纬编针织吸湿排汗面料设计原理与开发实践

韩 浩,丛洪莲

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122)

0 引言

现阶段，人们对服装的要求越来越高，服装正从最初的遮体、保暖、保护这些实用性能转向功能性、舒适性，这促进了针织运动面料朝着热湿舒适性、触觉舒适性发展。本文以纬编针织面料为例，综述吸湿排汗纬编针织面料的开发动态。

天然纤维、化学纤维都难以同时满足吸湿导湿的功能，天然纤维如棉花吸湿性虽好却不能及时导出汗液，化学纤维如普通涤纶纤维虽然输水性有较大优势，但吸湿性差，会使人体感觉闷热，降低服装产品的舒适感。吸湿排汗纤维通常具有较大比表面积的异形截面以及布满凹槽或激孔的表面，可以利用微细沟槽产生的毛细效应迅速吸收、传导皮肤表面的湿气与汗水，这样的特性赋予面料良好的热湿舒适性能，因此吸湿排汗面料也被称为“吸湿快干布料”或“可呼吸面料”。国内对吸湿排汗针织面料的研究开发较晚，初期开发的丝盖棉类似于国外以天然纤维为内衬的集层织物，随后尝试以棉纤维为外层,涤纶长丝为内层配置的棉盖涤织物，其导湿效果远远好于丝盖棉[1],目前国内外对吸湿排汗针织面料的研究思路大体一致，即针对异形截面纤维的研究开发。

1 吸湿排汗纬编针织面料设计原理

1.1 应用新型纤维设计吸湿排汗面料

吸湿排汗纤维可分为生物吸湿排汗纤维和吸湿排汗化学纤维[2]。生物吸湿排汗纤维既某些吸湿排汗性能较好的再生纤维如：竹纤维、大豆蛋白纤维、大麻纤维等，它们因自身的中腔、多孔微细结构而具有较好的吸湿导湿性能，相比合成纤维这些绿色纤维更易被人们接受，运用于针织面料也可改进其热湿舒适性能。

吸湿排汗化学纤维是指具有吸收水分并将水分向临近纤维传输能力的差别化纤维，最常见的开发方式是利用常规合成纤维通过物理、化学改性方法如改变喷丝孔形状、在纺丝液中加入功能性粉末、表面刻蚀、异形混纤、接枝共聚来改变纤维截面形状、增加表面沟槽及扩大比表面积使其具有吸湿导湿特性。如美国杜邦公司研发的“十字形”、“C-O形”中空涤纶纤维COOLMAX，如下页图1所示,该纤维的干燥率接近于棉的2倍，且由于该类面料产品具有质轻、手感柔软、易护理的特点，COOLMAX纤维也因此成为NIKE、Adidas、PUNA等各大知名运动品牌夏季服装的主要纤维原料之一。此外，典型产品还有日本东洋纺开发的Y型截面涤纶纤维；国内的有国家纺织产品开发中心与泉州海天轻纺集团联合研发的COOLDRY纤维，以及其它的多叶、U字形、花瓣形等各种异形截面化学纤维[3]，具体纤维截面形态如图2所示。通过复合纺丝及混纤丝技术引入高吸湿性高聚物也可以开发出吸湿排汗类功能性化学纤维，由不同截面形状、不同线密度、不同收缩率的单丝组成的混纤丝因具有更多的纤维间空隙和毛细管结构，不仅大幅优化了织物吸湿导湿效果，还赋予织物持久稳定的高弹性、优良的蓬松性以及柔软的手感，该类型中具有一定生产规模的产品如国内张家港美景荣开发的PTT/PET高弹双组分聚酯复合纤维“美弹丝”[4]、日本UNITIKA以高吸水性聚合物为芯层、聚酰胺纤维为皮层复合纺丝制成的皮芯型纤维“Hygra”等等。

