王 玥，王春紅,2，徐 磊，劉勝凱，鹿 超，王利劍，楊 璐，左 祺

(1.天津工業(yè)大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室，天津 300387)

保持服裝在運動過程中的舒適干爽是運動服飾研究的重點，未來服用織物將朝著舒適、健康、綠色的方向發(fā)展，環(huán)保型吸濕速干織物是其中最重要的項目之一[1]。我國極力主張綠色環(huán)保的發(fā)展理念，服裝面料的研發(fā)應(yīng)將環(huán)保原則深入其中，著重選用可循環(huán)再利用材質(zhì)的纖維等，在后整理程序中也應(yīng)該注重面料功能與綠色化學(xué)的相輔相成[2]。萊賽爾纖維以天然植物纖維為原料，可在泥土中完全分解，對環(huán)境無污染[3]，纖維之間的亞微管可以調(diào)節(jié)水分吸收和釋放。聚酯纖維是運動服裝中最常用的纖維，其中聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)寶特瓶回收再制成PET纖維被廣泛運用于紡織品上，但再生滌綸強(qiáng)力略低，條干不勻率較大，吸濕快干性較差，這些性能上的不足阻礙了再生滌綸的普遍應(yīng)用[4-5]。

從纖維到紗線再到織物，每個環(huán)節(jié)都會對面料的吸濕速干性能產(chǎn)生影響。從織物角度來講，針織物特有的線圈結(jié)構(gòu)使其具有獨特的傳輸特性，例如水蒸氣滲透性、空氣滲透性、導(dǎo)熱性和水分管理等[6]?？椢锏呐藕箤?dǎo)濕可通過化學(xué)法、等離子體改性法和結(jié)構(gòu)設(shè)計法等實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計法無化學(xué)試劑的參與，環(huán)保且有利于織物與人體皮膚直接接觸[7]，主要依據(jù)差動毛細(xì)效應(yīng)原理、點或線接觸以及芯吸效應(yīng)原理來進(jìn)行設(shè)計[8]。雙面針織組織結(jié)構(gòu)是運動服中較常見的織物結(jié)構(gòu)。單面萊賽爾纖維織物排濕效果不太理想，與100%天絲織物或100%聚酯織物相比，皮膚接觸層為滌綸且外層為天絲的雙面織物有更好的吸濕速干效率[9]。近年來，國內(nèi)外對于雙面吸濕速干面料的研究大多集中在開發(fā)特殊結(jié)構(gòu)的纖維和紗線，以及纖維和織物兩面的化學(xué)改性等，從單向?qū)袢S結(jié)構(gòu)角度來提高雙面織物的吸濕速干性能研究較少[10-11]。

本文采用綠色環(huán)保的天絲和再生滌綸，設(shè)計新型三維導(dǎo)濕針織結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)模型特征設(shè)計開發(fā)雙面針織物，分析比較其吸濕速干性能。并在該組織結(jié)構(gòu)下，將天絲/再生滌綸織物同天絲/中空滌綸織物和天絲/杜邦TMSorona?織物進(jìn)行對比。采用模糊綜合評價并結(jié)合離差最大化法對吸濕速干單項組合試驗法和動態(tài)水分傳遞法的試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。

1 試驗部分

1.1 主要原料

天絲A100TM特種纖維短纖紗(18 tex，纖維直徑為9.921 μm，蘭精集團(tuán))；再生滌綸短纖維紗線(18 tex，纖維直徑為10.582 μm，昆山絲冠紡織品有限公司)；再生滌綸長絲(16.7 tex(48 f)，絲束直徑為18.633 μm；33.3 tex(96 f)，絲束直徑為18.877 μm，昆山絲冠紡織品有限公司)；中空滌綸短纖紗(28 tex，纖維直徑為15.647 μm，昆山絲冠紡織品有限公司)；杜邦TMSorona?高彈紗(33.3 tex(144 f)，絲束直徑為14.845 μm，美國杜邦公司)。

1.2 織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計新型三維導(dǎo)濕針織結(jié)構(gòu)模型開發(fā)雙面變化緯編間隔針織物，三維模型及其截面示意圖如圖1所示。該模型上表面模擬織物皮膚接觸層，具有疏水多孔性，下表面模擬織物外層，具有親水多孔性，中間為連接層。變化緯編間隔組織模型的上下表面孔隙差異和連接層的疏松結(jié)構(gòu)可加速氣液通過。

