聚乳酸纖維吸濕排汗運動面料的制備與性能研究

肖云超, 劉淑強, 吳改紅,2, 董 華, 郭紅霞, 戴晉明

(1.太原理工大學 輕紡工程學院, 山西 晉中 030600; 2.東華大學 服裝藝術設計學院, 上海 200051)

研究與技術

聚乳酸纖維吸濕排汗運動面料的制備與性能研究

肖云超1, 劉淑強1, 吳改紅1,2, 董 華1, 郭紅霞1, 戴晉明1

(1.太原理工大學 輕紡工程學院, 山西 晉中 030600; 2.東華大學 服裝藝術設計學院, 上海 200051)

為了開發性能優良的聚乳酸吸濕排汗運動面料，對聚乳酸纖維的縱向表面和橫截面進行分析，然后采用聚乳酸長絲與不同混紡比的亞麻/黏膠單紗直接并捻成復合紗線，分析復合紗線的結構，隨后采用不同的織物組織(平紋、斜紋、緞紋)將并捻復合紗線織成織物。對織物的透濕性、透氣性、毛細管效應及力學性能進行了測試分析，討論織物組織和不同混紡比對織物吸濕排汗性能及力學性能的影響。試驗結果表明：三種組織織物中吸濕排汗性能最佳的為緞紋；隨著黏膠含量的增加(亞麻含量的減少)織物的毛細管效應和力學性能依次增大，而透濕性和透氣性依次減小。

聚乳酸長絲; 亞麻/黏膠; 吸濕排汗; 透濕性; 透氣性; 織物組織

服裝舒適性歷來是評價服裝優劣的一個重要指標，其中熱濕舒適性又是服裝舒適性的一項重要內容。人在劇烈運動時會分泌大量的汗液，從熱濕舒適性的角度出發，運動服裝面料要滿足快速吸收并轉移汗液的基本要求，也就是說運動類服裝面料要同時具備良好的吸濕性和優越的導濕性能。一般來說，天然纖維(如棉、絲)舒適性好，但當人體大量出汗時，汗液不能及時排出；合成纖維導濕性能較好，但吸濕性能普遍較差[1-2]。

聚乳酸(PLA)纖維是一種同時具有天然纖維和合成纖維優越性的新型可降解纖維[3]，具有導濕快干性，以及有益于皮膚的弱酸性和親膚性[4-6]，特別適合開發運動類服裝產品；但PLA纖維吸濕性差，無法單獨實現面料吸濕排汗的性能要求，而亞麻/黏膠混紡單紗兼有亞麻纖維吸濕散濕快的優點和黏膠纖維優良的吸濕舒適性，因而試驗將PLA長絲與亞麻/黏膠單紗并合加捻。本文采用并捻聯合紡紗方法制備了PLA長絲與亞麻/黏膠復合紗線，觀察和分析PLA纖維的結構與性能，并以此為基礎分析復合紗線結構及織物的各項性能，討論織物組織和不同混紡比的亞麻/黏膠紗對織物性能的影響。

1 試 驗

1.1 材 料

聚乳酸長絲(線密度為166.66 dtex(150 D/72根)，斷裂強度為3.71 cN/dtex，斷裂伸長率27.58%，海寧新高纖維有限公司)；亞麻/黏膠(55/45)單紗(線密度為296.0 dtex，捻度為98.7捻/10 cm，斷裂強度為6.8 cN/dtex,斷裂伸長率為3.1%，山東蒙陰棉紡織有限公司)；亞麻/黏膠(30/70)單紗(線密度為296.1 dtex，捻度66.1捻/10 cm，斷裂強度為11.9 cN/dtex,斷裂伸長率為8.7%,山東蒙陰棉紡織有限公司)；亞麻/黏膠(15/85)單紗(線密度為299.1 dtex，捻度為65.9捻/10 cm，斷裂強度為14.5 cN/dtex,斷裂伸長率為11.4%,山東蒙陰棉紡織有限公司)。

