陶瓷纖維含量和組織對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能的影響研究

王青　張紅霞　吳麗麗

摘 要：探討了陶瓷纖維的含量和不同的織物組織對(duì)機(jī)織物遠(yuǎn)紅外功能的影響。經(jīng)紗采用普通滌綸長(zhǎng)絲，緯紗采用遠(yuǎn)紅外滌綸長(zhǎng)絲和普通滌綸長(zhǎng)絲，設(shè)計(jì)并制織以不同投緯比和不同組織的兩個(gè)系列機(jī)織物，并測(cè)試各個(gè)織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。結(jié)果表明：相同組織不同投緯比的機(jī)織物，機(jī)織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率隨著陶瓷纖維含量的增高而增大;投緯比相同組織不同的機(jī)織物，織物組織對(duì)機(jī)織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率有一定影響，雙層組織遠(yuǎn)紅外發(fā)射率最高;在單層組織中平紋組織的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率相對(duì)斜紋和緞紋略高，織物遠(yuǎn)紅外發(fā)射率隨著織物組織枚數(shù)的增大而減小。

關(guān)鍵詞：陶瓷纖維;遠(yuǎn)紅外功能;織物組織;遠(yuǎn)紅外發(fā)射率

中圖分類號(hào)：TS155.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）03-0033-05

Research on Effects of Ceramic Fiber Content and Fabric Weaveson Far Infrared Property of Fabrics

WANG Qinga， ZHANG Hongxiaa， WU Lilib

（a.National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology;b.College of Materials and Textiles， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：In this paper， the effects of ceramic fiber content and fabric weaves on far infrared function of fabrics were explored. The common polyester filament was used as the warp and far-infrared polyester filament， and polyester filament were used as the weft to design and weave two series of woven fabrics with different weft ratios and different fabric weaves. Then， the far-infrared emissivity of each fabric was tested. The research showed that the far infrared emissivity of woven fabrics with the same fabric weaves and different weft ratios increased with the increase of ceramic fabric content. For the woven fabric with the same weft ratio and different fabric weaves， the fabric weave had influence on the far infrared emissivity， and double-layer weave had the highest far infrared emissivity. In the single-layer weave， the far infrared emissivity of plain weave was slightly higher than twill weave and satin weave， and the far infrared emissivity of the fabric decreased with the increase in the number of pieces of fabric.

Key words：ceramic fiber; far infrared function; fabric weaves; far infrared emissivity

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)自身健康日益關(guān)注，保健功能性紡織品以其強(qiáng)大的保健功能而日益突出[1]。伴隨著人們對(duì)輕暖舒適，保健美觀的追求，遠(yuǎn)紅外紡織品應(yīng)運(yùn)而生[2]。遠(yuǎn)紅外織物是由日本尤尼吉卡和東麗最早研究出并投入生產(chǎn)的，發(fā)展至今不過(guò)三十余年，已經(jīng)成為功能性紡織品的一個(gè)重要分支[3]。遠(yuǎn)紅外線是一種人眼不可見(jiàn)光線，極易被人體所吸收，人體吸收后，還能通過(guò)水分子產(chǎn)生共振作用，深入皮膚3～5 cm，使機(jī)體內(nèi)部溫度上升，毛細(xì)血管擴(kuò)張，血液循環(huán)加快，加速組織間的新陳代謝，提高機(jī)體免疫能力，具有消除炎癥和水腫的效果[4-6]。遠(yuǎn)紅外納米紡織品能改善人體表微循環(huán)，提高體表溫度和織物保溫性，遠(yuǎn)紅外陶瓷粉中有鐵、鋁、錳等金屬氧化物，能有效抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)和新陳代謝，有抑菌作用[7-9]。

