防紫外吸水導濕功能性織物的開發

張慧敏 沈蘭萍

摘?要：以Coolmax纖維和竹原纖維的混紡紗、防紫外滌綸紗為原料，以纖維導濕的基本理論、織物熱舒適理論為理論依據，設計開發具有吸水導濕和防紫外功能的多層接結、分層角聯鎖和分層正交3種結構的3層織物，并對這3種織物的基本性能、吸水導濕性能及防紫外性能進行測試分析。結果表明：開發的3種織物都可達到較優異的吸水導濕及防紫外效果，并優選出分層正交結構為綜合性能最佳的織物結構。

關鍵詞：吸水導濕;防紫外;三維織物;組織結構

中圖分類號：TS101.923

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）02-0039-04

Abstract：Three-layer fabrics of three structures of multi-layer binding， layered angle-interlock and layered orthogonal with functions of water absorption， moisture conductivity， and UV protection were designed and developed with blended yarn and UV-protective polyester yarn made from Coolmax fiber and bamboo fiber according to the basic theory and the theory of thermal comfort of fabric， and the basic performance， water absorption and moisture conductivity， and UV protection properties of the three types of fabrics were tested and analyzed. The results show that the three types of fabrics all have good UV protection， water absorption and moisture conductivity properties， and the one of layered orthogonal structure is the best fabric construction with the best combination property.

Key words：UV-protective; water absorption and moisture transfer; 3D woven fabric; fabric construction

隨著科技的進步，傳統的紡織品正朝多功能性方向發展，功能性紡織品所占比例將逐漸擴大，單一功能的紡織品已經不能滿足人們的日常需求。對于一些在特殊工作環境，如郵政快遞、野外勘探、森林消防、巡線維修及建筑施工等涉及到戶外作業的人員而言，作業時會受到來自太陽及周圍環境物體的輻射熱，以及人體由于作業行為產生的大量熱量的作用[1]。同時，由于高強度作業時作業人員容易大量出汗，汗液不但會潤濕服裝，降低服裝紫外線防護性能，還會增加人體與服裝的黏著感，降低著裝的舒適性[2]。這些都給戶外作業人員造成了極大地健康威脅并產生不舒適感，因此必須采取有效的防護措施。

本試驗所開發的防紫外吸水導濕織物集防紫外、吸濕和導濕功能于一體，能夠改善以上特殊工作環境下人們穿著的舒適性并有效減少人體紫外線的輻射量[3]。另外，現有的具有防紫外和吸水導濕功能的普通二維機織物在防紫外、吸水和導濕方面還存在明顯不足[4];而且目前人們對于三維機織物的研究主要集中在三維機織物的織造工藝、細觀力學性能和細觀幾何結構等方面[5]，在三維機織物的防紫外吸水導濕等性能方面的研究還不夠成熟。三維機織物具有良好的綜合性能，其特殊的結構有利于構成復合功能層，故可利用其進行防紫外吸水導濕三維織物的開發[6-7]。

1?試?驗

1.1?試驗原料

333 dtex、175 dtex Coolmax纖維與竹原纖維的混紡紗，混紡比均為50/50（河北天倫紡織有限公司）;275 dtex防紫外滌綸紗（山東正元材料有限公司）。

1.2?織物設計原理

本試驗以纖維導濕基本理論、織物熱舒適理論為基礎設計了3個功能層，選取了纖度不同的3種紗線為原料，根據差動毛細效應原理，使織物層與層之間產生附加壓力差，使所開發的防紫外吸水導濕織物內部可以形成穩定的水分傳輸通道，形成較強的水分傳輸效應[8]，在保持織物與皮膚接觸面干爽?的同時也能夠防止紫外線的輻射。3種不同結構的3層功能性三維織物，分別為多層接結結構、分層角聯鎖結構和分層正交結構[9]，織物各層的紗線原料與功能設計如表1所示。

1.3?織物設計與織造

試驗所開發的3種結構3層三維織物的經向剖面圖如圖1所示。圖1中數字1和4的部分為防紫外吸水導濕織物的內層，數字2和5的部分為防紫外吸水導濕織物的中間層，數字3和6部分為防紫外吸水導濕織物的外層[10]。

3種織物各層的經緯紗原料均相同，織物單層經緯密度參數如表2所示。

1.4?性能測試

主要測試了織物的基本性能（平方米質量、厚度、透氣性）、吸水導濕性能（芯吸高度、吸水率、透濕率、液體擴散速度）及防紫外性能（紫外線防護系數）。

性能測試：織物厚度測試標準及方法主要依據GB/T 3820—1983《機織物（梭織物）和針織物厚度的測定》來進行測試;織物透氣性測試標準及方法主要參照GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣生產性試驗方法的測定》進行測試;織物的吸濕速干性能測試標準及方法主要參照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》和GB/T 21655.1—2009《紡織品吸濕速干性的評定第2部分：動態水分傳遞法》來進行測試;織物的防紫外性能測試標準及方法主要參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》。

2?結果與分析

2.1?基本性能測試

3種織物的基本性能測試結果如表3所示。

從表3可以看出，3種織物的平方米質量測試結果相似，其中分層角聯鎖結構織物的平方米質量最大，多層接結結構織物次之，分層正交結構織物最小。且3種組織結構織物厚度的測試數據均大于0.40 mm，均屬于厚重型織物。其中分層角聯鎖結構和分層正交結構織物厚度相對較大，多層接結組織織物厚度最小。織物厚度不僅與織物密度、紗線纖度有關，與織物組織（浮長）也有著密切的關系。組織浮長較大的織物，交織點較少，紗線容易重疊，因此織物厚度較大。3種織物的平方米質量相似，但由于不同的組織結構和經緯紗交織規律，所以在織物相同層數、相同總緊度、相同經緯密度條件下呈現出不同的厚度。