1.2 儀器與設備

DSTw-01型數字式小樣并捻聯合機(天津市嘉城機電設備有限公司)，ASL-2000劍桿小樣織機(天津市嘉城機電設備有限公司)，JX-203正置/透反射金相顯微鏡(鄭州南北儀器設備有限公司)，佳能7D單反數碼相機，YG501型透濕試驗箱(南通宏大試驗儀器有限公司)，YG(B)461D型數字式織物透氣量儀(溫州大隆紡織儀器有限公司)，YG871毛細管效應測定儀(南通宏大試驗儀器有限公司)，YG(B)026D-500型電子織物強力機(溫州大榮紡織標準儀器廠)。

1.3 方 案

首先對聚乳酸纖維的結構和性能進行測試和分析，然后采用小樣數字并捻機將一束PLA長絲與一根亞麻/黏膠單紗進行并合加捻成復合紗線，隨后將并捻復合紗線應用劍桿小樣織機織造5塊不同的織物，最后對這5塊織物進行性能的測試分析。5塊織物的規格如表1所示。

表1 織物的基本參數

1.4 性能表征

1.4.1 PLA纖維的表面形態和結構

通過金相顯微鏡對PLA纖維縱向表面形態和橫截面形態進行觀察并拍照。

1.4.2 紗線結構

采用單反數碼相機對并捻復合紗線進行微距拍攝。

1.4.3 織物性能

1.4.3.1 織物的透濕性

根據國際標準ISO 14956干燥劑倒杯法測試要求，采用透濕試驗箱測定織物的透濕率，試驗時間120 min。試驗指標：透濕率=透濕質量(g/24 h·m-2)。

1.4.3.2 織物的透氣性

根據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性測試方法》，利用織物透氣量儀對織物進行透氣性測試。織物測試面積20 cm2，試樣壓差100 Pa，測試指標透氣率R(mm/s)。

1.4.3.3 織物的毛細管效應

根據FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細管效應測試方法》，利用毛細管效應測定儀測定織物經緯向的芯吸高度，試驗時間30 min。

1.4.3.4 織物的力學性能

利用電子織物強力機，根據GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》測試標準對織物的拉伸斷裂強力、頂破強力等力學性能進行測試。

2 結果與討論

2.1 PLA纖維的結構與性能

聚乳酸纖維縱向表面和橫截面如圖1所示。

圖1 聚乳酸纖維縱向表面和橫截面Fig.1 Longitudinal surface and cross section of PLA fiber

由圖1可以看出，PLA纖維縱向平直，縱向表面存在條紋和斑點；這些無規律的斑點及不連續的條紋可能是由于聚乳酸在空氣中長時間暴露，使得非結晶區中大分子鏈在水、氧氣、細菌等得作用下發生了部分分解。PLA纖維的橫截面近似圓形并且表面帶有部分斑點，纖維結構比較疏松，PLA纖維疏松的內部結構有利于熱濕的傳遞和擴散，縫隙和溝槽形成的毛細管效應使得聚乳酸纖維具有優越的芯吸導濕性能。

2.2 復合紗線性能

2.2.1 復合紗線的規格參數

表2為相同并捻紡紗工藝條件下PLA長絲與不同混紡比亞麻/黏膠復合紗線的基本規格參數。

2.2.2 復合紗線的結構

試驗采用并捻聯合紡紗方法，將PLA長絲與亞麻/黏膠單紗并合加捻成復合紗線，并對復合紗線進行了拍照分析，結果如圖2所示。由圖2可以看出，復合紗線以PLA長絲為紗芯，亞麻/黏膠單紗在外層螺旋包覆，紗線結構比較疏松；這種松式紗線結構使得PLA長絲與亞麻/黏膠單紗之間及復合紗線之間充滿縫隙、網孔，有利于熱濕水汽的傳輸擴散；另外，復合紗線以PLA長絲為紗芯，使得亞麻/黏膠單紗吸收的水分能夠通過PLA長絲優越的芯吸導濕性能快速轉移，從而促進了亞麻/黏膠單紗的吸濕散濕作用，同時由于亞麻/黏膠單紗的外層包覆，加強了內層PLA纖維對水分的疏導，也很大程度上增強了復合紗線的吸濕導濕性能。