目前，存在許多遠(yuǎn)紅外性能面料的同類研究，但是組織對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能的影響研究現(xiàn)在還比較少。與其相比，本文主要探究了緯紗中不同含量的陶瓷纖維以及不同組織對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能產(chǎn)生的影響，在探究平紋、2/1斜紋、菱形破斜紋、五枚緯緞、八枚緯緞這些基本單層組織的基礎(chǔ)上，還探究了雙層組織相對(duì)同類型單層組織對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能的影響，試制了9種不同比例緯紗的交織面料，以及6種不同組織的面料，進(jìn)行了織物遠(yuǎn)紅外功能的測(cè)試與分析，探究了其對(duì)織物遠(yuǎn)紅外功能的影響。

1 原料的選擇及織物的制備

1.1 纖維選擇

經(jīng)紗選用普通滌綸長(zhǎng)絲，緯紗選用遠(yuǎn)紅外滌綸長(zhǎng)絲和普通滌綸長(zhǎng)絲。遠(yuǎn)紅外織物中的遠(yuǎn)紅外粒子通過(guò)吸收環(huán)境和人體電磁輻射的能量后，分子可以從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，由于高能級(jí)是不穩(wěn)態(tài)，分子通過(guò)輻射出遠(yuǎn)紅外線從高能級(jí)回復(fù)到穩(wěn)態(tài)的低能級(jí)，遠(yuǎn)紅外織物輻射出的電磁波通過(guò)和人體細(xì)胞中水分子的共振作用于人體，達(dá)到保暖改善人體表面微循環(huán)的保健效果。遠(yuǎn)紅外纖維的制備有涂層法和紡絲液法[10]，本實(shí)驗(yàn)所選用的遠(yuǎn)紅外滌綸長(zhǎng)絲是將遠(yuǎn)紅外納米陶瓷粉末添加進(jìn)滌綸紡絲液中制成的，其規(guī)格為16.7 tex（96F）。陶瓷纖維橫截面為圓形，無(wú)明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，纖維對(duì)光線反射作用強(qiáng)烈，織物光澤度較強(qiáng)但不柔和，如圖1所示;遠(yuǎn)紅外滌綸中由于混入遠(yuǎn)紅外陶瓷粉末，纖維橫截面上有顆粒狀突起如圖2所示。

1.2 織物試樣方案的設(shè)計(jì)與制備

織物是由紗線組成的，要探究陶瓷纖維含量對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能的影響，在經(jīng)緯密度和織物組織相同的條件下，可以通過(guò)探討織物中遠(yuǎn)紅外紗線所占比例來(lái)探究織物中陶瓷纖維含量對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能的影響。綜合考慮試樣的織造要求，在其它工藝條件相同的條件下，通過(guò)改變遠(yuǎn)紅外紗線投緯比例來(lái)改變織物中陶瓷纖維的含量，從而探究織物中陶瓷纖維含量對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能的影響。通過(guò)以上考慮，設(shè)計(jì)了A系列試樣，A1～A9試樣選用遠(yuǎn)紅外紗線和普通滌綸以0∶1、1∶4、1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、1∶0的比例進(jìn)行投緯，A1～A9試樣經(jīng)紗都選用的是8.3 tex的普通滌綸，緯紗中甲緯選用16.7 tex（96F）遠(yuǎn)紅外滌綸長(zhǎng)絲，乙緯選用16.7 tex普通滌綸，經(jīng)緯密度相同（織物經(jīng)密80根/cm、總緯密40根/cm），織物組織都選用5枚緞紋，織物規(guī)格如表1。

探究織物組織對(duì)織物遠(yuǎn)紅外性能的影響，首先要保證織物經(jīng)緯密度和投緯比相同。常用的織物組織有平紋、斜紋、緞紋和雙層組織，這四類組織織物手感和風(fēng)格也不相同，本文選用平紋、2/1斜紋、菱形破斜紋、五枚緯緞、八枚緯緞這幾種有代表性的組織來(lái)探究單層組織間織物遠(yuǎn)紅外性能的關(guān)系，同時(shí)設(shè)計(jì)了上下層都為平紋的雙層組織與單層的平紋組織做對(duì)比。通過(guò)以上考慮，設(shè)計(jì)了B系列織物，B1～B6試樣中經(jīng)紗都選用的是8.3 tex的普通滌綸，甲緯選用16.7 tex（96F）遠(yuǎn)紅外滌綸長(zhǎng)絲，乙緯選用16.7 tex普通滌綸，甲乙緯投緯比為1∶1，試樣經(jīng)緯密度都相同（經(jīng)密80根/cm、緯密40根/cm），采用6種不同的組織試制成織物，其中B1雙層織物樣品總緯密和總經(jīng)密與單層織物經(jīng)緯密度相同，上下兩層緯紗排列比例（甲緯：乙緯）都為1∶1，織物規(guī)格如表2。

