羊毛针织运动面料的设计与开发
2019-06-19沈颖乐李新彤丛洪莲徐仲贤
沈颖乐，李新彤，韩 浩，丛洪莲，徐仲贤
(1.江南大学 针织技术研究中心，江苏 无锡 214122；2.江苏新泰针织有限责任公司，江苏 常熟215500)
羊毛织物具有弹性好、保暖性好，吸湿、耐磨能力强，光泽柔和等诸多优点，在服用领域占据了不可替代的地位。 羊毛的透气性优于化纤面料，它的细度只有头发的五分之一，非常适合贴肤穿着。
目前大部分羊毛纤维应用于呢绒面料与羊毛衫等，兼具美观与功能作用的羊毛针织运动面料开发已成为了人们的研究热点。 王俊丽等[1]用纯羊毛织造轻薄型面料，并针对在生产加工中易产生的尺寸不稳定、色花以及织物表面易产生起毛起球等问题，制定了一套完整的生产工艺和流程。 黄学水等[2]阐述了凉爽羊毛针织面料在编织设计中的要求和染整加工中各工序的条件、工艺要求。 金雪等[3]选用14.7tex(40S)羊毛、锦纶混纺纱(混纺比为80 ∶20)与4.44tex(40D)MS 舒弹丝的多组分原料交织编织添纱平针组织，在单面针织大圆机上开发新型羊毛加弹针织运动面料。 黄小云等[4]采用长绒棉和超细腈纶纤维与丝光羊毛进行混纺，设计开发了弹力丝光羊毛罗纹、丝光羊毛小空气层面料。 刘小梅等[5]用16.7tex Z 捻防缩羊毛(羊毛直径为18.9μm)、天丝、锦纶包芯纱(52 ∶35 ∶13)与2.2tex 低温型氨纶交织编织全衬氨纶汗布，同时采用(4.4tex/34f)×2 锦纶66、10.0tex 防缩羊毛(羊毛直径为15.5μm)与11.7tex 氨纶交织编织加氨纶斜纹面料。 孙锋[6]用羊毛纱和细旦丙纶纱复合编织形成功能性羊毛复合针织面料，面料无刺痒感，热湿舒适性好。
羊毛是一种技术含量很高的纤维，它不光只能用在粗糙的针织羊毛衫[7]。 细度大的羊毛纤维是一种多功能性的纤维，与皮肤接触时不会有刺痒感。 羊毛能够吸收湿气，同时羊毛能够吸收并锁住汗水中的异味，让汗味只在洗涤时释放。 羊毛能够应对身体的体温变化，它的卷曲结构有助于控温，在天气寒冷的时候羊毛吸收湿气，保持皮肤周围为干燥的保暖空气层，在天气炎热的时候羊毛纤维吸收汗气，使人体能凭借自身的体温调节系统冷却体温，保持皮肤附近干燥。 因此，可以将羊毛纤维加入运动服中，保持人体皮肤的干爽环境。
1 羊毛针织运动面料吸湿排汗原理
人体排汗会以两种形式表现：一种是在静坐或进行轻度活动时出少量汗液，并马上在汗腺蒸发以汽态形式排出；另一种是人体大量出汗，汗液来不及蒸发，在皮肤上以液态汗液存在，排汗过程如图1 所示[8]。 两种形式的汗液排汗过程可以概括为：织物纤维捕捉到汽态汗液，通过纤维内的细孔和纤维间的空隙运输到织物表面外，再挥发到外环境中去；液态汗液吸附到纤维内部的孔洞、沟槽以及纤维间隙等，再通过它们所生成的毛细效应扩散、蒸发成水汽挥发至外环境中。
图1 有感出汗的湿传导通道
综上所述，汗液可经3 条传递途径通过织物：一是汽态汗液产生凝结，并通过毛细效应扩散、蒸发成水汽挥发至外环境中；二是以水汽形态通过织物中孔洞扩散；三是液态汗液吸附到纤维内部，并通过毛细传输蒸发。 通过纤维毛细传输、扩散、蒸发的水汽，与织物所用的材料、纤维中的孔洞间隙大小以及吸湿性能有关。
