氣流沖擊對棉緊密織物性能的影響

摘 要：由于棉緊密織物毛羽多、結構不均勻，易受到氣流沖擊影響而產生變形。為研究棉緊密織物受氣流沖擊后的變形程度與其結構參數之間的變化規律，選擇9塊不同規格的織物，在0.1 MPa氣壓的氣流沖擊下，分別處理5、10 min和30 min，通過織物透氣儀測試織物的透氣性能，并采用顯微鏡觀察法比較織物的結構變化情況。結果表明：隨著氣流沖擊時間增長，棉緊密織物孔隙內毛羽逐漸減少，孔隙由不規則圖形變為方形，經緯紗直徑以及織物的緊度都呈減小趨勢；織物透氣率與孔隙率呈非顯著正相關關系；結構均勻、厚度大且緊度高的織物受氣流沖擊影響小。研究結果為開發具有抗氣流沖擊性能的棉緊密織物提供參考，并為防風系列產品的選擇和使用提供依據。

關鍵詞：棉緊密織物；孔隙率；透氣性；紗線直徑；紗線毛羽

中圖分類號：TS102.5

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）07-0074-06

棉緊密織物在防風風衣、羽絨防鉆絨面料、高檔襯衫等領域都有所應用，然而這些織物在使用中不可避免地會受到各種外界因素影響而發生變色、褪色、變形或損壞等，如紫外線照射［1-2］、氧化、外力沖擊［3-4］等。其中，氣流沖擊是織物受外力沖擊中的一種，由于氣流沖擊作用面積大，易導致產品發生變形影響其使用性能。在這方面的研究中，韓曉果等［5-6］在自建的氣流沖擊實驗平臺上，對緊密織物進行氣流沖擊，通過觀察織物氣壓的變化情況，發現織物的密度與織物滲透率有著極大的相關性。Bandara等［7］用高壓氣體對固定的圓形緊密織物進行沖擊，分析織物受氣流沖擊后的輪廓變形情況。Wang等［8-9］設計了一種新型高氣流壓力條件下研究氣囊織物的滲透性，并用高壓靜態氣流對氣囊織物進行充脹，使其產生變形，發現充脹變形的曲線近似球形。李艷芳等［10］采用新型測試裝置，對棉機織物在風場中的自由動態彎曲性進行測試，得到了氣流速度、紗線粗細及織物密度和組織都對織物彎曲性能產生影響。上述研究主要集中在織物受氣流沖擊后彎曲變形、滲透等變化趨勢，但對于受氣流沖擊后，織物本身的紗線粗細結構、經緯紗交織狀態等織物內部變化相關研究較少，因此本文著重分析織物受氣流沖擊后其內部結構變化，為其透氣等性能變化提供基礎參數。

由于受氣流沖擊后，織物經、緯紗交織結構會因受壓力發生變形，紗線粗細及毛羽發生變化，織物孔隙率及透氣性能也隨之改變，從而影響著織物延緩氣流沖擊的時間和效果。本文獲得棉緊密織物受氣流沖擊后的織物經、緯紗粗細和交織狀態，以及透氣性能變化，在0.1 MPa的氣流沖擊下，對幾款不同規格的棉緊密織物分別處理5、10 min和30 min，分析各織物形態及性能變化情況，得到棉緊密織物受氣流沖擊后的性能變化規律。研究結果可為抗氣流沖擊的棉緊密織物的設計及開發提供參考，同時可為戶外防風系列產品的選擇和使用提供依據。

1 實驗

1.1 材料與儀器

為避免織物經、緯紗交織頻率對織物性能影響，選擇8款棉平紋緊密機織物，同時為便于對比，選擇1塊與8#棉織物同一規格的棉型聚酯短纖織物（紹興向前紡織有限公司），分別測試氣流對各織物性能的影響，試樣參數如表1所示。

儀器：LD-1600X3靜音無油空氣壓縮機（臺州市正博五金機電有限公司）、FA2104電子天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）、XD-1顯微鏡（寧波舜宇儀器有限公司）、YG（B）141D數字式織物厚度儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司）、YG（B）461D數字式織物透氣量儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司）。

