面料吸濕速干性能的影響因素研究

張鳳彩 程小明 呂治家,2 丁吉利 王美芬

（1.魏橋紡織股份有限公司，山東鄒平，256200；2.天津工業大學，天津，300387）

近幾年來，隨著社會的進步，人們對舒適功能性面料的需求越來越大，其中吸濕速干面料備受青睞。吸濕速干面料可以將人體產生的濕氣、汗液迅速吸收并傳導蒸發，消除了出汗后產生的悶熱感和濕黏感，隔絕了細菌等微生物的生長環境，使人體一直處于干爽、舒適的微環境中，保持人體長時間的舒適性［1］。

目前，制備吸濕速干面料的方法多樣。其中，絕大多數是從纖維、織物組織結構以及功能性后整理三方面進行［2］。在纖維方面，主要采用差別化纖維，使其面料具有一定的導濕速干性能。李煜煒等［3］以三角形、十字形、一字形和波浪形截面的滌綸長絲為芯紗制備了具有吸濕速干性能的滌綸織物。在織物組織結構方面，主要利用織物兩面配置不同的組織結構或者不同性質的紗線，使織物兩面形成潤濕性梯度以及差動毛細效應［4］。呂治家等［5］利用表層細特滌綸網眼狀結構與里層丙綸純紡紗平面結構制備了具有潤濕性梯度和毛細效應的面料，其吸濕速干及單向導濕性能十分優異。在功能性后整理方面，主要利用物理或化學的方法使面料獲得吸濕速干性能。王孟澤等［6］采用整理劑TF-620 對滌綸針織物進行整理從而賦予了滌綸針織物優異的吸濕排汗性能。

但是，目前就紗線成紗結構對面料吸濕速干性能影響的研究并不充分。本研究以具有潤濕性差異的親水性新疆棉短纖和疏水性CoolMax 長絲復合的紗線為基礎，采用正交試驗的方法重點探討了紗線成紗結構、紗線捻度以及織物組織結構對面料吸濕速干性能的影響，為目前市面上吸濕速干面料的開發提供理論基礎與數據支撐，從而進一步滿足人們對吸濕速干以及單向導濕功能性面料的使用需求。

1 產品設計與實施

1.1 紡紗關鍵技術

為確保產品試驗數據的準確性，紡紗流程采用同原料、同機臺、同錠生產，棉纖維使用精梳新疆棉，粗紗號數為550 tex；CoolMax 長絲規格5.56 tex/72 F。利用長絲短纖復合紡紗設備生產不同包覆方式和不同紗線捻度的復合紗線，復合紗線號數均為14.8 tex，捻向均為Z 捻。生產的4種規格紗線分別為110 捻/10 cm 的包芯紗，125 捻/10 cm 的包芯紗，110 捻/10 cm 的包纏紗，125 捻/10 cm 的包纏紗。

將施加一定張力的CoolMax 長絲與牽伸后的棉粗紗須條在前羅拉前鉗口處匯聚成紗，其中生產包芯紗時CoolMax 長絲喂入位置在牽伸后須條的中間位置；生產包纏紗時CoolMax 長絲喂入位置在牽伸后須條的左側2.5 mm 位置處。紡制的不同捻度下的包芯紗與包纏紗的結構顯微鏡照片如圖1 所示。

圖1 不同捻度包芯紗和包纏紗結構

1.2 面料設計

為探究不同織物組織對吸濕速干性能的影響，經紗和緯紗采用相同規格紗線，分別設計經密為472 根/10 cm、緯密為315 根/10 cm 的一上一下平紋組織和三上一下右斜紋組織。