在针织结构中通常会有两种结构来实现加快水汽通过织物的传递速度：一个是网眼结构，另一个是双层织物结构。 通过网眼的孔隙扩散水汽，如图2 所示。
图2 针织网眼组织
通过纤维的吸湿以及毛细管作用两个机理的结合，就能得出双层织物湿传递模型[9]，如图3 所示。 双面织物内层一般采用疏水性纤维，如涤纶、丙纶或经过特殊处理的这两种长丝等，结构可以为蜂窝与网眼状，织物内层与皮肤呈点接触，以增加织物透气性和舒适感；外层通常采用亲水性纤维，就可以采用羊毛。 织物内层通过纤维毛细管芯吸效应将汗水向织物外层传导并向环境蒸发，从而实现单向导湿。
图3 双层织物湿传递模型
2 羊毛针织运动面料设计
2.1 原料选择
织物的热湿舒适性与原料的选择有很大关系，采用支数高、精纺、防缩的羊毛作为原材料是最好的选择。 支数越高，纤维越细，在相同条件下织出来的织物越轻薄；纤维含气量越小，面料热阻越小，服装穿着时热传递快，人体不会感到闷热。 羊毛细度选择18.5μm 左右，长度76mm ～78mm，纱线支数60 公支左右即可，根据试织出来的刺痒感情况再调整纱线粗细；经过防缩处理的羊毛编织形成的面料，尺寸稳定性得到提高，能够达到“机可洗”的要求。
天丝纤维的圆形截面和纵向良好的外观可以使织物具有优良的手感和悬垂性，同时还具有较高的干湿强度[10]。 吸湿排汗纤维多为涤纶、锦纶、丙纶等化学纤维，比表面积较大，通过表面微孔或沟槽及异型截面，利用毛细管的芯吸效应，能够快速吸收皮肤表面的汗水和湿气，并借助特殊的织物结构传导至织物外层并蒸发到环境中[11]。
2.2 结构设计
薄型面料在针织运动面料中占绝大部分，它的结构设计简单或复杂，可以是如平针、添纱组织等的单面织物，或是两面派结构的双面织物，在设计中也可加入网眼结构以增大针织结构的空隙。
因为羊毛本身强力不高，若在双面织物中前后都成圈则会损伤羊毛，十分考验羊毛的品质，所以在结构设计中应避免。 若要编织薄型织物势必要采用高机号织机，针距十分狭小，羊毛毛羽又多，会影响织针脱圈，造成破洞。 因此，羊毛在针筒上不易全出针。
2.3 后整理设计
织物的后整理很关键，后整理的品质会在很大程度上影响产品的档次。 柔软定形既可以改善织物的手感和弹性，也可以改善织物的缩水率。 呢毯定形可通过对第一次定形后的面料汽蒸加湿、预缩整烫，提高面料表面平整度，并能获得所要求的幅宽。
羊毛织物的后整理较简单，一般只需要落水等一些工序，但需要注意的是温度不能太高，能确保羊毛不受损伤。
3 工艺实例
3.1 假毛圈布
假毛圈布通过织物反面较长的浮线形成毛圈，形成衬垫组织的效应，如图4 所示。 通过假毛圈使服装在穿着过程中，羊毛吸湿后不会紧贴在皮肤上，提高穿着舒适性[12]。
图4 假毛圈布外观
3.1.1 原料选择
选用16.6tex 防缩羊毛19.3M/黑色尼龙(87/13)包芯纱、16.6texZ 捻防缩羊毛20.3M 与2.2tex氨纶。
3.1.2 设备参数
机器 迈耶西单面大圆机
机号 E24
筒径 30 英寸
总针数 2260
给纱路数 72
3.1.3 织物组织
单数路全成圈，奇数路浮线，隔两个集圈。
3.1.4 穿纱方式