1.2 測試方法

1.2.1 織物透氣性測試

按照 GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測試》，選用YG461E型數字式織物透氣量儀測試織物的透氣率，壓差100 Pa。在織物上選擇5個不同位置測試其透氣性，取其平均值，并計算各織物受氣流沖擊后透氣率變化情況，計算公式如下：

R/%=（P-P0）/P0×100，

式中：R為透氣率變化率；P為氣流沖擊后的織物透氣率；P0為織物初始透氣率。

1.2.2 紗線直徑及孔隙率測試

將織物放置于XD-1顯微鏡上，并在顯微鏡載物臺上方外接光源，便于顯微鏡采集織物表觀圖像。將采集好的織物圖像導入AutoCAD，測量織物中經、緯紗線的直徑（D），各相鄰經、緯紗線間孔隙寬度（W），各數據采樣10次，取平均值。計算相鄰經、緯紗的中心距離（CD）和孔隙面積（S），計算公式如下：

CDJ=DJ+WJ，CDW=DW+WW，S=WJ×WW/100，

式中：DJ和DW分別為經、緯紗線的直徑，mm；WJ和WW分別為相鄰經、緯紗線間孔隙寬度，mm；S為孔隙面積，102 mm2。

2 結果與討論

2.1 織物形貌變化

采用LD-1600X3靜音無油空氣壓縮機對織物進行氣流沖擊，沖擊時間分別為5、10、30 min，沖擊氣壓0.1 MPa（1個大氣壓強），采用YG461E型數字式織物透氣量儀測試各織物沖擊前后透氣性能變化，采用XD-1顯微鏡采集各織物沖擊前后織物圖像，以1#織物為例，其在不同時間的氣流沖擊后狀態如圖1所示。

由圖1可知，1#棉織物原樣表面分布較多毛羽，紗線輪廓不夠清晰，紗線之間孔洞多被毛羽封閉。經過5 min處理后，紗線直徑和形態變化較小，但紗線間孔隙變清晰，形成較多的貫通孔，說明氣流短時間作用，減少織物孔隙中的毛羽，提升織物的透通性能。氣流沖擊10 min后，經、緯紗線紗線顯得更為挺直，經緯交織形成的彎曲狀態明顯減少，孔隙由不規則形態變成方形，孔隙中的毛羽進一步減少。氣流沖擊30 min后，經、緯紗線變細，紗線間孔隙內毛羽進一步減少，孔隙透通性進一步提升。

2#—9#棉織物氣流沖擊后圖像中涉及紗線毛羽及紗線間距變化規律與1#織物類似。

2.2 織物結構變化

按照2.2.1方法對織物進行分析，實驗各測試3次，取平均值，測試結果如表2所示。

由表2可知，8#與9#作為規格參數相同的織物，受氣流沖擊后，兩塊織物的經、緯織物紗線直徑，紗線間距離變化、孔隙率變化情況接近，但9#滌綸短纖維織物的透氣性比8#棉織物大，5 min和10 mim氣流沖擊后的透氣率變化率比棉織物小，30min后透氣率變化率比8#棉織物大，這主要是因為滌綸短纖維織物經、緯紗線交織阻力比棉織物小，短時間受氣流沖擊發生變形容易恢復，織物透氣性變化比棉織物小，但長時間（30min以上）沖擊后，更易發生大的塑性變形，導致織物透氣性變化比棉織物大。