圖2 復合紗線結構示意Fig.2 The structure of composite yarns

2.3 織物性能

2.3.1 織物的透濕性

根據測得的織物的透濕率，繪出5種織物的透濕率對比圖，如圖3所示。

圖3 織物透濕率對比Fig.3 Comparison of moisture penetrability

對比圖3中織物1、2、3的透濕率可以看出：3種織物的透濕性比較接近，織物2最好，織物1次之，織物3最差。這是因為織物的透濕性與織物的厚度和纖維間的接觸點[7]有很大關系，織物越厚，纖維間的接觸點越多，織物的透濕性就越差；由于織物3的厚度最大，水氣在織物3中的傳遞通道[8]最長，對傳遞水分子的阻礙作用也最大，因而織物3的透濕性最差。對于織物1和2而言，織物1為平紋，交織次數多，纖維間的接觸點多，對水分傳遞的阻礙作用自然更大一些，因而織物1的透濕性不如織物2。

對比圖3中織物3、4、5的透濕率可以看出：織物3、4、5的透濕率依次減小。這是由于3種織物的厚度依次變大，水分的傳遞通道變長，織物的透濕性變差；另外，結合亞麻吸濕散濕快的特點，可以認為織物的透濕率隨著亞麻含量的減少而逐漸減小，3種織物中的亞麻含量逐漸減少，因而織物3、4、5的透濕率依次減小。

2.3.2 織物的透氣性

根據試驗測得的織物的透氣率，繪出5種織物的透氣率對比圖，如圖4所示。

圖4 織物透氣率對比Fig.4 Comparison of air permeability

對比圖4中織物1、2、3的透氣率可以看出：3種織物的透氣性相差較大，織物3(緞紋)的透氣性最好且明顯優于織物1和2。這主要是因為織物3的浮長線最長，紗線交織次數最少，織物結構松軟，紗線間相互作用力最小，紗線能夠發生相對滑移形成孔隙，使紗線間氣體通道增多，氣體通過織物的粘滯阻力[9]減小，因而織物3的透氣性最好。

對比圖4中織物3、4、5的透氣率可以看出：織物3、4、5的透氣率依次減小。這是由于亞麻纖維模量高，纖維硬挺[10-11]，在亞麻黏膠混紡單紗中，亞麻含量越高，紗線中纖維間的縫隙就越多，織物通透性就會越好，織物3、4、5中的亞麻含量依次減少，因而對應織物的透氣率逐漸降低。

2.3.3 織物的毛細管效應

根據試驗測得的5種織物的經緯向芯吸高度，繪出織物的芯吸高度對比圖，如圖5所示。

對比圖5中織物1、2、3的經緯向芯吸高度可以得出：三種組織的織物在經向和緯向表現出相同的芯吸規律，織物3的芯吸高度略高于織物2，織物1明顯偏小。這主要是因為平紋織物交織次數最多，織物結構緊密，水分不易擴散傳導，而緞紋織物浮長線最長，織物結構松軟，水分更易傳輸。

圖5 織物芯吸高度對比Fig.5 Comparison of wicking height

對比圖5中織物3、4、5的經緯向芯吸高度可以得出：織物3、4、5的經緯向芯吸高度依次增大。這是因為織物的芯吸高度與織物本身的吸濕性有很大關系[12]，隨著黏膠含量的增加，織物的吸濕性逐漸增強，表現為芯吸高度依次增大。

