異形截面滌綸包芯紗織物的吸濕快干性能研究

李煜煒 王永鋒 王慧云 王亞蘭 張 巖

（1.蘇州大學，江蘇蘇州，215123；2.恒力集團研究院新型纖維研究所，江蘇蘇州，215226）

滌綸大分子中缺少親水性基團，導致其織物吸濕性差，易產生靜電，影響了其服裝穿著的舒適性。近年來，國內外學者通過改變纖維截面、化學接枝改性等方法改善滌綸吸濕性較差的缺點。美國杜邦公司于1986年研發的異形截面滌綸Coolmax極具代表性，該纖維橫截面為四溝槽形，有4條排汗管道，相鄰纖維易于靠緊，毛細管效應得以增強；且該纖維的比表面積比普通圓形截面滌綸大19.8%，易于快速蒸發表面汗水［1］。我國中科院化學研究所于20世紀80年代末研制了一種丙綸超細纖維“絲普綸”，該纖維具有獨特的芯吸效應，其服裝穿著時能保持皮膚干爽舒適［2］。中國石化儀征化纖有限責任公司開發了Coolbst纖維，其截面為H形，能快速吸水、輸水、擴散和揮發［3］。王曉麗等人將嵌入聚氨酯基團的親水滌綸與棉按不同比例混紡，測試比較了不同混紡比紗線織成的織物吸濕快干性能，結果表明：親水滌綸含量越高，織物吸濕快干性能越好，當親水滌綸混紡比不小于40%時織物可獲得較好的吸濕快干性能［4］。異形截面滌綸徑向表面具有普通圓形滌綸所沒有的溝槽。理論上，溝槽一方面使纖維具有良好的毛細效應，透氣、透濕性能得到提高；另一方面纖維的比表面積增加，有利于水分蒸發，使其具有更好的排汗透氣性能［5-6］。

為兼具異形截面滌綸吸濕、透濕性好和普通滌綸的高強度、尺寸穩定性，本研究從紗線結構入手，利用渦流紡工藝開發了幾種異形截面滌綸包芯紗及其機織物，并對其強伸性能、吸濕性能等進行比較和分析，為滌綸面料在運動服、內衣等貼身織物上的應用提供更多可能［7］。

1 異形截面滌綸包芯紗和織物的開發

1.1 紗線制備

以線密度2.31 dtex、長度38 mm的十字形截面滌綸短纖為外包纖維，分別以不同截面形狀的滌綸長絲為芯紗紡制包芯紗。幾種截面形態的滌綸長絲如圖1所示。其中，三角形截面呈不規則三角形，外沿平滑，縱向表面無溝槽；十字形截面滌綸長絲外沿有大小分布不規則的凹槽；一字形截面滌綸長絲橫截面呈扁平一字狀，外沿平滑，縱向沒有溝槽；波浪形截面滌綸長絲橫截面為4個近似圓形并排連接，縱向有6道深淺基本一致的溝槽。

圖1 幾種截面形態的滌綸長絲

三角形截面滌綸長絲線密度83.3 dtex/36 F，異形度14.23%［8］；十字形截面滌綸長絲線密度166.7 dtex/72 F，異形度35.56%；一字形截面滌綸長絲線密度83.3 dtex/36 F，異形度18.67%；波浪形截面滌綸長絲線密度83.3 dtex/36 F，異形度26.89%。纖維截面異形度SR根據公式（1）計算。

式中：γ為異形截面內切圓半徑（μm）；R為與γ同心的相應截面上外接圓半徑（μm）；γ0為根據該纖維線密度值理論換算所得半徑（μm）［9］。

將十字形截面滌綸短纖在清梳聯合機上進行開松、梳理得到生條；生條經三道并條得到熟條；熟條以360 m/min的紡紗速度喂入VORTEXⅢ870型渦流紡紗機紡紗，喂入比0.95，卷取角15°，紡紗張力12 cN，設計單紗線密度均為19.68 tex。

在渦流紡紗機上，熟條短纖維束切向進入管壁與紡紗器堵頭之間的通道，并以螺旋運動下滑進入渦流場中，空氣從切向進風孔、切向輸送孔和引紗孔進入，兩切向氣流同向旋轉匯合于紡紗器下部形成纖維環，將長絲芯紗包裹，導出羅拉與導出膠輥握持輸出包芯紗［10］。

1.2 織物織造

采用GA 392型單紗漿紗機，以10%PVA為漿料上漿，漿液溫度50℃，烘箱溫度90℃。

以三角形截面滌綸包芯紗為紗線1，以其為經、緯紗織制平紋織物1；以十字形截面滌綸包芯紗為紗線2，以其為經、緯紗織制平紋織物2；以一字形截面滌綸包芯紗為紗線3，以其為經、緯紗織制平紋織物3；以波浪形截面滌綸包芯紗為紗線4，以其為經、緯紗織制平紋織物4。以十字形截面滌綸短纖渦流紗為紗線5，以其為經、緯紗織制平紋織物5。以線密度2.31 dtex、長度38 mm圓形截面滌綸短纖紡的渦流紗為紗線6，以其為經、緯紗織制平紋織物6。經、緯紗設計線密度均為19.68 tex。各織物規格見表1。

表1 各織物規格

織物精煉工藝：退漿（100℃水煮30 min→60℃水漂洗5 min→常溫水漂洗2次～3次）→DHG-9076A型烘箱烘干（溫度80℃，時間40 min）。

2 紗線和織物性能測試

2.1 紗線性能測試

利用掃描電子顯微鏡拍攝各紗線橫截面，以表征纖維分布和形態結構特征。參照GB/T 4743—2009《紡織品 卷裝紗 絞紗法線密度的測定》對紗線線密度進行測試，每種紗線取10縷紗進行測量，每縷長1 000 mm±2.5 mm。參照GB/T 3292—2008《紡織品 紗條條干不勻試驗方法電容法》，測試紗線條干CV值。根據GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，將紗線置于標準大氣條件的恒溫恒濕實驗室平衡24 h后，用萬能材料試驗機測試紗線的拉伸性能，夾持長度500 mm，每種紗線選取試樣3個，設置拉伸速度500 mm/min。

