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吸濕排汗織物
第一節(jié) 概述
近年來，人們不僅對衣服的保暖性、款式有著較高的要求，而且對服裝面料的舒適性、健康性、安全性和環(huán)保性等要求也越來越強(qiáng)烈，既要求服裝有良好的舒適性，又要求在大量活動(dòng)時(shí)，一旦出現(xiàn)汗流浹背的情況，服裝不會(huì)粘貼皮膚而產(chǎn)生濕冷感。于是對面料提出了吸濕排汗功能新要求。眾所周知，天然纖維以棉為例，其吸濕性能好，穿著舒適，但當(dāng)人的出汗量稍大時(shí)，棉纖維會(huì)因吸濕膨脹，其透氣性下降并粘貼在皮膚上妨礙身體的活動(dòng)，同時(shí)水份發(fā)散速度也較慢，從而給人體造成一種冷濕感；合成纖維以滌綸為例，它具有很多天然纖維沒有的優(yōu)點(diǎn)，但其透濕性能差，吸水性小，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(20℃，相對濕度65%)其吸濕率只有0.4%左右，即使在100%相對濕度下的吸濕率也僅為0.6%-0.8%。滌綸纖維的低吸濕性給它帶來一些缺陷，例如：易產(chǎn)生靜電、沾污，穿著不透氣，手感差以及染色較難，并且由于其靜電積累而容易引起穿著時(shí)產(chǎn)生糾纏的麻煩，尤其在活動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生悶熱感。因此，提高滌綸纖維織物的吸水和透濕性是有關(guān)科技工作者最為關(guān)心的研發(fā)方向。
為了改善傳統(tǒng)棉纖維及織物排汗快干性，并配合與日俱增的化學(xué)纖維生產(chǎn)，吸濕快干涼爽型纖維的開發(fā)思想在化纖界應(yīng)運(yùn)而生。紡織專家嘗試?yán)锰烊焕w維和合成纖維的優(yōu)點(diǎn)，采取合理的搭配工藝、織物組織結(jié)構(gòu)和必要的后整理技術(shù)，開發(fā)出吸濕快干涼爽型織物。
吸濕快干涼爽型纖維及織物特征可以歸納如下：a. 具有吸汗、快干的舒適性；b. 織物輕薄高檔,具有優(yōu)良的毛細(xì)管芯吸作用和干爽的手感；c.在夏季等高濕熱環(huán)境下穿著具有清涼感；d.易洗,快干,免燙；e.織物懸垂性佳。
早在 1982年初，日本帝人公司就開始研究吸水性滌綸纖維，其研制的中空、微多孔纖維在1986年申請了專利。1986年美國杜邦公司首次推出名為"Coo1max"的吸濕排汗滌綸纖維，由它制成的衣料，洗后30分鐘幾乎已完全(98%)干燥，夏季穿著能保持皮膚干爽。1999年杜邦公司結(jié)合研發(fā)的低藥劑量用快干特性的專利技術(shù)，推出升級換代Coolmax Alta系列布料[1]。當(dāng)前吸濕排汗聚酯纖維品種己形成功能性系列化。
紡織纖維在向開發(fā)高吸濕性發(fā)展，而新一代用吸水速干助劑對織物進(jìn)行整理的方法相繼推出，此加工技術(shù)操作簡單，適用性廣，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適合棉毛、單面布、彈力布等多種面料。
目前，吸濕排汗聚酯織物主要用于運(yùn)動(dòng)服、休閑服、內(nèi)衣、外套、襪類、手套、胸罩、護(hù)膝、帽子、毛巾等方面。 2002年開始加拿大國防軍己采用杜邦公司Coolmax作為士兵的保暖內(nèi)衣原料。由于吸濕排汗纖維可解決悶熱和出汗粘身問題，可調(diào)節(jié)服裝的內(nèi)氣候,使得服裝有了會(huì)″呼吸″的特性，故也有“會(huì)呼吸的纖維”之稱。
- 吸濕排汗的功能原理
1 織物與水[2]
1.1 水在織物中的存在形式
由于織物纖維本身的結(jié)構(gòu)、化學(xué)組分不同，它們與水分子的作用力各異，因此它們的吸水速度和吸水量會(huì)有很大差別。不論這些差別有多大，它們吸收的水可以分成三部分，即：結(jié)合水、中間水和自由水。
結(jié)合水是與纖維分子鍵合的水分子，它們靠氫鍵或者分子間力緊密結(jié)合在纖維分子上。這部分結(jié)合水的量與纖維分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成密切相關(guān)，比如聚酰胺纖維分子上一個(gè)氨基結(jié)合一個(gè)水分子。這部分水在與大分子結(jié)合時(shí)放熱從而進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。它們在冰點(diǎn)已不能結(jié)晶，也不會(huì)在沸點(diǎn)蒸發(fā)氣化。正由于這部分水與纖維緊密結(jié)合，因此當(dāng)織物上只有吸附的結(jié)合水時(shí)，人體不會(huì)有濕感。中間水是由于與結(jié)合水分子間存在氫鍵作用而被吸附在結(jié)合水之外的水，它們也不同于普通的水分子，它們的凝固點(diǎn)和沸點(diǎn)分別要低于0℃和高于100℃。當(dāng)織物與皮膚接觸時(shí)，它們會(huì)從皮膚吸熱而脫離織物并按照中間水-結(jié)合水、水-皮膚的相互作用力不同而重新分配。由于中間水要從皮膚吸熱才能與結(jié)合水脫離，因此若有中間水的存在皮膚會(huì)有涼感。中間水之外的水稱作自由水，由于浸泡、淋濕等原因，它們會(huì)暫時(shí)地被吸附于織物上，分布在中間水之外。但由于它們與織物間作用力非常微弱，故稱之為自由水。它們在熱力學(xué)上與普通水有相同的相變點(diǎn)，若此時(shí)織物與皮膚接觸，這些水則會(huì)迅速分配到皮膚表面使人感到濕潤。
由于織物所吸附的水有結(jié)合水、中間水、自由水之分，故我們在表征纖維與水的相互關(guān)系時(shí)，要區(qū)別對待。
1.2 織物的吸水
1.2.1 氣相水的吸附
天然纖維內(nèi)由于纖維素和氨基酸均存在極性基團(tuán)，所以它們能吸附較多氣相水而變成結(jié)合水。即使錦綸等合成纖維，在相對濕度很低時(shí)，也會(huì)迅速完成結(jié)合水的吸附。而當(dāng)相對濕度逐步升高時(shí)，所增加的吸附量為中間水。對于不同的纖維，其結(jié)合水的量是一定的，而中間水的多少則與環(huán)境的濕度有關(guān)。因此在測定回潮率時(shí)，一定要有準(zhǔn)確的相對濕度參數(shù)。
1.2.2 液相水的吸附
當(dāng)纖維或織物遇到液相水時(shí)，由于水量較大，大部分以自由水形式被吸附，這些自由水一般存在于纖維之間的空隙或纖維自身的孔穴里。吸水速度的快慢決定于芯吸作用的大小，比如麻纖維很細(xì)的中空腔、細(xì)旦丙綸纖維間的狹縫、異型纖維的毛細(xì)作用等等。
這些自由水在擠壓或離心力的作用下大部分可以被除掉。由于在孔隙很小時(shí)彎曲液面造成的附加壓力會(huì)很大，因此在織物被水浸泡之后，再經(jīng)機(jī)械方法除水分，所得的保留下來的水分量占纖維干重的百分率稱作保水率。顯然保水率所測得的水量，特別是回潮率不高而保水率較高的織物，大部分應(yīng)屬于自由水，也就是說織物上這部分水的存在會(huì)讓穿著的人感到潮濕。
- 3水在織物中的傳輸與蒸發(fā)
織物中水的傳輸以自由水的傳輸為主，它們在沿纖維軸方向傳輸時(shí)也是靠毛細(xì)管，而在垂直纖維軸方向上的傳輸應(yīng)該按非線性擴(kuò)散的方式來處理。從速度上講，沿纖維軸方向的毛細(xì)作用比垂直纖維軸的擴(kuò)散要快得多。
