热湿舒适性织物的发展现状

范追追 翟世雄 蔡再生

东华大学 化学化工与生物工程学院(中国)

中国《全民健身计划(2016—2020年)》实施以来，进行体育运动的人日益增多，全民运动的观念深入人心。全民运动极大地刺激了运动健身核心产业的发展，也对运动服饰提出了更高要求。

人运动时会产生汗液，若这些汗液不能快速排出体外，将使人体产生不舒适感，甚至滋生细菌。传统运动服多采用棉织物，棉织物具有较好的透气性、吸湿性，平时穿着时感觉比较舒适，但当出汗量较大时，因棉纤维导湿性差，从而使汗液在织物中的扩散性差，造成较差的服用舒适感。20世纪60—70年代，合成纤维的出现给人们提供了新的研究方向，吸湿快干的概念由此产生[1]。人们开始从吸湿快干的角度研究改善织物的热湿舒适性。本文对热湿舒适性的机理进行了介绍，并从纤维开发、组织结构设计和后整理等方面对吸湿快干织物进行概述。

1 织物的热湿舒适性

织物的热湿舒适性指织物对人体表面微环境进行调节的性能[2]。织物的吸湿快干性能对织物的热湿舒适性至关重要。

人体表面水分的排出方式主要有两种：无感出汗和有感出汗。无感出汗时主要是汽态水分的传递，即汽态汗液通过织物间的空隙扩散到环境中，或形成液态水顺着毛细管进行传导，最后在织物表面蒸发扩散。有感出汗，即形成液态汗液，通过毛细管作用被传输到织物表面进行扩散蒸发[3]。为加快汗液在织物中的扩散与蒸发，人们主要从纤维原料的改性、组织结构设计和后整理3个方面对织物进行研究。

2 纤维改性

纤维原料的改性主要包括化学改性和物理改性两种方法，使用较广泛的是物理改性。

2.1 化学改性

化学改性是通过化学的方法对纤维进行改性，主要改变其亲疏水性，从而改善织物的热湿舒适性。常用方法主要有接枝法、共聚法及利用化学试剂处理法。化学改性应用较少，本文重点介绍物理改性。

2.2 物理改性

物理改性是通过改变纤维的物理形态以增加水分的传导途径。经物理改性的纤维主要有异形截面纤维、细旦纤维、中空纤维和双组分复合共纺纤维。

2.2.1 异形截面纤维

普通合成纤维的横截面通常为圆形，其吸湿透气性较差，用作运动面料时会使服用者产生闷热黏附感。异形截面使纤维表面具有较多沟槽，以此可增加纤维的毛细管效应。如“+”字形、“Y”字形、“花瓣”形、“U”字形截面纤维，其表面呈沟槽状，有助于将皮肤表面的汗液迅速吸收、转移和蒸发，达到快导快干目的。

国外研究者对异形截面纤维的研究较早，如美国杜邦公司研发出Coolmax纤维。其早期产品截面呈“十”字形，之后又开发出截面呈“CO”形的产品，其圆形纤维为中空状，纤维管壁上分布有很多细小微孔，这种结构使其具有很好的导湿性。中国对异形截面纤维的研究较晚，但也取得不少成果，如国家纺织产品开发中心与泉州海天轻纺集团联合开发的具有吸湿排汗功能的纺织品Cool Dry，其使用的纤维是具有“十”字形截面的异形纤维；台湾豪杰集团生产的Technofine纤维截面呈独特的超扁平的“W”型[4]，此纤维可大幅提升织物的吸湿快干性能。异形纤维在运动服饰织物中的应用潜力巨大。

2.2.2 细旦纤维

结构决定性质，当纤维足够细时，将呈现新的、其他纤维无法比拟的优良特性。细旦纤维的发展始于涤纶。20世纪60年代中期，日本采用单组分熔纺法首次生产出线密度为0.04～0.11 tex(0.4～1.0 D)的细旦涤纶长丝，随后不同规格的细旦纤维相继研发成功。纤维的细旦化已成为合成纤维发展趋势之一。细旦纤维制成的织物，其内部的毛细管效应大幅增加，从而显著提升了织物的透气和导湿性能。采用超细纤维制备的织物，内部毛细管更细、数量更多，能显著增强织物的毛细管效应，进而改善织物的透气性和导湿性。如Nike公司的DriFIT面料采用超细纤维，利用虹吸作用将汗液迅速吸收到面料的表层。穿着此面料制成的服装，出汗初期，其舒适度甚至高于棉织物服装，虽大量出汗时会贴在身上，但比普通服装干得更快。

