棉平紋織物芯吸性能測試影響因素的探究

馮 浩 劉常威 譚冬宜 柳赟雯

湖南工程學院(中國)

隨著科技的進步和人們生活水平的不斷提高，消費者對服裝功能性和舒適性的要求越來越高。近年來，高溫天氣的頻繁出現及持續時間的延長，導致吸濕快干服裝的市場需求量迅速增長[1]。吸濕快干紡織品的設計初衷是幫助穿著者在出汗時保持皮膚干爽舒適。中國對織物熱濕舒適性的評價主要參照GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕快干性能的評定 第一部分：單向組合試驗法》[2]，其評價指標包括織物吸水率、滴水擴散速度、芯吸高度、蒸發速率和透濕量5部分[3]。芯吸高度作為織物熱濕舒適性能評價的重要指標之一，其測試目的在于了解織物吸收和傳遞液態水的能力。芯吸高度的測試方法主要參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》所推薦的垂直芯吸法。FZ/T 01071—2008對試樣的尺寸、張力和環境溫度均有明確規定。但紡織品種類繁多，且使用中可能受到高溫及張力作用的影響，按照該標準所測得的試驗結果難以真實反映織物在實際使用中的導水能力[4]。因此，本文從試樣寬度、環境溫度和試樣張力3個方面對棉平布的芯吸性能測試的影響因素進行探究，補充織物所處環境及受力狀態對其導水性能的影響，為吸濕快干紡織新產品的開發和創新提供參考。

1 測量裝置

垂直芯吸法是織物導水性能測試中最常用且重要的方法[5]。關于織物芯吸性能測試的國外標準有AATCC 197—2013[6]和JIS L 1907—2010[7]。中國的標準為FZ/T 01071—2008，其推薦的毛細效應測定儀如圖1所示。但該裝置存在芯吸高度讀數困難的問題，為方便讀數，本試驗在原測定儀上加裝了數據采集裝置，如圖2所示。

圖1 毛細效應測定儀

圖2 帶數據采集裝置的毛細效應測定儀

FZ/T 01071—2008規定了織物芯吸性能測試所需試樣的寬度為3 cm，長度不小于25 cm，試驗溫度為(20±2) ℃，相對濕度為65%±3%，水槽中三級水溫度為36 ℃，張力夾質量約為3 g，織物需伸直但不伸長[8]，在這樣的條件下測試30 min時液體芯吸高度的最大或最小值。FZ/T 01071—2008對試驗條件控制方面的說明較少，僅規定試驗溫度為(20±2) ℃，試樣寬度為3 cm時加裝3 g的張力夾。在實際使用過程中，吸濕快干織物所處環境溫度與試驗溫度可能存在較大差異，且在穿著環境中還會有張力作用。因此，本文在原毛細效應試驗裝置的基礎上加裝條件控制模塊，如圖3和圖4所示，旨在探究溫度和張力對棉平紋織物芯吸性能的影響。

圖3 可控溫的毛細效應測定儀

圖4 可控張力的毛細效應測定儀

2 試驗

試驗所采用的試樣為棉平紋織物，其規格參數如表1所示。

表1 棉平紋織物的規格參數

2.1 以試樣寬度為變量的芯吸性能測試

沿棉平紋織物經向在距離織物邊緣10 cm處按梯形法裁剪試樣，試樣長度均為30 cm，寬度以1 cm為梯度，從1～10 cm分為10組。以標準中規定的3 cm寬度織物選擇3 g張力夾為基準，每增加或減少1 cm的寬度，張力夾的質量也相應增加或減少1 g，確保待測織物張力一致。試驗時保持室溫為20 ℃，相對濕度為65%，在試樣下端浸入液面以下(5±2) mm處時開始計時，拍攝0.5、1.0、1.5、2.0、5.0、10.0、20.0和30.0 min時刻液體芯吸水線，記錄每個時刻的芯吸高度值，繪制時間-芯吸高度關系曲線。

2.2 以溫度為變量的芯吸性能測試

使用如圖3所示的可控溫的毛細效應測定儀進行試驗。準備大小為30 cm×5 cm的試樣，然后以10 ℃為一個溫度梯度，將三級水和環境整體控溫后，在25、35、45、55和65 ℃時分別測試棉平紋織物的芯吸高度，繪制時間-芯吸高度曲線。

2.3 以張力為變量的芯吸性能測試

為模擬吸濕快干服裝在實際穿著過程中可能承受的張力，本文使用圖4所示的可控張力的毛細效應測定儀，將芯吸性能試驗中所用的棉平紋織物試樣的張力分別設定為2.5、5.0、10.0、20.0和40.0 N后進行試驗并繪制時間-芯吸高度曲線。

