成紗結構對短纖紗及其織物導濕性能的影響

洪晴晴 孫豐鑫 盧雨正 高衛東

（江南大學，江蘇無錫，214122）

導濕性能是服裝舒適性的重要組成部分，是各類運動服和休閑服穿著舒適性的一個重要影響因素。良好的導濕性能顯著提高服裝的舒適性，將人體產生的汗液、濕氣快速地傳導至織物表面，減少汗液停留在皮膚上產生的濕冷感或織物黏貼在皮膚上產生的不適感［1］。與長絲織物相比，短纖紗織物因其短纖結構使得其導濕性能更強，穿著舒適度也更高。

目前市場常見的短纖紗紡紗方式有環錠紡、轉杯紡和渦流紡。與轉杯紡和渦流紡相比，環錠紡具有工序長、生產效率低、耗費人力多等缺點，但其適用原料廣泛，應用范圍廣，目前仍然占據紗線產量的主流位置［2］。轉杯紡和渦流紡都是借助氣流的力量對纖維進行加捻成紗，轉杯紡和渦流紡產量高，流程短，自動化程度高［3?4］。轉杯紡和渦流紡均屬于自由端紡紗，但成紗結構不同。轉杯紡利用氣流帶動纖維旋轉，在紗體表面形成類似包纏紗的結構；渦流紡利用渦流扭轉作用，在紗體表面形成類似包芯紗的結構。三種紡紗方法的成紗結構不同，相應的導濕性也應有所差別。本研究對這三種紡紗方式所得紗線導濕性能進行研究，探究其導濕性能的優劣。

影響織物服用舒適性的因素有很多，導濕性能是影響織物舒適性非常重要的指標。由于人們越來越重視穿著服裝的舒適性，目前國內外學者對織物導濕性能的關注和研究日益增加。朱凡凡等采用毛細芯吸法將集聚紡、賽絡紡和集聚賽絡紡紗的導濕性能進行對比［5］。ONOFREI E 等人探究了織物結構對兩種具有熱調節作用紗線所織織物的熱濕性能的影響，利用水滴擴散面積和毛細芯吸法對織物的導濕性能進行了測試［6］。本研究為避免纖維本身吸濕帶來的差異，選擇純滌綸紗線，探討紗線結構對導濕性能的影響，保證測試結果更加準確科學。

1 試驗部分

1.1 試樣準備

采用1.33 dtex×38 mm 的滌綸短纖維生產28 tex 的環錠紗、轉杯紗以及渦流紗，測試紗線的芯吸高度；用電腦橫機以1.2 m/s 的機頭速度將三種紗織成羅紋織物，對比織物的芯吸高度和水滴擴散面積。

1.2 試驗儀器

TONGHE 518J 型細紗機，A8 型電腦橫機，USTER TESTER 5 型條干儀 ，YG173A 型紗線毛羽測試儀，AGS?X 5KN 型電子萬能試驗機，VHX?5000 型超景深顯微鏡；YG（B）871 型毛細管效應測定儀。

1.3 紗線結構與性能測試

導濕性能與紗線結構密切相關，為了充分對比三種紗線的導濕性能，對三種紡紗方式所得紗線的成紗結構進行分析，測試了紗線的物理機械性能，并對毛細效應和水滴擴散面積進行了測試。

1.3.1 紗線成紗結構

用VHX?5000 型超景深顯微鏡觀察紗線的縱向結構，設置放大倍數為1 000 倍。在此放大倍數下，可以清晰地看到三種紗線的纖維結構，為相關結論的解釋提供輔助。

1.3.2 紗線的強力、條干和毛羽測試

采用AGS?X 5KN 型電子萬能試驗機，選擇細紗測試模塊測試紗線的強力，測試50 次，取平均值。采用YG173A 型紗線毛羽測試儀測試紗線毛羽，每管測試10 次，單次測試長度10 m；采用USTER TESTER 5 型條干儀測試紗線條干。

1.3.3 紗線導濕性測試

采用YG（B）871 型毛細管效應測定儀對紗線的導濕性能進行測試，觀察在規定時間內，有色液體沿紗線長度方向上升的高度。試驗參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應測試方法》，測試要求為：紗線長度300 mm，張力夾約200 mg，將玫瑰紅色染色劑加入去離子水中得到有色液體，水位與標尺零位齊平，張力夾位于標尺零位以下（15±2）mm，測試溫度（25±2）℃，相對濕度（65±2）%，測試時間 30 min，測試 10 次，蜂鳴器響時立刻將懸垂架升起，使張力夾脫離液體，用相機正對懸垂架拍下30 min 時液體的高度，量取高度并記錄，取測試平均值。

