022，50（1）：40-44.

［4］朱峻鋅，武海良，胡成蒙，等.吸濕快干機織物制備方法進展［J］.紡織導報，2021（1）：80-84.

ZHU Junxin， WU Hailiang， HU Chengmeng， et al. Development of preparation methods of moisture absorption and quick drying woven fabrics［J］. China Textile Leader，2021（1）：80-84.

［5］陳佳慧，梅濤，趙青華，等.熱濕舒適性智能織物的研究進展［J］.紡織學報，2023，44（1）：30-37.

CHEN Jiahui， MEI Tao， ZHAO Qinghua， et al. Research progress on smart textiles for thermal and moisture comfort ［J］. Journal of Textile Research， 2023， 44（1）： 30-37.

［6］鄭曉晴，沈蘭萍.織物組織結構對織物熱濕舒適性能的影響［J］.合成纖維，2018，47（11）：35-37.

ZHENG Xiaoqing， SHEN Lanping. Influence of fabric organisation on thermal and humidity comfort properties of fabrics ［J］. Synthetic Fiber in China， 2018，47（11）：35-37.

［7］徐國平，丁新波，韓建，等.混紡織物的吸濕快干性能研究［C］// 第十屆長三角科技論：紡織分論壇論文集. 蘭溪， 2013：42-48.

XU Guoping， DING Xinbo， HAN Jian， et al. Research on the moisture absorption and quick-drying performance of blended fabrics［C］//The 10th Yangtze River Delta Science and Technology Forum. Lanxi， 2013： 42-48.

［8］張紅霞，劉芙蓉，王靜，等.織物結構對吸濕快干面料導濕性能的影響［J］.紡織學報，2008（5）：31-33.

ZHANG Hongxia， LIU Furong， WANG Jing， et al. Effects of fabric weave and cover factor on moisture transfer ability of moisture absorbent and fast drying fabric［J］. Journal of Textile Research，2008（5）：31-33.

［9］張輝，張建春.棉織物結構對芯吸效應的影響［J］.棉紡織技術，2003，31（11）：12-15.

ZHANG Hui， ZHANG Jianchun. The influence of cotton fabric structure on core absorption effect ［J］. Cotton Textile Technology，2003，31（11）： 12-15.

［10］龍晶，沈蘭萍，凌子超.吸濕快干型涼爽織物的開發及性能研究［J］.現代紡織技術，2020，28（2）：25-28.

LONG Jing， SHEN Lanping， LING Zichao. Development and performance study of moisture-absorbing quick-drying cool fabric［J］. Advanced Textile Technology，2020，28（2）：25-28.

［11］汪月靈，馬灣灣，張傳雄，等.織物組織結構對機織物吸濕速干性能的影響分析［J］.上海紡織科技，2020，48（8）：9-11.

WANG Yueling， MA Wanwan， ZHANG Chuanxiong， et al. Analysis of the effect of fabric structure on moisture absorption and drying properties of woven fabric［J］. Shanghai Textile Science amp; Technology，2020，48（8）：9-11.

［12］魏春艷，崔永珠，姜鳳琴，等.織物結構改變對吸濕排汗性能的影響［J］.上海紡織科技，2011，39（11）：20-22.

WEI Chunyan， CUI Yongzhu， JIANG Fengqin， et al. The Influence of fabric structure on moisture absorbency and sweat transport［J］.Shanghai Textile Science amp; Technology，2011，39（11）：20-22.

［13］何天虹. 純纖維素纖維吸濕排汗快干織物的設計開發與研究［D］.天津：天津工業大學，2008：30-38.

HE Tianhong. Pure Cellulose Fiber's Design and Development and Research of Water Absorption and Sweat Fabric ［D］. Tianjing：Tiangong University， 2008：30-38.

［14］于偉東. 紡織材料學 ［M］." 2版. 北京：中國紡織出版社， 2018：143-145.

