凉爽舒适型多功能混纺面料的性能

俞涤美， 张红霞， 贺 荣， 王玉珏， 祝成炎， 王浙峰， 徐青艺

(1. 浙江理工大学 纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室， 浙江 杭州 310018;2. 浙江敦奴联合实业股份有限公司， 浙江 海宁 314400 )



凉爽舒适型多功能混纺面料的性能

俞涤美1， 张红霞1， 贺 荣1， 王玉珏1， 祝成炎1， 王浙峰2， 徐青艺2

(1. 浙江理工大学 纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室， 浙江 杭州 310018;2. 浙江敦奴联合实业股份有限公司， 浙江 海宁 314400 )

为研究凉爽舒适型多功能夏季服用面料，采用蜂窝玉石涤纶复合纤维、蜂窝抗紫外线纤维、竹浆纤维、溶剂型纤维素纤维等纤维原料进行混纺，试制了3个系列12种织物。基于织物的接触冷感、热传导、吸湿速干等实验，分析其凉爽舒适性能，并运用SPSS软件中的主成分分析法进行织物综合性能评价。结果表明：综合考虑抗紫外线、凉爽、吸湿排汗功能，织物交织频率宜选择0.2或0.25；相同组织结构、经纬密条件下，织物的接触冷感随着混纺纱中的蜂窝玉石涤纶复合纤维含量的增大而增加；相同含量的溶剂型纤维素纤维与竹浆纤维的混纺纱织物相比，在凉爽性方面宜选择溶剂型纤维素纤维；采用蜂窝抗紫外线纤维/竹浆纤维/蜂窝玉石涤纶复合纤维(30/40/30)的混纺纱线所纺的织物综合性能较佳。

混纺面料； 凉爽； 接触冷感； 主成分分析

服装面料发展的趋势是把高科技与时代经济、文化发展紧密结合，随着健康化、功能化、低碳化的要求不断增强，新型保健功能服装面料必将成为市场的主流[1]。由于受到全球气候变暖、臭氧层严重破坏的影响，夏天极热，人体易大量出汗且紫外线辐射强烈。在户外活动、工作时，相当于处于高温、高紫外线作用的环境[2-3]，可能会引发一系列疾病，同时过量紫外线辐照会使皮肤晒伤、加速皮肤老化，因此，人们迫切需要一种具有降温、抗紫外线吸湿、排汗效果的纺织品。目前，多功能性面料的实现多采用后整理或是交织的方式，而采用多种功能纤维混纺达到织物多功能性的研究较少。

剧烈运动或者闷热环境条件下人体大量排汗易形成高温、高湿气候环境，凉爽感就是指服装面料在这种环境下始终保持良好的热湿舒适性能[4]。凉爽面料一般须具备以下指标即一定的接触冷感，良好的导热、导湿性能，能使人体皮肤保持舒爽。为保障户外活动及休闲生活的健康需求，本文选用蜂窝抗紫外线纤维、蜂窝玉石涤纶复合纤维等新型功能性纤维与溶剂型纤维素纤维或竹浆纤维进行混纺，并通过多臂织机研制开发出相应的高档服装面料。同时从面料的接触冷感、热湿传递性能方面综合分析了该系列织物的凉爽性能，为后续多功能性产品的开发提供理论依据。

1 实验部分

1.1 实验材料

纤维原料由上虞弘强彩色涤纶有限公司提供，将1.67 dtex × 38 mm含纳米TiO2的蜂窝抗紫外线复合纤维、1.67 dtex × 38 mm蜂窝玉石涤纶复合纤维，分别与竹浆纤维、溶剂型纤维素纤维混纺，采用赛络纺纺制成14.7 tex的混纺纱线。