2.2.1 織物中紗線直徑

由表2可知，氣流沖擊5 min后，3#、5#、8#織物的經紗直徑保持不變，6#織物經向紗線直徑略微增大，其余織物經紗直徑有少量減小，織物緯紗直徑2#、3#、4#、6#保持不變，其余織物的緯紗直徑也有少量減小。因此全棉織物短時間內受氣流沖擊，各織物的經、緯紗線細度都有一半沒有變化，即使紗線有變細，其變化程度也較小，因此短期氣流沖擊，對織物經、緯紗細度影響不大。氣流沖擊10 min后，除3#織物經、緯紗細度和6#織物經紗細度沒有變化，其余織物經、緯紗細度都有所減小，即隨著氣流沖擊時間變長，織物經、緯紗直徑呈現減小趨勢。氣流沖擊30 min后，所有織物的經、緯紗細度都減小，織物中紗線變細的原因主要是織物受氣流沖擊后，由于紗線之間有較大的孔隙，大多氣流會從織物的紗線間孔隙穿過，也有少量空氣會從紗線內部的纖維之間通過。流入紗線間的氣流對紗線直徑產生擠壓，導致紗線傾向于變細，而進入紗線內部的氣流會將紗線中纖維孔隙撐大，導致紗線變粗（如6#織物氣流沖擊5min后經紗變粗）。但總體而言，隨著氣流沖擊時間延長，各織物經、緯紗都有變細的趨勢，即紗線間氣流沖擊對紗線有壓縮作用，導致各織物經緯紗直徑都呈不同程度變小的趨勢。

2.2.2 織物中相鄰紗距離

氣流沖擊5 min后，僅1#織物經向和7#織物緯向出現織物相鄰的經、緯紗距離略有增大的情況，2#、3#、8#織物的經向和4#織物緯向織物相鄰的經、緯紗距離不變，其余織物的各相鄰紗線距離都在減小。據此可知短時間內氣流沖擊導致織物相鄰經、緯紗的距離減小的可能性大。這主要是因為紗線垂直方向受氣流沖擊后，不可避免地會由伸直狀態轉到屈曲狀態，而各彎曲狀態不盡相同，導致紗線間的距離傾向于減小。部分紗線間距離增大，這主要是因為氣流沖擊導致紗線直徑變細，或者紗線發生滑移等移速，導致其雖然紗線彎曲，但相鄰紗線間仍舊變大的現象。

2.2.3 織物透氣性

氣流沖擊30 min后，織物相鄰的經紗距離變小的除了2#和7#織物經向和3#、4#緯向外，其余織物相鄰紗線距離要么不變，要么都增大。主要原因是當氣流較長時間垂直沖擊織物后，織物中紗線呈現由橫向彎曲轉變為垂直于織物的縱向彎曲，加上紗線本身直徑變小以及紗線向未受氣流沖擊的地方滑移，導致紗線間距離變大。

織物受氣流沖擊后，透氣率變化率都是正值，即隨著氣流作用，各織物透氣率都有所增長，且隨著氣流沖擊時間的延長，除2#織物氣流沖擊10 min和30 min變化率相同外，其余織物透氣率都隨著沖擊時間延長而增大。這主要是因為織物受氣流沖擊后，織物中紗線易變細，且紗線間距離變大，最終引起織物孔隙面積增大，透氣性也有所增加。

為分析不同織物的孔隙率與織物透氣性相關性，以8塊棉緊密織物在不同氣流沖擊下時間的孔隙面積為橫坐標，透氣率為縱坐標，兩者相關性如圖2所示。

由圖2可知，織物孔隙與透氣性呈正相關關系，但兩者相關系數僅0.5946，正相關關系不顯著，說明織物孔隙率大小并不能決定透氣性能好壞，其他因素如織物表面的紗線毛羽，紗線結構松散程度等都會影響其透氣性。但對于同一織物而言，織物孔隙率顯著影響其透氣性能，對于不同類型織物，不能僅用孔隙率評價其透氣性能優劣。

氣流沖擊后，9塊織物透氣率變化率較大的8#和9#織物，其透氣率變化率都超過20%，對織物規格進行分析，可知其經、緯密度較大，說明氣流對于經、緯密度較大的織物，氣流沖擊對織物影響更大，在實際應用中可選擇經、緯密度適中的織物，避免其受氣流影響后其性能出現較大變化。

在織物規格相同的條件下，棉織物表面毛羽和經、緯紗線捻度等參數在一定程度上會影響織物透氣性，當棉織物中紗線毛羽過多或捻度引起紗線直徑變大時，會導致織物厚度增大，影響其透氣性，同時織物緊度也是影響織物透通性主要因素，分析織物厚度與緊度之積與氣流沖擊30 min后8塊棉緊密織物透氣率變化率的關系，如圖3所示。

