改性滌綸織物的涼爽性能研究

方 芳，李艷清，李秀敏，張順花，祝成炎

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018)

改性滌綸織物的涼爽性能研究

方 芳，李艷清，李秀敏，張順花，祝成炎

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018)

采用添加有熱傳導(dǎo)改性粉體礦物質(zhì)顆粒的涼爽滌綸纖維、十字截面滌綸纖維及普通滌綸纖維為原料，設(shè)計(jì)試制了3種規(guī)格相同、纖維種類(lèi)不同的機(jī)織物，并對(duì)涼爽滌綸織物、十字截面滌綸織物及普通滌綸織物的導(dǎo)熱性、透濕性、導(dǎo)濕性及散濕性等涼爽舒適性能進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明：涼爽滌綸織物的導(dǎo)熱系數(shù)、最大瞬時(shí)熱流量值均大于十字截面滌綸織物和普通滌綸織物，表現(xiàn)出優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能；十字截面滌綸織物的吸濕排汗效果最佳，說(shuō)明纖維物理形態(tài)結(jié)構(gòu)仍然是改善織物吸濕、導(dǎo)濕性能的重要手段。

改性滌綸纖維；涼爽性；熱傳導(dǎo)性；吸濕排汗

隨著人們對(duì)服裝功能化、低碳化要求的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)夏季服裝面料的涼爽性能提出了更高的要求。為使穿著者擁有清涼的感覺(jué)，織物需同時(shí)具備涼和爽兩方面的性能。所謂涼是指織物能對(duì)人體起到快速降溫的作用，該性能主要由纖維的導(dǎo)熱性能決定；爽即干爽，是指織物經(jīng)芯吸、擴(kuò)散、傳輸?shù)确绞綄⑷梭w產(chǎn)生的氣態(tài)汗、液態(tài)汗迅速排放到織物的外層進(jìn)而蒸發(fā)，從而在人體皮膚表面與服裝內(nèi)側(cè)形成干燥的微氣候區(qū)。這也就是通常所指的織物吸濕排汗及散濕性能[1]。目前，美國(guó)、日本、韓國(guó)及中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)已相繼研究并推出了具有高散熱、低比熱、高吸濕的涼爽纖維。如臺(tái)灣逢甲大學(xué)鄭國(guó)彬教授和展邑科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的涼爽型WinCool系列纖維，由于含有吸熱慢而散熱快的復(fù)合礦物粉末而賦予纖維涼爽感，利用該纖維生產(chǎn)的面料具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能，可將冰涼滑爽的感覺(jué)通過(guò)紗線傳遞到皮膚，起到調(diào)節(jié)人體表面微氣候的作用[2]。中國(guó)大陸對(duì)涼爽纖維及其織物的研究起步較晚，目前針對(duì)涼爽性多功能面料的研究，還主要集中于異形截面吸濕排汗類(lèi)纖維面料的開(kāi)發(fā)[3-6]。

筆者對(duì)添加有熱傳導(dǎo)改性粉體礦物質(zhì)顆粒的涼爽滌綸織物、十字截面滌綸織物及普通滌綸織物的涼爽舒適性能進(jìn)行了比較研究，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)涼爽滌綸纖維及其織物提供數(shù)據(jù)支持。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

表1 涼爽滌綸纖維與其他滌綸纖維的性能比較Tab.1 Properties of cool polyester fi ber and other polyester fi bers

試驗(yàn)所用的涼爽滌綸纖維、十字截面滌綸纖維、普通滌綸纖維均由浙江恒逸集團(tuán)有限公司提供，規(guī)格為166.7 dtex/96根。其中涼爽滌綸纖維是在紡絲過(guò)程中以母粒添加的形式將5 %的納米級(jí)冰涼改性礦物質(zhì)母粒(礦物質(zhì)成分約為20 %)與聚酯切片熔融共混紡絲而成。其基本性能參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法與儀器

1.2.1 改性滌綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)觀測(cè)

采用JSM-5610型掃描電子顯微鏡放大2 000倍，對(duì)涼爽滌綸纖維和十字截面滌綸纖維的橫截面與縱向結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)。

1.2.2 織物試樣準(zhǔn)備

為方便比較，分別以3種滌綸纖維為原料，利用ASL2000-B全自動(dòng)織樣機(jī)試制了3種相同織物規(guī)格不同纖維種類(lèi)的織物小樣。試樣的基本規(guī)格參數(shù)如表2所示。

1.2.3 織物涼爽舒適性能測(cè)試

對(duì)試樣進(jìn)行涼爽舒適性能測(cè)試。其中，織物的導(dǎo)熱性能以導(dǎo)熱系數(shù)和最大瞬態(tài)熱流量表征；織物的氣態(tài)汗的傳導(dǎo)能力以透濕量表征，對(duì)液態(tài)汗的吸收能力以芯吸高度表征，對(duì)液態(tài)汗的釋放能力以散濕速率表征。所有試驗(yàn)均將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下平衡24 h后進(jìn)行。

