木棉纤维/棉混纺织物结构参数对其保暖透气性影响

陈丽丽， 楼利琴， 傅雅琴

(1. 绍兴文理学院 元培学院， 浙江 绍兴 312000； 2. 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， 浙江 杭州 310018)

热传递性和透气性是影响织物服用舒适性的重要因素[1-2]，木棉纤维作为一种新型生态纤维素纤维，纤维中空度高达80%～90%，纤维中含有大量静止空气，保暖性好[3-4]，木棉纤维织物具有质轻、天然抗菌、保暖、吸湿导湿性好、绿色环保等优良特性[5-6]，符合新时代纺织品发展趋势[7-8]，但木棉纤维存在强力差、纤维长度短等缺点，为发挥木棉纤维优异性能，大都需要与其他纤维混纺[6-9]。

本文采用木棉纤维/棉混纺纱线为原料，设计了13种不同织物结构参数的木棉纤维织物，织造了一系列不同组织、不同纬密、不同木棉纤维含量的织物，并对织物厚度、面密度、保暖性、透气性进行测试[10-11]，分析不同织物结构参数对织物保暖性、透气性的影响以及保暖与透气性变化趋势，通过分析木棉纤维织物结构参数对织物透气性和保暖性影响研究，为进一步设计开发更好性能的木棉纤维织物提供参考和依据，以期扩大木棉纤维的开发与应用。

1 实验部分

1.1 实验试样

不同木棉纤维含量的木棉纤维/棉纤维混纺织物，木棉纤维长度为10～32 mm，平均线密度为0.11 tex，棉纤维长度为30～38 mm，平均线密度为0.182 tex。经纱线密度为18.5 tex×2，纬纱线密度为14.4 tex×2，经、纬纱线均为相同的混纺纤维纺制而成，单纱Z捻，股线S捻，纱线由湖北际华三五四二纺织公司和绍兴钱清原料市场提供。纱线规格参数如表1所示。可见，各经纱与纬纱单纱捻系数及股线捻度接近，可不考虑纱线结构对织物相关性能影响。

表1 纱线规格参数Tab.1 Yarn specification parameters

1.2 试样制备

设计不同木棉纤维含量、不同组织、不同纬密织物，用OptiMax-8-R型剑杆织机生产，并测试织物厚度、透气性和保暖性。设计方案如下：1～5号织物，组织不同，其他织物规格参数相同；2号、6～9号织物，纬密不同，其他织物规格参数相同；2号、10～13号织物，木棉含量不同，其他织物规格相同。织物上机工艺及规格参数如表2所示。

表2 织物上机工艺及规格参数Tab.2 Looming process and specification parameters of fabric

注：K为蜂巢组织改变方向前的经纬纱线数。

1.3 性能测试

根据GB/T 3820—1997《纺织品和纺织制品厚度测定》，采用YG(B)141D型数字式织物厚度仪测试织物厚度。

根据GB/T 11048—2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》，采用YG606G型热阻测试仪测试织物热阻性。

根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性测定》，采用YG461D型数字式透气率仪测试织物透气性。

2 结果与分析

2.1 织物不同结构参数对保暖性影响

织物保暖性是织物服用性能的重要指标。织物保暖性指标主要是热阻、保温率、传热系数和克罗值，热阻、保温率和克罗值越大，保暖性越好,织物厚度、面密度、体积密度及保暖性测试结果见表3。

从表2、3可得织物保暖性与织物中纤维混纺比、织物组织等因素有一定关系。同时从表3中还可看到，织物保暖性与织物厚度、面密度、体积密度等参数有一定相关性，而体积密度综合考虑了织物面密度和织物厚度的因素，因此仅需分析织物体积密度对织物保暖性影响。下面就织物组织、体积密度、纤维混纺比对织物保暖性影响进行分析。

表3 织物结构参数及保暖性Tab.3 Fabric structure parameters and heat retention

2.1.1织物组织对织物保暖性影响

选择1～5号织物，组织不同，其他规格参数相同，即织物纬密均为250根/(10 cm)，木棉纤维含量均为20%(见表2)。从表3中数据可知1～5号织物保温率测试值呈增加趋势，即保暖程度从低至高的排列顺序为平纹、3上1下左斜纹、5枚3飞纬面缎纹、1上3下为基础的蜂巢组织、1上5下为基础的蜂巢组织。经纬纱交织次数少，织物组织结构松厚，织物保暖性越好。因为经纬纱交织次数愈少，织物组织结构越松厚，织物空隙率越大，织物的蓬松性以及内部静止空气的含量愈多，织物保暖性越好，特别是蜂巢组织，保温率增加明显。这主要是因为蜂巢组织四周高中间低，形成凹凸状态的特性，使织物内部含有空隙增多，蜂巢尺寸越大，保暖性越好，织物组织结构对保暖性的影响较大。

2.1.2织物体积密度对织物保暖性影响

体积密度对织物保暖性影响较大，影响织物体积密度最主要因素是纱线成分及结构、织物组织、经纬密度。一般当织物体积密度越大时，孔隙率越小，保暖性越差。以织物体积密度为横坐标，织物保温率为纵坐标，测试结果见图1。

