緯編針織吸濕排汗面料設計原理與開發(fā)實踐

韓 浩,叢洪蓮

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心，江蘇無錫 214122)

0 引言

現階段，人們對服裝的要求越來越高，服裝正從最初的遮體、保暖、保護這些實用性能轉向功能性、舒適性，這促進了針織運動面料朝著熱濕舒適性、觸覺舒適性發(fā)展。本文以緯編針織面料為例，綜述吸濕排汗緯編針織面料的開發(fā)動態(tài)。

天然纖維、化學纖維都難以同時滿足吸濕導濕的功能，天然纖維如棉花吸濕性雖好卻不能及時導出汗液，化學纖維如普通滌綸纖維雖然輸水性有較大優(yōu)勢，但吸濕性差，會使人體感覺悶熱，降低服裝產品的舒適感。吸濕排汗纖維通常具有較大比表面積的異形截面以及布滿凹槽或激孔的表面，可以利用微細溝槽產生的毛細效應迅速吸收、傳導皮膚表面的濕氣與汗水，這樣的特性賦予面料良好的熱濕舒適性能，因此吸濕排汗面料也被稱為“吸濕快干布料”或“可呼吸面料”。國內對吸濕排汗針織面料的研究開發(fā)較晚，初期開發(fā)的絲蓋棉類似于國外以天然纖維為內襯的集層織物，隨后嘗試以棉纖維為外層,滌綸長絲為內層配置的棉蓋滌織物，其導濕效果遠遠好于絲蓋棉[1],目前國內外對吸濕排汗針織面料的研究思路大體一致，即針對異形截面纖維的研究開發(fā)。

1 吸濕排汗緯編針織面料設計原理

1.1 應用新型纖維設計吸濕排汗面料

吸濕排汗纖維可分為生物吸濕排汗纖維和吸濕排汗化學纖維[2]。生物吸濕排汗纖維既某些吸濕排汗性能較好的再生纖維如：竹纖維、大豆蛋白纖維、大麻纖維等，它們因自身的中腔、多孔微細結構而具有較好的吸濕導濕性能，相比合成纖維這些綠色纖維更易被人們接受，運用于針織面料也可改進其熱濕舒適性能。

吸濕排汗化學纖維是指具有吸收水分并將水分向臨近纖維傳輸能力的差別化纖維，最常見的開發(fā)方式是利用常規(guī)合成纖維通過物理、化學改性方法如改變噴絲孔形狀、在紡絲液中加入功能性粉末、表面刻蝕、異形混纖、接枝共聚來改變纖維截面形狀、增加表面溝槽及擴大比表面積使其具有吸濕導濕特性。如美國杜邦公司研發(fā)的“十字形”、“C-O形”中空滌綸纖維COOLMAX，如下頁圖1所示,該纖維的干燥率接近于棉的2倍，且由于該類面料產品具有質輕、手感柔軟、易護理的特點，COOLMAX纖維也因此成為NIKE、Adidas、PUNA等各大知名運動品牌夏季服裝的主要纖維原料之一。此外，典型產品還有日本東洋紡開發(fā)的Y型截面滌綸纖維；國內的有國家紡織產品開發(fā)中心與泉州海天輕紡集團聯合研發(fā)的COOLDRY纖維，以及其它的多葉、U字形、花瓣形等各種異形截面化學纖維[3]，具體纖維截面形態(tài)如圖2所示。通過復合紡絲及混纖絲技術引入高吸濕性高聚物也可以開發(fā)出吸濕排汗類功能性化學纖維，由不同截面形狀、不同線密度、不同收縮率的單絲組成的混纖絲因具有更多的纖維間空隙和毛細管結構，不僅大幅優(yōu)化了織物吸濕導濕效果，還賦予織物持久穩(wěn)定的高彈性、優(yōu)良的蓬松性以及柔軟的手感，該類型中具有一定生產規(guī)模的產品如國內張家港美景榮開發(fā)的PTT/PET高彈雙組分聚酯復合纖維“美彈絲”[4]、日本UNITIKA以高吸水性聚合物為芯層、聚酰胺纖維為皮層復合紡絲制成的皮芯型纖維“Hygra”等等。