由圖3可知，織物緊度和厚度之積與透氣率變化率呈負相關關系，兩者線性相關性達到0.9750，是顯著的負相關關系。說明織物厚度與緊度對其受氣流沖擊后穩定性能起了較大作用，織物越厚緊度越高的織物，透氣率變化越小，織物抵抗氣流沖擊性能越顯著。

3 結論

本文選擇8塊不同規格的棉緊密織物，在0.1 MPa氣壓的氣流沖擊下，分別處理5、10 min和30 min，通過研究織物中經、緯紗線的直徑，各相鄰經、緯紗線間孔隙寬度，孔隙面積以及織物透氣性能變化，結論如下：

a）棉緊密織物孔隙內毛羽隨氣流沖擊時間延長而逐漸減少，孔隙由不規則形態變為方形形態，織物透通性顯著增強。棉緊密織物經、緯紗直徑都隨著氣流沖擊時間延長呈減小趨勢，而織物經、緯紗相鄰紗線間距離增大，即織物的孔隙率有所增大。

b）棉緊密織物孔隙率與其透氣性能有一定相關性，但由于織物毛羽及紗線內部松散結構等，對氣流產生影響，導致孔隙率與織物透氣性兩者相關性不高，即孔隙率大小并不是影響棉緊密織物透氣性最主要因素。其他條件相同的情況下，結構均勻面料透氣性好，且抗氣流沖擊性比結構不均勻織物強。

c）棉緊密織物緊度和厚度對其抗氣流沖擊后的穩定性能起了較大作用，緊度高且厚度大的織物受氣流沖擊透氣率變化小。

本文的研究結果可為開發具有抗氣流沖擊性能的棉緊密織物提供參考，也可為防風系列產品如風衣、羽絨服的優選和使用提供依據。

參考文獻：

［1］胡蝶. 萬壽菊對羊毛織物的染色性能及其對抗紫外性能的影響［J］. 毛紡科技，2019， 47（6）：43-46.

HU Die. Effect of dyeing properties and UV resistance of wool fabric with Marigold［J］.Wool Textile Journal， 2019， 47（6）：43-46.

［2］周永凱，胡羽軒，韓凌，等. 毛織物的抗紫外線性能評價［J］. 毛紡科技，2004， 32（8）：48-52.

ZHOU Yongkai， HU Yuxuan， HAN Ling， et al. Assessment of the UV-protective ability of wool fabrics［J］. Wool Textile Journal，2004， 32（8）：48-52.

［3］楚艷艷，李施辰，陳超，等. 柔性抗沖擊紡織材料及其結構的研究進展［J］. 紡織學報，2022， 43（12）：203-212.

CHU Yanyan， LI Shichen， CHEN Chao， et al. Research progress in bulletproof flexible textile materials and structures［J］. Journal of Textile Research， 2022， 43（12）：203-212.

［4］解亞宸，黃廣炎，張宏，等.UHMWPE纖維二維織物抗彈道沖擊性能［J］. 兵工學報，2022， 43（9）：2152-2163.

XIE Yachen， HUANG Guangyan， ZHANG Hong， et al. Ballistic performance of two-dimensional UHMWPE fabric［J］. Acta Armamentarii，2022， 43（9）：2152-2163.

［5］韓曉果，賈明皓，周紅濤，等. 氣流沖擊下的緊密織物動態透氣性能分析［J］. 服裝學報，2019， 4（5）：377-382.

HAN Xiaoguo， JIA Minghao， ZHOU Hongtao， et al. Analysis on dynamic permeability of tight woven fabrics under air impact［J］.Journal of Clothing Research，2019， 4（5）：377-382.

［6］韓曉果. 氣流沖擊下緊密織物面外變形及其動態透氣性能的研究［D］. 無錫：江南大學，2019： 37-43.

HAN Xiaoguo. Study on Out-of-plane Deformation and Dynamic Permeability of Tight Fabrics under Air Impact［D］. Wuxi：Jiangnan University，2019： 37-43.