1.2 实验方法

1.2.1 织物试样准备

当原料、经纬密相同时，为提高织物的抗紫外线性能宜选用交织频率高的基础组织结构,但不宜选择透孔组织[5]。对于织物的吸湿快干性能，交织频率不宜过大或过小，在0.2～0.4范围内较好[6]。综合考虑服用面料的织造工艺以及所要达到的功能性要求，进行了如表1所示的经纬纱线原料、组织、经纬密不同变化的参数设计，其中A1～A4试样的变量是经纬纱线的原料，A5～A8试样是采用相同组织结构、原料及经密，但纬密不同，A9～A12试样作为对比分析。

表1 试样规格参数Tab.1 Specifications of fabrics

注：1#蜂窝抗紫外线纤维/溶剂型纤维素纤维/蜂窝玉石涤纶复合纤维(50/30/20); 2#蜂窝抗紫外线纤维/竹浆纤维/蜂窝玉石涤纶复合纤维(50/30/20); 3#蜂窝抗紫外线纤维/竹浆纤维/蜂窝玉石涤纶复合纤维(50/40/10); 4#蜂窝抗紫外线纤维/竹浆纤维/蜂窝玉石涤纶复合纤维(30/40/30)。

1.2.2 接触冷感测试

仪器：KES-F7 THERMO LABOⅡB型精密迅速热物性测定装置。

在恒温恒湿条件下，将温度测试仪T-BOX吻合到标准温度设定器BT-BOX(30 ℃)上，使其达到热平衡；试样(10 cm×10 cm)置于20 ℃的定温台上，将T-BOX置于试样上，读取2 s内最大瞬态热流量Qmax。

1.2.3 热传导率测试

采用KES-F7精密迅速热物性测定装置，将试样(10 cm×10 cm)放在20 ℃的定温台上，再将BT-BOX倒扣吻合在试样上，BT-BOX(30 ℃)的热量开始向试样传递，当达到热平衡后，读取热传导率。

1.2.4 织物毛细效应测试

仪器：YG(B)871型毛细管效应测定仪。

参考FZ/T 01071—2008《纺织品毛细效应测试方法》。沿平行于纬线和经线的方向随机剪取21 cm× 2 cm的长方形试样各3块。设定测量时间30 min，当仪器蜂鸣器响起时，立即量取并记录试样织物条的液体芯吸高度[7]。

1.2.5 水分蒸发速率测试

参照GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定》，选取试样10 cm× 10 cm，将约0.2 mL的三级水滴在试样上，每隔(5± 0.5) min称取对应时刻的试样质量，直至前后2次变化率不超过1%。在时间-蒸发量曲线上作最接近直线部分曲线的切线，切线的斜率即为水分蒸发速率。

2 结果与讨论

本文实验主要研究多功能织物的凉爽舒适性能，因此对于织物抗紫外线性能的测试研究将不详细叙述。试样织物接触冷感和热湿舒适性等凉爽性相关性能的测试结果如表2所示。 主成分分析是一种多元的数理统计方法，主要考察多个变量之间的相关性[8]。由于织物的凉爽性和热湿舒适性存在相互影响的作用，为得出织物的综合性评价结果，运用SPSS软件对织物的性能进行主成分分析，首先对织物的各性能进行标准化处理，并得到相关矩阵，然后求出相关矩阵的特征根和特征向量，再确定主成分，得到的总方差如表3所示。

表2 织物性能测试结果Tab.2 Performance of fabrics

表3 解释的总方差Tab.3 Total variance explained

表3示出织物各性能的方差贡献率和累积贡献率，提取了2个主成分，最大瞬态热流量和热传导，其方差贡献率共达到91.554%。主成分得分是通过对应成分的因子得分乘以对应成分的初始特征值的算术平方根得到的。最后算出织物的综合得分Y，如表4所示。

表4 织物的综合得分Tab.4 Composite scores of fabrics

表4中Y值代表相应织物的综合得分，数值越大代表综合性能越好。织物的综合性能由高到低排列为A4，A9，A7，A8，A6，A1，A2，A3，A10，A11，A12，A5。

