細(xì)支亞麻混紡織物導(dǎo)濕舒適性能的研究

劉 杰，盧士艷

(1.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.中原工學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

隨著人們生態(tài)意識(shí)的覺(jué)醒，消費(fèi)者要求紡織品自然、返璞歸真，作為天然纖維的亞麻纖維具有吸濕透氣、涼爽舒適、抗菌抑菌、抗紫外線等優(yōu)異性能,迎合了人們的消費(fèi)需求，所以受到了消費(fèi)者的青睞.但近年來(lái)，亞麻原料短缺、價(jià)格居高不下，亞麻纖維細(xì)支紗生產(chǎn)加工的難度也進(jìn)一步提高了半成品的價(jià)格，制約了亞麻紡織品的發(fā)展.如何合理地利用亞麻原料與其他原料混紡、降低織物成本、獲得最優(yōu)的織物性能，對(duì)亞麻紡織企業(yè)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義.本研究通過(guò)對(duì)不同含量和組織設(shè)計(jì)的細(xì)支亞麻混紡織物夏季面料導(dǎo)濕舒適性的研究，探討了亞麻纖維含量與組織組合設(shè)計(jì)對(duì)其導(dǎo)濕舒適性的影響.保水性、速干性、透濕性和透氣性是反映織物濕舒適綜合性能的重要指標(biāo)，通常很難根據(jù)織物的某一項(xiàng)指標(biāo)得出織物濕舒適性能的綜合評(píng)價(jià),所以引用灰色聚類判別分析理論[1-2]對(duì)含亞麻纖維織物樣品的濕舒適性能做綜合評(píng)價(jià).灰色聚類法是建立在以灰數(shù)的白化函數(shù)為基礎(chǔ)的一種多維灰色評(píng)估方法，用于指標(biāo)的評(píng)估具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以避免一些量化方法要求大樣本和樣本分布規(guī)律好等問(wèn)題，同時(shí)可以克服評(píng)價(jià)指標(biāo)信息的不明確性和不完備性，提高評(píng)價(jià)分析的可信度和科學(xué)性,目前它已被廣泛地應(yīng)用于多種學(xué)科.由于紡織領(lǐng)域中面料的結(jié)構(gòu)與性能、纖維的種類與內(nèi)部結(jié)構(gòu)等存在許多信息不完全的系統(tǒng)，近年來(lái)也被廣泛地用于紡織材料(纖維、紗線和織物)性能的綜合評(píng)價(jià)[3].

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

設(shè)計(jì)試樣為不同含量、不同組織的亞麻單雙層織物，其中5塊經(jīng)緯紗線密度、織物密度、織物組織和織物緊度相同，亞麻紗含量不同，另兩塊樣品經(jīng)緯紗線密度、織物密度、織物緊度與前5塊樣品相同，但織物組織不同.試樣均在江陰通源SGA59全自動(dòng)劍桿打樣機(jī)上生產(chǎn)并經(jīng)過(guò)煮練處理，試樣規(guī)格見表1.其中，試樣6采用接結(jié)雙層組織，組織圖如圖1所示.試樣上下兩層均采用平紋組織，表里經(jīng)緯紗排列比為1∶1，單層為平紋,其中○為接結(jié)點(diǎn)，64根經(jīng)紗有一個(gè)接結(jié)點(diǎn).試樣7采用緯二重組織，組織圖如圖2所示，表組織采用1/3右斜，里組織采用3/1右斜，上下層緯紗排列比為1∶1.

表1 試樣規(guī)格Tab.1 Specifications of fabrics

圖1 產(chǎn)品6組織圖 Fig.1 Fabric weave of No.6

圖2 產(chǎn)品7組織圖Fig.2 Fabric weave of No.7

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器和方法

(1)織物保水率的測(cè)試.取直徑為9.5 cm的圓形試樣,在105 ℃的烘箱中烘45 min ,測(cè)其干質(zhì)量m0,然后在蒸餾水中浸泡,使其吸水達(dá)到飽和后,在轉(zhuǎn)速為1 200 r/min的洗衣機(jī)中離心脫水3 min,測(cè)脫水后的質(zhì)量m1,織物保水率K=(m1-m0)/m0×100%.

(2)速干性測(cè)試.將測(cè)保水率脫水后的織物放置在標(biāo)準(zhǔn)狀況下自然晾干，分別測(cè)量15 min，30 min，45 min和60 min后試樣基本干燥的織物質(zhì)量m2，織物的放濕干燥速率=(m1-m2)/m2×100%.

(3)織物透濕性測(cè)試.實(shí)驗(yàn)采用吸濕法，采用LLY-11 透濕杯按照GB/T 12704—1991進(jìn)行測(cè)試，試樣的透濕量按下式計(jì)算：

(1)

式中，WVT為每平方米每天(24 h)的透濕量，g/(m2·d)；△m為同一實(shí)驗(yàn)組合體兩次稱量之差，g；s為試樣實(shí)驗(yàn)面積，m2；t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，h.