1、3 路接16.6tex 防缩羊毛19.3M/黑色尼龙(87/13)包芯纱＋2.2tex 氨纶，2、3 路接16.6texZ 捻防缩羊毛20.3M。
3.1.5 织物参数
成品克重 121g/m2
成品门幅 145cm
3.2 双层织物
根据双层织物湿传递模型可开发出羊毛与丙纶的两面派织物。 丙纶纤维不吸湿，能通过其纤维间隙的毛细效应，不断把人体皮肤排出的液态汗液扩散、蒸发成水汽挥发至外层的羊毛纤维中，而羊毛纤维在外侧的吸湿能加强丙纶的芯吸效应。 羊毛纤维与外环境接触，能直接将汗汽扩散到空气中去。
在针织大圆机上实现织物正面呈现羊毛纱、织物反面呈现丙纶长丝的途径有两种：(1)单面编织，即在单针筒针织大圆机上进行纬平针添纱编织[13]，如图5 所示[14]。 (2)双面编织，即在双针筒圆机上采用涤盖棉组织进行编织，将在第三个例子说明。
图5 纬平针添纱织物效应图
3.2.1 原料选择
使用羊毛纱和丙纶长丝进行纬平针添纱编织，需注意：
(1)羊毛纱必须把丙纶长丝完全覆盖住，主要是因为采用丙纶不染色的生产工艺，丙纶显露出来会影响织物染色后的外观效应。
(2)为了能成功搭建双层织物吸湿排汗模型，织物反面也必须不能露出羊毛。 为了能达到以上要求，使羊毛纱能完全覆盖丙纶长丝，羊毛纱的粗度应大于丙纶长丝。
根据已有的缝制T 恤等薄型贴身穿着的针织内衣工艺经验，宜选用5.56tex/72f 的丙纶和7.78tex～8.90tex 精梳羊毛纱。
3.2.2 设备参数
机器 SGE2401A 型四针道单面大圆机
机号 E28
筒径 30 英寸
总针数 2260
给纱路数 90
3.2.3 织物组织
选用纬平针添纱组织。
3.2.4 织物参数
成品横密 66 纵行/5cm成品纵密 97 横列/5cm成品克重 303g/m2
3.3 芝麻点两面派织物
经过打样实验发现，羊毛面料无法采用经典的“涤盖棉”组织，易造成多种的编织问题。 因此，对组织进行改进，使连接纱在针筒成圈，针筒半出针。
3.3.1 原料选择
选用13.6tex 藏青羊毛与8.4tex/24f 涤纶。
3.3.2 设备参数
机器 RSDT-S 三功位电脑双面提花机
机号 E32
筒径 34 英寸
总针数 3408
给纱路数 72
3.3.3 织物组织
采用六路编织一个完全组织的“两面派”组织，正反面连接纱选用涤纶。
3.3.4 编织图
图6 工艺编织图
成品横密 120 纵行/5cm
成品纵密 80 横列/5cm
成品克重 189g/m2
成品门幅 158cm
3.3.7 打样外观
图7 打样正面外观图
图8 打样反面外观图
3.4 反面横条两面派织物
3.4.1 原料选择
选用13.6tex 藏青羊毛、9.9tex 冰感纱(锦纶40%、棉30%、莫代尔30%)与8.4tex/24f 涤纶。
3.4.2 设备参数
机器 RSDT-S 三功位电脑双面提花机
机号 E32
筒径 34 英寸
总针数 3408
给纱路数 72
3.4.3 织物组织
采用八路编织一个完全组织的“两面派”组织，正反面连接纱选用涤纶。
3.4.4 编织图
3.3.5 穿纱方式
1、3、4、6 路接8.4tex/24f 涤纶，2、5 路接13.6tex 藏青羊毛。