圖1 COOLMAX纖維

十字形 花瓣形

Y字形 U字形

1.2 應用新型結構設計吸濕排汗面料

根據織物的熱濕舒適性機理，織物的結構及其密度、多孔性、厚度等，是汗氣和汗液在織物中傳遞的主渠道,因此除了選用導濕快干原料，搭配合適的織物組織也是保證織物具有最佳熱濕舒適性的重要因素。吸濕排汗針織面料以薄型居多，可為單層、雙層或多層織物,單層結構的面料通常由吸濕導汗性能優(yōu)良的合成纖維或與天然纖維混紡織成，選用的緯平針、交錯集圈、添紗等組織如下圖3所示，依靠原料的性質和毛細管效應導濕排汗。多層結構的吸濕排汗針織面料比單層面料有更卓越的服裝生理衛(wèi)生功能，同時可以更好地滿足消費者對舒適性能的要求。集層織物內層通常采用與皮膚呈點、線局部接觸的蜂窩網眼狀組織結構，外層采用助于面料放濕、透氣的網眼式凸紋等擴大表面積的結構形態(tài)，如圖3d所示?？椢飳优c層之間的連接方式多采用集圈、添紗、襯緯或同時成圈集圈連接[5]。

(a)緯平針組織

(b)交錯集圈組織

(c)架空添紗組織

(d)變化珠地網眼組織

吸濕排汗緯編針織面料按檢測執(zhí)行的標準不同可以分為整體吸濕排汗和單向導濕針織面料兩大類[6]。整體吸濕排汗針織面料一般里外層的吸濕速干差異性小，根據原料的組分不同分為純紡和混紡兩類，純紡類是吸濕排汗化學纖維面料，依靠原料性質達到吸濕導濕快干效果，混紡類則是親水吸濕性纖維和芯吸導濕性纖維混紡紗線的面料，面料整體吸濕排汗性能優(yōu)良但由于采用的是混紡紗線，親水吸濕纖維和芯吸導濕纖維各自的吸濕性能和芯吸導濕功能難以得到最大程度的發(fā)揮，并且面料的抗起毛起球性能因合成纖維的裸露變差。相比整體吸濕排汗針織面料，單向導濕針織面料里外層吸濕速干性能存在一定差異，導濕排汗功能更為優(yōu)異因此也備受推廣，通過合理配置原料、組織結構及后整理工藝，利用導濕原理燈芯點芯吸效應或差動毛細效應可以開發(fā)出不同結構的單向導濕面料，目前以結構法開發(fā)出集層單向導濕快干針織面料結構主要有以下三種，分別以A、B、C表示，如圖4所示。

圖4中結構A貼身面內層由滌綸、丙綸等拒水纖維或經疏水后整理纖維組成，外層為親水性后整理或親水性紗線編織高密組織結構?？椢飪葘悠鹦疚獙⑺謧鬟f到外層親水纖維并在外層表面擴散，在出汗量較少的情況下具有理想的導濕快干效果，但隨著時間增加，織物外表面的水分蒸發(fā)速率遠慢于外層親水性纖維吸濕速率，導致親水性纖維吸濕接近飽和，內層纖維芯吸速率變慢。

(a)結構A

(b)結構B

(c)結構C

結構B通過利用杉樹吸水的差動毛細效應實現了面料單向導濕，機理如圖5所示，采用毛細管直徑由內到外逐漸變細的形態(tài)獲得單向導濕性能并解決芯吸高度與傳輸速度的矛盾。利用這一原理可開發(fā)出含有100%聚酯的多層結構針織品，面料在靠近皮膚一側采用粗旦纖維形成粗網眼，外側配置超細纖維，從內層到外層，隨著織物毛細孔由粗到細的變化使得表層毛細管引力高于內層毛細管引力構成表里層臨界面上的引力差異，引力差作用下毛細管導濕能力明顯增強且內外層纖維單纖維密度差越大，差動效應越顯著[7]。

圖5 差動毛細效應原理圖

結構C是一種更為理想的集層單向導濕織物模型結構，織物內層為拒水整理后的粗旦纖維，外層為超細纖維。中間為疏水導濕纖維連接織物兩面,利用連接紗的親水基團與液體接觸來加快潤濕纖維表面引起毛細作用，毛細作用快速驅動液體進入多孔介質系統(tǒng)發(fā)生芯吸作用，從而起到燈芯點芯吸的效果，連接纖維一般為滌棉混紡紗或高吸濕的聚氨酯纖維[8]。這種結構織物內外層之間既存在差動毛細效應，傳導液態(tài)水，又存在燈芯吸水作用，芯吸速度快加快了汗液從浸水面到滲透面的轉移，和上述集層織物結構模型相比，具有更好的導濕快干作用。

