吸濕涼爽針織服用面料的性能研究

高 婕 李 睿 蘇佳佳 樊晨露 章為敬 張佩華

東華大學(xué) 紡織學(xué)院(中國)

近年來，隨著人們生活水平的提高，特別是隨著戶外運(yùn)動(dòng)的流行普及，人們對(duì)服裝舒適性的要求也越來越高[1]。服裝的舒適性與生理、心理和物理環(huán)境等多方面因素相關(guān)，可分為熱濕舒適性、觸覺舒適性和體感舒適性[2]。本文主要針對(duì)服裝的熱濕舒適性進(jìn)行研究，采用了物理指標(biāo)評(píng)價(jià)法，對(duì)市面上所見的部分針織面料進(jìn)行熱濕舒適性能對(duì)比測試，進(jìn)而為兼具輕薄柔軟、透氣和吸濕涼爽功能面料的設(shè)計(jì)、開發(fā)提供一定理論依據(jù)，并為大眾在購買相關(guān)產(chǎn)品時(shí)提供有價(jià)值的購買建議[3]。

1 試驗(yàn)材料

本文選取了12種不同材質(zhì)的面料，其基本結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 試驗(yàn)材料基本參數(shù)表

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前將織物在溫度(20±2)℃、相對(duì)濕度(65±3)%的環(huán)境下放置24 h，按照如下測試方法，測試織物透氣率、芯吸高度、織物升溫曲線、熱阻濕阻和干燥速率。

2.1 織物透氣率測試

采用YG461E/Ⅱ型數(shù)字式透氣量儀，參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，設(shè)定壓力200 Pa、噴嘴口徑為6.0 mm，每塊試樣不同位置測量5次，取其平均值。

2.2 織物縱橫向芯吸高度測試

采用由長方形的容器和試樣夾組成的簡易試驗(yàn)裝置，參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)。沿織物縱向、橫向，分別在每塊織物的左、中、右部位各剪3塊試樣，試樣尺寸為25 cm×2.5 cm，測試時(shí)在試樣下端夾持2.55 g的張力夾，上端固定于儀器，在試樣底部放置一盒蒸餾水，使下端浸入水中。30 min后在標(biāo)尺上讀取溶液上升的高度，測試3次，取平均值[5]。

2.3 織物升溫曲線測試

織物升溫曲線的測試可以表征織物的熱傳導(dǎo)性能，并且通過直觀的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與曲線變化，模擬動(dòng)態(tài)人體熱濕擴(kuò)散。本文采用的測試儀器為添加了相應(yīng)程序的YG606II型織物熱阻濕阻測試儀。根據(jù)測試要求，對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使其能保持恒定功率對(duì)織物進(jìn)行加熱。試驗(yàn)設(shè)定功率為22.05 W，測試前需將儀器預(yù)熱2 h，測試織物尺寸為35 cm×35 cm。

具體測試步驟如下所述。首先對(duì)待測織物進(jìn)行預(yù)處理，干態(tài)測試需將被測織物置于標(biāo)準(zhǔn)溫濕度的恒溫恒濕環(huán)境下平衡24 h；濕態(tài)測試需將被測織物烘干后稱質(zhì)量，置于恒溫恒濕室平衡24 h，之后向其中滴入水，使之均勻含水20 g。然后調(diào)試預(yù)熱測試設(shè)備。根據(jù)試驗(yàn)需求設(shè)置恒溫恒濕箱的溫濕度為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫濕度；測試板的初始溫度為25 ℃。在測試前可將所述測試板的溫度升至測試最終溫度后，再降溫至初始溫度，以減小誤差。接著進(jìn)行試樣測試，打開恒溫恒濕箱，將被測織物水平置于測試板上，迅速夾持好織物，關(guān)上恒溫恒濕箱，以恒定功率對(duì)測試板加熱。溫度升至設(shè)置溫度時(shí)，測試結(jié)束。記錄被測織物與測試板接觸面溫度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對(duì)系統(tǒng)記錄的干態(tài)、濕態(tài)升溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行平均處理。升溫曲線到達(dá)某特定溫度所需的時(shí)間越長，則織物升溫速率越慢，其涼爽功能越好。對(duì)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)做同一時(shí)刻的干態(tài)、濕態(tài)織物表面溫差處理。同一時(shí)刻織物干態(tài)、濕態(tài)最大溫差越大，其快干性、濕態(tài)涼爽功能越好。

2.4 熱阻濕阻測試

熱阻表征織物的隔熱性，濕阻表示織物處于穩(wěn)定的水蒸氣壓力梯度條件下，通過一定面積的蒸發(fā)熱流量。選用YG606 II型織物熱阻濕阻測試儀，參照GB/T 11048—2008《紡織品生物舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》標(biāo)準(zhǔn)，在穩(wěn)態(tài)條件下，測得織物的熱阻和濕阻，并計(jì)算出織物的導(dǎo)熱系數(shù)λ、透濕率和透濕指數(shù)。