在人們穿著衣服時(shí)，皮膚表面的法向與纖維軸方向是垂直的，因此要讓水分迅速傳輸則必須具備以下2個(gè)條件：(1)纖維材料易被潤濕；（2）在纖維的徑向有微孔并能與纖維中空腔相貫通。這樣，在纖維與皮膚接觸時(shí)，才能迅速把汗水輸導(dǎo)開。天然纖維一般不具有徑向微孔，因此在垂直纖維軸方向水分的傳輸靠擴(kuò)散，由于天然纖維親水，即天然纖維分子與水分子作用力較合成纖維與水分子的作用力大，因此水由高濃度向低濃度擴(kuò)散時(shí)，天然纖維的擴(kuò)散系數(shù)較合成纖維大，水分傳輸較快。
水從織物表面蒸發(fā)，在環(huán)境的溫度、濕度固定的情況下，應(yīng)該與蒸發(fā)的表面積和纖維本身的親、疏水性有關(guān)。在相同蒸發(fā)面積的時(shí)，疏水纖維應(yīng)蒸發(fā)較快。
2 水氣傳遞的基本原理[3]
人體循環(huán)、運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生能量,而體內(nèi)過度的能量是通過熱能和濕氣經(jīng)皮膚向體外散發(fā)的。在溫濕度適宜的環(huán)境中,人體在靜態(tài)條件下,過度能量釋放和周圍環(huán)境的吸納達(dá)到平衡,皮膚水蒸氣散發(fā)或水蒸氣壓很小,穿著純棉或滌綸織物沒有顯著的舒適性差異。而當(dāng)人體大量出汗或周圍環(huán)境溫度高、濕度大時(shí)則不然,通?？椢锔采w下的皮膚表面的濕度由于織物不同會(huì)影響到散發(fā)速度,在濕度很高時(shí)就會(huì)影響皮膚正常呼吸,從而使人感到悶熱憋氣,使人難受。作為皮膚呼吸傳遞的媒介,服裝面料尤其是貼身織物理應(yīng)起保溫導(dǎo)濕、調(diào)節(jié)體溫的重要作用。因此,作為服裝熱濕舒適性的吸濕、透濕、放濕性能已成為衡量織物好壞的重要因素。一般來說服裝材料中纖維的親水基團(tuán)多,纖維的吸水率就高;纖維與空氣接觸的面積越大,纖維的放濕速度也快,干爽舒適性就好。同樣,紗線中孔隙多,氣流通道順暢,水氣傳遞也快,干爽舒適性就好。根據(jù)水氣傳遞原理,影響紗線液態(tài)水流量ｑ的計(jì)算式:
式中的影響因素包括:液氣界面張力σ、液體粘度η、液體/材料接觸角θ、纖維截面形狀和直徑ｄ、纖維根數(shù)ｎ、紗線加捻角α和紗線長度Ｌ″。最重要因素是θ、ｄ、α。以往制造舒適性面料多以棉等親水性纖維原料為主,主要是利用此類纖維的吸水性吸去皮膚上的汗水。但吸足汗水而濕透的內(nèi)衣織物由于不能及時(shí)向空氣傳遞散發(fā),此時(shí)就會(huì)粘附在皮膚上使人不舒服。而用現(xiàn)代導(dǎo)濕性纖維做成的織物,能把皮膚上的汗水迅速從織物內(nèi)層引導(dǎo)到織物外表,并散發(fā)到空氣中去,從而保持貼身層始終處于干爽狀態(tài),使人體感覺舒適。
3 吸濕排汗纖維的作用原理
“吸濕排汗”一詞包含兩種意義。也就是說：①快速吸收，且排放人體的汗氣，不易產(chǎn)生悶熱和發(fā)粘的現(xiàn)象；②通過吸濕性和放濕性，對穿著空間和外部環(huán)境的濕度變化進(jìn)行響應(yīng)，也就是說具有調(diào)節(jié)濕度使人們服用時(shí)感到舒適的性能。
“吸濕排汗”織物是指織物同時(shí)具有吸水性和快干性，一般來說，無論是天然纖維或是合成纖維都很難兼具這兩種性能，但是吸濕排汗加工技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
3.1纖維微觀結(jié)構(gòu)的影響[4]
纖維的微觀結(jié)構(gòu)是決定纖維是否具有吸濕能力的關(guān)鍵因素。纖維中常見的親水基團(tuán)有羥基（-OH）、氨基（-NH2 ）、羧基（-COOH）等，這些親水基團(tuán)對水分子有較強(qiáng)的親和力，它們與水蒸氣分子締合形成氫鍵，使水蒸氣分子失去熱運(yùn)動(dòng)能力，而在纖維內(nèi)依存下來。纖維中游離的親水基團(tuán)越多，基團(tuán)的極性愈強(qiáng)，纖維的吸濕能力就愈高。天然纖維因?yàn)槎际强克侄L的，無論動(dòng)物纖維或植物纖維都含有較多的親水基團(tuán)，因而吸濕率都很高；而合成纖維大分子中親水基團(tuán)比較少，只有依靠物質(zhì)所固有的表面張力使纖維表面或內(nèi)部微孔、孔隙的表面吸附水汽，因此合成纖維的吸濕率很低。
纖維中的大分子在結(jié)晶區(qū)中緊密地排列在一起，水分子不容易滲入結(jié)晶區(qū)，因此，纖維的結(jié)晶度愈低，吸濕能力愈強(qiáng)。
3.2 纖維中的微孔和縫隙的影響
物質(zhì)表面分子由于引力不平衡，使它比內(nèi)層分子具有多余的能量，稱為表面能。由于固體表面的吸附作用，纖維表面、纖維中縫隙孔洞的表面在大氣中能吸附一定量的水汽和其它氣體。
天然纖維在生長的過程中，形成各種結(jié)晶聚集體，其中原纖之間存在一些縫隙和微孔。這些微孔結(jié)構(gòu)給天然纖維提供很高的吸濕率，然而化學(xué)纖維中只有很少品種在成形的過程中形成微孔結(jié)構(gòu)。很明顯，化學(xué)纖維的吸濕率比不上天然纖維。
3.3 纖維的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)及截面形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響
纖維表面具有凹槽或斷面異形化，不僅增加了表面積，使纖維表面吸濕能力增加，而且也使纖維間毛細(xì)空隙保持的水分增加，因此異形纖維和表面凹凸化的纖維其吸濕率高于同組分的、圓形截面、表面光滑的纖維。
由此可見，對于疏水性的化學(xué)纖維來說，為了達(dá)到吸濕排汗的功能，首先要改善纖維的吸濕能力，然后改變纖維的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)以達(dá)到排汗的功能。
吸濕排汗功能纖維一般都具有高的比表面積，表面有眾多的微孔或溝槽，截面一般設(shè)計(jì)為特殊的異形狀，利用毛細(xì)管原理，使得纖維能夠快速的吸水、擴(kuò)散、傳輸和揮發(fā)，能迅速吸收皮膚表面濕氣和汗水，并排放到外層蒸發(fā)。其織物比傳統(tǒng)的布料吸水率高10-15倍，具有較快的干爽性——比純棉快干5倍，比尼龍快干2倍。纖維制品（機(jī)織物、針織物、非織造布）的吸水性是由于纖維間隙中的毛細(xì)管作用所產(chǎn)生的現(xiàn)象，毛細(xì)管效應(yīng)是最常用也是最直觀表征織物具有吸汗能力和擴(kuò)散能力的指標(biāo)，它對衣服舒適性和衛(wèi)生性的產(chǎn)生起到很大作用。對于毛細(xì)管現(xiàn)象，在平衡狀態(tài)下，毛細(xì)管直徑越小，達(dá)到水分平衡狀態(tài)所需要的時(shí)間越長，因此，吸水速度也成為現(xiàn)實(shí)的問題。目前，市面上的吸濕排汗織物采用如下技術(shù)得到：異形斷面纖維、中空微多孔纖維、多層織物、使用吸濕速干整理劑對纖維進(jìn)行表面改性等等。
4、皮膚、汗水與吸濕速干織物
疏水性合成纖維經(jīng)物理變形和化學(xué)改性后，在一定條件下，在水中浸漬和離心脫水后仍能保持15%以上水分的纖維，稱之為高吸水纖維；在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下，能吸收氣相水分，回潮率在6%以上的纖維，稱之為高吸濕纖維。