1.4 織物的導濕性測試

在紗線導濕性能測試的基礎上，試驗條件和測試方法不變，對織物進行芯吸試驗，試樣規格為250 mm×30 mm。在規定時間內水滴在布面上的擴散面積大，說明織物的導濕性能好，能夠快速將汗液傳導出去，保持皮膚干燥。參照GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕速干性的評定第二部分動態水分傳遞法》。將10 cm×10 cm 貼身布面朝上平放在試驗臺上，在布面上方1 cm 處，滴下玫瑰紅色溶液0.2 mL；利用單反相機采集30 s時玫瑰紅色溶液在布面上擴散的圖像，在布面上方固定高度30 cm 處對布面拍照；利用Matlab 軟件進行圖像處理，編程計算出水分分別在三種織物上的像素面積［7］；以實際面積為 2 cm×2 cm 的卡紙作為參考物體，計算出其像素面積；最后，用比值法將三種織物上水滴的像素面積轉化成實際面積，處理圖片時各織物的圖像面積和圖像像素均保持一致，圖像處理的過程：OTSU 閾值法二值化→中值濾波→最大連同域→像素量化→提取面積特征值（二值化）。

2 結果與分析

2.1 紗線成紗結構分析

三種紡紗方式所得28 tex 紗的縱向成紗結構如圖1 所示。從圖1（a）中可以看出，環錠紡紗的紗體較為平直，纖維排列較為緊密，但毛羽較多。從圖1（b）中可以看出，紗體中纖維最為雜亂，其紗體是由芯纖維和包纏纖維組成，紗體中纖維毫無規則地纏繞在一起；從外觀看，轉杯紗紗線品質、光潔度較差。從圖1（c）中可以看出，渦流紡紗體的表面最為光潔，渦流紡紗具有皮芯形結構，由纖維頭端構成的紗芯和纖維尾端構成的包纏纖維組成，芯纖維平行排列，無捻度，包纏纖維均勻緊密地包裹在芯紗纖維的表面，紗體表面的毛羽大部分由包纏纖維構成。由于渦流紡紗的纖維頭端和尾端都被包裹在紗體中，所以渦流紡紗線的毛羽值H值較低［8］。

圖1 三種紗的縱向成紗結構（1 000 倍）

2.2 紗線質量指標分析

三種紗的力學性能及毛羽指標測試結果見表1。其中，線密度均為28 tex。

表1 紗線的強力、條干和毛羽指標

由表1 可知，渦流紡紗的毛羽值H值最小，環錠紡紗毛羽值是渦流紡紗毛羽值的近4 倍，轉杯紡紗毛羽值是渦流紡紗毛羽值的兩倍多。渦流紡紗的CVm 略低于環錠紡紗，轉杯紡紗CVm 最大。雖然渦流紡紗的強力略低于環錠紡紗強力，但是其強力CV比環錠紡紗好。整體來看，渦流紡紗的質量比環錠紡紗好，轉杯紡紗質量最差。轉杯紡在成紗的過程中纖維在轉杯內凝聚并合，轉杯內的纖維須條一邊添加纖維，一邊加捻輸出，并且在凝聚槽內的剝離點處有騎跨纖維，這種纖維在紗線輸出的過程中不斷包纏在紗體上，雖然轉杯紡紗和渦流紡紗都是由芯紗和包纏紗組成，但是轉杯紡紗紗體內彎曲、打卷、纏繞的纖維比較多，紗線質量相對較差［9］。

2.3 紗線的芯吸性能

紗線的芯吸性能主要受到兩方面的影響，一是纖維本身吸水性，二是紗體結構對纖維排列的緊密度以及纖維與纖維之間的空隙導致的虹吸現象。由于三種紗采用的都是疏水性的滌綸，因此紗線的芯吸性主要受紗線結構對紗線芯吸的影響。測試了三種紡紗方式下紗線30 min 的芯吸高度，其中環錠紡純滌綸紗芯吸高度4.89 cm，轉杯紡純滌綸紗芯吸高度2.77 cm，渦流紡純滌綸紗芯吸高度3.74 cm。