(4)織物的透氣性.測(cè)試采用YG461D數(shù)字式織物透氣量?jī)x測(cè)試方法按照GB/T 5453—1997 進(jìn)行測(cè)試.

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果見表2，試樣與影響濕舒適性的單因素之間的關(guān)系見圖3～圖6.

表2 試樣的濕舒適性測(cè)試結(jié)果Tab.2 Moisture comfort properties of samples

圖3 不同亞麻含量與組織試樣的保水率Fig.3 Water retention of samples

圖4 不同亞麻含量與組織試樣的速干率Fig.4 Drying efficiency of samples

圖5 不同亞麻含量與組織試樣透濕量 Fig.5 Moisture permeability of samples

圖6 不同亞麻含量與組織試樣透氣率Fig.6 Air permeability of samples

2.2 測(cè)試結(jié)果分析

2.2.1 織物的保水性能分析

由圖3可以看出， 1～5號(hào)樣品除亞麻含量外其他規(guī)格相同，但保水率有較大差異.隨著亞麻纖維含量的降低，1～5號(hào)樣品的保水率依次提高，可見樣品的保水率與亞麻織物的含量有較大關(guān)系，這主要是由于亞麻纖維具有獨(dú)特的中腔結(jié)構(gòu)且胞壁有輻射狀裂紋的緣故，使其具有良好的散濕性[4]，亞麻的含量越大，保水性越低.另外，圖3還表明，亞麻含量相同但組織不同的3,6,7號(hào)樣品的保水率較接近，雙層與緯二重織物的保水率比平紋單層組織略低，原因是3個(gè)樣品的緊度相同，多層組織較單層組織的孔隙率大，造成了樣品保水率的差異，但同等條件下織物組織對(duì)樣品保水率的影響不如原料影響顯著.

2.2.2 織物的速干性分析

由圖4可以看出，1～5號(hào)樣品在相同緊度和組織的條件下，亞麻的含量越高，其速干性越好，這與亞麻纖維所具有的散濕性好有關(guān)，可見原料對(duì)樣品速干性的影響較大.另外，圖4還顯示亞麻含量相同的3,6,7號(hào)樣品的緊度相同但組織不同，其速干性也存在一定差異.在同樣的緊度條件下，樣品6,7采用了雙層與緯二重組織，與單層3號(hào)樣品比較，織物的孔隙率變大，有效地提高了織物的速干性.

2.2.3 織物的透濕性分析

由圖5可以看出，1～5號(hào)樣品規(guī)格相同，亞麻含量不同，隨著亞麻纖維含量的降低，其透濕性變差，引起這種變化的主要原因是因?yàn)閬喡槔w維具有良好的吸濕散濕性.圖5還顯示出亞麻含量相同但組織不同的3,6,7號(hào)樣品，透濕量卻明顯不同，6號(hào)與7號(hào)樣品的亞麻含量只有20.17%，透濕量與亞麻含量達(dá)40.34%的1號(hào)樣品接近，并且明顯高于3號(hào)樣品的透濕量，可見組織結(jié)構(gòu)對(duì)透濕性的影響也較大.同樣的緊度條件下，稀松的結(jié)構(gòu)更加有利于濕傳遞.

2.2.4 織物的透氣性分析

氣體通過(guò)織物主要有兩條途徑，一是從織物經(jīng)緯紗線交織的孔隙中通過(guò)，二是穿過(guò)纖維間的縫隙[5].從圖6可以看出，1～5號(hào)樣品的組織結(jié)構(gòu)與緊度相似、亞麻含量不同、透氣性較接近，可見樣品中原料對(duì)透氣性的影響并不顯著.而6號(hào)和7號(hào)樣品的透氣率較接近且明顯高于1～5號(hào)樣品，這主要是因?yàn)?號(hào)和7號(hào)樣品雖與1～5號(hào)的緊度相同，但組織結(jié)構(gòu)不同，在相同的緊度條件下，雙層組織織物較單層織物更為稀松，紗線間孔隙率更大，故透氣性也較大.

3 試樣導(dǎo)濕舒適性能聚類判別分析

前面根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)含亞麻纖維織物的濕舒適綜合性能分別作了單項(xiàng)分析,各種試樣在各性能方面表現(xiàn)優(yōu)劣不盡相同, 很難根據(jù)織物的某一項(xiàng)指標(biāo)得出含亞麻纖維織物濕舒適性能的綜合評(píng)價(jià).同時(shí),試樣數(shù)據(jù)量少, 數(shù)據(jù)分布規(guī)律不清晰, 利用傳統(tǒng)的確定性數(shù)學(xué)來(lái)分析難以得出有效的結(jié)論.為此,引用灰色聚類判別分析理論,對(duì)前述各類含亞麻纖維織物樣品的濕舒適性能作綜合評(píng)價(jià).