2.2.3 中空纤维

中空纤维的内部为类似于吸管的中空结构，可显著减小纤维自身质量。汗液可顺着内部中空的毛细管进行传导[5]。与棉、毛等天然纤维不同，因内部中空结构的存在，可加快汗液的传导，使人体皮肤保持干爽舒适。

第一代中空多微孔纤维被命名为Wellkeyfilament。分布在该纤维表面的微孔与中空部分连通，有助于汗液通过微孔进入中空部分，达到吸湿效果；同时，有助于汗液到达织物表面而挥发，实现快干。这种纤维的吸汗性高于棉纤维。日本帝人公司研制出的一款名为Octa的中空纤维，这种纤维具有8个凸面，其截面呈放射状，具有吸湿快干、质量轻盈、快速蓬松等特性。

2.2.4 双组分复合共纺纤维

双组分复合共纺纤维的制备是将两种聚合物分别熔融，在导孔的入口处，两种聚合物的细流汇合，不发生混合但一并挤出，形成复合纤维。主要有皮芯型复合纤维、海岛型复合纤维、并列型复合纤维和裂片型复合纤维。

3 织物结构设计

除了纤维本身固有的性能，织物的组织结构、编织密度和纱线组合也影响织物的吸湿快干性能[6]。对织物结构进行合理设计可增加服装的舒适度，织物结构设计通常遵循下述几种原理[7-8]。

3.1 点、线接触原理

点、线接触主要是通过减少织物与皮肤的接触面积，使织物与皮肤之间留有一定的空间，通过凹凸变化，使空气流入皮肤表面空间，提高速干性。如一些针织物，可通过线圈与集圈配合，使织物内表面形成一个个凹面。有些织物还可通过设计不同的罗纹组织结构，使织物的内表面呈沟槽状。Adidas的ClimaCool面料采用特殊处理的双层网眼面料。其内层为小网眼，在减少与皮肤接触面积的同时，吸收和传输汗液与湿气。外层则采用大网眼，便于汗液和湿气蒸发，从而保持体表干燥舒适。

3.2 差动毛细效应原理

差动毛细效应通常发生在双层或多层织物中。织物的内层具有较粗的毛细管，外层则相反，得到的织物两层界面处会产生附加压力差。在这种附加压力差的作用下，织物中的汗液会从织物的内层向外层流动，从而保持体表干爽。在设计织物时，合理选择纤维的细度、纱线直径、织物密度等参数，可得到具有差动毛细效应的织物。

3.3 灯芯点芯吸效应原理

作用于液体表面，使液体表面积缩小的力为液体表面张力。在表面张力的作用下，液体沿润湿的细管上升的现象为芯吸效应。织物的内层使用疏水性纤维编织，外层使用亲水性纤维编织，可形成湿度梯度差，中间用导湿性纤维连接则可形成灯芯点芯吸效果。

选择合适的纤维，再经过合理的组织设计，可显著提高织物的服用舒适度。如Nike的Sphere Dry面料，具有优良的排汗透气性，主要用于制作高端比赛用背心和短裤。此面料内层为吸汗性能好的纤维，外层则为透气排汗纤维，加之其独特的编织结构，可为穿着者提供优异的穿着舒适性。Karthik等[8]将乳草纤维与聚酯纤维以不同比例混纺，再用不同比例的混纺纤维与聚酯纤维混合编织，研究发现，混纺纤维中乳草纤维质量百分比为40%时，所得织物具有良好的单向导湿性。