［7］BANDARA P， LAWRENCE C， MAHMOUDI M. Instrumentation for the measurement of fabric air permeability at higher pressure levels［J］. Measurement Science and Technology，2006，17（8）： 2247-2255.

［8］WANG X H， KAINUMA M， BAO L M， et al. A novel approach for evaluating the air permeability of airbag fabrics［J］. Textile Research Journal，2006， 76（1）： 66-70.

［9］王新厚.安全氣囊織物的透氣和力學性能［J］. 紡織學報，2005， 26（6）：13-14.

WANG Xinhou. Permeability and mechanical properties of airbag fabrics［J］. Journal of Textile Research， 2005，" 26（6）： 13-14.

［10］李艷芳，紀峰，劉一君，等. 棉機織物在風場中的自由動態彎曲性測試及影響因素分析［J］. 東華大學學報（自然科學版），2013， 39（3）：275-279.

LI Yanfang， JI Feng， LIU Yijun， et al. Measurement of the free dynamic bending properties of cotton woven fabrics in air field and analysis of relative factors［J］. Journal of Donghua University（Natural Science），2013， 39（3）： 275-279.

The influence of air impact on the properties of cotton-tight fabrics

ZHANG" Caiqian1，" MENG" Shaoni1，" LI" Junrong2

（1.College of Jewelry and Jade Carving， Nanyang Normal University， Nanyang 473061， China;

2.Ningbo Shenzhou Knitting Group Limited Company， Ningbo 315800， China）

Abstract：

The cotton-tight fabrics are used in outdoor windproof windbreakers， down anti-drilling fabrics， high-end shirts， and other fields， and these fabrics will inevitably be affected by airflow in use. Eight pieces of cotton-tight plain weave fabrics and one polyester staple fiber fabric were used to study and master the characteristics of the deformation degree and fabric parameters of cotton-tight fabrics under the impact of airflow. Each fabric was placed on an LD-1600X3 silent， oil-free air compressor， and 0.1 MPa air pressure was set for continuous airflow impact for 5 min， 10 min， and 30 min， respectively. The air permeability was tested by the fabric breathability meter. The XD-1 microscope was used to observe and compare the image changes of the fabric after the airflow impact. The pictures taken by the microscope were imported into Autocad software to test and analyze the diameter of the warp and weft yarn in the fabric and the pore width between the adjacent warp and weft yarn lines. The center distance and pore area of adjacent warp and weft yarns were tested 10 times and the average data were taken.

By analyzing the microscope images of each fabric， it can be seen that there are more hairs on the surface of the original cotton fabric， the yarn outline is not clear， and the holes between the yarns are closed by hairs. After 5 minutes， the diameter and shape of the yarns change little， while the pores between the yarns become clear， and more through holes are formed， indicating that the effect of airflow in a short time reduces hair in the fabric pores and improves the permeability of the fabric. After 10 minutes of airflow impact， the warp and weft yarns appear straighter， the bending state of warp and weft interweaving is reduced， the pores change from irregular shape to square， and the hair in the pores is reduced. After 30 minutes of air impact， the warp and weft yarn threads become thinner， the hair in the pores between yarns is reduced， and the porosity is further improved.

The quantitative analysis shows that the diameter of the warp and weft of cotton-tight fabric decreases with the increase of air impact time， the distance between adjacent yarn threads increases， and the porosity of the fabric increases. There is a correlation between the porosity of the cotton-tight fabric and its air permeability. However， due to the influence of the hair of the fabric and the loose structure of the yarn on the airflow， the correlation between the porosity and the air permeability of the fabric is not high， and the porosity size of the fabric is not the main factor affecting the air permeability of the cotton-tight fabric. Under the same conditions， the fabric with a uniform structure has better air permeability and stronger air shock resistance. The tightness and thickness of the cotton-tight fabric affect its stability after airflow impact， and the tightness and thickness of the cotton fabric have little change in air permeability.

Keywords：

cotton-tight fabric; porosity; permeability; yarn diameter; yarn hairiness