不同孔隙率帳篷基布的開發及性能研究

王曉剛，謝光銀

(西安工程大學， 陜西 西安710048)

目前，帳篷的防水、透濕功能多是通過涂層技術來實現的，防水效果已近于成熟，但是透氣方面需要進一步提高。人們在帳篷內居住的舒適性很大程度上取決于其透濕性。如果帳篷的透濕性能不理想，在較冷的天氣，人機體散發的熱汽在遇到帳篷外冷空氣時會凝結成水珠，水珠會順著帳篷的內壁流下打濕衣物及睡袋，給人一種粘濕的感覺。在滿足其他要求的條件下，可以通過增大織物基布的孔隙率來提高透濕性能。

1 帳篷用面料介紹

帳篷布大多是由基布經過涂層等后整理工序制成[1]。基布是帳篷布的基本骨架，產品的最終性能很大程度上是由基布決定的，如撕破強力和拉伸斷裂強力等。所以，選擇適當的原料、設計合理的規格和采用最佳的工藝是獲得性能良好的帳篷布的基礎。在原料方面，中國主要經歷了三個階段，20世紀70年代以前，基本上都選用棉質帆布。由于棉帆布容易發霉、不耐腐蝕、易燃燒、使用壽命短等缺點，逐漸被性能優異的新原料取代。從20世紀80年代開始，維綸帆布逐漸占據市場主導。與棉帆布相比，它耐化學腐蝕性強、不易霉爛，而且強力高，推廣使用后，取得了極好的社會效益及經濟效益。20世紀90年代以后，化纖行業得到迅猛發展。與棉及維綸相比，滌綸吸濕性差，幾乎不吸濕，所以機械性能在干、濕狀態下差異不大；斷裂強度和彈性模量高，回彈性適中，熱定形性能優異，耐熱性高[3]。直到現在，蓬蓋布的原料仍大多選用滌綸。文章采用245 dtex的滌綸長絲設計了 17%、20%和23% 三種不同孔隙率的帳篷基布，分別測試比較其各項性能，以期開發出一種透濕性能優異的帳篷基布，改善目前帳篷滴水、濕悶的狀況。

2 帳篷基布的設計

采用高強滌綸長絲，其規格及性能如表 1所示。

表1 滌綸長絲的規格及性能

織物規格計算：

Nt=220/9=24.44 tex

孔隙率為17%的織物的計算如下：

pj=1.1pw

解得，Pj=250Pw=226 (修約后的結果)

按照上述方法計算孔隙率為20%和23%的織物經緯密，其相關參數如表 2所示。

表2 三種孔隙率織物的規格

織物在全自動劍桿小樣機上織造完成，織物組織采用目前帳篷基布最常用的平紋組織，穿綜時采用順穿法。

3 織物撕裂性能測試及分析

3.1 撕破性能測試

織物撕破性能采用梯形試樣法(GB/T 3917.3—2009)，在YG(B)026D—500型電子織物強力機上進行。夾持長度25 mm,拉伸速度為100 mm/min。各試樣撕破強力比較見圖1。

圖1 撕破性能的比較

3.2 撕破性能分析

織物在撕裂過程中，對其中的每一根紗線來講，可視作一個簡單的拉伸斷裂過程；對于整體而言，撕裂的過程則是織物中的紗線依次逐根斷裂的過程[3]。梯形撕破的特征是，鄰近梯形上邊的紗線先受到拉伸作用，在它的撕裂口的第一根紗變形最大，它附近的紗線也同樣承受著一部分外力，但由于梯形撕裂的夾持方式，隨著離第一根紗越來越遠，其它紗線受到的力會逐步減小，當第一根紗受力發生斷裂時，會出現一個撕破強力的峰值，接著下一根紗線變成斷裂口處的第一根紗線，擔負著較大外力，如此反復，直至織物撕破。

當其他條件一定時，用梯形試樣法測得的撕破強力的大小主要取決于紗線的斷裂功[4]。由圖1可以看出：

(1)三種不同孔隙率織物的經向撕裂強力都大于其緯向撕裂強力。這是因為織物的經密大于緯密，撕裂的過程中需要斷裂的紗線根數多，斷裂功也就多。

(2)無論是織物的經向撕裂強力還是緯向撕裂強力，都隨著孔隙率的增加而減小。

4 織物透濕性能測試及研究

4.1 透濕性能測試

根據透濕杯法中的吸濕法(GB/T 12704.1—2009)，在YG(B)216X型織物透濕量儀上測試。試驗箱溫度38℃，相對濕度90%，氣流速度0.4 m/s[5]。透過透濕率的大小反應織物的透濕性能。透濕率(WVT)是指在試樣兩面保持規定的溫濕度條件下，規定時間內垂直通過單位面積試樣的水蒸汽質量，以克每平方米小時[g/(m2·h)]或克每平方米24小時[g/(m2·24h)]為單位。