表2 試樣規(guī)格參數(shù)Tab.2 The speci fi cation of samples

1.2.3.1 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試

利用YG(B)606D型平板式保溫儀，按照GB/T 11048－2008《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》測(cè)定各試樣的導(dǎo)熱系數(shù)λ。試樣尺寸為30 cm×30 cm。

1.2.3.2 最大瞬態(tài)熱流量測(cè)試

利用KES-F7IIB接觸冷暖感試驗(yàn)儀，參照臺(tái)灣地區(qū)FTTS－FA－019《織物瞬間涼感驗(yàn)證規(guī)范》測(cè)定各試樣的最大瞬態(tài)熱流量Qmax。試樣尺寸為20 cm×20 cm (實(shí)測(cè)面積為5 cm×5 cm)。

1.2.3.3 透濕量測(cè)試

利用YG601-I/Ⅱ型電腦式織物透濕儀，按照GB/T 12704－2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分：吸濕法》。A吸濕法測(cè)試織物的透濕量WVT。試樣直徑為70 mm。

1.2.3.4 芯吸高度測(cè)試

利用YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)試儀，按照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01071－1999《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》測(cè)試試樣在30 min時(shí)的芯吸高度H，經(jīng)緯向取平均值。試樣尺寸為2.5 cm×20 cm。

1.2.3.5 散濕速度測(cè)試

參照臺(tái)灣地區(qū)的FTTS－FA－004《吸濕排汗速干紡織品驗(yàn)證規(guī)范》進(jìn)行測(cè)試。裁剪 5 cm×5 cm的試樣，記錄干質(zhì)量Wf(g)，在試樣正中間處以移液管于滴管尖端距試樣約1 cm高處滴下0.2 mL水，開(kāi)始記錄試樣濕質(zhì)量W0(g)，然后每隔10 min稱質(zhì)量Wi(g)，測(cè)試40 min，以殘余水分率(RWR)為指標(biāo)繪制織物的散濕速率線，并以第40 min時(shí)的殘余水分率作為織物對(duì)液態(tài)汗的釋放能力的標(biāo)準(zhǔn)。其中殘余水分率用式(1)計(jì)算：

2 結(jié)果與分析

2.1 改性滌綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)

兩種改性滌綸纖維的縱橫向形態(tài)結(jié)構(gòu)特征如圖1所示。由圖1a、b可以清楚地看到：添加于涼爽纖維體中的熱傳導(dǎo)改性粉體顆粒呈片狀結(jié)構(gòu)，縱橫截面類(lèi)似于普通滌綸纖維。圖1c、d所示為十字截面滌綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)，縱向光滑，有明顯的溝槽；橫截面呈標(biāo)準(zhǔn)的十字結(jié)構(gòu)。

圖1 改性滌綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)Fig.1 The morphological structure of modi fi ed polyester fi ber

2.2 織物的涼爽舒適性能

2.2.1 織物的導(dǎo)熱性能

織物的導(dǎo)熱性能包括導(dǎo)熱系數(shù)和瞬時(shí)接觸冷感兩方面。圖2和圖3分別顯示了涼爽滌綸織物與普通滌綸織物、十字滌綸織物的導(dǎo)熱系數(shù)和最大瞬態(tài)熱流量。

圖2 織物的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)比Fig.2 The thermal conductivity of samples

圖3 織物的接觸冷感對(duì)比Fig.3 Comparison of fabric's transient cool feeling

織物是由纖維和空氣共同構(gòu)成的纖維復(fù)合體，因此織物的導(dǎo)熱系數(shù)由纖維本身和蘊(yùn)含其中的空氣共同決定；而織物與人體接觸時(shí)，熱量將通過(guò)織物的傳遞、吸收等方式由人體皮膚轉(zhuǎn)移到織物，此時(shí)產(chǎn)生的最大瞬態(tài)熱流量則主要由纖維自身的性能決定，同時(shí)該值也決定了織物接觸冷感的強(qiáng)弱。

圖2和圖3顯示，與普通滌綸織物和十字截面滌綸織物相比，涼爽滌綸織物具有非常優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能，接觸冷感明顯。這主要是由于涼爽滌綸纖維中所加的改性粉體礦物質(zhì)顆粒具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能所致。相對(duì)而言，十字截面滌綸織物則由于纖維內(nèi)部溝槽中容納的空氣量多于普通滌綸織物和涼爽滌綸織物，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于纖維的相應(yīng)值，因此十字截面滌綸織物的導(dǎo)熱系數(shù)比普通滌綸織物和涼爽織物纖維的相應(yīng)指標(biāo)都要??；但同時(shí)十字截面滌綸纖維的溝槽結(jié)構(gòu)也有利于熱量的流失，因此其最大瞬態(tài)熱流量較普通滌綸織物大，接觸冷感有所增強(qiáng)。普通滌綸織物與人體接觸時(shí)的最大瞬態(tài)熱流量最小，接觸冷感最弱。