圖1 三維織物結(jié)構(gòu)模型及其截面示意圖

將雙面變化緯編間隔組織織物與單面緯平針組織、蜂窩網(wǎng)眼組織和雙面緯編間隔組織織物進(jìn)行對比，采用龍星12 G電腦橫機(jī)進(jìn)行織造，4種針織組織結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 4種針織組織結(jié)構(gòu)圖

織物組織結(jié)構(gòu)和原料組成如表1所示。3#織物與4#織物均由天絲與再生滌綸紗線交替喂入，進(jìn)行彎紗成圈。5#織物的皮膚接觸面由于再生滌綸長絲集圈線圈懸弧的存在使織物表面呈現(xiàn)凹凸效應(yīng)，有利于織物形成燈芯點芯吸效應(yīng)，從而提高其水分傳輸能力。緯編間隔組織織物皮膚接觸面為再生滌綸，織物外層和集圈部分為天絲。變化緯編間隔組織是在緯編間隔組織基礎(chǔ)上將織物皮膚接觸面的1/2成圈線圈用集圈代替，且織物中間層去掉1/2集圈線圈，從而降低織物皮膚接觸面緊度，增加織物中間層孔隙。為充分發(fā)揮功能性紗線的導(dǎo)濕性，10#織物和11#織物僅外層為天絲。

表1 針織物的組織結(jié)構(gòu)和原料組成

1.3 織物吸濕速干性能測試

1.3.1 織物水分傳遞性能

由于液態(tài)水分管理測試儀更適合用于結(jié)構(gòu)均勻，不含導(dǎo)電纖維與未經(jīng)過化學(xué)整理的織物，因此參照GB/T 21655.2—2019《紡織品 吸濕速干性的評定 第2部分：動態(tài)水分傳遞法》，采用M290型液態(tài)水分管理測試儀測試11種針織物的動態(tài)水分傳遞性能[12]。試驗通過在1 L蒸餾水中放入約9 g的氯化鈉來模擬人體汗液。

1.3.2 單項組合試驗

參照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》中的吸水率測試方法，分別裁取5塊尺寸為10 cm×10 cm試樣進(jìn)行測試。

參照上述標(biāo)準(zhǔn)中的芯吸高度測試法，分別裁取長邊平行于織物經(jīng)向和緯向的試樣各3塊，測量 30 min 時液體芯吸高度的最大值。

參照上述標(biāo)準(zhǔn)中的水分蒸發(fā)速率和蒸發(fā)時間測試方法，分別裁取尺寸不小于10 cm×10 cm試樣 5塊進(jìn)行測試。將試樣懸掛于標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中，每隔(5±0.5)min 稱量質(zhì)量。

參照GB/T 12704.1—2009《織物透濕性試驗方法 第1部分：吸濕法》，使用YG(B)216-Ⅱ型織物透濕量儀，分別裁取3塊直徑為7 cm的圓形樣片進(jìn)行測試。根據(jù)一定時間內(nèi)試驗組合體質(zhì)量的變化計算試樣單位時間內(nèi)的透濕。

由于滴水?dāng)U散時間測試方法中對“不再呈鏡面反射”這一現(xiàn)象的判斷存在較大的人為因素，因此本文暫不討論織物的滴水?dāng)U散時間[13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物動態(tài)水分傳遞性能分析

按照GB/T 21655.2—2009的評級標(biāo)準(zhǔn)，對各項指標(biāo)進(jìn)行級別評定。測試得出，織物6#、7#、9#、11#既具有吸濕速干性，也達(dá)到吸濕排汗性要求?？椢?#、3#、4#、5#、8#、10#達(dá)到吸濕速干性要求。5種單面織物中，除2#織物外，其他織物的潤濕時間達(dá)到 4級或更高，這是因為天絲纖維表面的親水基團(tuán)能與水分子結(jié)合生成氫鍵吸附水分?？椢锼?jǐn)U散位置與時間關(guān)系示意圖如圖3所示。

