细支亚麻混纺织物导湿舒适性能的研究

刘 杰，卢士艳

(1.河南工程学院 纺织学院，河南 郑州 450007；2.中原工学院 纺织学院，河南 郑州 450007)

随着人们生态意识的觉醒，消费者要求纺织品自然、返璞归真，作为天然纤维的亚麻纤维具有吸湿透气、凉爽舒适、抗菌抑菌、抗紫外线等优异性能,迎合了人们的消费需求，所以受到了消费者的青睐.但近年来，亚麻原料短缺、价格居高不下，亚麻纤维细支纱生产加工的难度也进一步提高了半成品的价格，制约了亚麻纺织品的发展.如何合理地利用亚麻原料与其他原料混纺、降低织物成本、获得最优的织物性能，对亚麻纺织企业的发展具有深远的意义.本研究通过对不同含量和组织设计的细支亚麻混纺织物夏季面料导湿舒适性的研究，探讨了亚麻纤维含量与组织组合设计对其导湿舒适性的影响.保水性、速干性、透湿性和透气性是反映织物湿舒适综合性能的重要指标，通常很难根据织物的某一项指标得出织物湿舒适性能的综合评价,所以引用灰色聚类判别分析理论[1-2]对含亚麻纤维织物样品的湿舒适性能做综合评价.灰色聚类法是建立在以灰数的白化函数为基础的一种多维灰色评估方法，用于指标的评估具有独特的优势，可以避免一些量化方法要求大样本和样本分布规律好等问题，同时可以克服评价指标信息的不明确性和不完备性，提高评价分析的可信度和科学性,目前它已被广泛地应用于多种学科.由于纺织领域中面料的结构与性能、纤维的种类与内部结构等存在许多信息不完全的系统，近年来也被广泛地用于纺织材料(纤维、纱线和织物)性能的综合评价[3].

1 实验

1.1 实验样品

设计试样为不同含量、不同组织的亚麻单双层织物，其中5块经纬纱线密度、织物密度、织物组织和织物紧度相同，亚麻纱含量不同，另两块样品经纬纱线密度、织物密度、织物紧度与前5块样品相同，但织物组织不同.试样均在江阴通源SGA59全自动剑杆打样机上生产并经过煮练处理，试样规格见表1.其中，试样6采用接结双层组织，组织图如图1所示.试样上下两层均采用平纹组织，表里经纬纱排列比为1∶1，单层为平纹,其中○为接结点，64根经纱有一个接结点.试样7采用纬二重组织，组织图如图2所示，表组织采用1/3右斜，里组织采用3/1右斜，上下层纬纱排列比为1∶1.

表1 试样规格Tab.1 Specifications of fabrics

图1 产品6组织图 Fig.1 Fabric weave of No.6

图2 产品7组织图Fig.2 Fabric weave of No.7

1.2 实验仪器和方法

(1)织物保水率的测试.取直径为9.5 cm的圆形试样,在105 ℃的烘箱中烘45 min ,测其干质量m0,然后在蒸馏水中浸泡,使其吸水达到饱和后,在转速为1 200 r/min的洗衣机中离心脱水3 min,测脱水后的质量m1,织物保水率K=(m1-m0)/m0×100%.

(2)速干性测试.将测保水率脱水后的织物放置在标准状况下自然晾干，分别测量15 min，30 min，45 min和60 min后试样基本干燥的织物质量m2，织物的放湿干燥速率=(m1-m2)/m2×100%.

(3)织物透湿性测试.实验采用吸湿法，采用LLY-11 透湿杯按照GB/T 12704—1991进行测试，试样的透湿量按下式计算：

(1)

式中，WVT为每平方米每天(24 h)的透湿量，g/(m2·d)；△m为同一实验组合体两次称量之差，g；s为试样实验面积，m2；t为实验时间，h.

(4)织物的透气性.测试采用YG461D数字式织物透气量仪测试方法按照GB/T 5453—1997 进行测试.