為分別探究紗線成紗結構、紗線捻度以及織物組織對面料吸濕速干性能的影響，一共設計了8 種規格的織物，如表1 所示。

表1 研究設計的樣品規格

2 產品性能測試與分析

2.1 紗線成紗質量的影響因素分析

對不同捻度包芯紗和包纏紗的紗線質量進行測試分析，結果如表2 所示。

表2 4 種紗線的成紗質量指標

由表2 可見，當捻度增加時，包芯紗與包纏紗的紗線質量變化趨勢相反。對于包芯紗，當捻度變大時，紗線條干質量變好，斷裂強力增加，紗線毛羽減少；而當包纏紗的捻度變大時，紗線的條干質量變差，斷裂強力減弱，紗線毛羽增加。分析造成這一現象的主要原因是捻度增大之后，包芯紗和包纏紗之間的纖維排列變化趨勢不同導致。結合圖1，包芯紗的鞘部為棉纖維，芯部為CoolMax長絲，當包芯紗捻度不斷增大時外包棉纖維對CoolMax 長絲的向心力增強，纖維排列的緊密度提高，外包棉短纖與芯紗CoolMax 長絲排列更加致密。因此當包芯紗的捻度在125 捻/10 cm 時，包芯紗的外包棉短纖露出的毛羽減少，條干質量變好，紗線強力有所提升。包纏紗是棉纖維與CoolMax 長絲相互交纏成紗，當包纏紗捻度不斷增大，棉纖維與CoolMax 長絲相互交纏擠壓更加劇烈，由于CoolMax 長絲模量大且伸長率高于棉纖維，當捻度增大時CoolMax 長絲嵌入到棉纖維中，對棉纖維束形成擠壓，棉短纖有卷曲或起圈而隆起的趨勢，導致包纏紗毛羽成倍增加，紗線條干質量變差，拉伸斷裂時由于兩種纖維不在同一斷裂點受力，導致斷裂強力有所降低。

2.2 面料吸濕速干性能影響因素分析

為驗證不同成紗結構、成紗捻度及織物組織規格面料的吸濕速干性能，分別對8 種樣品進行了吸濕性、速干性以及透氣性對比測試。吸濕性和速干性的測試與評價標準依據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》；透氣性的測試與評價標準依據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》。其測試結果如表3 所示。

表3 織物吸濕性、速干性及透氣性測試對比結果

2.2.1成紗結構

不同的成紗結構不僅影響紗線的物理機械性能，其對面料的吸濕性速干性能也有較大影響。由表3 可以看出，包芯和包纏兩種成紗結構對面料的吸濕性有很大的影響，吸濕性一共包含3 個指標：吸水率、滴水擴散時間以及芯吸高度。GB/T 21655.1—2008 設定的機織物吸濕性的標準值分別為吸水率≥100%，滴水擴散時間≤5 s，芯吸高度≥90 mm。隨著吸水率增加、滴水擴散時間縮短以及芯吸高度提高，樣品的吸濕性更加優異。其中，在相同紗線捻度以及織物組織結構下，可以很明顯看出包芯紗面料的吸濕性整體優于包纏紗面料，且部分包纏紗面料的吸濕性測試值處于標準值以下。

包芯紗面料的吸濕性優于包纏紗面料，主要是因為包芯紗表面的外包棉短纖含量高，為包芯紗提供了更多的親水基團。當液態水與包芯紗接觸時，外包棉短纖可以迅速吸收大量的液態水，吸收的水分子會通過表面具有細微溝槽的芯紗CoolMax 長絲在纖維與纖維之間、纖維與紗線之間以及紗線與紗線之間進行快速傳導。而液態水與包纏紗面料接觸時，由于棉短纖含量相對較少，吸收的液態水相對較少，且CoolMax 長絲表面缺少親水基團，只能進行水分的傳導并不能進行水分的吸收。因此，包芯紗面料的吸濕性較好。

但是，在相同紗線捻度以及織物組織結構下，包纏紗面料的透氣率和蒸發速率在總體上要優于包芯紗面料，這與紗線結構不同有關。包纏紗外層由棉纖維和CoolMax 長絲共同構成，在紗線成形過程中，棉纖維和CoolMax 長絲會發生摩擦從而抱合在一起，但CoolMax 長絲和棉纖維之間的模量不同，產生的向心力不同，致使纖維之間留有空隙，水分子和空氣分子容易從纖維之間通過。而包芯紗外層是棉纖維，在紗線加捻成形時，棉纖維產生的向心力一致，因此，棉纖維之間的空隙較小，阻礙了部分水分子和空氣分子的通過。因此，包纏紗面料的透氣性優于包芯紗面料。