2.2.2 織物的透濕性能

圖4所示為涼爽滌綸織物、普通滌綸織物與十字滌綸織物的透濕量測(cè)試結(jié)果。

圖4 織物的透濕性能對(duì)比Fig.4 The moisture permeability of samples

圖4顯示，涼爽滌綸織物的透濕性能介于十字截面滌綸織物與普通滌綸織物之間。與普通滌綸織物相比，涼爽滌綸織物、十字截面滌綸織物的透濕量分別提高了16.03 %和7.70 %。眾所周知，水汽透過(guò)織物主要是通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：一種是利用纖維自身的吸濕能力，將高濕空氣中的水汽從織物的一面輸送至織物的另一面，并向低濕空氣中釋放；另一種方式則是水汽直接通過(guò)織物內(nèi)紗線之間、纖維之間的空隙擴(kuò)散至織物的另一面[7-8]。由于試驗(yàn)所選取試樣的織造規(guī)格相同，因此可認(rèn)為3種織物透濕性差異的產(chǎn)生主要是由于纖維自身的吸濕性能和排濕性能差異所導(dǎo)致。十字截面滌綸纖維具有異形截面，每根纖維表面在軸向存在微型溝槽，為纖維的導(dǎo)濕和排濕創(chuàng)造了條件；涼爽滌綸纖維中礦物質(zhì)顆粒的存在也使涼爽滌綸纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較普通滌綸纖維疏松些，使得織物的透濕性能有所改善。

2.2.3 織物的吸濕性能

圖5所示為涼爽滌綸織物、普通滌綸織物與十字滌綸織物的芯吸高度測(cè)試結(jié)果。

圖5 織物的吸濕性能對(duì)比Fig.5 The hygroscopicity of samples

圖5表明，3種織物中十字截面滌綸織物的芯吸高度最高，導(dǎo)濕快，而涼爽滌綸織物的芯吸高度甚至不如普通滌綸織物。分析認(rèn)為十字滌綸織物良好的吸濕性能主要源于其溝槽結(jié)構(gòu)。與圓形截面相比，十字形截面為纖維自身提供了更大的表面積，使纖維容易形成毛細(xì)效應(yīng)，增加纖維的吸濕導(dǎo)濕能力，而且也使纖維毛細(xì)間隙保持的水分增加。而涼爽滌綸纖維中由于添加了熱傳導(dǎo)改性粉體礦物質(zhì)顆粒，阻礙了水分在滌綸纖維內(nèi)部的傳遞，因此涼爽滌綸纖維的芯吸高度比普通滌綸纖維的要小。2.2.4 織物的散濕性能

3種織物在40 min內(nèi)殘留水分率隨時(shí)間變化的散濕速率線如圖6所示。在前20 min以內(nèi)散濕過(guò)程中，3種織物的散濕速率基本一致；但20 min以后涼爽滌綸織物的放濕快干速度明顯快于普通滌綸織物和十字截面滌綸織物；第40 min時(shí)，涼爽滌綸織物的殘留水分率僅為1.39 %，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通滌綸織物的殘留水分率6.26 %和十字滌綸織物的殘留水分率3.41 %。這可能和相同纖度、相同織物規(guī)格情況下，涼爽滌綸纖維直徑較細(xì)、進(jìn)而織物緊度較小有關(guān)。根據(jù)FTTSFA－004《吸濕排汗速干紡織品驗(yàn)證規(guī)范》的規(guī)定，當(dāng)?shù)?0 min時(shí)RWR值小于40即可認(rèn)為該織物具有快干性能。因此可以認(rèn)為這3種織物均具有良好的快干性能，快干等級(jí)達(dá)到4級(jí)以上，其中涼爽滌綸織物達(dá)到5級(jí)屬優(yōu)秀水平。

圖6 織物的干燥速率對(duì)比Fig.6 The drying rate of samples

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)涼爽滌綸織物、十字形截面滌綸織物及普通滌綸織物的導(dǎo)熱性、透濕性、導(dǎo)濕性及散濕性等涼爽舒適性能測(cè)試與對(duì)比分析，獲得如下結(jié)果：

1)涼爽滌綸織物的導(dǎo)熱系數(shù)和接觸冷感優(yōu)于十字形截面滌綸織物和普通滌綸織物，表明向聚合物中添加有熱傳導(dǎo)改性粉體礦物質(zhì)顆?？梢杂行岣呖椢锏膶?dǎo)熱性能。