图1 织物体积密度对保温率的影响Fig.1 Effect of volume density on fabric heat preservation ratio

从图1可知，织物保暖性随着体积密度的增大而减少，符合常规规律，但线性回归系数仅82.4%，相关性不高，说明木棉纤维含量对织物的保暖性产生影响。去除10～13号织物，仅保留木棉纤维含量20%的织物，其体积密度与织物保暖性关系如图2所示。

图2 织物体积密度对保温率的影响(木棉纤维含量20%)Fig.2 Effect of volume density on fabric heat preservation rate(kapok content 20%)

由图2可见，木棉纤维含量相同，织物保暖性随着体积密度增大而减小，线性复相关系数达到91.7%，相关性显著提高，可知木棉纤维含量影响织物保暖性。

2.1.3木棉纤维含量对织物保暖性影响

在2号、10～13号织物中，木棉纤维含量不同，其他规格参数相同，织物纬密为250根/(10 cm)，组织为3上1下左斜纹，不同木棉纤维含量织物的保温率测试结果如图3所示。

图3 木棉纤维含量与织物保温率关系Fig.3 Relationship between kapok fiber content and fabric heat preservation rate

由图3可见，随着木棉纤维含量的增加织物保暖性增加，因为木棉纤维本身具有较好的保暖性，而且随着木棉纤维含量的增加织物蓬松性相对提高，使织物内部空隙增加，保暖性增加。

2.2 织物结构参数对织物透气性影响

2.2.1不同组织对织物透气性影响

1～5号织物为组织不同，其他规格参数相同，织物纬密均为250根/(10 cm)，木棉纤维含量均为20%。不同组织结构织物的透气率如表4所示。

表4 不同组织的织物透气率Tab.4 Fabric air permeation rate of different tissues

由表4可见，织物透气性从低至高的排列顺序为平纹、3上1下左斜纹、5枚3飞纬面缎、1上3下为基础的蜂巢组织、1上5下为基础的蜂巢组织，在纱线线密度和纱线密度相同的情况下，经纬纱交织次数愈少，织物组织结构越松厚，织物内部空隙率越大，织物通透性越好。

2.2.2纬密对织物透气率影响

2号、6～9号织物，纬密不同，其他规格参数相同，不同纬密的透气率测试结果见图4。

图4 纬密对织物透气率的影响Fig.4 Effect of weft density on fabric air permeation rate

由图4可见，织物透气性随着纬密的增大逐渐减少，因为透气性与织物内部空隙有关外，还与织物表面纱线覆盖面积有关，随着纬密增大，即在一定面积上纱线的总数增加，引起织物表面填充度增加，使得纱线之间构成的气体通道变小，致使空气垂直于织物流动的黏滞阻力增大，因而透气性变差。

2.2.3木棉纤维含量对织物透气率影响

2号、10～13号织物，木棉纤维含量不同，其他规格参数相同，不同木棉纤维含量的织物透气率测试结果如图5所示。

图5 木棉纤维含量与织物透气率的关系Fig.5 Relationship between kapok fiber content and fabric air permeation rate

由图可知，在相同结构参数的条件下，木棉纤维织物透气性总体小于棉织物，而且随着木棉纤维含量的增加，透气性下降，因为木棉纤维的加入虽增强了织物的蓬松性，使织物空隙率稍有增加，但由于木棉纤维短，纱线毛羽越多，织物内形成的阻挡和通道变化增多，使织物内实际空隙率减少，阻碍了空气的流动，使透气性减少。

2.3 透气率与保暖性的变化趋势分析

织物的透气性与保暖性的变化趋势测试结果见图6。可见，1～5号织物中，织物的保暖性与透气性变化顺序一致，因为保暖性与透气性与织物中存在的缝隙和空洞有关，织物内部空隙越多，织物透气性和保暖性越好，透气性增长幅度大于保暖性。2号、6～9号织物中发现，保暖性随织物体积密度的增大而减少，透气性随纬密的增加而逐渐降低，这主要是因为透气性与织物内存在静止空气外还与织物表面纱线覆盖面积有关，随着纬密的增加纱线表面紧度增加，阻挡了织物的透气。2号、10～13号织物，保暖性与透气性呈反比关系，这主要是因为随着木棉纤维含量的增加，纱线毛羽越多，阻碍了空气的流动，使织物透气性减少。

图6 织物的保暖性与透气性变化趋势图Fig.6 Change tendency of heat preservation rate and air permeation ratio

3 结 论

1)在其他结构参数相同的情况下，木棉纤维含量为20%的织物，经纬纱交织次数少，织物组织结构越松厚，织物保暖性和透气性越好，蜂巢组织能大大增强织物的保暖性和透气性。

2)在其他结构参数相同的情况下，织物保暖性随着织物体积密度的增大而减少，透气性随着纬密的增加逐渐下降。

3)在其他结构参数相同的情况下，随着木棉纤维含量的增加，织物保暖性增加，透气性下降。

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