圖3 織物水分?jǐn)U散位置與時間關(guān)系示意圖

由圖3可看出，2種緯編間隔組織織物由于織物雙面纖維毛細(xì)管差異，毛細(xì)芯吸效應(yīng)促進(jìn)液體從皮膚接觸面?zhèn)鞯娇椢锿鈱?，在水分?jǐn)U散過程中織物外層先被浸濕，是良好的水分管理織物。7#織物相對于6#織物，皮膚接觸面紗線線密度增大導(dǎo)致織物緊度增大，毛細(xì)芯吸效應(yīng)減弱，因此吸水速率、浸潤半徑、水分?jǐn)U散速率、汗液單向傳輸能力減小，織物底層水分?jǐn)U散程度減弱。8#、9#織物與6#、7#織物相比，織物雙面水分都可以被快速浸濕和吸收，擴(kuò)散面積較大。這是因為織物皮膚接觸層和中間層孔隙增大，織物內(nèi)外較大的附加壓力使液態(tài)水自動從皮膚接觸層流向外層，符合差動毛細(xì)效應(yīng)原理[14]。由于變化緯編間隔織物較為疏松，8#、9#織物僅具有輕微單向傳輸水分能力，是良好的快吸收快干燥雙面針織物。10#織物與9#織物相比，再生滌綸長絲換為杜邦高彈絲，液態(tài)水動態(tài)傳遞性能整體略微降低。這是因為Sorona?分子結(jié)構(gòu)中的彎曲鏈段使其具有高彈性，織物皮膚接觸面非常緊密，使織物毛細(xì)芯吸效應(yīng)減弱[15]。11#織物皮膚接觸面和中間層為中空滌綸紗線，其疏水性和纖維中空結(jié)構(gòu)極大提高了汗液單向傳輸能力，且織物外層水分大面積快速擴(kuò)散。

2.2 織物吸水率分析

11種織物的吸水率測試結(jié)果如圖4所示。各織物的吸水率均達(dá)到200%以上。4種組織結(jié)構(gòu)中，吸水率由大到小排列依次為變化緯編間隔組織、蜂窩網(wǎng)眼組織、緯平針組織和緯編間隔組織。4種緯平針織物中，天絲織物的吸水率最大，達(dá)到338%。天絲與再生滌綸交織織物的吸水率比純天絲織物差。2種緯編間隔組織織物相比，隨著皮膚接觸面紗線旦數(shù)增加，織物中再生滌綸的占比增加，織物吸水率降低。相比6#和7#，8#和9#織物的吸水率顯著提升，這是由于織物的皮膚接觸層緊度降低，實現(xiàn)織物的內(nèi)松外緊，通過差動毛細(xì)效應(yīng)原理使得液體更好地從疏水面?zhèn)鬟f到親水面。

圖4 吸水率測試結(jié)果

2.3 織物芯吸高度分析

11種織物的芯吸高度測試結(jié)果如圖5所示。除了2#織物、8#織物、11#織物以外，其他8種織物的橫縱芯吸高度均在100 mm以上，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)中針織類產(chǎn)品芯吸高度要求。由于針織物縱密均明顯比橫密大，因此面料的縱向紗線相對于橫向更加密集，水分傳遞的速率更快[16]。單面織物中，原料的選擇是影響芯吸高度的主要因素，吸濕性較強(qiáng)的織物芯吸高度較高。雙面織物中，降低織物孔隙有助于增強(qiáng)液態(tài)水的傳遞路徑，從而提高芯吸高度[17]。

圖5 芯吸高度測試結(jié)果

2.4 織物蒸發(fā)速率和透濕率分析

圖6、7分別示出織物蒸發(fā)量和蒸發(fā)速率測試結(jié)果。2#織物受再生滌綸疏水性影響，大量水分從織物孔隙滴落，未被織物吸收，因此本文不分析其蒸發(fā)量和蒸發(fā)速率。單層織物中，再生滌綸的疏水性使織物具有良好的散濕性能，這是因為織物與水分子產(chǎn)生排斥從而使織物表面的水分子迅速擴(kuò)散[18]。雙面織物比單面織物的水蒸發(fā)速率和蒸發(fā)量高，這是由于皮膚接觸層滌綸的疏水性與織物外層天絲的親水性反差形成的潤濕梯度效應(yīng)有利于液體單向傳導(dǎo)，加快織物外表面水分與空氣的接觸速度。2種雙面針織組織結(jié)構(gòu)對織物的水蒸發(fā)速率影響較小。