图1 COOLMAX纤维

十字形 花瓣形

Y字形 U字形

1.2 应用新型结构设计吸湿排汗面料

根据织物的热湿舒适性机理，织物的结构及其密度、多孔性、厚度等，是汗气和汗液在织物中传递的主渠道,因此除了选用导湿快干原料，搭配合适的织物组织也是保证织物具有最佳热湿舒适性的重要因素。吸湿排汗针织面料以薄型居多，可为单层、双层或多层织物,单层结构的面料通常由吸湿导汗性能优良的合成纤维或与天然纤维混纺织成，选用的纬平针、交错集圈、添纱等组织如下图3所示，依靠原料的性质和毛细管效应导湿排汗。多层结构的吸湿排汗针织面料比单层面料有更卓越的服装生理卫生功能，同时可以更好地满足消费者对舒适性能的要求。集层织物内层通常采用与皮肤呈点、线局部接触的蜂窝网眼状组织结构，外层采用助于面料放湿、透气的网眼式凸纹等扩大表面积的结构形态，如图3d所示。织物层与层之间的连接方式多采用集圈、添纱、衬纬或同时成圈集圈连接[5]。

(a)纬平针组织

(b)交错集圈组织

(c)架空添纱组织

(d)变化珠地网眼组织

吸湿排汗纬编针织面料按检测执行的标准不同可以分为整体吸湿排汗和单向导湿针织面料两大类[6]。整体吸湿排汗针织面料一般里外层的吸湿速干差异性小，根据原料的组分不同分为纯纺和混纺两类，纯纺类是吸湿排汗化学纤维面料，依靠原料性质达到吸湿导湿快干效果，混纺类则是亲水吸湿性纤维和芯吸导湿性纤维混纺纱线的面料，面料整体吸湿排汗性能优良但由于采用的是混纺纱线，亲水吸湿纤维和芯吸导湿纤维各自的吸湿性能和芯吸导湿功能难以得到最大程度的发挥，并且面料的抗起毛起球性能因合成纤维的裸露变差。相比整体吸湿排汗针织面料，单向导湿针织面料里外层吸湿速干性能存在一定差异，导湿排汗功能更为优异因此也备受推广，通过合理配置原料、组织结构及后整理工艺，利用导湿原理灯芯点芯吸效应或差动毛细效应可以开发出不同结构的单向导湿面料，目前以结构法开发出集层单向导湿快干针织面料结构主要有以下三种，分别以A、B、C表示，如图4所示。

图4中结构A贴身面内层由涤纶、丙纶等拒水纤维或经疏水后整理纤维组成，外层为亲水性后整理或亲水性纱线编织高密组织结构。织物内层起芯吸效应将水分传递到外层亲水纤维并在外层表面扩散，在出汗量较少的情况下具有理想的导湿快干效果，但随着时间增加，织物外表面的水分蒸发速率远慢于外层亲水性纤维吸湿速率，导致亲水性纤维吸湿接近饱和，内层纤维芯吸速率变慢。

(a)结构A

(b)结构B

(c)结构C

结构B通过利用杉树吸水的差动毛细效应实现了面料单向导湿，机理如图5所示，采用毛细管直径由内到外逐渐变细的形态获得单向导湿性能并解决芯吸高度与传输速度的矛盾。利用这一原理可开发出含有100%聚酯的多层结构针织品，面料在靠近皮肤一侧采用粗旦纤维形成粗网眼，外侧配置超细纤维，从内层到外层，随着织物毛细孔由粗到细的变化使得表层毛细管引力高于内层毛细管引力构成表里层临界面上的引力差异，引力差作用下毛细管导湿能力明显增强且内外层纤维单纤维密度差越大，差动效应越显著[7]。

图5 差动毛细效应原理图

结构C是一种更为理想的集层单向导湿织物模型结构，织物内层为拒水整理后的粗旦纤维，外层为超细纤维。中间为疏水导湿纤维连接织物两面,利用连接纱的亲水基团与液体接触来加快润湿纤维表面引起毛细作用，毛细作用快速驱动液体进入多孔介质系统发生芯吸作用，从而起到灯芯点芯吸的效果，连接纤维一般为涤棉混纺纱或高吸湿的聚氨酯纤维[8]。这种结构织物内外层之间既存在差动毛细效应，传导液态水，又存在灯芯吸水作用，芯吸速度快加快了汗液从浸水面到渗透面的转移，和上述集层织物结构模型相比，具有更好的导湿快干作用。

