不同孔隙率帐篷基布的开发及性能研究

2012-01-15王晓刚谢光银

山东纺织科技 2012年5期

王晓刚，谢光银

(西安工程大学，陕西西安710048)

目前，帐篷的防水、透湿功能多是通过涂层技术来实现的，防水效果已近于成熟，但是透气方面需要进一步提高。人们在帐篷内居住的舒适性很大程度上取决于其透湿性。如果帐篷的透湿性能不理想，在较冷的天气，人机体散发的热汽在遇到帐篷外冷空气时会凝结成水珠，水珠会顺着帐篷的内壁流下打湿衣物及睡袋，给人一种粘湿的感觉。在满足其他要求的条件下，可以通过增大织物基布的孔隙率来提高透湿性能。

1 帐篷用面料介绍

帐篷布大多是由基布经过涂层等后整理工序制成[1]。基布是帐篷布的基本骨架，产品的最终性能很大程度上是由基布决定的，如撕破强力和拉伸断裂强力等。所以，选择适当的原料、设计合理的规格和采用最佳的工艺是获得性能良好的帐篷布的基础。在原料方面，中国主要经历了三个阶段，20世纪70年代以前，基本上都选用棉质帆布。由于棉帆布容易发霉、不耐腐蚀、易燃烧、使用寿命短等缺点，逐渐被性能优异的新原料取代。从20世纪80年代开始，维纶帆布逐渐占据市场主导。与棉帆布相比，它耐化学腐蚀性强、不易霉烂，而且强力高，推广使用后，取得了极好的社会效益及经济效益。20世纪90年代以后，化纤行业得到迅猛发展。与棉及维纶相比，涤纶吸湿性差，几乎不吸湿，所以机械性能在干、湿状态下差异不大；断裂强度和弹性模量高，回弹性适中，热定形性能优异，耐热性高[3]。直到现在，蓬盖布的原料仍大多选用涤纶。文章采用245 dtex的涤纶长丝设计了 17%、20%和23% 三种不同孔隙率的帐篷基布，分别测试比较其各项性能，以期开发出一种透湿性能优异的帐篷基布，改善目前帐篷滴水、湿闷的状况。

2 帐篷基布的设计

采用高强涤纶长丝，其规格及性能如表 1所示。

表1 涤纶长丝的规格及性能

织物规格计算：

Nt=220/9=24.44 tex

孔隙率为17%的织物的计算如下：

pj=1.1pw

解得，Pj=250Pw=226 (修约后的结果)

按照上述方法计算孔隙率为20%和23%的织物经纬密，其相关参数如表 2所示。

表2 三种孔隙率织物的规格

织物在全自动剑杆小样机上织造完成，织物组织采用目前帐篷基布最常用的平纹组织，穿综时采用顺穿法。

3 织物撕裂性能测试及分析

3.1 撕破性能测试

织物撕破性能采用梯形试样法(GB/T 3917.3—2009)，在YG(B)026D—500型电子织物强力机上进行。夹持长度25 mm,拉伸速度为100 mm/min。各试样撕破强力比较见图1。

图1 撕破性能的比较

3.2 撕破性能分析

织物在撕裂过程中，对其中的每一根纱线来讲，可视作一个简单的拉伸断裂过程；对于整体而言，撕裂的过程则是织物中的纱线依次逐根断裂的过程[3]。梯形撕破的特征是，邻近梯形上边的纱线先受到拉伸作用，在它的撕裂口的第一根纱变形最大，它附近的纱线也同样承受着一部分外力，但由于梯形撕裂的夹持方式，随着离第一根纱越来越远，其它纱线受到的力会逐步减小，当第一根纱受力发生断裂时，会出现一个撕破强力的峰值，接着下一根纱线变成断裂口处的第一根纱线，担负着较大外力，如此反复，直至织物撕破。

当其他条件一定时，用梯形试样法测得的撕破强力的大小主要取决于纱线的断裂功[4]。由图1可以看出：

(1)三种不同孔隙率织物的经向撕裂强力都大于其纬向撕裂强力。这是因为织物的经密大于纬密，撕裂的过程中需要断裂的纱线根数多，断裂功也就多。

(2)无论是织物的经向撕裂强力还是纬向撕裂强力，都随着孔隙率的增加而减小。

4 织物透湿性能测试及研究

4.1 透湿性能测试

根据透湿杯法中的吸湿法(GB/T 12704.1—2009)，在YG(B)216X型织物透湿量仪上测试。试验箱温度38℃，相对湿度90%，气流速度0.4 m/s[5]。透过透湿率的大小反应织物的透湿性能。透湿率(WVT)是指在试样两面保持规定的温湿度条件下，规定时间内垂直通过单位面积试样的水蒸汽质量，以克每平方米小时[g/(m2·h)]或克每平方米24小时[g/(m2·24h)]为单位。

试样透湿率按下式计算：

WVT=24Δm/(s·t)[6]

式中：WVT—每平方米每天(24h)的透湿量，g/(m2·24h);

Δm—同一实验组合体两次称量之差，g；

s—试样试验面积，m2；

t—试验时间，h。

实验数据见表 3。

表3 不同孔隙率织物吸湿前后质量及透湿量比较

4.2 透湿性能分析

由表3可以看出，随着孔隙率的增加，透湿量在逐步增加。水分在织物中的传递情况是复杂的。人体产生的水分可分为汽态的汗气和液态的汗液两种。汽态的汗汽一方面可以通过织物内部空隙直接扩散到环境中去，另一方面也可能在织物中凝结成液态水，通过纤维内部的孔洞、纤维与纤维之间孔隙以及纱线与纱线之间的通道的毛细管作用传输到织物外表面，再逸散到大气中，从而达到散湿的目的。液态的汗液主要通过纤维的吸湿及毛细作用传输到织物的外表面，再以水蒸气的形式扩散到外界空间[6-7]。三种孔隙率的织物所用纱线是相同的，所以通过纤维对水分子的吸收所造成的差异是不存在的，透湿性能的差异主要取决于纱线和纱线之间的孔隙。孔隙越大，透湿性能越好。

5 透气性能的测试与研究

5.1 透气性测试

测试根据 GB/T5453—1997，设定200 Pa的测试压差，选定20 cm2测试面积和8 mm的喷嘴直径测定织物的透气率，通过透气率来反映织物的透气性能，所测数据见图2。

5.2 透气性分析

织物透气性，是织物通透性中最基本的性能，其大小与织物透湿汽性和隔热性有着密切的关系，是影响织物舒适性的一个重要因素。织物的透气性，本质上是由织物的孔隙大小及联通性、通道的长短、排列及表面性状、织物的体积分数、厚度等因素决定的，其中最重要的因素是织物的孔隙大小[8]。具体的因素包括：①织物结构，包括织物的紧度、经纬密度和纱线的捻度等；②纤维性质和纱线结构，纱线的结构愈密，纱线内的通透愈小，而纱线间的通透愈大；③外界的环境条件，如当温度一定时，织物透气量随着空气相对湿度的增加而呈下降趋势。三种织物的纱线特数是相同的，织缩率几乎相同，所以透气量的大小主要取决于经纬纱之间空隙的大小。随着孔隙率的增加，单位面积织物内的空隙面积增大，所以透气性也相应好一些。