2.2.2紗線捻度

紗線捻度不僅影響紗線物理機械性能及紗線結構的變化，還會影響面料的整體吸濕速干性能。從表3 可以看出，在相同紗線成紗結構以及織物組織結構下，捻度對紗線的吸水率有一定的影響。 在紗線捻度由110 捻/10 cm 增加到125 捻/10 cm 后，面料的吸水率整體都有所降低。經過分析認為這是由于加捻后紗線的結構緊密程度增加，外包棉纖維排列緊密，使得棉纖維與水分的接觸面積減少。所以紗線捻度增加后面料的吸水率有所降低，但降低水平較小。

紗線捻度也會影響面料的滴水擴散時間和芯吸高度，而滴水擴散時間和芯吸高度又代表面料的導濕性能，因此紗線捻度也會影響面料的導濕性能。當紗線捻度增加時，紗體的結構緊密程度增大，所織織物紗線間的空隙增大，有利于水分從纖維之間進行傳導，致使面料的導濕性能增加。因此，捻度為125 捻/10 cm 的4 種樣品的滴水擴散時間小于對應的捻度為110 捻/10 cm 的4 種樣品，芯吸高度大于捻度為110 捻/10 cm 的4 種樣品。結合紗線成紗結構進行分析發現，在捻度增加后，包芯紗鞘部棉纖維對芯部CoolMax 長絲抱合力增強，使其棉纖維對CoolMax 長絲抱合更加緊密，且由于CoolMax 芯紗在紗線內部呈伸直狀態，有利于水分子沿CoolMax 長絲縱向溝槽迅速直線傳導，因此包芯紗導濕性能較好。而包纏紗在捻度增加后，一方面由于棉纖維與CoolMax 相互交纏擠壓導致纖維變得雜亂，存在各種打卷、纏繞、彎曲的纖維，阻礙了液態水分子進行吸收傳導；另一方面由于捻度的增大，捻回角增大，單位長度內CoolMax 長絲的長度增加，水分子沿Cool-Max 長絲溝槽做螺旋線形傳導，因此降低了紗線的導濕性能。使用包纏紗所織織物由于交織點的存在，經緯不同方向裸露在紗線表面CoolMax 長絲的點接觸有利于水分從纖維之間傳導，彼此相互抵消，但隨著捻度的增大，包纏紗的吸濕速干性能有所增加，但增加程度較小。因此，加捻后的包芯紗面料導濕性能的增加幅度大于包纏紗面料導濕性能的增加幅度。同時，捻度增加會造成紗線體積質量增加，紗線直徑和織物緊度降低，面料的蒸發速率和透氣性增加。

2.2.3織物組織結構

織物組織結構對面料的吸濕速干性能影響顯著。GB/T 21655.1—2008 設定速干性的標準值為蒸發速率≥0.18 g/h。通過與標準要求值對比，研究發現制備的8 種樣品的速干性都達到了標準要求以上。但是，在相同紗線捻度和成紗結構下，織物組織結構為平紋的4 種樣品的蒸發速率要略高于對應的織物組織結構為斜紋的4 種樣品。分析認為，平紋織物經緯紗的交錯次數更多，增加了織物表面與空氣的接觸面積，因此平紋織物在單位時間內蒸發的水分多，蒸發速率比斜紋織物快。

此外，織物組織結構也會影響面料的吸濕性與透氣性?？梢钥闯鲈谙嗤喚€捻度和成紗結構下，平紋組織的吸濕性和透氣性遠低于斜紋組織。從織物組織結構方面分析，造成這一現象的主要原因是組織結構，其平均浮長不同。浮長線長的織物組織結構的柔軟蓬松度好，經緯紗之間的交錯次數少，空氣以及水分通過的阻力小，空氣和水分更容易透過織物進行傳遞與運輸。其中，三上一下斜紋組織的平均浮長為2，而一上一下平紋組織的平均浮長僅為1。當經、緯密一樣時，在相同幅寬和匹長下，斜紋組織經、緯紗的交錯次數大幅度減少，水分和空氣的透過率更高。因此，斜紋組織的吸濕性和透氣性優于平紋組織。