2.5 干燥速率的測試

根據(jù)美國AATCC201測試標(biāo)準(zhǔn)，采用RF4008HP型干燥速率測試儀，測試織物的干燥曲線與干燥速率。取織物左、中、右均為15 cm×15 cm的試樣，放置在恒溫37 ℃的加熱板上，在加熱板中央滴入0.2 mL的水，試樣上方設(shè)置1.3 m/s的風(fēng)速對(duì)試樣進(jìn)行干燥，通過紅外溫度傳感器測試試樣溫度的變化，判斷干燥是否結(jié)束，根據(jù)測試干燥時(shí)間得到干燥速度。

3 結(jié)果和討論

面料透氣率、芯吸高度、熱阻、克羅值、傳熱系數(shù)、濕阻、透濕率和透濕指數(shù)測試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 測試數(shù)據(jù)

3.1 透氣率

織物透氣率與織物厚度成反相關(guān)、與孔隙成正相關(guān)，即越薄、空隙越多的織物透氣率越好。而織物空隙與織物所用纖維密度、織物結(jié)構(gòu)和厚度有關(guān)，即織物越厚，織物透氣性越差，在相對(duì)濕熱條件下，其舒適性越差。圖1為試樣透氣率的測試結(jié)果。

圖1 織物透氣率數(shù)據(jù)對(duì)比圖

由圖1可知，在噴嘴口徑一致的前提下，試樣F2、F3、F5和F7的透氣量值最大，均超過1 730 mm/s，F(xiàn)8最小，僅為830.5 mm/s，因此可知，試樣F2、F3、F5和F7具有相對(duì)較高的透氣性，試樣F8的透氣性最差。

3.2 芯吸高度

圖2是各織物縱橫向芯吸高度的測試結(jié)果。由圖2可知，試樣F2、F4、F5和F11的橫、縱向芯吸高度為所有織物中最高的，均在15～21 cm范圍內(nèi)，其吸濕、導(dǎo)濕性能較好。試樣F1的芯吸高度不足9 cm為最小，導(dǎo)濕性最差。試樣F8、F9和F12幾乎不吸水，需特殊處理，在該測試中無法測得。

圖2 織物芯吸高度數(shù)據(jù)對(duì)比圖

3.3 升溫曲線

織物試樣干態(tài)升溫曲線測試結(jié)果如圖3和圖4所示，其中圖4表示干態(tài)升溫值與不加織物的空板升溫值的差值變化。干態(tài)升溫曲線表示人體在未出汗的情況下織物的溫度變化，由于此時(shí)織物會(huì)阻礙人體散熱，所以在同種測試條件下，織物達(dá)到同一溫度的時(shí)間越長，或相同加熱時(shí)間內(nèi)織物表面溫度越低，其導(dǎo)熱性能越好。

圖3 干態(tài)升溫曲線

圖4 干態(tài)-空板升溫曲線

由圖3和圖4可知，干態(tài)下，試樣F2、F3、F4和F5達(dá)到同一溫度所需的時(shí)間最長，其升溫速率最小；試樣F9、F10、F11和F12達(dá)到同一溫度所需的時(shí)間最短，其升溫速率最大，且升溫不超過0.8 ℃。所以干態(tài)下，試樣F2、F3、F4和F5的導(dǎo)熱性能良好，即在外界環(huán)境溫度低于人體體表溫度的情況下，其能較好地將人體熱量傳導(dǎo)到外界，降溫涼爽性能較好。而試樣F9、F10、F11和F12的導(dǎo)熱性能較差。

濕態(tài)升溫曲線測試結(jié)果如圖5和圖6所示，其中圖6表示濕態(tài)升溫值與不加織物的空板升溫值的差值變化。濕態(tài)升溫曲線表示人體在出汗條件下織物的溫度變化，在同種測試條件下，織物達(dá)到同一溫度的時(shí)間越長，或相同加熱時(shí)間織物表面溫度越低，人體出汗后織物的涼爽性能越好。

圖5 濕態(tài)升溫曲線

圖6 空板-濕態(tài)升溫曲線

由圖5和圖6可知，織物吸濕后水分的蒸發(fā)有利于散熱，從而使人體降溫。在加熱功率一定時(shí)達(dá)到同一溫度所需的時(shí)間，濕態(tài)下，試樣F9、F12、F1和F7最短，試樣F2、F3、F4和F5最長。故濕態(tài)下試樣F2、F3、F4和F5具有良好的導(dǎo)熱散熱性，尤其是試樣F2、F5，其最大溫差可達(dá)8.0 ℃，在人體出汗后的涼爽性能較好，試樣F1、F7、F9和F12較差。