據(jù)測試資料表明，人在靜止時(shí)通過皮膚向外蒸發(fā)水分約為15g/m2.h.在運(yùn)動(dòng)時(shí)，有大量的汗水排出，既有液態(tài)，也有氣態(tài)，數(shù)量約為100 g/m2.h。人體排出的這些汗水和汗氣，應(yīng)能透過衣服而迅速擴(kuò)散到大氣中去，以保持皮膚表面的干爽和舒適。在排散的汗氣中，少部分是直接從織物的孔隙中排出的，稱之為透濕擴(kuò)散；而大部分是被織物中纖維吸附，再擴(kuò)散到織物表層，通過蒸發(fā)排入大氣，稱之為吸濕擴(kuò)散。至于人體排出的汗水，則主要通過毛細(xì)管現(xiàn)象吸入織物內(nèi)層，進(jìn)而擴(kuò)散到織物的表面，稱之為吸水?dāng)U散。天然纖維具有良好的吸水吸濕性能，因此穿著舒適。
但是，一般的合成纖維由于其合纖聚合物分子上缺少親水基團(tuán)，吸濕性差，合纖服裝穿起來使人感到悶熱。天然纖維雖有很好的吸濕性，在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下，棉和蠶絲的平衡吸濕率分別為8%和11%，在人體大量出汗時(shí)，其吸濕速度﹑水分?jǐn)U散速度和蒸發(fā)速度都不盡人意，也有不舒適感。這是因?yàn)樵谖鼭窈螅烊焕w維的楊氏模量大幅度地降低，產(chǎn)生較大的溶脹，例如棉纖維的膨潤度達(dá)20%，而羊毛可達(dá)25%，這樣的膨潤度便堵塞了汗水滲出的孔道。要解決這一問題，合成纖維反而比天然纖維更容易些，通過對聚合物的改性﹑紡絲和織造等各種渠道，制成高吸水﹑吸濕合成纖維。天氣熱時(shí)，當(dāng)表皮空氣層的蒸汽壓大于外部環(huán)境時(shí)，使汗氣有向外遷移的動(dòng)力。帶有親水性基團(tuán)的吸濕排汗面料，有助于汗氣向外排放，使皮膚感覺干爽涼快，使制成的衣服兼具吸水﹑吸濕﹑透氣﹑干爽的特性。
第三節(jié) 織物吸濕速干整理工藝
改善滌綸織物吸濕性的方法有很多，比如混紡、與親水性物質(zhì)接枝共聚以及纖維表面處理等等。利用親水整理劑，使之均勻而牢靠地固著在纖維表面形成親水性的方法，是近年來合成纖維織物親水整理的發(fā)展方向。
一 吸濕速干整理劑處理織物實(shí)驗(yàn)
1 實(shí)驗(yàn)用藥品
實(shí)驗(yàn)中采用的1#親水劑STA，其主要成分是聚酯和聚醚嵌段共聚物與聚硅氧烷的復(fù)配物，聚酯與滌綸分子組成單元相同，在高溫處理后能夠形成共結(jié)晶，提供了親水整理的耐洗性。聚醚組分則因具有親水性，使整理后的滌綸織物改善了吸濕性，從而提高了滌綸纖維的抗靜電性和防沾污性。聚硅氧烷含有一個(gè)-OH 端基團(tuán)，可以在織物發(fā)生交聯(lián)得到一種彈性薄膜，使織物不僅具有良好的彈性，還使整理具有耐久性。
2#親水劑PA，其主要成分是環(huán)氧樹脂親水整理劑，環(huán)氧樹脂在催化劑作用下環(huán)氧基開環(huán)，自交聯(lián)而形成醚鍵，具有親水性。
3#親水劑SW，其主要成分是一種有機(jī)硅親水整理劑和聚氨酯類混合物，這是一種含有環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)硅三元共聚物。高溫時(shí)，自交聯(lián)在纖維表面形成親水薄膜而獲得耐久性。側(cè)鏈上的聚醚基團(tuán)則為親水基團(tuán)，提供親水性和柔軟性。
4#親水劑，其主要成分是一種滲透劑，含有磺酸基團(tuán)和氨基，因此滲透性好，但整理效果不耐久。
2 實(shí)驗(yàn)方法
首先將滌綸織物進(jìn)行堿減量處理，再用不同的親水劑進(jìn)行浸軋?zhí)幚恚に嚵鞒虨槎?、烘干、焙烘，通過比較得出最佳親水劑，再深入研究親水劑用量、pH值、烘干溫度、烘干時(shí)間、焙烘溫度、焙烘時(shí)間的影響，選出最佳工藝條件。
3 結(jié)果與討論
3.1不同濃度的1#，2#，3#，4#親水劑吸水時(shí)間的比較
準(zhǔn)確稱取親水整理劑，配制溶液，催化劑（MgCl2）用量為0.5g/l，
用HAc調(diào)節(jié)pH=5，二浸二軋，110℃烘干2min,180℃焙烘30s。
表1 各種親水劑整理后的吸水時(shí)間比較
由表1可知，1#用量達(dá)30 g/L時(shí)吸水時(shí)間較短，而3#則在35 g/L時(shí)吸水時(shí)間較短，濃度繼續(xù)增大，效果增加不明顯?？赡苁怯捎跐舛忍?，親水劑分子會(huì)堵塞織物上纖維之間的空隙而影響毛細(xì)效應(yīng)。相對于1#和3#來看，2#和4#的效果較差。
3.2 pH值的影響
表2 pH值對吸水時(shí)間的影響
由表2可知，當(dāng)pH值等于4時(shí)，吸水時(shí)間最短?？梢妰煞N親水劑與滌綸織物作用要在弱酸條件下進(jìn)行。
3.3 烘干溫度的影響
表3烘干溫度對整理效果的影響（對1#進(jìn)行試驗(yàn)）
|
烘干溫度/℃ |
吸水時(shí)間/s |
強(qiáng)力/N |
|
90 |
80.12 |
548 |
|
100 |
78.56 |
568 |
|
110 |
65.24 |
580 |
|
120 |
73.25 |
572 |
|
130 |
74.68 |
566 |
由表3可見，對于1#親水劑，烘干溫度不同，對織物吸水時(shí)間和強(qiáng)力有影響，但不大。
3.4烘干時(shí)間的影響
表4 烘干時(shí)間對整理效果的影響
|
1#（110℃） |
|
3#（90℃） |
|
|
烘干時(shí)間/min |
吸水時(shí)間/s |
烘干時(shí)間/min |
吸水時(shí)間/s |
|
2 |
83.85 |
1 |
161.84 |
|
4 |
81.69 |
1.5 |
123.25 |
|
6 |
100.58 |
2 |
145.21 |
|
8 |
103.36 |
4 |
145.56 |
由表4中看出，烘干時(shí)間對1#吸水時(shí)間的影響并不明顯，考慮到實(shí)際生產(chǎn)工藝的因素，我們只要用2min烘干即可。對于3#烘干1.5min即可。
3.5焙烘溫度的影響
隨焙烘溫度升高，1#親水劑整理過的織物的吸水性提高，在190-220℃對滌綸的強(qiáng)力影響不大 ，但皂洗牢度提高，因?yàn)橛H水劑中聚酯嵌段有滌綸分子共結(jié)晶。 3#親水劑整理過的織物170℃焙烘后吸水最快，皂洗牢度隨溫度的升高而提高。
表5 焙烘溫度對親水劑整理效果的影響
|
|
溫度/℃ |
160 |
170 |
180 |
190 |
200 |
|
|
吸水時(shí)間/s |
87.21 |
72.45 |
104.56 |
174.56 |
110.25 |
|
1# |
強(qiáng)力/N |
556 |
495 |
479 |
538 |
549 |
|
|
皂洗后吸水時(shí)間/s |
246.87 |
235.26 |
228.65 |
224.58 |
200.54 |
|
3# |
吸水時(shí)間/s |
168.55 |
123.85 |
132.23 |
125.63 |
122.56 |
|
|
皂洗后吸水時(shí)間 |
423.20 |
410.62 |
400.32 |
385.12 |
380.25 |
注：1#親水劑110℃烘干2min，3#親水劑90℃烘干90s。
3.6 焙烘時(shí)間的影響
表6 焙烘時(shí)間對吸水時(shí)間的影響
|
|
焙烘時(shí)間/s |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
|
1# |
吸水時(shí)間/s |
87.26 |
108.25 |
115.85 |