2.1 接触冷感分析

接触冷感是指织物与人体接触瞬间由于人体瞬态热量散失过多而产生的一种冷感，以最大瞬态热流量来表示。冷感的强弱取决于最大瞬态热流量的大小，最大瞬态热流量越大，人体皮肤表面通过织物向外界传递散失的热量越多，织物冷感越强[9]。

相同组织结构、紧度条件下，纱线原料不同，其织物的接触冷感不同，如表2中A1～A4试样数据所示，最大瞬态热流量值由大到小排列分别为A4>A1>A2>A3，即随着玉石涤纶复合纤维含量的增大而增加。这是由于蜂窝玉石涤纶复合纤维作为凉爽型保健纤维，其比热容较普通涤纶纤维1.34 J/(g· ℃)略高，其试制织物会使人体产生更大的凉爽感。比较1#和2#纱线可知，相同含量的溶剂型纤维素纤维与竹浆纤维的混纺纱织物相比，含溶剂型纤维素纤维织物最大瞬态流量大，接触冷感较好。Qmax>0.14 W/m的织物接触冷感较好，其凉爽性能优异。当纱线原料、组织结构、经密相同时，织物纬密增大，单位面积内蜂窝玉石涤纶复合纤维的含量增大，织物接触冷感越好，如表2中A5～A8数据所示。比较A6、A12，A4、A9即相同原料和经纬密条件下，斜纹的接触冷感优于平纹，5枚缎纹优于8枚缎纹。

2.2 热传导分析

织物界面传热形式有3种：1)接触传热，皮肤表层温度一般高于外界温度，当织物与皮肤接触时，织物内的流体分子会在温差作用下发生随机扩散；2)皮肤表面的热量会以热蒸汽形式通过织物孔隙与外界空气发生交换；3)织物吸收热量后会以辐射的形式向外散发热量[10]。

织物的热传导率与织物紧度呈正相关，织物紧度越大，热传导率越大。同时热传导率与纤维材料密切相关。相同组织结构、紧度条件下，热传导率由大到小排列为4#纱线织物> 3#纱线织物> 2#纱线织物> 1#纱线织物。1#纱线织物的热传导率比2#纱线织物小，这是由于溶剂型纤维素纤维的结晶度为48%～52%，与竹浆纤维相比较小，导热系数小。而3#纱线和4#纱线织物热传导率相差不大，这是因为蜂窝抗紫外线纤维含有无机纳米TiO2，对紫外线具有强烈的选择吸收作用，可将高能量以低能形式释放，因此蜂窝抗紫外线纤维和蜂窝玉石涤纶复合纤维的导热性相差不大，但蜂窝玉石涤纶复合纤维导热性相对较好。

2.3 织物毛细效应分析

芯吸高度是织物吸湿性的最直观表现，纱线间对水分的毛细作用为宏观毛细效应，负责短期内的芯吸；纤维间的毛细效应为微观毛细效应，负责缓慢吸收水分并扩散直至达到最大高度[11]。

根据GB/T 21665.1—2008，当机织物芯吸高度大于90 mm时，吸湿性比较好。由表2可知，所有试样经、纬向芯吸高度均达到了指标，吸湿性能很好。原因在于溶剂型纤维素纤维、竹浆纤维都是纤维素纤维，其大分子中每一葡萄糖剩基含有3个羟基，因此吸湿性较好。蜂窝抗紫外线纤维和蜂窝玉石涤纶复合纤维由于是在纺丝过程中加入了纳米级颗粒，破坏了纤维中大分子链的规整排列，纤维内部空隙增加，使水分子更易进入，同时蜂窝状微孔结构的存在，使得蜂窝玉石涤纶复合纤维与蜂窝抗紫外线纤维的比表面积增大，表面能变高，能吸附更多的水分子，因此吸湿性得到很好的改善。