3 結果與討論

對以試樣寬度為變量的織物芯吸性能進行測試，時間-芯吸高度測試和分析結果如圖5所示。

圖5 不同寬度的棉平紋織物試樣的芯吸時間-芯吸高度曲線

由圖5可知，當棉平紋織物試樣的寬度在1～10 cm間變化時，所得時間-芯吸高度曲線均呈二階指數衰減趨勢。初始芯吸速率指從試樣浸入三級水中開始的2 min內試樣的芯吸速率，反映織物剛與液態水接觸時的鋪展傳遞能力。最大芯吸高度指芯吸30 min時試樣的芯吸高度，反映織物試樣在一定時間內的導濕能力。結合圖5可得試樣寬度與最大芯吸高度及初始芯吸速率間的關系，如圖6所示。

圖6 試樣寬度與最大芯吸高度及初始芯吸速率的關系

圖6表明，棉平紋織物試樣的初始芯吸速率和最大芯吸高度測試結果都與試樣的寬度呈顯著的負相關關系。此外，測試過程中發現，當試樣寬度為1 cm時，操作較為困難且試樣易出現轉動現象，數據收集有一定的不便性；當試樣寬度為2 cm和3 cm時，同組3塊試樣所測數據差異較大；與5 cm寬試樣相比，寬度為4 cm和6 cm的試樣的芯吸水線易出現較大的起伏和傾斜，而5 cm寬試樣的芯吸水線在30 min內一直較為均勻平齊；寬度為7～10 cm的試樣在測試時，常因受力不勻影響芯吸水線，且太寬的試樣既浪費試驗材料又不利于試驗的順利進行，即5 cm是芯吸性能測試中棉平紋織物試樣的適宜寬度。

以溫度為變量的芯吸性能測試結果如圖7所示，溫度與最大芯吸高度及初始芯吸速率的關系如圖8所示。

圖7 不同溫度下試樣的芯吸高度-芯吸時間曲線

圖8 溫度與最大芯吸高度及初始芯吸速率的關系

由圖7和圖8可知，在25～65 ℃的測試溫度范圍內，環境溫度的變化對棉平紋織物試樣的芯吸性能測試結果有較大影響。織物初始芯吸速率與溫度正相關，最大芯吸高度與溫度負相關。其原因可能是由于溫度的升高，水分子獲得更多的內能，熱運動加快，提高了初始階段的芯吸速率。但因熱傳遞的存在，織物上液態水溫度升高導致蒸發速度變化，從而降低了30 min時平衡態的芯吸水線高度。

以試樣所受張力為變量的芯吸性能測試結果如圖9所示，張力與最大芯吸高度及初始芯吸速率的關系如圖10所示。

圖9 不同張力下試樣的芯吸高度-芯吸時間

圖10 張力與最大芯吸高度及初始芯吸速率的關系

在2.5 ～40.0 N的張力范圍內，棉平紋織物試樣的初始芯吸速率和最大芯吸高度都隨張力的增加呈先增大后減小的趨勢。當張力為10.0 N時，所測試樣的初始芯吸速率和30 min時芯吸高度均達最大值。織物的芯吸過程是液體對紡織材料的動態浸潤過程，對織物施加張力破壞了紗線原有的屈曲狀態，纖維及紗線間的孔隙被改變，從而影響了織物的芯吸性能。

4 結論

本文從試樣寬度、環境溫度和試樣張力3個方面對影響棉平紋織物芯吸性能的因素進行探究，補充了織物所處環境及受力狀態對其導水性能的影響。由試驗結果可得如下結論。

——試樣寬度對其芯吸性能有一定的影響。在1～10 cm的試樣寬度范圍內，織物的初始芯吸速率和30 min時的最大芯吸高度與試樣寬度呈負相關，且5 cm是棉平紋織物芯吸性能測試的適宜試樣寬度，此時芯吸水線更接近水平線，測試可重復性較高。

——環境溫度對棉平紋織物的初始芯吸速率和最大芯吸高度都有較大的影響。在25～65 ℃范圍內，棉平紋織物試樣的初始芯吸速率隨溫度升高而增大；棉平紋織物試樣的最大芯吸高度隨溫度的升高而減小。

——試樣所受張力對棉平紋織物試樣的初始芯吸速率和最大芯吸高度呈類似的影響規律。在2.5～40.0 N的張力范圍內，棉平紋織物試樣的初始芯吸速率和最大芯吸高度隨張力增加呈先增大后減小的變化趨勢，當張力為10.0 N時，芯吸速率和芯吸高度均達到峰值。

基金項目：湖南工程學院校級一般項目(XJ1917)