試樣透濕率按下式計算：

WVT=24Δm/(s·t)[6]

式中：WVT—每平方米每天(24h)的透濕量，g/(m2·24h);

Δm—同一實驗組合體兩次稱量之差，g；

s—試樣試驗面積，m2；

t—試驗時間，h。

實驗數據見表 3。

表3 不同孔隙率織物吸濕前后質量及透濕量比較

4.2 透濕性能分析

由表3可以看出，隨著孔隙率的增加，透濕量在逐步增加。水分在織物中的傳遞情況是復雜的。人體產生的水分可分為汽態的汗氣和液態的汗液兩種。汽態的汗汽一方面可以通過織物內部空隙直接擴散到環境中去，另一方面也可能在織物中凝結成液態水，通過纖維內部的孔洞、纖維與纖維之間孔隙以及紗線與紗線之間的通道的毛細管作用傳輸到織物外表面，再逸散到大氣中，從而達到散濕的目的。液態的汗液主要通過纖維的吸濕及毛細作用傳輸到織物的外表面，再以水蒸氣的形式擴散到外界空間[6-7]。三種孔隙率的織物所用紗線是相同的，所以通過纖維對水分子的吸收所造成的差異是不存在的，透濕性能的差異主要取決于紗線和紗線之間的孔隙。孔隙越大，透濕性能越好。

5 透氣性能的測試與研究

5.1 透氣性測試

測試根據 GB/T5453—1997，設定200 Pa的測試壓差，選定20 cm2測試面積和8 mm的噴嘴直徑測定織物的透氣率，通過透氣率來反映織物的透氣性能，所測數據見圖2。

5.2 透氣性分析

織物透氣性，是織物通透性中最基本的性能，其大小與織物透濕汽性和隔熱性有著密切的關系，是影響織物舒適性的一個重要因素。織物的透氣性，本質上是由織物的孔隙大小及聯通性、通道的長短、排列及表面性狀、織物的體積分數、厚度等因素決定的，其中最重要的因素是織物的孔隙大小[8]。具體的因素包括：①織物結構，包括織物的緊度、經緯密度和紗線的捻度等；②纖維性質和紗線結構，紗線的結構愈密，紗線內的通透愈小，而紗線間的通透愈大；③外界的環境條件，如當溫度一定時，織物透氣量隨著空氣相對濕度的增加而呈下降趨勢。三種織物的紗線特數是相同的，織縮率幾乎相同，所以透氣量的大小主要取決于經緯紗之間空隙的大小。隨著孔隙率的增加，單位面積織物內的空隙面積增大，所以透氣性也相應好一些。

圖2 不同孔隙率織物透氣性能比較

6 結論

6.1隨孔隙率的增加，織物的撕破強力在逐步減小，但孔隙率為23%的滌綸織物的力學性能仍能滿足帳篷基布的要求。

6.2孔隙率為23%的滌綸織物透濕性能較好，可以改善目前帳篷存在的憋悶、滴水的情況。

6.3滌綸織物的透氣性和透濕性之間存在良好的相關性，都隨著孔隙率的增加而提高，都可以用來表達織物的濕傳遞性能。

參考文獻：

[1] 劉呈坤,馬建偉.淺論篷蓋布的結構與性能要求[J].化纖與紡織技術,2005,(1):38.

[2] 周韋韋.中空滌綸帳篷基布的開發與性能研究[D].上海：東華大學,2009.

[3] 周韋韋,陳南梁.中空滌綸帳篷基布的開發與性能研究[J].產業用紡織品,2009,(10):15—16.

[4] 陳益人.篷用全棉涂層織物制備及性能研究[D].上海：東華大學，2009.

[5] 余序芬.紡織材料實驗技術[M].北京：中國紡織出版社, 2006.

[6] 于偉東,儲才元.紡織物理[M].上海：東華大學出版社,2009.

[7] 畢紅軍.改善復合保暖材料透氣透濕性的理論與實踐[J].山東紡織科技，2005，46(2)：51—53.

[8] 張一心.纖維和紡織品測試技術[M].北京:中國紡織出版社,2000.