YU Weidong. Textile Materials Science ［M］. 2nd ed. Beijing： China Textile amp; Apparel Press， 2018：143-145.

Effects of cotton fabrics' weave structures on moisture-absorption

and quick-drying performance

LUO" Hao1，2，" FENG" Hao3，" WU" Wenyunjie2

（1.School of Fine Arts， Beijing Institute of Fashion Technology， Beijing 100029， China;

2.Department of Art， Sanjiang University， Nanjing 210012， China;

3.College of Textile and Fashion， Hunan Institute of Engineering， Xiangtan 411104， China）

Abstract：

Moisture-absorbing and quick-drying textiles pocess both excellent hygroscopicity and fast conduction and wicking performance， rapidly absorbing and expelling sweat from the body's surface， and keeping the skin dry and comfortable. Existing research on the factors influencing the moisture-wicking and quick-drying properties of cotton fabrics mainly considers porosity， density and tightness， or comparative research on plain weave， twill weave， satin weave， etc. There are few studies on the effect of fabric structure differences on moisture-absorption and quick-drying performance， and the related research has a broad application prospect in the fields of clothing and home textiles.

To explore the influence of the average length of floating warp threads on fabric's moisture-absorption and quick-drying properties， the control variable method was used to maintain a consistent average floating line in the warp direction， while the average floating line in the weft direction was increased in turn. Four fabrics of plain weave， 2/1 weft filling rib weave， 3/1 weft filling rib weave and 4/1 weft filling rib weave were designed and woven. The experimental results show that 4/1 weft filling rib weave fabrics are much thicker than the other three fabrics， which is because the warp yarns within the long floating threads of the weft yarns of the 4/1 weft filling rib weave fabrics are closely arranged， and the inter-yarn forces make the warp yarns easy to be stacked together. In the drop diffusion area test， the diffusion area presents an order of 3/1 weft filling rib weave gt; 2/1 weft filling rib weave gt; plain weave gt; 4/1 weft filling rib weave. The moisture-absorption performance of the fabric increases first and then decreases with the increase of the average float line of the weft yarn. The reason for the decrease is that the thickness of the fabric increases with the increase of the float line. The moisture diffuses along the warp and weft directions and accumulates along the thickness direction at the same time， and the equivalent diameter of the voids in the 4/1 weft filling rib weave is greatly dispersed， which weakens the wicking performance of the fabric in this direction. Through the wicking height test， it is found that the difference of the warp wicking height of the four fabrics is less than 5 %， and the difference of the weft wicking height is more than 20 %， that is， the increase of the weft float line mainly affects the weft's core absorption performance， with less impact on the warp's core absorption performance. The fast-drying performance test of the four fabrics shows that 3/1 weft filling rib weave gt; 2/1 weft filling rib weave gt; 4/1 weft filling rib weave gt; plain weave. With the increase of the average floating line in the weft direction， the fast-drying performance of the fabrics increases first and then decreases. The increasing rate of water evaporation in the weft filling rib weave fabric is due to the fact that the structure of the floating line in the weft direction is loose and there are a large number of voids， which makes the liquid water transfer easier in the fabric. Liquid water evaporates more easily because of the larger wetting area on the fabric surface. Although the average floating length of the 4/1 weft filling rib weave is the longest， the liquid water accumulates in the thickness direction and the spreading area decreases， so that its fast-drying performance does not increase but decrease compared with the 3/1 weft filling rib weave fabric.

The moisture-absorption and quick-drying performance of the fabric is related to the length of the floating line of the fabric， and it can be improved by increasing the average floating length. However， too long floating line will increase the thickness of the fabric， which will reduce the moisture absorption and quick drying of the fabric. While increasing the floating line to improve the moisture-absorption and quick-drying performance of the fabric， it is also necessary to consider controlling the thickness of the fabric.

Keywords：

weave structure; moisture-absorption and quick-drying; fabric thickness; float line; wicking