127.03 |
154.20 |
|
|
皂洗后吸水時(shí)間/s |
232.87 |
228.16 |
212.25 |
208.56 |
200.54 |
|
3# |
吸水時(shí)間/s |
180.95 |
158.23 |
153.25 |
107.25 |
132.56 |
|
|
皂洗后吸水時(shí)間 |
323.20 |
313.62 |
305.36 |
285.14 |
280.25 |
1#親水劑整理劑的織物焙烘30s，吸水速度最快，3#吸水劑整理的織物焙烘75s吸水速度最快。雖時(shí)間的增大，其皂洗牢度提高。
3.7 軋液率的影響
表7 軋液率對1#親水劑整理效果的影響
|
軋液率/% |
吸水時(shí)間/s |
|
50 |
77.18 |
|
60 |
76.53 |
|
65 |
56.52 |
軋液率為65%時(shí)，整理過的織物吸水時(shí)間最短。
3.8 透濕量（ASTM 干燥杯法，室溫25 ℃）和透氣量
未整理滌綸織物的透濕阻力為3.143cm
1#親水劑整理過的滌綸織物的透濕阻力為0.7421cm，3#親水劑整理過的滌綸織物的透濕阻力為0.8552cm
未整理的滌綸織物的透氣量為358.15L/m 2.s
1#親水劑整理過的滌綸織物的透氣量為378.25 L/m 2.s
二 吸濕速干整理工藝實(shí)例
新一代吸濕排汗劑主要是一種水分散性聚酯為主組分的復(fù)配物，其中有瑞士Ciba公司的ULTRAPHIL，德國Herst公司的HMW8870，英國lCI公司的Permalose，其中Permalose T用于滌綸織物，Pemalose TG，用于滌棉混紡織物，。國內(nèi)類似產(chǎn)品為北京潔爾爽高科技有限公司的SAT用于滌綸，SW用于滌棉混紡織物。
這類水分散性聚酯是對苯二甲酸 (乙二酯)與聚環(huán)氧乙烷的嵌段共聚物，其示意式如下:
上述嵌段共聚物的分子量一般小于30000，其中聚環(huán)氧乙烷的分子量約為1000左右。視嵌段共聚物的分子量大小、熔點(diǎn)為50-6O℃左右，易分散于水中成分散體，濃度高時(shí)則呈凝膠狀。
上述分散嵌段共聚物分子結(jié)構(gòu)中具有與滌綸纖維分子結(jié)構(gòu)相同的苯環(huán)。高溫時(shí)，由于分子鏈段活動(dòng)，兩者的苯環(huán)容易產(chǎn)生分子間的共軛π電子對，形成牢固的網(wǎng)結(jié)，使親水性的聚環(huán)氧烷鏈段被結(jié)牢在滌綸纖維的表面。滌綸纖維由原來的疏水性表面變成耐久的親水性表面，明顯提高吸濕排汗功能外，還有抗靜電和易去污效果。
其中常用的吸濕排汗整理劑是JLSUN SW，其具體應(yīng)用工藝是：織物→浸軋吸濕排汗整理劑SW（30-50g/L）→烘干→拉幅（180-190℃，30秒）。JLSUN SW無毒、對人體安全，對皮膚無刺激，成本低廉，用法簡便，耐久性好，能與抗菌整理、防紫外線整理、樹脂整理同浴，整理浴液切變穩(wěn)定性高。JLSUN SW可用于滌綸、尼龍、棉/滌、毛/滌等織物，能同時(shí)賦予織物下列優(yōu)異性能：
① 吸汗透氣性：經(jīng)本品整理的織物吸汗性優(yōu)良、透氣性好、服用性優(yōu)異、吸濕快干，迅速將汗水和濕氣導(dǎo)離皮膚表面，可消除合成纖維織物燥身、不透氣和不吸汗等缺點(diǎn)。
② 親水抗靜電性：經(jīng)本品整理的織物親水性優(yōu)異，抗靜電性能良好、靜電效應(yīng)小、不易吸塵、有一定防污性、容易洗滌。
③ 柔軟性：經(jīng)本品整理的織物柔軟滑爽、手感舒適、風(fēng)格優(yōu)雅。
④ 耐久性：不影響織物的色澤和強(qiáng)力，耐久性好。
1 實(shí)驗(yàn)材料
1.1 織物:經(jīng)緯紗支9.8/9.8tex ,經(jīng)度密度390/280根/10cm
- 2藥品: JLSUN® SAT（北京潔爾爽高科技有限公司生產(chǎn)）,燒堿(分析純),保險(xiǎn)粉(分析純),滲透劑JFC。
1.3儀器:電熱恒溫水浴鍋,毛效測試儀,RJ1180高溫高壓染樣機(jī)。
- 4測試:吸濕效果用毛效測試法,根據(jù)織物30 min毛效的高低,比較吸濕效果。耐洗性測試采用紡織品實(shí)驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序,GB/T 8629—20015Ａ洗滌程序,懸掛晾干。
2 堿浴處理
堿浴處理可以使滌綸產(chǎn)生“堿剝皮”的效果,改變滌綸纖維的光潔度,使其表面微孔增多,有利于后面的親水整理。但堿浴條件不能太劇烈,以免使滌綸減量過多,改變織物風(fēng)格。
處方: 燒堿 2 g/L;
保險(xiǎn)粉 1 g/L;
JFC 1 g/L;
浴比 1∶20。
工藝流程: 90℃處理20～30min→80℃熱水洗→60℃熱水洗→冷水洗→酸中和→水洗→脫水→烘干。
- 吸濕整理
將織物前處理后,測得毛效平均是3.1cm/30min,采用正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)選吸濕整理工藝。根據(jù)整理的影響因素選擇4因素,每個(gè)因素取3個(gè)水平,浴比1∶20,織物重5ｇ,分別對吸濕劑JLSUN® SAT 進(jìn)行Ｌ9(34)正交實(shí)驗(yàn)(表8),試驗(yàn)結(jié)果見表9。
表8 吸濕整理效果正交實(shí)驗(yàn)
表9吸濕整理效果正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果
|
序號 |
吸濕劑用量/%（o.w.f） |
pH值 |
溫度/℃ |
時(shí)間/min |
毛效/cm |
|
1 |
2 |
4 |
30 |
20 |
5.6 |
|
2 |
2 |
7 |
60 |
30 |
6.3 |
|
3 |
2 |
10 |
90 |
40 |
5.4 |
|
4 |
3 |
4 |
60 |
40 |
7.6 |
|
5 |
3 |
7 |
90 |
20 |
8.3 |
|
6 |
3 |
10 |
30 |
30 |
6.5 |
|
7 |
5 |
4 |
90 |
30 |
8.2 |
|
8 |
5 |
7 |
30 |
40 |
7.3 |
|
9 |
5 |
10 |
60 |
20 |
6.6 |
|
Ⅰ |
17.2 |
21.1 |
18.2 |
20.2 |
|
|
Ⅱ |
20.5 |
21.6 |
20.0 |
19.3 |
|
|
Ⅲ |
21.7 |
16.9 |
21.6 |
20.2 |
|
|
K1 |
5.8 |
7.1 |
6.1 |
6.7 |
|
|
K2 |
6.8 |
7.2 |
6.6 |
6.6 |
|
|
K3 |
7.2 |
5.6 |
7.2 |
6.7 |
|
|
R |
1.4 |
1.7 |
1.2 |
0.2 |
|
注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為三水平的綜合值，K1、 K2 、K3 為某一因素測試指標(biāo)的平均值。
從表9中極差R可以看出,pＨ值是影響吸濕整理的主要因素,再次是吸濕劑用量，其次是溫度,而時(shí)間的影響較小。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,試樣4、5、7吸濕效果都較好,毛效平均增加4～5cm/30min,提高了1倍多。從毛效的大小方面和成本方面衡量,吸濕整理的最適宜的工藝條件是:pＨ值4,吸濕劑用量3%～5%,溫度60℃,時(shí)間40min.