2 测试结果与分析

2.1 测试结果

测试结果见表2，试样与影响湿舒适性的单因素之间的关系见图3～图6.

表2 试样的湿舒适性测试结果Tab.2 Moisture comfort properties of samples

图3 不同亚麻含量与组织试样的保水率Fig.3 Water retention of samples

图4 不同亚麻含量与组织试样的速干率Fig.4 Drying efficiency of samples

图5 不同亚麻含量与组织试样透湿量 Fig.5 Moisture permeability of samples

图6 不同亚麻含量与组织试样透气率Fig.6 Air permeability of samples

2.2 测试结果分析

2.2.1 织物的保水性能分析

由图3可以看出， 1～5号样品除亚麻含量外其他规格相同，但保水率有较大差异.随着亚麻纤维含量的降低，1～5号样品的保水率依次提高，可见样品的保水率与亚麻织物的含量有较大关系，这主要是由于亚麻纤维具有独特的中腔结构且胞壁有辐射状裂纹的缘故，使其具有良好的散湿性[4]，亚麻的含量越大，保水性越低.另外，图3还表明，亚麻含量相同但组织不同的3,6,7号样品的保水率较接近，双层与纬二重织物的保水率比平纹单层组织略低，原因是3个样品的紧度相同，多层组织较单层组织的孔隙率大，造成了样品保水率的差异，但同等条件下织物组织对样品保水率的影响不如原料影响显著.

2.2.2 织物的速干性分析

由图4可以看出，1～5号样品在相同紧度和组织的条件下，亚麻的含量越高，其速干性越好，这与亚麻纤维所具有的散湿性好有关，可见原料对样品速干性的影响较大.另外，图4还显示亚麻含量相同的3,6,7号样品的紧度相同但组织不同，其速干性也存在一定差异.在同样的紧度条件下，样品6,7采用了双层与纬二重组织，与单层3号样品比较，织物的孔隙率变大，有效地提高了织物的速干性.

2.2.3 织物的透湿性分析

由图5可以看出，1～5号样品规格相同，亚麻含量不同，随着亚麻纤维含量的降低，其透湿性变差，引起这种变化的主要原因是因为亚麻纤维具有良好的吸湿散湿性.图5还显示出亚麻含量相同但组织不同的3,6,7号样品，透湿量却明显不同，6号与7号样品的亚麻含量只有20.17%，透湿量与亚麻含量达40.34%的1号样品接近，并且明显高于3号样品的透湿量，可见组织结构对透湿性的影响也较大.同样的紧度条件下，稀松的结构更加有利于湿传递.

2.2.4 织物的透气性分析

气体通过织物主要有两条途径，一是从织物经纬纱线交织的孔隙中通过，二是穿过纤维间的缝隙[5].从图6可以看出，1～5号样品的组织结构与紧度相似、亚麻含量不同、透气性较接近，可见样品中原料对透气性的影响并不显著.而6号和7号样品的透气率较接近且明显高于1～5号样品，这主要是因为6号和7号样品虽与1～5号的紧度相同，但组织结构不同，在相同的紧度条件下，双层组织织物较单层织物更为稀松，纱线间孔隙率更大，故透气性也较大.

3 试样导湿舒适性能聚类判别分析

前面根据测试结果对含亚麻纤维织物的湿舒适综合性能分别作了单项分析,各种试样在各性能方面表现优劣不尽相同, 很难根据织物的某一项指标得出含亚麻纤维织物湿舒适性能的综合评价.同时,试样数据量少, 数据分布规律不清晰, 利用传统的确定性数学来分析难以得出有效的结论.为此,引用灰色聚类判别分析理论,对前述各类含亚麻纤维织物样品的湿舒适性能作综合评价.