3.4 熱濕阻

影響織物熱濕阻的因素主要有纖維材料本身性能、紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)等。而良好的吸濕散濕性能有利于提高織物導(dǎo)熱性能，織物面密度越大、厚度越大，織物熱濕性能越差。對(duì)于不同的織物，其內(nèi)部含相對(duì)靜止空氣的量影響其吸濕、散熱性能。相對(duì)靜止空氣含量越多，熱濕傳遞性能越差。圖7是織物熱阻與傳熱系數(shù)的測試結(jié)果，圖8為織物濕阻與透濕率的測試結(jié)果。

圖7 織物熱阻與傳熱系數(shù)對(duì)比圖

圖8 織物濕阻與透濕率對(duì)比圖

由圖7可知，試樣F2、F3、F4、F5具有相對(duì)較小的熱阻值和相對(duì)較大的傳熱系數(shù)，熱阻均小于14×10-3(m2·K)/W。試樣F9、F12具有相對(duì)較大的熱阻和相對(duì)較小的傳熱系數(shù)，熱阻達(dá)到了40×10-3(m2·K)/W，表明試樣F2、F3、F4和F5具有良好的導(dǎo)熱性能，試樣F9和F12的導(dǎo)熱性能較差，即當(dāng)人體所在環(huán)境溫度低于皮膚溫度時(shí)，試樣F2、F3、F4和F5有較好的涼爽效果，而試樣F9和F12的涼爽效果則較差。由圖8可知，試樣F2、F3、F4和F5濕阻較小，均小于3(m2·Pa)/W，透濕率較大，即當(dāng)人體未出汗的情況下，試樣F2、F3、F4和F5具有較好的透濕性能，能減少織物的粘體感和濕感，故而具有良好的舒適性。試樣F1、F7、F9、F11和F12的濕阻較大，超過3.7(m2·Pa)/W，透濕性較差。

3.5 干燥速率

織物干燥速率測試結(jié)果如圖9和圖10所示。由圖9可知，織物的干燥過程可分為3個(gè)階段：首先織物接觸水分，溫度快速下降；然后織物的溫度緩慢下降，熱濕傳遞達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，水在織物內(nèi)部遷移以維持纖維表面的飽和狀態(tài)；最后織物溫度上升，遷移到織物表面的水分不足以維持飽和狀態(tài)，織物內(nèi)部水分開始蒸發(fā)，織物吸收熱量，逐漸恢復(fù)為干態(tài)[7]。由圖9可知，試樣F1的干燥時(shí)間最長，所以其干燥速率最慢，涼爽性較差，其次是試樣F7。試樣F2、F5和F10的干燥用時(shí)最短，干燥速率最快，降溫溫度最低達(dá)27.75 ℃。

圖9 織物干燥速率曲線

圖10 織物干燥速率關(guān)系

由圖10可知，試樣F2、F5和F10的干燥速率最大，尤其是試樣F2和F5，可達(dá)1.803 6 mL/h以上，涼爽性較好。試樣F1和F7的干燥速率小于0.91 mL/h，水分蒸發(fā)擴(kuò)散最差。其余織物的干燥速率較接近。此外試樣F8、F9和F12由于材料組成與其他織物有較大差異，需要特殊處理才可測其干燥速率，在該測試中無法測得。

4 結(jié)論

通過對(duì)12種針織面料的透氣率、芯吸高度、熱濕阻、干燥速率等的測試評(píng)價(jià)，得出試樣F2、F3、F4和F5的涼爽較好，其中試樣F2和F5尤佳，試樣F1、F7、F8、F9和F12的涼爽性較差。

理想的具有吸濕排汗性能的紡織品應(yīng)具有吸濕性高、水分傳導(dǎo)快、透濕性好、保濕性低、水分蒸發(fā)快的特點(diǎn)。試樣F2和F5就具有這些優(yōu)良性能，其化學(xué)成分均為含有輕網(wǎng)成分的聚酯纖維。本文測試的棉織物試樣F1和F7的透濕性導(dǎo)濕性較改性聚酯稍差，涼爽性差，同時(shí)棉和氨綸混紡的試樣F8涼爽性也較差。含有較多羊毛成分的試樣F9和F12的吸濕導(dǎo)熱性較差，同樣含有羊毛纖維的試樣F10和F11，因含有較多的聚酯成分，其吸濕涼爽性優(yōu)于試樣F9和F12。本文中含有錦綸、氨綸等化纖的織物的涼爽性也稍遜于改性聚酯。此外，試樣F2、F3、F4和F5的網(wǎng)眼布、花式網(wǎng)格布、雙面豎條布、秒干凹凸格等花色織物組織相比傳統(tǒng)的緯平針織物，在吸濕涼爽方面也具有優(yōu)勢。通過本文所選面料可推斷出，加入涼爽成分的聚酯纖維在吸濕涼爽方面較出色。棉和羊毛均為天然纖維，其物理化學(xué)性質(zhì)難以發(fā)生根本改變，在制作吸濕涼爽的夏季針織服裝面料時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)，可通過改變織物組織結(jié)構(gòu)、與涼感功能纖維交織或功能整理以優(yōu)化其性能。