- 染色同浴吸濕整理
處方: 分散染料 ?。?(o.w.f);
ｐＨ值 4-5;
高溫勻染劑 1%;
JLSUN® SAT 4%(o.w.f)。
工藝流程:升溫至60℃保持20min→添加染料升溫至130℃染色60min→還原清洗→冷水洗→烘干。
毛效測試結(jié)果證明染色前后毛效提高了2～3cm,同樣可達(dá)到增加織物吸濕性能。
- 吸濕性能水洗牢度測試
試樣采用紡織品試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序GB/T8629—2001,然后測試毛效(30min),如表10所示。
表10 織物水洗后的毛效 單位：cm
|
序號 洗滌次數(shù)/次 |
||||
|
|
0 |
20 |
30 |
40 |
|
1 |
7.6 |
7.5 |
7.9 |
8.6 |
|
2 |
8.3 |
7.8 |
9.0 |
7.9 |
|
3 |
8.2 |
7.7 |
8.4 |
7.6 |
|
4 |
6.3 |
6.7 |
7.1 |
7.6 |
從表10測試結(jié)果可以看出,吸濕整理劑的耐洗性好,洗滌次數(shù)達(dá)40次,吸濕性能仍沒有下降。
第四節(jié) 吸濕排汗纖維
眾所周知，滌綸纖維是一種結(jié)晶度較高的纖維，所以其織物有良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，其耐熱、耐光、耐酸堿、耐氧化劑和耐磨等性能。但是，分子主鏈中沒有親水性基團(tuán)，因此呈疏水性，吸濕排汗性能很差，以致應(yīng)用受到了限制，服裝穿著透濕性差，有悶熱感，又有靜電易于積累引起的種種麻煩，其織物透過皮膚排泄高熱汗氣的能力即透濕性差，從而影響了人們穿著的舒適性。
通過對聚酯纖維進(jìn)行物理和化學(xué)改性可以提高聚酯織物的吸濕性，減少表面靜電，提高穿著舒適性。
一 利用物理改性獲得吸濕速干性[5]
可以通過改變噴絲板微孔的形狀，紡制具有表面溝槽的異形纖維；或采用與含有親水基團(tuán)的聚合物共混和復(fù)合共紡的方法，研制生產(chǎn)具有吸濕排汗性能的纖維。
（一）、原料共混紡絲：采用含有親水基團(tuán)的聚合物與聚酯共混進(jìn)行紡絲，同時(shí)采用特殊設(shè)計(jì)的異形噴絲板，生產(chǎn)吸濕排汗纖維。利用磺酸鹽作為吸濕基團(tuán)，生產(chǎn)具有吸濕排汗功能的纖維改性聚酯。
（二）、雙組分復(fù)合共紡：將聚酯和其它親水性聚合物，用雙螺桿進(jìn)行復(fù)合共紡，研制具有皮芯復(fù)合形式的異形截面的新型吸濕排汗纖維，對其吸水性和外觀進(jìn)行改善。親水性材料作為皮層，常規(guī)聚酯作為芯層，兩種組分分別起親水吸濕和導(dǎo)濕的作用。親水性聚合物一般是聚醚改性聚酯和/或親水性改性的聚酰胺，這樣的復(fù)合纖維有吸濕、導(dǎo)濕的作用，達(dá)到吸濕排汗的功效。
德國BASF公司申請了吸濕排汗纖維專利,該專利是利用改進(jìn)噴絲孔形狀和選用PET、PA雙組分復(fù)合共紡的方法,使纖維吸濕排汗性能具有持久性。
（三）、改變噴絲孔形狀：改變噴絲孔形狀是提高纖維導(dǎo)濕性的簡單、直觀和行之有效的方法。導(dǎo)濕性提高主要是由于在異形纖維的縱向產(chǎn)生了許多溝槽，纖維通過這些溝槽的芯吸效應(yīng)起到吸濕排汗的功效。使纖維間產(chǎn)生較大的空隙而具有良好的毛細(xì)效應(yīng)，水份的擴(kuò)散明顯加快，潤濕蒸發(fā)面積顯著增大，水份的擴(kuò)散和干燥速度大大增強(qiáng)，從而具有良好的吸濕排汗和導(dǎo)濕功效，同時(shí)由于汗水的大量快速蒸發(fā)帶走人體的部分熱量，使得體表的溫度有所下降從而使人體具有涼爽的感覺，即使在大運(yùn)動(dòng)量的場合衣物也會(huì)保持較為干爽且不貼身，能夠使運(yùn)動(dòng)員達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。通過比較各異形纖維可以發(fā)現(xiàn)，纖維的吸濕功能不僅與異形度有關(guān)，還與溝槽的深度、溝槽的形狀有關(guān)。而不同異形截面的纖維在相同異形度時(shí)，導(dǎo)濕性能也不一樣，帶有較深且較窄溝槽的異形纖維導(dǎo)濕性能好。當(dāng)水珠滴落在上面時(shí)無法穩(wěn)定滯留，溝槽產(chǎn)生加速的排水效果，人體的汗液利用紗中纖維的細(xì)小溝槽被迅速擴(kuò)散到布面，再利用十字型截面產(chǎn)生的高比表面積，使水分被快速的蒸發(fā)到空氣中。十字型截面還使紗具有良好的蓬松性，織物具有良好的干爽效果。杜邦的Coolmax纖維、臺(tái)灣中興公司的Coolplus纖維、儀征化纖股份公司的CoolBest纖維以及海天公司Cooldry纖維就是利用該方法所制成的。
1 Coolmax 吸濕排汗纖維[6]
Coolmax吸濕排汗纖維是一種新型異截面聚脂纖維，并有4條排汗管道的異形截面的纖維，它的截面呈扁平型的凹凸槽截面結(jié)構(gòu)，形成許多毛細(xì)效應(yīng)強(qiáng)烈的細(xì)小芯吸管，它能將汗水迅速排到織物表面，當(dāng)汗水排至該纖維織物表面后，能快速蒸發(fā)到周圍大氣中去，具有優(yōu)良的導(dǎo)濕快干性能。它綜合了棉的舒適性和滌的快干性，使皮膚保持干爽，達(dá)到快速吸濕排汗，加工的面料吸濕性好，穿著舒適，無悶熱的感覺，其獨(dú)特的清涼性和輕快性已成為高檔服飾的獨(dú)特風(fēng)格，是目前的理想面料。
Coolmax功能性纖維面料的干燥率差不多是棉的2倍。將Coolmax功能性纖維面料應(yīng)用于牛仔織物上，其強(qiáng)大的透氣性和良好的吸濕控制，將使穿著者的皮膚保持干燥，減少體能消耗，使出汗不再成為一個(gè)擾人的問題。
Coolmax織物的染整工藝：
工藝流程：翻縫→燒毛→退漿→漂白→定型→染色→后整理
工藝要點(diǎn)：
（1）Coolmax等異型纖維織物不能用強(qiáng)堿處理，否則會(huì)導(dǎo)致纖維的迅速降解，影響其諸多性能。
（2）織物的定型溫度不能過高，一般控制在185－190℃。
（3）染色溫度控制在120℃，不宜過高，過高會(huì)使纖維結(jié)構(gòu)中的多孔道產(chǎn)生變形，膨脹，扭曲，冷卻后形狀固定下來，使孔道產(chǎn)生堵塞而影響織物的透濕功能。
（4）為了保證Coolmax具有良好的吸濕排汗性能，后整理必須用吸濕速干整理劑如北京潔爾爽高科技有限公司的SW、SAT 。
(5) 吸濕排汗織物柔軟處理時(shí)，不宜采用具有疏水性的品種，否則會(huì)影響織物的芯吸作用，致使降低其吸濕排汗功能。故宜選用Jlsun® 吸水性柔軟劑SCG。