圖6 蒸發(fā)量測試結(jié)果

圖7 蒸發(fā)速率測試結(jié)果

圖8示出織物透濕率測試結(jié)果。可以看到單層織物透濕性較好且差異較小，這是因為透濕率與織物密度成反比，織造的緯平針織物線圈長度較大，織物孔隙較大，密度較小。

圖8 織物透濕率測試結(jié)果

織物組織結(jié)構(gòu)是影響透濕率的重要因素，單層織物的透濕率優(yōu)于雙面織物。4種變化緯編間隔組織織物中，由于10#織物和11#織物密度較大，透濕率較小。通過比較織物的水分蒸發(fā)速率和透濕量這2個表征織物速干性的指標(biāo)，可知9#織物的速干性能最好。對比2種雙面組織織物發(fā)現(xiàn)，7#織物和9#織物的蒸發(fā)速率和透濕率要高于6#織物和8#織物，因此織物中再生滌綸長絲比例的合理利用可有助于提高織物的速干性。

3 吸濕速干織物綜合評價

根據(jù)濕傳遞機(jī)制，采用單一指標(biāo)進(jìn)行評價，會使結(jié)果產(chǎn)生分散性，評價效果不全面，因此需要對與織物吸濕速干有關(guān)的各項性能進(jìn)行綜合評判[19]。由于再生滌綸緯平針織物吸濕速干性能均比較差，因此本文采用模糊綜合評價法對其他10種織物的吸濕速干性能進(jìn)行綜合評價[20]，比較動態(tài)水分傳遞法與單項組合試驗測試結(jié)果一致性，獲得面料綜合吸濕速干性能的優(yōu)劣排序，為吸濕速干服裝設(shè)計開發(fā)做參考。

3.1 單因素評判矩陣的建立

建立因素集U1={u1，u2，u3，u4}，其中u1～u4分別為吸水率、橫向芯吸高度、蒸發(fā)速率和透濕率。建立因素集U2={ua，ub，uc，ud，ue，uf}，其中ua～uf分別為浸水面浸濕時間、滲透面浸濕時間、浸水面吸水速率、滲透面吸水速率、滲透面最大潤濕半徑和滲透面液態(tài)水分?jǐn)U散速率。以10種織物作為評價對象集，V={1#，3#，4#，5#，6#，7#，8#，9#，10#，11#}。輸入原始數(shù)據(jù)，根據(jù)單因素評判得到單項組合試驗法與動態(tài)水分傳遞法的評判矩陣R1和R2[21]。

3.2 權(quán)重集的確定

采用離差最大化法確定各指標(biāo)的權(quán)重(wi)，通過計算后得到單項組合試驗法和動態(tài)水分傳遞法各指標(biāo)的權(quán)重集分別表示為W1=(w1，w2，w3，w4)，W2=(wa，wb，wc，wd，we，wf)。算法如下：

式中：rij表示評判矩陣中第i行第j列的值；rik表示評判矩陣中第i行第k列的值。

得到各指標(biāo)的權(quán)重如下：W1=(0.212，0.229，0.291，0.268)，W2=(0.111 28，0.132 03，0.174 35，0.189 43，0.220 38，0.172 53)。

3.3 模糊綜合評價矩陣的確定

模糊綜合評價矩陣B通過權(quán)重集W和單因素評判矩陣R獲得，綜合評價值越大，吸濕速干性能越優(yōu)。綜合評判矩陣B1=(b1，b2，b3，b4)，B2=(ba，bb，bc，bd，be，bf)，計算公式為

B=W·R

(2)

