防紫外线涤纶/天丝混纺织物性能研究

楚久英12

1. 江西服装学院服装工程学院，江西 南昌 330201；2. 江西省现代服装工程技术研究中心，江西 南昌 330201

近年来，由于人类的生产和生活大量地排放氯氟烃化合物，大气的臭氧层遭到破坏，导致到达地面的紫外线数量不断增多。紫外线对人体的伤害很大，可以穿透某些衣物、人体皮肤表层，透射到真皮层并促进分解真皮层中的胶原蛋白、弹力蛋白等具有支撑和弹性作用的蛋白质，损伤皮肤，使皮肤松弛，加速老化，甚至引起皮肤晒伤、皮肤癌等情况，因过度的紫外线照射引起的疾病越来越多[1]。夏季的太阳光强烈，到达地面的紫外线强度可达到最大，而夏季衣物面料轻薄，其防紫外线效果较差，故人们长时间在室外活动时，应适当采取紫外线防护措施。因此，开发具有紫外线防护功能的织物已成为当前的研究热点。

一方面，涤纶分子结构中含有苯环，它本身的防紫外线性能是常用纺织纤维中最好的；如在其纺丝过程中加入纳米ZnO等紫外线屏蔽剂[2]125，可得到紫外线防护性能更好的涤纶，即防紫外线涤纶。另一方面，由于涤纶的吸湿性差，其织物的透气性和吸湿性也很差，如作为夏季衣料，则穿着时有闷热感，舒适性差。通常采用涤纶与其他吸湿性较好的纤维混纺的方式，以提高织物的舒适性。有研究表明，天丝织物的透湿性、透气性、悬垂性和柔软性均优于棉麻织物[3]，而且其纤维生产过程生态环保。因此，为了使织物同时具有良好的防紫外线性能和舒适性，本文将抗紫外线涤纶与天丝的混纺纱为原料，采用不用的天丝含量、不同的经密和不同的织物组织制备防紫外线涤纶/天丝混纺织物，再对所得织物的抗紫外线、透气和吸湿等性能进行测试。

1 试验准备

1.1 试验材料

(1)选用天丝质量分数不同的防紫外线涤纶/天丝混纺纱线作为原材料，其规格见表1。

表1 原材料规格

(2)其他试验材料：CaCl2(即干燥剂，西陇化工股份有限公司)、蒸馏水(市售)等。

1.2 试验器材与设备

Y300S型全自动剑杆织样机(南通三思机电科技有限公司)，YG(B)912E型纺织品防紫外线性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)，YG(B)461E型全自动织物透气性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)，YG601E型电脑式织物透湿仪(常州市第一纺织设备有限公司)，Y802A型八篮恒温烘箱(常州纺织仪器厂有限公司)，电子天平(上海精密仪器仪表有限公司)。

2 试验过程与方法

2.1 织物织造

采用表1 中的防紫外线涤纶/天丝混纺纱线，同时改变经密和织物组织，在Y300S型全自动剑杆织样机上进行织造，制备成12种防紫外线涤纶/天丝混纺织物(简称“试样”)，其具体配置信息见表2。要说明的是，在试验设计中，纬密维持不变，而表2中给出的12种试样的纬密并不一致，但差异很小，这可能是由经密和织物组织变化所导致的。

表2 试样的具体配置信息

2.2 表征方法

2.2.1 防紫外线性能测试

依据GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》标准[4]，利用YG(B)912E型纺织品防紫外线性能测试仪对试样的防紫外线性能进行测试。测试原理：采用辐射波长属中波段的紫外光源及相应的紫外线接收传感器，将试样置于两者之间，分别测试有试样及无试样时的紫外线辐射强度，计算试样的紫外线透射比。

2.2.2 透气性测试

依据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》标准[5]，利用YG(B)461E型全自动织物透气性能测试仪对试样的透气性进行测试。测试原理：在规定的压力差条件下，测定一定时间内垂直通过试样给定面积的气流量，计算试样的透气率。