可以看出，環錠紗的芯吸高度最大，渦流紗次之，轉杯紗最小。環錠紗中纖維呈螺旋排列，紗體中纖維雖然較為緊密，但是纖維較易出現一端捻入紗體一端暴露在紗條外面形成毛羽構成無效纖維的現象，環錠紗紗體中平直纖維相對較多，所以其芯吸高度是最大的；由于渦流紗由芯紗和包纏紗構成，紗芯內纖維平行順直沒有捻度，包纏纖維在芯紗外層包纏均勻緊密，有利于紗線的導濕性，但是其包纏纖維所占比重較大，約60%，纖維間形成的水分子通道較短，垂直芯吸受到影響，因此渦流紗的縱向導濕性能要稍差于環錠紡紗［10］；轉杯紗紗體中纖維更加雜亂無序，各種彎曲、打卷、外包、纏繞等不規則形態的纖維約占紗體的一半，阻塞了水分子的傳導，因此轉杯紗的導濕性能最差［11］。

2.4 織物的芯吸性能

織物的芯吸試驗所涉及的影響因素較多，包括纖維材料、紗線結構和織物結構。本研究采用的纖維材料和織物結構相同，其芯吸高度主要受到紗線結構的影響。由于織物最終的用途是服用，因此對織物進行芯吸試驗是非常必要的。試驗結果表明：環錠紡紗織物芯吸高度1.63 cm，轉杯紡紗織物芯吸高度0.10 cm，渦流紡紗織物芯吸高度7.17 cm。

可以看出，織物的芯吸效果與紗線的芯吸效果大為不同。渦流紗織物的芯吸高度明顯大于環錠紗織物芯吸高度和轉杯紗織物芯吸高度，與紗線毛羽H值的變化規律一致。因此可以認為，織物的芯吸效應主要受紗線表觀結構的影響，與紗線內部結構相關性較低。

2.5 織物的水滴擴散試驗

織物的水滴擴散面積本質上與紗線的特性有關。除了對紗線進行縱向導濕性能測試外，還對紗線橫向導濕性進行測試。將三種不同的紗織成相同結構的織物，測試水滴在織物上的實際擴散面積，具體圖像如圖2 所示。

采用二值化圖像分割后獲得圖片如圖3所示。

圖2 三種織物的水滴擴散面積照片

圖3 三種織物水滴擴散面積二值圖像

統計二值化圖像中白色像素點個數，每種織物測試10 次，結果取平均值，將統計結果轉化為實際面積。其中，環錠紗織物水滴擴散面積0.40 cm2，轉杯紗織物水滴擴散面積0.41 cm2，渦流紗織物水滴擴散面積2.03 cm2。由圖2 和圖3 可以看出，渦流紗織物的水滴擴散面積最大。結合實測數據可知，渦流紗織物的水滴擴散面積分別是環錠紗織物和轉杯紗織物的5.1 倍和4.95 倍。

雖然渦流紗的縱向導濕性略低于環錠紗，但在水滴擴散試驗中可以看出，其水滴擴散面積遠大于其他兩種紗。這進一步驗證了織物導濕性能測試的結論，渦流紗與其他兩種紡紗方式相比，其最大的特點是毛羽少，其毛羽H值只有1.36，遠低于其他兩種紗。將其織成織物后，紗線之間相互擠壓，織物的吸濕性能除了受到紗線自身的芯吸作用以外，還受到紗線之間的芯吸作用。渦流紗毛羽少，紗線之間的芯吸通道較為通暢，促進了水分的傳導；而環錠紗和轉杯紗毛羽較多，織成織物后，紗線間的通道充斥著雜亂的毛羽，不利于水分傳導，因而出現后兩者在水滴擴散面積上的劣勢。

3 結論

（1）對比三種紡紗方式所得紗的成紗縱向結構、條干、毛羽、強力等可知，相同線密度的紗，渦流紗的條干和毛羽最好，其強力雖然不及環錠紗，但強力CV低。

（2）三種紡紗方式所得紗的縱向芯吸高度結果顯示，環錠紗的芯吸高度最大，渦流紗次之，轉杯紗最差。造成這種結果的原因是紗線的結構，環錠紗中纖維縱向螺旋排列，而渦流紗結構特殊，由芯紗和包纏紗構成，轉杯紗中纖維雜亂無章。

（3）三種紗所得織物的縱向芯吸高度和水滴擴散面積趨勢一致，渦流紗織物的導濕性有明顯優勢。造成這種結果的原因可能是因為渦流紗毛羽少，有利于水分從紗線間隙中傳導，進而表現出優越的水滴擴散性能。

綜上所述，短纖紗成紗結構對其織物的導濕性有明顯影響，除了紗線本身的芯吸性能之外，紗線表面的毛羽分布情況對織物的導濕性能也存在一定的影響。渦流紗自身的結構在單根紗線芯吸上沒有明顯優勢，但其表面較少的毛羽對于提升織物導濕性有顯著影響，因此利用渦流紡紗技術開發導濕性紗具有較好的發展前景。