PLA混纺织物散湿性能的研究

刘 鹏，冯兆行，李艳清，祝成炎

(1.浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州 310018)

PLA混纺织物散湿性能的研究

刘 鹏，冯兆行，李艳清，祝成炎

(1.浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州 310018)

为研究织物中纤维含量、组织系数及织物紧度对织物散湿性能的影响，以PLA/棉织物为对象，通过测试计算织物失重率及散湿斜率，探讨了PLA/棉织物的散湿性能。结果表明，织物的散湿性能随着织物中PLA质量分数的增加而有所提高，组织为2/2左斜纹的织物散湿性能较好，织物紧度的增加不利于织物散湿性能的提高。

散湿性能；失重率；纤维含量；紧度；组织系数

织物散湿性能的研究是导湿快干面料开发的重要部分，也是服装舒适性能研究的一个主要方面。近年来，国内外科研工作者在一些常规织物的散湿性能研究方面投入了相当多的精力，并已得出了不少可供参考的结论[1-3]。

聚乳酸(PLA)也称聚丙交酯，属于脂肪族聚酯，是一种新型的环保纤维。PLA由可再生的植物资源(如玉米、甜菜等)所提取的淀粉制成，淀粉经发酵生成乳酸，再通过化学合成转换成聚乳酸，通常经过溶液纺丝的方法得到PLA纤维，可加工成短维、单丝或复丝[4]。PLA机械性能良好，兼之在自然条件下可降解，因此广泛用于加工各种产品，包括塑料制品、包装食品、快餐饭盒、无纺布、工业用布等。

近年来，PLA纤维及其产品在生物降解性能方面得到了普遍深入研究，而有关PLA纤维及其织物在服用性能方面的研究与开发却鲜见报道。因此，以PLA/棉织物为研究对象，通过对织物组织结构、原料质量分数及织物紧度等因素的控制，测试并探讨PLA/棉织物的散湿性能，为PLA面料服用性能的研究及PLA快干面料的开发提供一定的参考依据。

1 试验部分

1.1 试 样

选用某企业织造的3个系列15种交织物为试样。织造过程采用12号筘，每筘3穿入，经密360根/10cm，门幅230 cm，其中边纱组织为平纹，边纱72根，总经根数为8 280根。织机为GA731剑杆织机，配有常熟GT405电子多臂机。

为便于比较分析，所有织物经纱均采用9.72 tex×2天丝短纤纱；纬纱采用3种不同的原料进行织造，分别为：

甲纬：PLA/棉(60/40)混纺纱，9.72 tex×2；

乙纬：Cooldry长丝，16.67 tex，Cooldry纤维的十字沟槽截面使其具有优异的吸湿快干性能；

丙纬：棉纱，18.22 tex。

改变织物中纬纱的投纬比例，以此控制织物中PLA质量分数的变化。并在此基础上，通过改变织物中各原料质量分数、组织结构及织物紧度，分析对织物散湿性能的影响。织物的具体规格如表1所示。

表1 织物规格参数Tab.1 Specif i cation parameter of fabric

1.2 试验方法

织物散湿性能是指在一定的环境条件下，织物自然干燥速度的快慢，试验用织物失重率来表示。测试方法：将3个边长为5 cm的试样浸于蒸馏水中30 min充分润湿；用J-LXJ350型离心甩干机将试样中的水甩干至基本无水滴(时间为1 min)，然后称质量记为Wmax；将试样放置在温度为(20±2) ℃，相对湿度为(65±2)%的实验条件下干燥，在400 min内按设定的时间间隔，使用PB303-N型电子天平称织物质量，并计算各个设定时刻织物的失重率。