2 Coolplus吸濕排汗纖維
Coolplus纖維是利用纖維表面的四條細(xì)微溝槽產(chǎn)生“毛細(xì)現(xiàn)象”將肌膚表面排出的濕氣與汗水經(jīng)芯吸、擴(kuò)散、傳輸，使水滴通過織物瞬間排出體外蒸發(fā)，讓肌膚充分感受干爽和清涼。其濕氣擴(kuò)散能力較棉高12%～74%，干燥效率較棉高11%～47%。
2.1 Coolplus纖維理化性能
2.1.1 Coolplus 纖維的表面特征
Coolplus纖維的截面切片呈“+”形（見圖1，圖2 ）,通過纖維表面這些細(xì)微的孔洞和溝槽可以產(chǎn)生毛細(xì)效應(yīng),將人體肌膚表層排除的濕氣和汗水迅速吸收到織物表層,不僅改善了滌綸纖維的吸濕性,還可快速散發(fā)濕氣和汗水,達(dá)到吸濕快干的效果。
2.1.2 纖維的理化性能對比及分析
Coolplus纖維與其它纖維性能的對比見表17。Coolplus纖維的可紡性好,雖然其強(qiáng)度比普通滌綸低,但強(qiáng)度、伸長率均較高于纖維素纖維,可與其它纖維混紡,提高Tencel、Modal以及棉等紗線的強(qiáng)度,并改善紗線的條干均勻度。由于其截面的幾何特征,具有比其它圓形纖維更高的抗彎性能,增加了纖維間的抱合力、蓬松度性、透氣性和絲條硬挺性,光澤柔和,消除了圓形纖維織物的臘狀感,手感舒適。Coolplus吸水性較其它纖維高,因其纖維表面的縱向溝槽和無數(shù)微孔可以起到毛細(xì)管作用,吸收汗液的速度和擴(kuò)散的速度均比棉纖維快,可使皮膚表面保持干燥,使人感覺既涼爽、清新,又無寒冷的感覺,而微孔效應(yīng)使其更具溫暖、柔軟、活潑的手感。
表17 Coolplus纖維與其它纖維性能的對比
|
性能 |
Coolplus |
Tencel |
Modal |
棉 |
滌綸 |
大豆纖維 |
|
干強(qiáng)(cN/tex) |
37-54 |
38-42 |
32-34 |
20-24 |
55-60 |
55-67 |
|
濕強(qiáng)(cN/tex) |
36-50 |
34-38 |
19-21 |
26-30 |
54-58 |
40-52 |
|
干伸長率（%） |
15-45 |
14-16 |
13-15 |
3-10 |
25-30 |
15-21 |
|
濕伸長率（%） |
18-30 |
16-18 |
14-16 |
12-14 |
25-30 |
16-21 |
|
干模量(cN/tex) |
220 |
1100 |
700 |
90-110 |
60-280 |
------ |
|
吸水性（%） |
65-85 |
65-70 |
75-80 |
45-55 |
2-3 |
30-45 |
2.2 Coolplus織物的染整加工
Coolplus纖維的紡織染整加工生產(chǎn)工藝路線與滌綸相比基本相同。考慮到Coolplus為非常規(guī)型截面,縱向成棱槽狀,成纖具有機(jī)械卷曲形成的彎面,有較好的卷曲彈性恢復(fù)率,只需稍加調(diào)整和設(shè)計(jì),就能用滌綸紡織染整加工工藝和設(shè)備進(jìn)行加工生產(chǎn)。
工藝流程
原料準(zhǔn)備→坯布編織→密度檢驗(yàn)→磅布打印→檢驗(yàn)修殘→漂白/ JLSUN SCG柔軟處理→脫水→烘干
染色→
生物拋光→JLSUN SW整理→濕擴(kuò)幅→預(yù)烘→焙烘
→定型→光坯檢驗(yàn)裁剪→縫紉→整燙→檢驗(yàn)→包裝入庫。
2.3 產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)
主要技術(shù)指標(biāo)
按照臺(tái)灣TTF 007《吸濕速干紡織服飾品》規(guī)定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法,經(jīng)采用美國AATCC 135(1)(Ⅲ)(Ａ)iii法洗滌10次后測試主要指標(biāo),測定結(jié)果見表21。
表 21 Coolplus與JC 纖維彈力羅紋針織布吸濕速干性能的比較
由表21可知, 同紗支、同組織規(guī)格的Coolplus針織布,較純棉針織布的芯吸高度及水分蒸發(fā)率高,表明前者具有較好的吸濕排汗功能,其純紡或與Tencel混紡的產(chǎn)品均達(dá)到了TTF 007吸濕速干紡織服飾品的規(guī)定要求。由于針織內(nèi)衣直接接觸皮膚,便將Coolplus針織布和精梳純棉針織布進(jìn)行了吸濕排汗指標(biāo)測試比較,測試時(shí)使用GB/T 3922耐汗?jié)n試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)酸堿液,可以更真實(shí)地反映出吸濕排汗的效果。測試比較結(jié)果見表22。
表22 Coolplus針織布和精梳純棉針織布對酸堿液的吸濕排汗效果比較
由表22可見, Coolplus與棉纖維的吸濕排汗能力有較大的差異,前者對酸堿汗?jié)n的吸放量較大,后者對酸液的排出較好,但遠(yuǎn)不如Coolplus纖維的吸濕排汗能力強(qiáng)。
日本帝人公司開發(fā)銷售了多孔中空截面聚酯纖維。它是在纖維表面到中空部分有許多貫通的細(xì)孔，其生產(chǎn)工藝是先與特殊的微孔形成劑共混，然后再將其溶出。該纖維具有優(yōu)良的吸濕排汗功能和表面粗糙的風(fēng)格。
吸水性纖維中著名的品種有德國拜耳公司開發(fā)的材料，它是芯鞘二層結(jié)構(gòu)。在芯部沿纖維軸方向并列許多細(xì)孔，鞘部中有許多導(dǎo)管使芯部與纖維表面相連接，被吸收的水份在芯部多孔質(zhì)中有選擇地被保留，纖維的表面則成為干燥的狀態(tài)。此后，日本的鐘紡、三菱人造絲等公司也相繼開發(fā)了類似的吸水性纖維。一般情況下，在聚酯纖維中可制作出直徑0.01-3微米的大量微細(xì)孔，從而得到高吸水率纖維。
二 利用化學(xué)改性獲得吸濕速干性
1 通過接技共聚方法，在大分子結(jié)構(gòu)內(nèi)通常引入羧基、酰胺基、羥基和氨基等，增加對水分子親和性，從而增加纖維吸濕排汗性能。
等離子體處理與親水性單體聚合：對織物表面進(jìn)行等離子體處理，開發(fā)出能夠排放汗氣的纖維。利用連續(xù)發(fā)生高密度等離子體的裝置，對纖維表面進(jìn)行改性并與丙烯酸分子接枝共聚，可很好地吸收水分，而里面不沾水，即使反復(fù)洗滌，效果仍能長久保持，通過人們穿著試驗(yàn)結(jié)果表明，比棉汗衫的悶熱性和粘糊感小。