得到B1=(0.466，0.396，0.542，0.601，0.441，0.630，0.516，0.871，0.707，0.328)，B2=(0.802，0.893，0.875，0.674，0.288，0.096，0.882，0.857，0.347，0.199)。通過單項組合試驗綜合評價，10種織物的吸濕速干性能優(yōu)劣排序為：9#、10#、7#、5#、4#、8#、1#、6#、3#、11#織物，通過動態(tài)水分傳輸綜合評價，10種織物的吸濕速干性能優(yōu)劣排序為：3#、8#、4#、9#、1#、5#、10#、6#、11#、7#織物?？砂l(fā)現(xiàn)，2種吸濕速干評價結(jié)果不一致，這是因為單項組合試驗中用吸水率和芯吸高度2個指標(biāo)表征織物對水分的吸附能力；用水分蒸發(fā)速率和透濕率表征織物的速干性。而在動態(tài)水分傳輸中，用浸濕時間、吸水速率表征織物的吸濕性；用滲透面最大浸濕半徑、滲透面液態(tài)水?dāng)U散速度來表征織物的速干性。芯吸高度和浸濕時間是從織物不同維度體現(xiàn)的毛細(xì)管效應(yīng)，芯吸高度是纖維間形成的毛細(xì)管彎曲面存在附加引力引導(dǎo)液體流動，此時紗線本身的結(jié)構(gòu)對織物的芯吸高度影響較大[22]。浸濕時間是織物內(nèi)外層纖維間的毛細(xì)芯吸效應(yīng)和單向?qū)竦慕Y(jié)果，此時織物的組織結(jié)構(gòu)對其影響較大。水分蒸發(fā)速率和滲透面最大浸濕半徑、滲透面液態(tài)水?dāng)U散速度相關(guān)度較大，水分以較快速度擴(kuò)散到織物表面上，潤濕區(qū)域變大，則水分蒸發(fā)越快。透濕率是在單位時間內(nèi)垂直通過單位面積織物的水蒸氣質(zhì)量，由于織物內(nèi)外的水蒸氣壓差，無感蒸發(fā)的氣態(tài)水分通過纖維和紗線間的空隙向外擴(kuò)散，而在動態(tài)水分傳輸中未能體現(xiàn)水汽的傳輸。

通過2種方法的評判矩陣進(jìn)行綜合評價，得出評價矩陣B3，計算公式為

得到B3=(0.634，0.645，0.708，0.638，0.365，0.363，0.699，0.864，0.527，0.264)。通過整體模糊綜合評價，10種織物吸濕速干性能優(yōu)劣排序為：9#、4#、8#、5#、1#、10#、6#、7#、11#織物?？煽闯?0種針織物中，采用變化緯編間隔組織織造的18 tex天絲與33.3 tex(96 f)再生滌綸長絲混織織物吸濕速干性能最好，優(yōu)于天絲與2種功能性紗線混織織物。說明新型三維導(dǎo)濕針織結(jié)構(gòu)下，降低織物皮膚接觸面緊度和增加織物層間孔隙時，采用合適比例的疏水絲束可獲得吸濕速干性能優(yōu)異的織物，有潛力應(yīng)用于綠色環(huán)保型運動服裝領(lǐng)域。采用緯平針組織織造的天絲與再生滌綸長絲針織物吸濕速干性能較好，有潛力應(yīng)用于夏季運動服裝面料。

4 結(jié) 論

本文通過設(shè)計新型三維導(dǎo)濕針織結(jié)構(gòu)模型，開發(fā)變化緯編間隔雙面針織物，采用綠色環(huán)保的天絲和再生滌綸、快干功能性紗線中空滌綸和杜邦TMSorona?高彈絲，圍繞緯平針組織、蜂窩網(wǎng)眼組織、緯編間隔組織和變化緯編間隔組織開發(fā)針織物，分析其吸濕速干性能。采用模糊綜合評價對吸濕速干單項組合試驗和動態(tài)水分傳遞法的試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，得出以下結(jié)論。

1)所開發(fā)的雙面針織物中，降低織物皮膚接觸面緊度，汗液單向傳輸能力提高，織物吸水率提高，芯吸高度降低。所開發(fā)的織物中，雙層織物比單層織物的水蒸發(fā)速率和蒸發(fā)量高，透濕率小。單層織物中，采用緯平針組織織造的天絲/再生滌綸長絲混合針織物吸濕速干性能優(yōu)異，面料輕薄，有潛力應(yīng)用于夏季服裝面料。

2)通過模糊綜合評價對織物的吸濕速干性能優(yōu)劣排序發(fā)現(xiàn)，由于動態(tài)水分傳遞法與單項組合試驗法評價維度和側(cè)重點不同，測試結(jié)果不一致，只有二者相結(jié)合才能更充分反映織物的吸濕速干性。采用變化緯編間隔組織織造的18 tex天絲與33.3 tex(96 f)再生滌綸長絲混織織物吸濕速干性能最好，優(yōu)于天絲與2種功能性紗線織造的變化緯編間隔織物。通過新型三維導(dǎo)濕針織結(jié)構(gòu)，采用合適比例的天絲和再生滌綸可以織造出吸濕速干性能優(yōu)異的針織品，拓寬了綠色環(huán)保型運動服裝面料的研發(fā)思路。