3.3.6 织物参数
图9 工艺编织图
3.4.5 穿纱方式
1、2、4、5 路接8.4tex/24f 涤纶，3、7 路接9.9tex 冰感纱，6、8 路接13.6tex 藏青羊毛。
3.4.6 织物参数
成品横密 120 纵行/5cm
成品纵密 70 横列/5cm
成品克重 165g/m2
成品门幅 157cm
3.4.7 打样外观
图10 打样正面外观图
图11 打样反面外观图
4 羊毛针织运动面料发展方向
4.1 高支轻薄化
服装的面料性能对穿着的舒适感影响很大，人们生活品质的提高也决定了面料要有所提升。 羊毛织物的高支轻薄化是毛精纺产品的发展方向[15]，轻薄毛织物具有手感细腻柔软、光泽度好、重量轻、穿着舒适等优点，受到市场的欢迎。 轻薄毛织物开发趋向于可机洗、防缩、易护理等方向，生产具有舒适性、时尚性的高支轻薄毛织物。
高支轻薄毛织物需要用到比常规纱线更细的羊毛原料，与此同时相应的机器机号也要有所提升，这就需要改进原有的编织机构，如此才能编织出更轻薄的针织面料。 通过对织针的调整，圆纬机针筒上1 英寸内可达到44 针，由此织出来的面料克重能达到每平方米几十克。
生产高支羊毛的工艺并不容易，目前全世界的产量十分有限，因此价格也比较昂贵，成本巨大。生产高支羊毛的一种方法是细化羊毛，它是将普通羊毛进行一定的处理，重新排列羊毛中的大分子结构，将纤维拉细拉长。 通过对细化羊毛的研究，刘建华[16]在细化羊毛上的加工技术已很成熟，目标达成产业化。
高支羊毛既可以纯纺，也能与羊绒、真丝等混纺。 因为它经拉细拉长后的性能与羊绒接近，从而生产轻薄型面料，应用到高档针织内衣等产品。
4.2 多功能化
4.2.1 阻燃功能
目前羊毛织物的阻燃功能主要是通过阻燃剂后整理实现，也有通过对羊毛纤维进行改性来改善羊毛织物的阻燃功能[17]。 例如赛车等运动项目十分重视防火工作，穿着具有阻燃功能的服装是必然要求，这关系到运动员、工作人员以及观众的人身安全。 羊毛纤维内会吸收水分，其本身就不容易起火。 万一起火，移离火源后的羊毛会因为燃烧后的炭化而停止火势进一步的蔓延。
4.2.2 防污功能
不管是在室内还是户外，服装在运动过程中势必会沾染上泥渍、油污等污迹，为清洗工作增加困难，而羊毛纤维天然具有的防污性能就能减轻这种烦恼。 污迹通常是掺入了水分会更易沾在衣物上，一定程度上减少水分的润湿就能防污。 由于羊毛表面会附着天然油脂，要想润湿羊毛纤维会较困难，即使是精练羊毛后去除了部分油脂[18]。 纤维上有静电的话会粘附灰尘，而羊毛织物穿着时不易积聚静电。
4.2.3 防紫外线功能
造成皮肤癌的原因有一点就是长期接受紫外线辐射。 在有阳光的好天气中，更多的人们会选择在户外运动，皮肤会经常接受紫外辐射，穿着具有良好的防紫外线功能的运动服是保持健康的关键。羊毛天然就具有一定的防紫外线功效，服装中加入羊毛可以降低人们患皮肤癌的风险[19]。
图12 户外运动服
4.2.4 防臭功能
人体在运动时会在皮肤表面产生排泄物，这是会发臭的主要原因，而羊毛纤维的化学组分能中和这些物质，能提高穿着时的生理舒适性，在防臭功能上比其它纤维具有明显优势。 羊毛还能够吸收并锁住汗水中的异味，让汗味只在洗涤时释放。