日本東洋紡公司開發(fā)出會(huì)呼吸的聚酯織物“Ekslive”,它是通過聚合方法利用化學(xué)鍵接的方式，將聚丙烯酸酯粉末連接到聚酯纖維上,通過吸濕排除熱量,改善織物的飽和吸水性。另外，日本Komatsu Serien 公司通過蠶絲化合物接枝聚合改性得到吸水排汗聚酯纖維。
2 為了使纖維表面親水化，通常使用親水性高分子覆蓋于表面，但要求在洗滌時(shí)該親水性化合物不易脫落。其中可與滌綸纖維生成共熔結(jié)晶型的聚二乙醇嵌段共聚物是最好的加工劑，它可以使面料具有“毛細(xì)管效應(yīng)”，讓水分子在最短的時(shí)間散發(fā)出去，從而使面料保持干爽。JLSUN SW親水加工劑的對苯二甲酸酯部分和聚酯纖維有完全相同的結(jié)構(gòu),因此，用這樣結(jié)構(gòu)的親水加工劑處理之后，進(jìn)行加熱時(shí)，與滌綸分子具有相同結(jié)構(gòu)的部分成為熔合的狀態(tài)，進(jìn)入聚酯纖維的結(jié)晶區(qū)形成共熔結(jié)晶，從而獲得耐久性，同時(shí)由聚乙二醇鏈段獲得親水性。
三 利用紡紗和織造結(jié)構(gòu)獲得的吸濕速干性
1 與纖維素系纖維的復(fù)合：將纖維素纖維和聚酯纖維的特性相互結(jié)合所制成的纖維材料，有一些復(fù)合纖維已被開發(fā)出來了。例如，由日本東洋紡公司所開發(fā)的多層結(jié)構(gòu)絲，控制由于大量出汗引起的粘糊感和濕冷感，纖維結(jié)構(gòu)最內(nèi)層是疏水性長絲，中間層為親水性短纖維，最外層用疏水性復(fù)絲包覆的三層結(jié)構(gòu)復(fù)合絲。
2 多層結(jié)構(gòu)：高度達(dá)到20米的杉樹從根部吸收的水分能上升到樹梢，這是由于導(dǎo)管巧妙地利用了毛細(xì)管現(xiàn)象所產(chǎn)生的效果。例如，根部附近的導(dǎo)管直徑約25毫米，中間部分為10毫米，前端為1.5毫米這樣一種毛細(xì)管直徑由下到上逐漸變細(xì)的形態(tài)。運(yùn)用這種原理的100%聚酯多層結(jié)構(gòu)針織品已開發(fā)出來，靠近肌膚一側(cè)用粗纖維形成粗網(wǎng)眼，外側(cè)則配置細(xì)的纖維形成的細(xì)網(wǎng)眼，通過這種形式使汗水迅速向外部放出，這種多層結(jié)構(gòu)聚酯纖維針織品日本東麗公司與帝人公司都在生產(chǎn)。
第五節(jié) 吸濕排汗織物的性能及檢測方法
一 吸濕排汗織物的性能
纖維的吸濕排汗性能取決于其化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)形態(tài)。從皮膚表面蒸發(fā)的氣態(tài)水份首先被纖維材料吸收 (即吸濕)，然后經(jīng)由材料表面放濕；而皮膚表面的液態(tài)水分由纖維內(nèi)部的孔洞 (毛細(xì)管、微孔、溝槽)，以及纖維之間的空隙和毛細(xì)效應(yīng)使水分在材料間表面的吸附、擴(kuò)散和蒸發(fā)(即放濕)。兩種作用的結(jié)果導(dǎo)致水分遷移，前一種作用主要與纖維大分子的化學(xué)組成有關(guān)，后一種作用則與纖維的物理結(jié)構(gòu)形態(tài)有關(guān)。
1 吸水性
吸濕排汗纖維具有吸水性的特征，是利用纖維表面有許多內(nèi)外溝通的微孔或原纖維間隙和表面溝槽形成的眾多的毛細(xì)管，使得水分容易進(jìn)入纖維間。同時(shí)，沿著纖維軸方向不少管狀的溝槽或毛細(xì)管，通過芯吸作用為水分的遷移提供通道，因此纖維有良好的吸水性。吸水之后也不出現(xiàn)像棉那樣因吸水而膨潤的現(xiàn)象。
2 干燥性
聚酯纖維間的水分主要依靠大量的微孔毛細(xì)管引力被纖維握持，或者機(jī)械地保持在纖維間的毛細(xì)管中，在正常環(huán)境溫度下水分容易輸送到纖維表面而揮發(fā)掉，吸濕排汗纖維的快干性能見圖3：
3基本指標(biāo)
一些專業(yè)測試機(jī)構(gòu)認(rèn)為織物滴水 (0.02m1)后20秒要完全擴(kuò)散，水滴擴(kuò)散面積要大于1000mm2；并要求織物滴水后，在正常環(huán)境條件下40 分鐘內(nèi)，織物上殘余水分須低于20%。
此外，吸濕排汗滌綸織物與常規(guī)滌綸織物比，其手感柔軟懸垂性優(yōu)良，質(zhì)地較輕盈，以及良好的干爽觸感。
二 吸濕排汗性能的評價(jià)
1導(dǎo)濕透氣性指標(biāo)的定義[8]
1.1透濕量 是指織物在兩面分別存在恒定的水蒸氣壓力下，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸氣的質(zhì)量（單位：g/m2·d）。
1.2 濕阻 織物的濕阻反應(yīng)了織物的傳濕能力，根據(jù)菲克方程：
R=D·△C·A·t/Q
可計(jì)算出織物的濕阻。式中，R為織物濕阻（cm），Q為透過織物的水汽量（g）,t為試驗(yàn)時(shí)間（s）,A為織物面積（cm2）,D為擴(kuò)散系數(shù)，△C為水汽濃度差（g/cm3）。
1.3芯吸速率 它是測試織物導(dǎo)濕性的指標(biāo)之一，并受液態(tài)水、纖維、紗線及織物等因素的共同影響。其計(jì)算公式為：
w = h/t1/2 ,其中w為芯吸速率， h為毛細(xì)高度（cm）,t為時(shí)間（min）。
2測試方法[9]
2.1吸水性的測試方法
2.1.1 垂直芯吸法（毛細(xì)效應(yīng)法）
此方法見于紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01071《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》，該法適用于測定各類紡織品的毛細(xì)效應(yīng)，且儀器簡單、操作簡便、應(yīng)用廣泛。試驗(yàn)時(shí)，把試樣條垂直懸掛在毛細(xì)效應(yīng)儀的張力架上，使試樣自然下垂至下端的刻度線剛巧浸入液面，水溫設(shè)定為（27±2）℃ ，30min后測水所潤濕試樣的高度，比較試樣對水的潤濕作用強(qiáng)弱。
日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS L1907 Byreck 法與FZ/T 01071原理相同，其試樣大小、測試水溫略有差異，測試時(shí)間則縮短為10min。
2.1.2 滴水法
此方法為杜邦技術(shù)實(shí)驗(yàn)室方法，專用于評價(jià)織物吸濕排汗整理后的效果。試驗(yàn)時(shí)裁取一塊5cm×13cm大小的試樣，正面向上，平放在水平桌上，其下鋪上白色濾紙。將1滴0.05mL左右的水珠滴在試樣的左半部分，按下秒表，記錄水珠完全滲入織物內(nèi)部所需要的時(shí)間。在試樣的中間部位和右半部位作同樣的測試，觀察織物左中右整理效果是否一致。