1.3 应用新型整理设计吸湿排汗面料

吸湿快干整理也是织物实现吸湿快干功能化的主要手段之一。一般应用在涤纶或涤棉混纺织物上，采用亲水或疏水整理剂对针织物进行单面或双面整理，使织物两面吸湿性能相异从而形成织物两面的差动毛细效应，实现单向导湿，通过吸湿排汗整理后的织物兼具吸水、透湿和快干的特性[9]，典型的技术应用有美国棉花公司推出的芯吸窗及TransDRY TM导湿快干处理技术。此外，有人利用吸湿快干整理实现了全棉织物的单向导湿：防水化处理后的棉纱和普通棉纱按任意比例织造，织造成防水纱和棉纱相互间隔并具有一定循环数的特殊结构织物[10]，这种设置的特点在于当面料遇水后，出现隐形间隔图形，普通纱起到导湿作用，汗水则在防水纱表面扩散，最后利用亲水整理剂优化普通棉纱的吸水性使面料单向导湿性能最优化,该面料不仅实现了天然纤维面料的单向导湿，也解决了化纤面料的服用舒适性差、抗静电性能差、易起毛起球的问题。

2 吸湿排汗纬编针织面料生产实践

不同的原料、面料结构配置可以开发出形式和功能多样化的吸湿排汗面料，以Sorona与棉混纺纱为原料并结合网眼组织结构开发出的Sorona棉双面提花吸湿排汗针织面料，聚集了异形涤纶纤维和棉纤维的优点，不添加氨纶但却达到同等氨纶面料的弹力效果[11]。以长桑蚕丝为面纱，氨纶丝为底纱按一定工艺在单面大圆机可以开发出集功能性、超轻、超薄、手感柔和爽滑于一体的吸湿内衣针织面料[12]。除了原料和面料结构，合理的后整理加工工艺同样可以完善面料的吸湿性能及实现面料的多功能化，如上述的全棉单向导湿针织面料，这些都给予我们吸湿排汗针织面料不同的开发思路。

编织工艺

(1)设备

机型：福源M-8ME22；路数 90F；筒径33英寸；机号40针/25.4mm。

(2)原料选择

外层选用8.33tex/96F“+”形CoolMax纤维纱线；内层采用8.33tex/72F涤纶。

(3)织物上机图和线圈图如图6、图7所示：

图6 上机编织图

图7 织物线圈图

(4)染整工艺流程：坯布—碱减量处理—染色—纤抛光酶除毛处理—功能整理—烘干—定形—光坯。

碱减量处理：6%NaOH，80℃处理30min。

亲水整理：为使产品具有更好的吸湿排汗、风凉效果。利用亲水有机硅柔软剂DF368助剂整理针织产品。设备 ：功能整理机，工艺处方：亲水有机硅柔软剂DF-368 50g/L、柠檬酸0.5-1g/L、MgcL2催化剂 3g/L、一浸一轧 室温2min、轧余率 80%。

定形：设备TFJ—2000日本圆网定型机、温度160℃、时间50s、车速5m/min、落幅45.0cm。

织物线圈图如上页7所示，该织物内外层采用不同线密度的纱线利用差动毛细效应完成织物的单向导湿，内层通过涤纶纤维芯吸—扩散—传输等毛细效应将汗液导出至外层，而外层CoolMax原料具有吸湿散湿效果，配合织物外层表面凹凸的结构可迅速散发水分。最后通过亲水整理将织物的单向导湿排汗功能最优化加快吸汗—排汗—快干过程的循环并提高面料柔软性，赋予织物更良好的服用舒适性能，非常适合篮球服、足球服、排球服等运动量较大的体育项目服装。

3 吸湿排汗纬编针织面料发展趋势

3.1 多功能发展

人们对服饰追求的提高也开阔了功能性针织面料的市场，面料功能不断细化，单一的吸湿排汗功能针织面料已不能满足市场需求，只有赋予针织面料更多的功能使其满足人们对功能性面料的要求才能保证其市场竞争力，这为多功能复合针织面料的发展提供了机遇。未来发展中，针织面料的单功能性发展成复合型功能是必然趋势。

3.2 时尚化发展

时尚的款式一直是消费者倾向的选择，因此在未来的发展中，针织面料会越来越向时尚化发展，在功能性具备的前提下最大程度的将针织面料的织造、款式以及色彩的运用进行时尚化处理，美观化处理，跟上市场主流和流行趋势[13]。

3.3 多元化发展

今后复合功能型针织面料的发展将越来越强调原料多元化、纱线结构多元化、面料结构多元化。以差别化、功能化新型纤维为原料开发出的高档功能性针织面料，可以提高服装产品的性能，配合运用基本组织及花色组织使针织面料的花型、风格也越来越多元化。