2.3.4 織物的力學性能

根據試驗測得的5種織物的頂破強力、拉伸強力，繪出織物的力學性能對比圖，如圖6所示。

圖6 織物力學性能對比Fig.6 Comparison of mechanical property

由圖6可以看出，5種織物的頂破強力和拉伸強力呈現相同的變化趨勢：織物1、2、3的頂破強力和拉伸強力差異并不明顯，說明織物組織對織物的力學性能影響不大；而織物3、4、5的頂破強力和拉伸強力呈線性增大的趨勢。這是因為織物的頂破強力主要與經緯紗線的性能差異有關[13]，當經紗與緯紗的斷裂伸長率相近時，經紗和緯紗同時發揮承擔外力的最大作用，此時的頂破強力最大；織物3、4、5中隨著復合紗線中黏膠纖維含量的增加，經緯紗線斷裂伸長率的差異逐漸變小，使得織物的頂破強力逐漸增大。同樣，由于黏膠纖維含量的增加，織物3、4、5中的經緯紗線拉伸斷裂強力都逐漸增大，因而對應的織物拉伸強力依次增大。

綜合上述5種織物的性能測試結果可以看出：平紋、斜紋和緞紋三種織物的透濕性相差不大，從織物的透氣性和芯吸高度來看，緞紋織物的透氣性和芯吸高度要明顯優于平紋和斜紋，因而確定緞紋為最佳組織?？椢?、4、5的毛細管效應和力學性能依次增大，而透濕性和透氣性依次減小，結合織物的吸濕、排汗、透氣及穿著的舒適性(織物4中的復合紗線條干不勻率和紗線毛羽指數最小)綜合分析認為織物4即亞麻/黏膠(30/70)織物的性能最佳。

3 結 論

1)采用PLA長絲束與亞麻/黏膠單紗直接并合加捻，克服了PLA纖維吸濕性差的缺點，對織物性能的測試結果分析表明平紋、斜紋、緞紋三種織物的吸濕排汗性能：緞紋>斜紋>平紋；從不同配比的三種緞紋織物性能測試結果可以看出：隨著黏膠含量的增加(亞麻含量的減少)織物的毛細管效應和力學性能依次增大，而透濕性和透氣性依次減小。

2)并捻復合紗線以PLA長絲束為紗芯，亞麻/黏膠單紗在外層螺旋包覆，內層PLA長絲的導濕快干性會促進外層包覆的亞麻/黏膠紗對水分的吸收，同時亞麻/黏膠紗的吸水性又會加強PLA長絲對濕熱水氣的疏導，從而實現快速吸濕排汗；試驗采用的并捻聯合紡紗方法，簡單易行，可獲得性能優良的并捻復合紗線，可應用于相關課題和實際生產中。

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Preparation and Properties of PLA Fiber Sportswear Fabric with Moisture Absorption and Sweat Discharging Properties

XIAO Yunchao1, LIU Shuqiang1, WU Gaihong1,2, DONG Hua1, GUO Hongxia1, DAI Jinming1

(1. College of Textile Engineering, Taiyuan University of Technology, Jinzhong 030600, China; 2. Fashion & Art Design Institute,Donghua University, Shanghai 200051, China)

To develop PLA sportswear fabric with moisture absorption and sweat discharging properties with good performance, this paper analyzes the longitudinal surface and cross section of PLA fiber, makes composite yarns through direct doubling and twisting of PLA filament and flax/viscose single yarn with different blending ratios, analyzes the structure of composite yarns and weaves composite yarns into fabrics with different fabric weaves (plain weave, twill weave and satin weave). In addition, this paper conducts test and analysis on the moisture penetrability, air permeability, capillary effect and mechanical property of fabrics and discusses the influence of fabric weave and different blending ratios on moisture absorption and sweat discharging and mechanical property. The test result shows that satin weave has the best moisture absorption and sweat discharging property; with the increase of viscose content (the decrease of flax content), the capillary effect and mechanical property of fabrics increase successively and moisture penetrability and air permeability decrease successively.

PLA filament; flax/viscose; moisture absorption and sweat discharging property; moisture penetrability; air permeability; fabric weave

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.05.002

2014-11-13;

2015-01-31

山西省青年科學基金項目(2014021020-2)；山西省高等學校大學生創新創業訓練項目(2013067)；太原理工大學校青年團隊基金項目(2013T020，2013T021，2013T023)

TS159

A

1001-7003(2015)05-0006-05 引用頁碼: 051102