細(xì)支亞麻織物主要適用于夏季服裝，人體的濕氣主要來(lái)自汗液的蒸發(fā).人體的汗液有氣態(tài)與液態(tài)之分.氣態(tài)汗通過(guò)織物中的纖維吸濕-放濕以及織物中的空隙向外擴(kuò)散；液態(tài)汗通過(guò)織物中的纖維吸水-擴(kuò)散以及纖維之間形成的芯吸效應(yīng)來(lái)傳遞[6].為了使人體表面與內(nèi)衣之間形成舒適的微氣候，夏季織物需要有良好的吸濕、吸水與導(dǎo)濕及透氣性能,所以數(shù)據(jù)分析中速干性、透濕性和透氣性以正比關(guān)系計(jì)入，保水率以反比關(guān)系計(jì)入.

(1)建立聚類白化數(shù)矩陣

將7種試樣記為灰色聚類分析對(duì)象, 表2中的4項(xiàng)指標(biāo)記為聚類指標(biāo), 將綜合性能分為好、中、差3種,記為[k1，k2，k3]個(gè)灰類,由聚類灰數(shù)進(jìn)行比較.將表1中的數(shù)據(jù)按公式(2)進(jìn)行均值化無(wú)量綱處理，得到聚類白化數(shù)矩陣[xy]n×m，其中n為聚類對(duì)象數(shù)，m為聚類指標(biāo)數(shù).

(2)

對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理，得出了聚類白化數(shù)矩陣：

(3)

(2)確定灰類白化區(qū)間

定義j(j=1，2，3) 指標(biāo)對(duì)s個(gè)灰類(s=k1，k2，k3)的區(qū)間，根據(jù)均值無(wú)量綱處理后的數(shù)據(jù)和專業(yè)知識(shí)分析，確定白化區(qū)間見表3.

表3 灰類白化區(qū)間Tab.3 Grey clustering interval

(3)根據(jù)灰類白化區(qū)間，定義j指標(biāo)k子類的白化權(quán)函數(shù)，具體定義如下：

其中，Yj=Qk1min，Xj=Qk1max.

(5)

其中，Xj=Qk3min,Z1j=Qk2min,Z2j=Qk2max,Yj=Qk1max.

(6)

其中，Xj=Qk3min，Yj=Qk3max.

根據(jù)專家權(quán)重系數(shù)確定法，標(biāo)定j指標(biāo)k子類的權(quán)ηf：

η11=0.25，η21=0.25，η31= 0.25，η41= 0.25;

η21=0.25，η22=0.25，η32= 0.25，η42= 0.25;

η31=0.25 ，η23=0.25，η33= 0.25，η43= 0.25.

(5)對(duì)于白化數(shù)矩陣[xij]n×m,,根據(jù)白化權(quán)函數(shù)和權(quán)值，按式(3)計(jì)算i對(duì)象屬于k灰類的灰色聚類系數(shù)

(7)

計(jì)算結(jié)果如下式：

(8)

上述向量第一單元表示產(chǎn)品的綜合性能好，第二單元表示產(chǎn)品的綜合性能中等，第三單元表示產(chǎn)品的綜合性能差.根據(jù)運(yùn)算結(jié)果得出的灰色聚類行向量，每一組按照從小到大的順序排序，可得出以下結(jié)論:

性能好的試樣排序?yàn)?，2，6，7； 性能中的試樣排序?yàn)?; 性能差的試樣排序?yàn)?，5.

以上結(jié)論說(shuō)明，1號(hào)和2號(hào)試樣的亞麻含量較高，織物具有優(yōu)良的導(dǎo)濕舒適性；6號(hào)和7號(hào)試樣的亞麻含量適當(dāng)，但結(jié)構(gòu)疏松的雙層亞麻混紡織物也具有優(yōu)良的濕舒適性；3號(hào)試樣的濕舒適性能中等；4號(hào)試樣由于亞麻含量低且組織結(jié)構(gòu)緊密，導(dǎo)濕舒適性較差；5號(hào)試樣因棉纖維織物吸濕好、散濕差，織物的濕舒適性也較差.

4 結(jié)論

(1)含亞麻纖維的織物具有良好的導(dǎo)濕舒適性，雖然織物的保水率、速干性、透濕性與織物原料的含量關(guān)系較大，但是如果通過(guò)合理的組織設(shè)計(jì)，能夠降低織物的保水率，提高保物的速干率和透濕量.因此，亞麻織物設(shè)計(jì)中通過(guò)小比例的亞麻纖維混用和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以獲得良好的濕舒適性并降低產(chǎn)品的成本.

(2)細(xì)支雙層及緯二重織物組織如采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同樣可獲得良好的濕舒適性，也可以適用于夏季輕薄型織物，拓寬了夏季織物采用單層織物組織的傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念.

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