一般來說，水珠滲入織物的速度越快，整理后的織物吸水能力越強(qiáng)，此方法相似的還有AATCC 79《漂白紡織品的吸水性》。但是，這種方法只能提供一個(gè)大概的參考。有人在此基礎(chǔ)上提出在織物反面滴水，然后測量1min 后織物正面的導(dǎo)濕面積和導(dǎo)濕體積，導(dǎo)濕面積越大，織物吸水性越好。
- 2吸濕性測試
吸濕性測試主要參考日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS L1079,試驗(yàn)時(shí)裁取1.5cm×1.5cm試樣三塊,在105～110℃下烘至恒重,稱得布樣重量,然后重新將織物在105～110℃下烘30～60min后,立即垂直掛在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃,RH65%)的恒溫恒濕箱內(nèi),10min后稱重,計(jì)算吸收水分百分?jǐn)?shù)X。稱重后再掛在上述恒溫恒濕箱內(nèi)直至水分平衡,再稱重布樣,計(jì)算水分達(dá)到平衡時(shí)的吸收水分百分?jǐn)?shù)S。吸濕速度常數(shù)K按下式計(jì)算:
- 透濕性測試
透濕性測試原本主要用于評價(jià)防水透濕涂層織物的整理效果,這里用來評價(jià)吸濕排汗整理劑對織物組織結(jié)構(gòu)的影響,即測試整理是否造成織物組織孔隙變小而使?jié)駳鉄o法順利通過。國外發(fā)展了不少透濕性測試方法,表23列出了部分測試方法及被采納應(yīng)用的國家和地區(qū)。
表23透濕量測試方法及適用國家
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應(yīng)用國家 和地區(qū) |
ASTM E96 |
JIS L 1099 |
BS 7209 |
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美國 |
日本 |
歐洲 |
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測試方法 |
A吸濕法 |
A-1氯化鈣法 |
水杯法 |
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B蒸發(fā)法 |
A-2水杯法 |
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BW反相杯法 |
B-1醋酸鉀法 |
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單位 |
g/m3/24h |
g/m3/24h |
% |
這些測試方法的優(yōu)缺點(diǎn),不少文獻(xiàn)都有探討。由于原理、測試條件的差異,不同的測試方法所測得的結(jié)果之間沒有可比性。
我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12704—1991《織物透濕量的測定方法透濕杯法》采用蒸發(fā)法和吸濕法,與ASTME96原理基本相同,只是測試條件有所不同。以蒸發(fā)法為例,試驗(yàn)時(shí),在清潔、干燥的透濕杯內(nèi)注入10mL水,將試樣測試面向下放置在透濕杯上,旋緊螺帽,并用膠帶封口,組成試驗(yàn)組合體。將組合體水平放置在已達(dá)規(guī)定條件(38℃,RH2%,氣流速度0.5m/s)的試驗(yàn)箱內(nèi),經(jīng)過0.5h平衡后稱重,隨后經(jīng)過1h試驗(yàn),再次稱重。以下式計(jì)算透濕量WVT:
式中:Δm——兩次稱重之差;
S——試樣試驗(yàn)面積;
t——試驗(yàn)時(shí)間。
2.4 快干性測試
采用透濕杯法，該法可測量織物的透濕量。首先在透濕杯中放入定量水，然后將預(yù)處理的試樣緊密覆蓋在透濕杯的杯口上，試樣表面必須平整且經(jīng)緯紗不能扭曲，使水蒸汽只能從試樣通過。將其放置在溫度（20±1）℃、相對濕度（65±2）%的環(huán)境下平衡24h。用精確度達(dá)0.001g的電子天平秤稱得杯子初重和蒸發(fā)后的重量，定量重復(fù)測試。
使用天平測量織物蒸發(fā)前后質(zhì)量的變化，用蒸發(fā)得自由水量來表示：
織物失重率/% = （W0-W1）/W0×100
式中：W1 —— 蒸發(fā)后杯子的質(zhì)量
W0 —— 杯子初重
另外還有測定公定回潮率，用透氣容器采用感濕傳感器或紅外傳感器等機(jī)器測定法求得水蒸氣滲透度等。
2.5 耐久性測試
關(guān)于耐久性的測試，國外一般都參照織物縮水率試驗(yàn)方法，如AATCC 135《機(jī)織物和針織物在自動(dòng)家庭洗滌中的尺寸變化》，國內(nèi)則采用GB/T 12490-1988《紡織品耐家庭和商業(yè)洗滌色牢度試驗(yàn)方法》的GB/T 8629-1990《紡織品試驗(yàn)時(shí)采用的家庭洗滌及干燥程序》，洗滌次數(shù)則根據(jù)產(chǎn)品的最終用途和洗滌方式而定。
第六節(jié) 結(jié)語
目前，吸濕排汗纖維已從單一的物理改性向物理化學(xué)改性方向發(fā)展，以致出現(xiàn)了性能更高新的纖維。例如:美國杜邦公司由Coolmax發(fā)展成Coolmax AIta，日本東洋的Ekslive，臺(tái)灣中興公司由Coolplus發(fā)展成Hydrosoft，隨著新的吸濕排汗纖維的出現(xiàn)，推動(dòng)了高性能的吸濕排汗產(chǎn)品的開發(fā)和推廣應(yīng)用。吸濕速干助劑Jlsun® SW和SAT，Permalose T 和 TG等以其簡便的操作方法、優(yōu)良的吸濕速干性能占據(jù)了國內(nèi)的大部分市場，具有廣闊的應(yīng)用前景，值得我國科研部門和紡織品新產(chǎn)品開發(fā)部門的關(guān)注。
未來衣著用織物將朝舒適、健康的方向發(fā)展，以展現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性、舒適性和功能性的特色，吸濕排汗織物即是其中最重要的項(xiàng)目之一，目前在國內(nèi)尚在發(fā)展中，預(yù)期未來將會(huì)有很大的成長，并逐漸普及到日常衣物中。
參考文獻(xiàn)
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