2.3 綜合性影響因素分析

基于以上單因素影響研究分析，本研究利用正交試驗極差分析思路，探究紗線成紗結構、紗線捻度以及織物組織結構，對面料吸濕性、速干性和透氣性影響的顯著程度，具體結果見表4 所示。

表4 正交試驗極差分析

由表4 分析可知，影響吸水率的權重為織物組織結構＞捻度＞成紗結構，影響滴水擴散時間的權重為成紗結構＞織物組織結構＞捻度，影響芯吸高度權重為成紗結構＞織物組織結構＞捻度，考慮多方面影響因素，影響吸濕性的因素排序為織物組織結構＞紗線成紗結構＞捻度。綜合分析各影響因素的K1、K2 值，得出在紗線捻度為110 捻/10 cm、成紗結構為包芯和組織結構為斜紋的條件下，面料的吸水率最高；在紗線捻度為125 捻/10 cm、包芯成紗和組織結構為斜紋的條件下，面料的滴水擴散時間最短；在紗線捻度為125 捻/10 cm、包芯成紗和組織結構為斜紋的條件下，面料的芯吸高度最高。綜合多方面考慮因素，可知在紗線捻度為125 捻/10 cm、成紗結構為包芯和組織結構為斜紋的條件下，面料的吸濕性最佳。

影響蒸發速率的權重為捻度＞織物組織結構＞成紗結構。綜合分析各影響因素的K1、K2 值，得出在紗線捻度為125 捻/10 cm、成紗結構為包纏和組織結構為平紋的條件下，面料的蒸發速率最高。但是3 個因素的權重差別較小，可以認為捻度、織物組織結構和紗線成紗結構對蒸發速率影響的差別較小。

影響透氣率的權重為織物組織結構＞捻度＞成紗結構，綜合分析各影響因素的K1、K2 值，得出在紗線捻度為125 捻/10 cm、成紗結構為包纏和組織結構為斜紋的條件下，面料的透氣性最好。

3 結論

（1）通過將親水性的棉纖維和疏水性的Cool-Max 長絲復合成紗，制備的面料具有一定的吸濕速干性能。在捻度為125 捻/10 cm、成紗結構為包芯以及組織結構為斜紋時，在未經過任何助劑處理下，面料的吸濕性可以達到國標要求。

（2）成紗結構、紗線捻度和織物組織結構會影響面料的吸濕速干性能。在成紗結構方面，由于包芯紗表面的含親水基團外包棉短纖含量高，因此吸濕性優于包纏紗面料，但同時又因包芯紗外層棉纖維之間的空隙小，阻礙了部分水分子和空氣分子透過，所以蒸發速率和透氣性比包纏紗面料差；在捻度方面，因捻度增加，紗線的結構緊密程度增加，面料的吸水率降低，同時會造成紗線體積質量增加，紗線直徑和織物緊度降低，面料速干性和透氣性有所提高；在織物組織結構方面，基于平紋織物交織點更多，在單位時間內蒸發的水分多，因此平紋組織的速干性優于斜紋織物，但平紋組織的交錯次數多，空氣以及水分通過的阻力大，吸濕性和透氣性整體比斜紋差。

（3）通過正交試驗數據分別分析了獲得最佳吸濕性、蒸發速率以及透氣性的試驗方案。其中，面料吸濕性最優的試驗方案為紗線捻度125 捻/10 cm、成紗結構為包芯和組織結構為斜紋；面料速干性最優的試驗方案為紗線捻度125捻/10 cm、成紗結構為包纏和組織結構為平紋；面料透氣性最優的試驗方案為紗線捻度125捻/10 cm、成紗結構為包纏，組織結構為斜紋。

綜上所述，紗線成紗結構、紗線捻度和織物組織結構會對面料的吸濕速干性能造成一定的影響，在生產中可以根據用戶的實際需求以及產品的用途來確定最佳的實際生產方案。