细支亚麻织物主要适用于夏季服装，人体的湿气主要来自汗液的蒸发.人体的汗液有气态与液态之分.气态汗通过织物中的纤维吸湿-放湿以及织物中的空隙向外扩散；液态汗通过织物中的纤维吸水-扩散以及纤维之间形成的芯吸效应来传递[6].为了使人体表面与内衣之间形成舒适的微气候，夏季织物需要有良好的吸湿、吸水与导湿及透气性能,所以数据分析中速干性、透湿性和透气性以正比关系计入，保水率以反比关系计入.

(1)建立聚类白化数矩阵

将7种试样记为灰色聚类分析对象, 表2中的4项指标记为聚类指标, 将综合性能分为好、中、差3种,记为[k1，k2，k3]个灰类,由聚类灰数进行比较.将表1中的数据按公式(2)进行均值化无量纲处理，得到聚类白化数矩阵[xy]n×m，其中n为聚类对象数，m为聚类指标数.

(2)

对表2中的数据进行均值化处理，得出了聚类白化数矩阵：

(3)

(2)确定灰类白化区间

定义j(j=1，2，3) 指标对s个灰类(s=k1，k2，k3)的区间，根据均值无量纲处理后的数据和专业知识分析，确定白化区间见表3.

表3 灰类白化区间Tab.3 Grey clustering interval

(3)根据灰类白化区间，定义j指标k子类的白化权函数，具体定义如下：

其中，Yj=Qk1min，Xj=Qk1max.

(5)

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

(6)

其中，Xj=Qk3min，Yj=Qk3max.

根据专家权重系数确定法，标定j指标k子类的权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)对于白化数矩阵[xij]n×m,,根据白化权函数和权值，按式(3)计算i对象属于k灰类的灰色聚类系数

(7)

计算结果如下式：

(8)

上述向量第一单元表示产品的综合性能好，第二单元表示产品的综合性能中等，第三单元表示产品的综合性能差.根据运算结果得出的灰色聚类行向量，每一组按照从小到大的顺序排序，可得出以下结论:

性能好的试样排序为1，2，6，7； 性能中的试样排序为3; 性能差的试样排序为4，5.

以上结论说明，1号和2号试样的亚麻含量较高，织物具有优良的导湿舒适性；6号和7号试样的亚麻含量适当，但结构疏松的双层亚麻混纺织物也具有优良的湿舒适性；3号试样的湿舒适性能中等；4号试样由于亚麻含量低且组织结构紧密，导湿舒适性较差；5号试样因棉纤维织物吸湿好、散湿差，织物的湿舒适性也较差.

4 结论

(1)含亚麻纤维的织物具有良好的导湿舒适性，虽然织物的保水率、速干性、透湿性与织物原料的含量关系较大，但是如果通过合理的组织设计，能够降低织物的保水率，提高保物的速干率和透湿量.因此，亚麻织物设计中通过小比例的亚麻纤维混用和合理的结构设计，可以获得良好的湿舒适性并降低产品的成本.

(2)细支双层及纬二重织物组织如采用合理的结构设计，同样可获得良好的湿舒适性，也可以适用于夏季轻薄型织物，拓宽了夏季织物采用单层织物组织的传统的产品设计理念.

参考文献：

[1] 胡心怡,韩光亭,冯勋伟.大豆蛋白纤维织物热湿舒适性能研究[J].东华大学学报：自然科学版,2004,30 (1)：123-128.

[2] 邓聚龙.灰理论基础[M].武汉：华中科技大学出版社,2002.

[3] 王厉冰,胡心怡,齐素祯.灰色聚类分析在纺织材料性能综合评价中的应用[J].天津工业大学学报,2006,25(3)：23-26.

[4] 梁浩祥,王鸿竹,姚静，等.麦饭石功能纤维织物性能测试分析[J].棉纺织技术,2006,34(9)：8-10.

[5] 姚穆.纺织材料学[M].北京:中国纺织出版社,2009.

[6] 王雪华,蒋耀兴,徐超武.竹原纤维织物导湿透气性研究[J].棉纺织技术,2006,34(9):5-7.