生產(chǎn)工藝流程：

經(jīng)線：原料檢驗(yàn)→倒筒→加捻→定形→倒筒→染色→色檢→倒筒→整經(jīng)→穿結(jié)經(jīng)→織造;

緯線甲：原料檢驗(yàn)→倒筒→倒筒→織造;

緯線乙：原料檢驗(yàn)→倒筒→倒筒→織造。

2 遠(yuǎn)紅外性能測(cè)試方法

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器選用

織物的遠(yuǎn)紅外功能檢測(cè)方法主要有溫升法、人體試驗(yàn)法、發(fā)射率法3種[11]。漆東岳等[12]對(duì)于紡織品遠(yuǎn)紅外測(cè)試的各種方法進(jìn)行了分析，認(rèn)為CAS 115—2005和FZ/T 64010—2000的遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率項(xiàng)目可以較為合理的用于紡織品遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的衡量。本文選用遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率來(lái)表征織物遠(yuǎn)紅外性能，實(shí)驗(yàn)主要儀器有YG751B型電腦式恒溫恒濕箱（寧波紡織儀器廠）如圖3;EMS-302M遠(yuǎn)紅外發(fā)射率測(cè)試儀（臺(tái)灣省和德）如圖4。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

a）將每份樣品裁剪為直徑不小于60 mm的圓形試樣，放入溫度為（20±1）℃、濕度為（65±3）%的恒溫恒濕箱中調(diào)節(jié)24 h;

b）開(kāi)機(jī)預(yù)熱45 min，待腔體內(nèi)溫度穩(wěn)定在34 ℃;

c）將標(biāo)準(zhǔn)黑體片放置在下部機(jī)臺(tái)的加熱板上，穩(wěn)定后測(cè)定黑體片發(fā)射率I0;

d）將試樣放置到加熱板上，待樣品穩(wěn)定后記錄試樣發(fā)射率參數(shù)I;

e）系統(tǒng)根據(jù)黑體發(fā)射率I0、標(biāo)準(zhǔn)黑體發(fā)射率以及試樣發(fā)射率I，在遠(yuǎn)紅外發(fā)射率測(cè)試儀配套的電腦上直接讀出試樣的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。

3 結(jié)果與分析

3.1 陶瓷纖維含量對(duì)織物遠(yuǎn)紅外效果的影響

表3是A系列機(jī)織物遠(yuǎn)紅外發(fā)射率測(cè)試結(jié)果，圖5是根據(jù)表3的測(cè)試結(jié)果做的折線圖。由圖5可知，隨著緯紗中陶瓷纖維含量的增加，織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率不斷增大;當(dāng)織物中不含遠(yuǎn)紅外紗線時(shí)，織物遠(yuǎn)紅外發(fā)射率最低，當(dāng)織物緯紗中遠(yuǎn)紅外紗線比例為20%時(shí)，織物遠(yuǎn)紅外發(fā)射率大于0.8，可以達(dá)到CAS115-2005保健功能紡織品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率指標(biāo)[13];緯紗中遠(yuǎn)紅外紗線比例大于50%時(shí)，織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率增長(zhǎng)開(kāi)始變得緩慢，織物有較好的遠(yuǎn)紅外功能;當(dāng)緯紗中遠(yuǎn)紅外紗線達(dá)到100%時(shí)，織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率達(dá)到峰值。究其原因是溫度在絕對(duì)零度以上的物體都是會(huì)向外輻射紅外線，紅外線是一種電磁波，物體中的電子通過(guò)吸收外界的能量，并受到激發(fā)，外層電子會(huì)到較高的能位上，脫離原來(lái)的軌道，但是電子在較高的能位上是不穩(wěn)定的，會(huì)通過(guò)釋放能量回到原來(lái)的能位上。遠(yuǎn)紅外陶瓷粉具有較高的遠(yuǎn)紅外輻射能力，可以在常溫下吸收太陽(yáng)光或者人體輻射的能量，并以遠(yuǎn)紅外的形式作用于人體，當(dāng)織物中不含有遠(yuǎn)紅外纖維時(shí)，織物的發(fā)射遠(yuǎn)紅外的能力較低;當(dāng)織物中陶瓷纖維含量增加時(shí)，織物中遠(yuǎn)紅外陶瓷粉也增加，對(duì)于外界和人體輻射的能量吸收量增大，發(fā)射出的遠(yuǎn)紅外線也增大，織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率增大。