1.3 應用新型整理設計吸濕排汗面料

吸濕快干整理也是織物實現吸濕快干功能化的主要手段之一。一般應用在滌綸或滌棉混紡織物上，采用親水或疏水整理劑對針織物進行單面或雙面整理，使織物兩面吸濕性能相異從而形成織物兩面的差動毛細效應，實現單向導濕，通過吸濕排汗整理后的織物兼具吸水、透濕和快干的特性[9]，典型的技術應用有美國棉花公司推出的芯吸窗及TransDRY TM導濕快干處理技術。此外，有人利用吸濕快干整理實現了全棉織物的單向導濕：防水化處理后的棉紗和普通棉紗按任意比例織造，織造成防水紗和棉紗相互間隔并具有一定循環(huán)數的特殊結構織物[10]，這種設置的特點在于當面料遇水后，出現隱形間隔圖形，普通紗起到導濕作用，汗水則在防水紗表面擴散，最后利用親水整理劑優(yōu)化普通棉紗的吸水性使面料單向導濕性能最優(yōu)化,該面料不僅實現了天然纖維面料的單向導濕，也解決了化纖面料的服用舒適性差、抗靜電性能差、易起毛起球的問題。

2 吸濕排汗緯編針織面料生產實踐

不同的原料、面料結構配置可以開發(fā)出形式和功能多樣化的吸濕排汗面料，以Sorona與棉混紡紗為原料并結合網眼組織結構開發(fā)出的Sorona棉雙面提花吸濕排汗針織面料，聚集了異形滌綸纖維和棉纖維的優(yōu)點，不添加氨綸但卻達到同等氨綸面料的彈力效果[11]。以長桑蠶絲為面紗，氨綸絲為底紗按一定工藝在單面大圓機可以開發(fā)出集功能性、超輕、超薄、手感柔和爽滑于一體的吸濕內衣針織面料[12]。除了原料和面料結構，合理的后整理加工工藝同樣可以完善面料的吸濕性能及實現面料的多功能化，如上述的全棉單向導濕針織面料，這些都給予我們吸濕排汗針織面料不同的開發(fā)思路。

編織工藝

(1)設備

機型：福源M-8ME22；路數 90F；筒徑33英寸；機號40針/25.4mm。

(2)原料選擇

外層選用8.33tex/96F“+”形CoolMax纖維紗線；內層采用8.33tex/72F滌綸。

(3)織物上機圖和線圈圖如圖6、圖7所示：

圖6 上機編織圖

圖7 織物線圈圖

(4)染整工藝流程：坯布—堿減量處理—染色—纖拋光酶除毛處理—功能整理—烘干—定形—光坯。

堿減量處理：6%NaOH，80℃處理30min。

親水整理：為使產品具有更好的吸濕排汗、風涼效果。利用親水有機硅柔軟劑DF368助劑整理針織產品。設備 ：功能整理機，工藝處方：親水有機硅柔軟劑DF-368 50g/L、檸檬酸0.5-1g/L、MgcL2催化劑 3g/L、一浸一軋 室溫2min、軋余率 80%。

定形：設備TFJ—2000日本圓網定型機、溫度160℃、時間50s、車速5m/min、落幅45.0cm。

織物線圈圖如上頁7所示，該織物內外層采用不同線密度的紗線利用差動毛細效應完成織物的單向導濕，內層通過滌綸纖維芯吸—擴散—傳輸等毛細效應將汗液導出至外層，而外層CoolMax原料具有吸濕散濕效果，配合織物外層表面凹凸的結構可迅速散發(fā)水分。最后通過親水整理將織物的單向導濕排汗功能最優(yōu)化加快吸汗—排汗—快干過程的循環(huán)并提高面料柔軟性，賦予織物更良好的服用舒適性能，非常適合籃球服、足球服、排球服等運動量較大的體育項目服裝。

3 吸濕排汗緯編針織面料發(fā)展趨勢

3.1 多功能發(fā)展

人們對服飾追求的提高也開闊了功能性針織面料的市場，面料功能不斷細化，單一的吸濕排汗功能針織面料已不能滿足市場需求，只有賦予針織面料更多的功能使其滿足人們對功能性面料的要求才能保證其市場競爭力，這為多功能復合針織面料的發(fā)展提供了機遇。未來發(fā)展中，針織面料的單功能性發(fā)展成復合型功能是必然趨勢。

3.2 時尚化發(fā)展

時尚的款式一直是消費者傾向的選擇，因此在未來的發(fā)展中，針織面料會越來越向時尚化發(fā)展，在功能性具備的前提下最大程度的將針織面料的織造、款式以及色彩的運用進行時尚化處理，美觀化處理，跟上市場主流和流行趨勢[13]。

3.3 多元化發(fā)展

今后復合功能型針織面料的發(fā)展將越來越強調原料多元化、紗線結構多元化、面料結構多元化。以差別化、功能化新型纖維為原料開發(fā)出的高檔功能性針織面料，可以提高服裝產品的性能，配合運用基本組織及花色組織使針織面料的花型、風格也越來越多元化。