失重率的计算按式(1)计算：

式(1)中：ε表示失重率，%；Wmax表示织物的起始质量，g；Wi表示织物的实时测试质量，g。

2 结果及分析

2.1 织物散湿曲线结果分析

根据织物失重率的计算方法，以时间为横坐标，失重率为纵坐标作图，失重率取3块织物测量结果的平均值。3个系列织物的散湿变化曲线分别如图1～图3。

图1 A系列织物散湿曲线Fig.1 Moisture gain curve of A series fabric

图2 B系列织物散湿曲线Fig.2 Moisture gain curve of B series fabric

图3 C系列织物散湿曲线Fig.3 Moisture gain curve of C series fabric

由图1～图3可见，织物达到散湿平衡的时间在90～100 min。在A系列织物中，织物A5中PLA质量分数最高，对应的最终失重率最低，由此可知，A5在经机械甩干后织物残余水分质量最少，经过同等散湿时间，织物的干燥速率最快。图1失重率变化曲线表明：A系列织物的散湿性能随PLA质量分数的增加有不同程度的提高。PLA分子结构式为：

由此可知，PLA为非极性分子，且不含有亲水基团。其疏水性在造成与水分子互相排斥的同时也使得处于PLA表面的水分子能够迅速扩散，从而使织物具备良好的散湿性能。因此，合理设计织物中PLA的质量分数有助于织物散湿性能的提高。

B系列织物中，织物B2最终失重率最低，达到散湿平衡所需时间最短；B3和B4的最终失重率相对较高。可以得知，斜纹织物的散湿性能相对较好，缎纹织物的散湿性能相对较差。

C系列织物中，织物的最终失重率由高到低的排列顺序为C5、C4、C3、C2、C1。可见，随着织物紧度增加，织物的散湿性能反而有所下降。

2.2 织物散湿曲线斜率分析

通过失重率与散湿时间的关系来反映织物散湿性能，在整体上描述了织物在不同时间段的失重变化情况，但无法直观地了解到织物在单位时间内失重率变化快慢。为更加充分反映研究织物散湿性能，本研究通过计算单位时间内织物失重率变化即织物的散湿曲线斜率来进一步描述。计算方法如式(2)所示。

式(2)中：K表示散湿斜率；ε表示某一时刻的失重率，%；Δt表示时间间隔。

在此分析中，选取有代表性的30、40、50 min失重率变化进行比较分析对比，经计算，得到各个系列织物对应的散湿斜率如表2所示。

表2 不同时段织物散湿曲线斜率Tab.2 Slope of fabric moisture gain curve at different times

2.2.1 原料对织物散湿性能的影响

对A系列织物的散湿曲线斜率进行回归分析，得到曲线如图4所示。

图4 PLA质量分数与织物散湿曲线斜率的关系Fig.4 Relation of PLA mass fraction and the slope of fabric moisture gain curve

图4中，不同时间点的散湿曲线斜率与PLA质量分数关系的回归分析方程及相关系数如表3所示。

表3 不同时间点的拟合方程及相关系数Tab.3 Fitted equation and related coeff i cient at different point of time

由图4可知，在30、40、50 min时，织物的散湿曲线斜率与PLA质量分数的关系呈抛物线形式相关，且相关性很高。在本次试样中，当织物中PLA质量分数低于24 %时，织物的散湿速度随着PLA质量分数的增加而降低；当PLA质量分数超过24 %低于48 %时，织物的散湿速度随着PLA质量分数的增加而提高。

分析认为，由于织物甲纬为PLA/棉混纺纱线，因此，当甲纬混纺纱线比例增加时，织物中的PLA纤维与棉纤维的质量分数同时增加，而棉纤维的质量分数的增加影响了织物的整体散湿性能。上文已叙及PLA纤维具有良好的散湿性能，随着PLA纤维质量分数的不断增加，织物整体的散湿性能主要受到了PLA的影响，因此又呈现上升趋势。

另外，由图4可知，30 min时织物散湿曲线的斜率在3个时间段中是最大的，随着散湿时间的延长，散湿曲线斜率减小，织物散湿的速率也随之减少，这符合织物散湿曲线的规律。

2.2.2 组织系数对织物散湿性能的影响

织物的组织系数可以根据式(3)、(4)计算得到[5]。

式(3)～(4)中：F为织物组织系数；nT，nW为完全组织内的经纱和纬纱数；t为在一个完全组织内经纱和纬纱的交织点数；tT为经纱和纬纱在经纱方向的交织点数；tW为经纱和纬纱在纬纱方向的交织点数。