根据表2 中的数据分析可知：当织物经密大于纬密时，经向芯吸高度明显高于纬向；而当纬密较大时，纬向芯吸高度较高。分析表2 中的A1～A4可知，1#纱线织物吸湿性最好，3#和2#纱线织物其次，4#纱线织物相对较小。

2.4 织物速干性分析

织物中的水气一部分在纤维表面形成单分子层吸附水，通过与大气接触而散失，织物的表面形态是主要影响因素；另一部分间接吸附水则是通过织物中的孔隙及纤维间的毛细作用扩散，在水气压低处蒸发逸出。

根据GB/T 21665.1—2008，当机织物蒸发速率大于0.18 g/h时，速干性较好。表2 中所有的试样都达到了这一标准，织物导湿速干性能很好。由A5～A8数据可知：纬密的增加使织物中的纱线增多，蒸发表面积增大，蒸发速率变大；当纬密增加到一定限度后，空隙间的汽相传递成主要因素，随着纬密的增加，纱线间孔隙减小，蒸发速率减小。4#纱线混纺的织物速干性最好，1#和2#纱线织物次之，3#纱线相对较弱。

3 结 论

1) 相同组织结构、紧度条件下，纱线原料不同，织物的接触冷感随蜂窝玉石涤纶复合纤维含量增大而增加。相同含量的溶剂型纤维素纤维与竹浆纤维的混纺织物相比，含溶剂型纤维素纤维的织物最大瞬态流量大，接触冷感较好。

2) 选择组织时，综合考虑抗紫外线性能、凉爽性和吸湿排汗功能，织物交织频率不宜过大或过小，宜选择0.2或0.25。

3) 采用蜂窝抗紫外线纤维/竹浆纤维/蜂窝玉石涤纶复合纤维(30/40/30)的混纺纱线织物在凉爽热湿舒适性方面性能相对较好。考虑到抗紫外线性能，当经密为48根/cm时，纬密采用50根/cm，组织为五枚缎纹，蜂窝抗紫外线纤维/竹浆纤维/蜂窝玉石涤纶复合纤维(50/40/10)所纺的织物综合性能较佳。

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Performance of cool and comfortable multi-functional blended fabrics

YU Dimei1， ZHANG Hongxia1， HE Rong1, WANG Yujue1， ZHU Chengyan1, WANG Zhefeng2, XU Qingyi2

(1.National&LocalUnitedEngineeringLaboratoryofTextileFiberMaterialsandProcessingTechnology,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China; 2.ZhejiangDunnuUnitedIndustrialCo.,Ltd.,Haining,Zhejiang314400,China)

To develop a cool type of multifunctional summer fabric, three series of fabrics about twelve samples were blended from honeycomb jade polyester fiber, honeycomb anti ultraviolet polyester fiber with bamboo or Tencel as warp and weft yarns. Based on the test parameters of contact cool sense, heat transfer, absorption and quick-drying, the fabric′s cool and comfortable performance was evaluated. Principal component analysis in the software SPSS was used to evaluate the comprehensive performance of fabrics. The result shows that: considering the performance of ultraviolet resistance, coolness, absorption and quick-drying, fabric weaving frequency preferably chooses 0.2 or 0.25. With the same structure, warp density and weft density, fabric contact cool sense increases with the increasing of honeycomb jade fiber. Compared Tencel and bamboo fiber with the same content, Tencel is preferably chosen to improve the fabric coolness. The fabric with honeycomb anti-ultraviolet polyester fiber/bamboo fiber/honeycomb jade fiber (30/40/30) as material has better comprehensive properties.

blended fabric; coolness; contact cool sense; principal component analysis

10.13475/j.fzxb.20141105205

2014-11-21

2015-03-29

国家国际科技合作专项项目(2011DFB51570)；海宁市2013年科技计划项目(海市科局[2013]31号, 20131402)

俞涤美(1989—)，女，硕士。主要研究方向为纺织产品设计、纺织品性能。张红霞,通信作者，E-mail:hongxiazhang8@126.com。

TS 156

A