4 后整理

通过后整理的方法对织物进行整理，可改变其亲疏水性，从而提高织物的服用舒适性。主要包括吸湿排汗整理和单向导湿整理，其中吸湿排汗整理主要针对涤纶等合成纤维织物。

4.1 吸湿排汗整理

吸湿排汗整理是通过后整理方法提高织物表面的亲水性，有化学法和物理法。如在疏水的涤纶表面进行接枝聚合，将亲水性组分引入涤纶的大分子链上，从而增强整理效果的耐久性。利用等离子体法对织物进行表面改性也是一种有效的方法，但因该方法的试验条件较严苛，目前仍主要处于实验室研究阶段。在织物表面吸附固着亲水性整理剂是近年来应用较广的后整理方法，该方法具有成本低、操作简单、应用范围广等优点[9]，但这种方法存在耐水洗牢度差的缺点。常用的来改善涤纶亲水性的整理剂大致可分为聚酯聚醚类、聚氨酯类、聚硅氧烷类、聚丙烯酸酯类及壳聚糖类。彭志忠等[10]利用吸湿快干整理剂Hydroperm NPU liq对锦氨针织物进行吸湿快干整理。结果表明，整理后的锦氨针织物具有较好的吸湿快干性能及抗静电性，且持久性较好，对织物色牢度影响较小。

4.2 单向导湿整理

单向导湿整理是在织物的单面进行整理，改变织物单面的亲疏水性，使织物正反两面具有不同的亲水性，形成湿度梯度。单向导湿整理的优点在于水分可从体表转移到织物表面却不能反向转移，使得体表可保持干爽。近年来对单向导湿织物的研究逐渐增多，通过后整理达到单向导湿的方法主要有喷涂法、泡沫法和印花法。

4.2.1 喷涂法

喷涂法是借助压力通过碟式雾化器或喷枪将液体分散成均匀、细小的雾滴，然后喷涂到基本表面的一种涂装方法。Wang等[11]利用电喷涂的方法对平纹编织棉织物进行处理，通过控制电压大小、喷头离织物的距离等可得到单向导湿织物。Zhou等[12]使用棉织物作为基材，以电喷涂技术在织物的一侧施加疏水涂层，使其具有单向导湿性。在电喷涂前，他们在织物表面预涂一层氮化硼(BN)涂层增加织物的导热性，使其具有凉感。Wang等[13]利用电喷涂的方法，在棉织物表面喷涂不同的聚合物溶液，获得一侧亲水一侧疏水的棉织物。Zeng等[14-15]利用电喷涂法在水解后的聚酯织物上喷涂一层SU-8疏水剂，使喷涂一侧具有疏水性，另一侧仍保持亲水性，研究还讨论了喷涂整理层的厚度对单向导湿性能的影响，并测试了干燥和湿润状态下单向导湿织物的热转移性。

4.2.2 泡沫法

泡沫法是采用泡沫作为应用介质代替水相溶液，以空气作为稀释剂的一种整理技术。其工艺精简、节能节水、污水排放少、生产稳定、生产效率高。影响泡沫法的主要因素有发泡比、半衰期及涂层厚度。

4.2.3 印花法

通过平网或圆网印花的方法在织物上进行单面整理，使疏水剂或亲水剂以一定的图形分布在织物的一侧，同时控制渗透深度，使织物的一侧呈亲水性，一侧呈部分疏水性，构成亲疏水双侧结构。Yang等[16]利用平网印花的方式在亲水性织物的单面印制不连续的疏水整理剂，研究了不同组织结构、不同整理面积及不同整理花型对织物单向导湿性能的影响。张璐璐等[17]利用印花法对织物进行单面整理，研究了疏水图形及疏水面积对棉织物吸湿快干性能的影响，结果表明，对棉织物进行局部疏水处理可改善棉织物的吸湿快干性能。当疏水面积占棉织物总面积的50%，采用正方形图案对棉织物的导湿性能提高最多，且整理后织物具有很好的耐水洗牢度。美国棉花公司推出了Wicking WindowsTM技术，所得织物具有单面防水、单向导湿的性能[18]。

5 总结与展望

迄今为止，对于织物吸湿排汗功能的研究工作已发展了几十年，从纤维改性，织物的组织结构优化创新，到面料的复合功能整理，其相关研究逐渐趋于成熟，可为当今运动健身达人、专业体育人士提供较为舒适的运动服饰。随着全民健身运动的深入开展，人们对运动服饰的功能性、舒适性提出更高要求，继续提升织物导湿性、排汗快干性是今后织物热湿舒适性领域的研究方向之一。