根据式(3)和式(4)，计算得到B系列织物的组织系数如表4所示。

表4 B系列织物的组织系数Tab.4 Weaving coeff i cient of B series fabric

结合表4中织物对应的组织系数，对B系列织物的散湿曲线斜率进行分析，可得到图5所示的织物组织系数与散湿曲线斜率关系。

图5 组织系数与织物散湿曲线斜率的关系Fig.5 Relation of weaving coeff i cient and the slope of fabric moisture gain curve

由图5可知，在常用的平纹、斜纹、缎纹3种基础组织中，平纹和斜纹的散湿速率优于缎纹组织，2/2斜纹的散湿速率最好。透孔组织的散湿性能要比试验中的缎纹织物要好,这是由于透孔组织特殊的构成原理及带有小孔的织物风格能够使水分能够更好地通过纱线间的孔隙散发出去，使得透孔组织比组织系数接近的缎纹组织的散失速率要更快一些。

2.2.3 紧度对织物散湿性能的影响

对C系列织物的散湿曲线斜率进行分析，可得到如图6所示的织物紧度与散湿曲线斜率关系。

由图6可知，织物的散湿曲线斜率与织物紧度类似呈指数形式相关，织物的散湿曲线斜率随织物紧度的增加而下降，下降趋势逐渐变缓。当织物紧度大于70.79 %小于75.25 %范围内时，织物散湿曲线斜率随着织物紧度的增加而明显下降，当织物紧度超过75.25 %小于82.10 %时，织物散湿曲线斜率变化逐渐趋于平缓。这是因为，当织物紧度较小时，织物表面纱线排列状态松散，纱线间空隙较大，水分子较容易通过织物间空隙，因此织物的散湿性能较好。

同时，随着织物紧度的不断增加，织物的散湿速率几乎不发生变化，这是由于织物的紧度增加到一定范围时，织物中的纱线数量增加，纤维的吸湿、放湿作用增强，而此时织物的散湿性能主要受原料的影响而与织物的紧度相关不大。

图6 紧度与织物散湿曲线斜率的关系Fig.6 Relation of compactness and the slope of fabric moisture gain curve

3 结 论

1)PLA纤维具有良好的散湿性能，增加织物中PLA的质量分数有助于织物散湿性能的提高。

2)在试验选用的几种组织中，平纹和斜纹的散湿速率优于缎纹组织，斜纹的散湿速率最快。

3)织物的散湿性能随着织物紧度的增加而降低，但超过一定范围时，织物的散湿性能不再随着织物紧度的变化而变化。

[1]何瑶.织物散湿曲线细探[J].武汉科技大学学报，2003，16(4)：1-4.

[2]姚穆.液态水在织物中的吸收、传递与蒸发的研究[J].西北纺织工学院学报，1990，10(2)：63-66.

[3]熊杰.薄型织物显汗传递性能研究[J].浙江丝绸工学院学报，1995，12(2)：10-14.

[4]马运，吴佩云.聚乳酸纤维的性能与应用前景[J].国外丝绸，2004(3)：3-5.

[5]姚穆，周锦芳.纺织材料学[M].2版.北京：中国纺织出版社，2000：331-338.

Study on moisture gain of PLA/cotton fabrics

LIU Peng, FENG Zhao-hang, LI Yan-qing, ZHU Cheng-yan
(Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018, China)

In this paper, both weight-loss ratio and slope of moisture gain were tested in order to give an explanation of the influences which were left on the performance of moisture gain of fabrics by the three elements including the content of PLA, compactness of fabric and weaving coefficient. The result shows that moisture gain of the fabric is fairly relevant to the elements mentioned above respectively. The moisture gain improves as the growth of the increased content of PLA, 2/2 left hand twill performs better than other weaves,and the compactness of fabric plays a negative way in influencing on the performance of moisture gain.

Moisture gain of fabric; Weight-loss ratio; Content of fiber; Compactness of fabric; Weaving coefficient

TS101.923

A

1001-7003(2011)02-0024-04

2010-07-21；

2010-10-01

国家科技支撑计划项目(2007BAE28B03)；浙江省重大科技专项项目(2008C11071-2)；长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT0654)

刘鹏(1986－ )，男，硕士研究生，研究方向为现代纺织技术及新产品开发。通讯作者：祝成炎，教授，cyzhu@zstu.edu.cn。