3.2 織物組織對(duì)織物遠(yuǎn)紅外效果的影響

表4是B系列機(jī)織物遠(yuǎn)紅外發(fā)射率測(cè)試結(jié)果，圖6是根據(jù)表4的測(cè)試結(jié)果做的折線圖。由圖6可知，組織對(duì)遠(yuǎn)紅外發(fā)射率影響比較小，投緯相同的情況下，平紋組織的織物略高于斜紋和緞紋。物體的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率與材料表面的狀態(tài)有關(guān)，材料表面越粗糙，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率越大[14]。當(dāng)遠(yuǎn)紅外輻射到物體表面，一部分能量被物體表面吸收，一部分能量會(huì)被反射，還有一部分可以穿過(guò)物體;當(dāng)材料對(duì)遠(yuǎn)紅外輻射吸收的越多，它的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率就越高。隨著織物枚數(shù)的增大，織物對(duì)光線的反射越好，織物表面更加光滑，當(dāng)外界紅外輻射到織物表面時(shí)，緞紋織物相對(duì)其他組織對(duì)紅外輻射反射較多，吸收較少，緞紋織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率相對(duì)平紋斜紋較低。

在經(jīng)緯密度相同、投緯相同的情況下雙層組織（上下層都為平紋）比平紋組織發(fā)射率高。由于雙層組織織物有兩層，當(dāng)外界輻射出來(lái)的能量經(jīng)過(guò)織物第一層之后，一部分能量被吸收，另一部分被反射出去，被反射出去的這部分輻射還要經(jīng)過(guò)第二層織物的吸收，這樣只有少部分能量被反射出去;雙層織物相對(duì)于單層的平紋織物對(duì)外界遠(yuǎn)紅外輻射吸收率得到明顯的提高，雙層織物（上下層都為平紋）遠(yuǎn)紅外發(fā)射率相對(duì)單層的平紋織物的發(fā)射率要高。

4 結(jié) 語(yǔ)

在經(jīng)緯密度和織物組織相同條件下，隨著緯紗中遠(yuǎn)紅外紗線比例增加，織物中陶瓷纖維含量不斷增加，織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率不斷增大;當(dāng)緯紗中遠(yuǎn)紅外紗線比例大于等于20%時(shí)，織物可以達(dá)到遠(yuǎn)紅外保健功能紡織品評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的遠(yuǎn)紅外法向發(fā)射率指標(biāo);當(dāng)緯紗中遠(yuǎn)紅外紗線比例為50%時(shí)，織物遠(yuǎn)紅外發(fā)射率達(dá)到89.5%;織物有較高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，當(dāng)緯紗中遠(yuǎn)紅外紗線比例大于50%時(shí)，織物遠(yuǎn)紅外發(fā)射率增長(zhǎng)變緩慢，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中可以有效的利用這一性能，節(jié)約生產(chǎn)成本。在經(jīng)緯密度和投緯比相同條件下，組織不同的機(jī)織物中，單層織物中平紋組織織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率相對(duì)斜紋和緞紋較高，織物遠(yuǎn)紅外反射率隨著織物組織枚數(shù)的增大而減小，雙層組織織物比同一類型的單層組織織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率有明顯提高。

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