2)十字形截面滌綸織物的吸濕排汗效果優(yōu)于圓形截面的普通滌綸織物和涼爽滌綸織物，說(shuō)明纖維物理形態(tài)結(jié)構(gòu)仍然是改善織物吸濕、導(dǎo)濕性能的重要手段。

3)將添加熱傳導(dǎo)改性粉體礦物質(zhì)顆粒和纖維截面異形化兩種纖維改性手段同時(shí)使用，可同時(shí)賦予纖維及織物“涼”和“爽”的服用性能，滿足消費(fèi)者對(duì)低碳化的要求。

[1] 任曉剛，齊魯.涼爽纖維的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].合成纖維工業(yè)，2010，33(1)：39-41.REN Xiaogang, QI Lu. Research progress and application of cool fi bers[J]. China Synthetic Fiber Industry, 2010, 33(1):39-41.

[2] 倪中秀，陳綱，王云龍.有機(jī)棉竹漿WinCool混紡紗的開(kāi)發(fā)[J].棉紡織技術(shù)，2011，39(9)：583-586.NI Zhongxiu, CHEN Gang, WANG Yunlong. Development of organic cotton bamboo WinCool blended yarn[J]. Cotton Textile Technology, 2011, 39(9): 583-586.

[3] 梁飛，王銳，張大省，等.異形改性滌綸織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其吸放濕性能[J].紡織學(xué)報(bào)，2006，27(8)：71-75.LIANG Fei, WANG Rui, ZHANG Dasheng, et al.Structure design of pro fi le modi fi ed polyester fabric and its hygroscopicity and moisture liberation properties[J]. Journal of Textile Research, 2006, 27(8): 71-75.

[4] 倪海燕，付世偉.Coolplus纖維針織物的熱濕舒適性能研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2008(4)：44-46，53.NI Haiyan, FU Shiwei. Study on the Thermal and Moisture Comfort Properties of Coolplus Polyester Knitted Fabric[J].Advanced Textile Technology, 2008(4): 44-46, 53.

[5] 柯寶珠.U形滌綸面料的動(dòng)態(tài)熱濕傳遞性能[J].絲綢，2009(1)：39-41.KE Baozhu. Dynamic Heat-moisture Transfer Properties of U-shaped Polyester Fabric[J]. Journal of Silk, 2009(1):39-41.

[6] 崔萍，戴黎春，黃凌云.Coolbst異形滌綸纖維的導(dǎo)濕、透汽性能的研究[J].西安工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，20(3)：266-269.CUI Ping, DAI Lichun, HUANG Lingyun. The inquiry into wet functional and moisture sorption of Coolbst profiled polyester fi ber[J]. Journal of Xi'an University of Engineering Science and Technology, 2006, 20(3): 266-269.

[7] 王其，馮勛偉，劉兆峰.有孔隙的纖維、紗線和織物導(dǎo)濕結(jié)構(gòu)模型研究[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，28(4)：68-70，75.WANG Qi, FENG Xunwei, LIU Zhaofeng. Study on models of fibers, yarns and fabrics with quick wet permeability functions[J]. Journal of Donghua University: Natural Science, 2002, 28(4): 68-70, 75.

[8] 姚穆，施楣梧.織物濕傳導(dǎo)理論與實(shí)際的研究第二報(bào)：織物濕傳導(dǎo)理論方程的研究[J].西北紡織工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15(2)：9-14.YAO Mu, SHI Meiwu. The research on the theory and practice of wet permeability of fabrics Ⅱ:Theoretical equations of wet permeability of fabrics[J]. Journal of Northwest Institute of Textile Science and Technology, 2001,15(2): 9-14.

Study on the coolness property of modi fi ed polyester fabrics

FANG Fang, LI Yan-qing, LI Xiu-min, ZHANG Shun-hua, ZHU Cheng-yan
(College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

This thesis uses cool polyester fiber added heat conduction modified powder minerals solids,crisscross section polyester fiber and general polyester fiber to design three kinds of fabrics with the same specification and different kinds of fiber. Then, it implements comparative studies on cool polyester fiber,crisscross section polyester fiber and general polyester fiber, such as thermal conductivity, moisturepenetrability, liquid transportability and moisture dissipation. The results show that the coefficient of heat conductivity and maximum instant heat discharge are larger than those of crisscross section polyester fiber and general polyester fiber. Consequently, the thermal conductivity of cool polyester fabric is excellent. Besides,the moisture absorption and perspiration of crisscross section polyester fiber are the best, which states that the physical form structure of fiber is still an important way to improve the moisture absorption and moisture transmission of fiber.

Modified polyester fiber; Coolness property; Thermal conductivity; Moisture- absorbing and sweat-discharging

TS156

A

1001-7003(2012)09-0030-05

2012-05-15

方芳(1991－ )，女，2008級(jí)紡織工程專(zhuān)業(yè)本科生。通訊作者：李艷清，講師，enchinglee@163.com。