2.2 織物熱濕舒適性測試

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》，測試織物滴水擴散時間和吸水率。吸水率指標指試樣在水中完全潤濕后取出至無滴水時試樣所吸取的水分占試樣原始質量的百分率，可用于衡量織物對液態汗的吸附能力。參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》，采用Y 871型毛細管效應測定儀對織物芯吸高度進行測量，該指標可衡量織物對液態汗的傳導能力。參照GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分：蒸發法》，采用FX3150型織物透濕量儀（透濕、烘干一體化的透濕儀）對織物透濕性進行測量，該指標可衡量織物在液態汗狀態下的速干性。

3 測試結果及分析

3.1 紗線性能指標

表2為各紗線的物理性能測試結果。圖2為各紗線的截面形態圖。從表2中可以看出，所紡紗線線密度均在19.68 tex左右，條干CV值均良好，渦流短纖紗斷裂強力和斷裂強度均低于包芯紗。從圖2可以看出，芯紗包裹效果均較好，未出現明顯的偏芯、露芯情況；與圓形截面滌綸短纖渦流紗相比，包芯紗內纖維間孔隙較多，為其織物實現良好的吸濕導濕性奠定了基礎。

表2 紗線物理性能測試結果

圖2 各紗線截面形態圖

3.2 織物熱濕舒適性

3.2.1 織物吸水率

測得織物1至織物6的吸水率依次為127%、166%、135%、159%、127%、130%。可以看出，芯紗異形度大于20%的包芯紗織物吸水率大于芯紗異形度小于20%的包芯紗織物。波浪形截面長絲和十字形截面長絲縱向表面有一些溝槽，三角形截面長絲和一字形截面長絲表面無溝槽，即縱向表面有溝槽的異形滌綸長絲包芯紗織物的吸水性能較優；對于纖維為同種截面形狀的織物而言，十字形截面滌綸長絲包芯紗織物的吸水率大于十字形截面滌綸短纖紗織物吸水率。

3.2.2 織物滴水擴散時間

測得織物1至織物6的滴水擴散時間依次為85 s、92 s、85 s、23 s、89 s和129 s。可以看出，圓形截面滌綸短纖渦流紗織物的滴水擴散時間明顯長于其他5種織物，說明其吸濕、導濕性較差，而本研究制備的幾種異形截面滌綸包芯紗織物的吸濕、導濕性能較好。異形截面滌綸包芯紗內纖維之間孔隙較多，為其織物導濕性能的提升奠定了結構基礎。波浪形截面滌綸長絲異形度較大，為26.89%，且表面有較多的淺溝槽，也即有更多的導濕通道，故其織物的滴水擴散時間最短，為23 s，遠低于其他織物，吸濕導濕性能最好。

3.2.3 織物芯吸高度

6種織物芯吸高度測試結果如圖3所示。從圖3中可以看出，6種織物芯吸高度隨時間的變化規律均為先快速上升后逐漸減緩，各織物芯吸速率與芯吸高度存在差異。包芯紗的芯絲截面為波浪形的織物芯吸高度最大，說明溝槽數量的增加可以在一定程度上改善對液態水的吸附和傳導能力；6種織物中，圓形截面滌綸短纖渦流紗織物芯吸高度最低，對液態水的吸附及傳導能力最差。

圖3 織物芯吸高度

3.2.4 織物透濕量

測得織物1至織物6的透濕量依次為（2 166.48±240.05）g/（d·m2）、（2 192.05±242.42）g/（d·m2）、（2 130.50±282.48）g/（d·m2）、（2 212.45±235.68）g/（d·m2）、（2 172.50±224.69）g/（d·m2）和（2 125.38±247.06）g/（d·m2）。從以上結果可以看出，芯紗異形度大于20%的包芯紗織物透濕量大于芯紗異形度小于20%的織物，芯紗長絲的縱向表面溝槽有利于水分的蒸發；其他織物的透濕量均略大于圓形截面滌綸短纖渦流紗織物，即異形截面對織物透濕性有一定的改善。

4 結論

通過試驗研究發現：幾種異形截面滌綸包芯紗的條干CV值均較好，斷裂強力均優于短纖紗；與圓形截面滌綸短纖渦流紗相比，異形截面包芯紗強伸性能無明顯下降，即異形截面的芯紗結構不會影響其成紗強力高的優點；與圓形截面滌綸短纖渦流紗織物相比，幾種異形截面滌綸包芯紗織物具有較短的滴水擴散時間，較大的透濕量、吸水率和芯吸高度，這是因為異形截面包芯紗纖維間有較多孔隙，可提高織物對水的吸附和傳導能力；幾種異形截面滌綸包芯紗中，十字形、波浪形截面滌綸包芯紗織物的透濕量和吸水率均大于一字形、三角形截面滌綸包芯紗織物，即芯紗表面有溝槽對織物吸濕及導濕性能有較為顯著的提高；波浪形截面滌綸包芯紗的長絲縱向溝槽小而多，其織物無論是吸濕性還是快干性都優于其他織物。本研究開發的渦流紡異形截面滌綸包芯紗織物解決了圓形截面滌綸短纖渦流紗織物難以吸濕排汗的缺點，為滌綸面料在運動服、內衣等貼身織物上的應用提供了更多可能。