由表3可知，3種織物的透氣性：分層正交結構織物和多層接結結構織物均優于角聯鎖結構織物。這是由于分層正交結構和多層接結結構織物平均浮長相對較長，故具有較好的透氣性。分層角聯鎖結構織物的平均浮長均較短，氣體透過織物時克服的黏滯阻力較大，從而使織物中可透過的空氣量相應減少，導致其織物的透氣性相對較差[9]。

通過對3種織物各項基本性能測試結果進行綜合比較分析，3種織物均具有較優的基本性能，其中分層正交結構織物的綜合性能最優。

2.2?吸水導濕性能測試

測試3種織物的吸水導濕性能，得出3種織物的芯吸高度、吸水率、透濕率、液體擴散速度測試結果，如表4所示。

由表4可知，3種織物的芯吸高度測試數據，分層正交結構織物的最高，多層接結結構織物織物次之，分層角聯鎖結構織物相較前兩種織物稍低。根據國家標準可知，芯吸高度大于90 mm的機織物導濕性能較優。3種織物的測試結果均高于國家標準的要求，可得出3種織物的導濕能力均較強[10]。

3種織物吸水率測試結果中，分層正交結構織物最大，多層接結結構次之，分層角聯鎖結構織物稍低。根據國家標準可知，吸水率大于100的機織物的導濕性能較優。表4中3種織物的吸水率均高于國家標準的要求，可得出3種織物的吸濕能力均較優異。

從表4中的測試數據可知，分層正交結構織物透濕率最大，分層角聯結構織物次之，多層接結結構織物稍低。根據國家標準可知，3種織物的導濕性能均較優。這是由于3種織物的內層均為導濕功能層，且這一層的竹原纖維具有優異的導濕性，且Coolmax纖維為疏水性纖維，當氣態水遇到竹原纖維和Coolmax纖維含量較多的織物表面時，將不會像與親水性纖維接觸時一樣快速與纖維內部的親水基團結合、使織物表面潤濕，而是從纖維間縫隙或織物中的空隙穿過。且在圖1中可看出，多層接結結構織物的內層（導濕層）的竹原纖維和Coolmax纖維含量比分層正交結構和分層角聯鎖結構織物稍少，故導濕能力相對稍弱。并且，由于織物設計了3個功能層，且織物各功能層之間存在差動毛細效應，水分在織物中傳輸的傳導方向始終是單方向的，只有少部分水分會被內層或中間層吸收，絕大部分水分通過外層被排出，且不會逆流。

從表4中3種織物的液體擴散速度測試結果可知，分層正交結構織物最快，多層接結結構織物次之，分層角聯鎖結構織物稍慢。結合表4中的測試數據與國家測試標準，3種織物的液體擴散速度均大于4mm/s，處于測試級別中的5級，即快速級別，可知3種織物的吸濕速干性能均十分優異。

因組織結構為本試驗開發的3種織物的唯一變量，故其為影響織物導濕性能的主要因素。多層接結結構、分層正交結構比分層角聯鎖結構稍疏松，分層角聯鎖結構的織物交織點較多，紗線緊密程度稍大，紗線間的空隙較小，水分在織物內傳輸的阻力也相對增大，故水分就越不容易傳導，導致其織物導濕性能相對稍差。此外，3種織物層間紗線的接結方式不同也是造成其導濕性能差異的一個原因。由圖1可以看出，分層角聯鎖結構織物的接結經紗在層間連接傾斜角接近45°，而多層接結結構和分層正交結構織物的接結經紗在層間則以接近90°的傾斜角與緯紗進行交織，接結紗在層間的交織路徑相對較短，導致水分在層間的傳輸路徑相對分層角聯鎖結構織物較短，液體擴散速度較快。

通過對3種織物吸水導濕測試結果進行綜合對比分析，3種織物的吸水導濕性能均較優異，其中分層正交結構織物的吸水導濕性能最優。

2.3?防紫外性能測試

測試3種織物的防紫外性能[11]，結果如表5所示。

由表5可知，3種織物的紫外線透過率測試數據，分層正交結構織物的UPF值最高，多層接結結構織物次之，分層角聯鎖結構織物稍低。根據國家標準可知，UPF值大于50的機織物既具有對紫外線非常優異的防護能力。3種織物的測試結果均高于國家標準的要求，可得出3種織物的防紫外線能力均較強。織物的防紫外線性能與織物的緊密程度和厚度都有很大的關系，由于分層正交結構織物較其他兩種結構織物較厚，且織物較為緊密，故防紫外性能較好。

3?結?論

a）以纖維導濕的基本理論、織物熱舒適理論為理論依據，選用Coolmax纖維和竹原纖維的混紡紗、防紫外滌綸紗為原料，設計了具有吸水導濕、防紫外功能的3個功能層，織造了具有吸水導濕和防紫外功能的多層接結、分層角聯鎖和分層正交結構織物。

b）設計開發出3種不同結構（多層接結結構、分層角聯鎖結構、分層正交結構）的3層織物，通過對其進行基本性能、吸水導濕性能和防紫外性能的測試分析可知3種織物均具有優異的綜合性能。

c）在3種織物的組織結構為唯一變量、織物的經緯密度、紗線比例以及層數均相同的情況下，對3種織物的基本性能、吸水導濕性能和防紫外性能的測試結果進行對比分析，優選出分層正交結構為綜合性能最佳的結構。

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