2.2.3 透湿性测试

依据GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》标准[6]，测定试样的透湿率。材料的透湿率越大，说明其透湿性能越好。测试原理：把盛有干燥剂并以试样封口的透湿杯放置于规定温度和相对湿度的密封环境中，根据一定时间内透湿杯质量的变化，计算试样的透湿率。

3 结果与分析

3.1 防紫外线性能

图1所示为12种试样的防紫外线性能测试结果。

图1 12种试样的防紫外线性能测试结果

3.1.1 天丝含量的影响

由图1中1#～6#试样的防紫外线性能测试结果可知：

(1)纯天丝织物(即6#试样)的紫外线透射比为8.91%，而纯防紫外线涤纶织物(即1#试样)的紫外线透射比仅为1.12%，表明在其他参数基本相同的情况下(各试样的纬密相差很小，可视为不变)，纯天丝织物的防紫外线效果很差，而纯防紫外线涤纶织物具有优秀的防紫外线性能。

(2)随着天丝含量的增加，防紫外线涤纶/天丝混纺织物的紫外线透射比逐渐增大，即防紫外线性能逐渐下降，天丝含量不超过20%时混纺织物(如2#和3#试样)的防紫外线性能相对较好，而天丝含量达到30%时混纺织物(如4#和5#试样)的防紫外线效果明显变差。涤纶分子结构中本身含有大量的苯环，其对波长小于300 nm的紫外线有很好的吸收性，而且防紫外线涤纶在其纺丝过程中添加有紫外线屏蔽剂(如纳米ZnO)，因此其紫外线防护性能优异；而天丝的主要成分是纤维素，其对紫外线的吸收能力很低，故防紫外线性能很差。

3.1.2 经密的影响

由图1中7#、8#、9#、10#试样的防紫外线性能测试结果可知：

4种试样的紫外线透射比大小顺序为10#试样>7#试样>9#试样>8#试样，说明随着经密的增加，防紫外线涤纶/天丝混纺织物的防紫外线性能提高。这是因为，在其他参数基本相同的条件下，织物经密越大，覆盖系数也越大，其空隙越小，紫外线的透过率也越小[2]126。

3.1.3 织物组织的影响

由图1中4#、7#、11#、12#试样的防紫外线性能测试结果可知：

4种试样的紫外线透射比大小顺序为11#试样(即8/3经面缎纹织物)>12#试样(即2/2方平织物)>7#试样(即3/1右斜纹织物)>4#试样(即平纹织物)，表明在其他参数基本相同的情况下，防紫外线性能最好的是平纹织物，其次是3/1右斜纹织物和2/2方平织物，最差的是8/3经面缎纹织物。当经纬纱线密度和经纬密度基本相同时，织物组织不同，所得织物的紧密程度不同，其会对织物的防紫外线能力产生较大的影响。一般织物组织的平均浮长越大，织物越疏松[7]。对于8/3经面缎纹、2/2方平、3/1右斜纹和平纹，其组织循环的平均浮长分别为4、2、2、1，故8/3经面缎纹织物最疏松，而平纹织物最紧密。另外，2/2方平与平均浮长相同的3/1右斜纹相比，前者的经纬纱交织规律特殊, 相邻两根经纱(纬纱)同时沉浮、平行排列，在交错点处被相互挤紧，经纬纱的受力差异较大，使织物中形成较大的直通孔隙，因此2/2方平织物的紫外线透射比大于3/1右斜纹织物。

3.2 透气性

图2所示为12种试样的透气性能测试结果。

图2 12种试样的透气性能测试结果

3.2.1 天丝含量的影响

由图2中1#～6#试样的透气性能测试结果可知：

1#～6#的透气率变化不大，说明天丝织物和防紫外线涤纶织物的透气性相当。在其他参数基本相同的条件下，纤维对织物透气性的影响主要取决于纤维外观结构[8]。天丝和防紫外线涤纶都呈平直光滑的圆柱状，因此两种纤维纯纺和以不同混纺比混纺，所得织物的透气性无明显差异。

3.2.2 经密的影响

由图2中7#～10#试样的透气性能测试结果可知：

织物的透气性随着经密的增加而降低。在其他参数基本相同的条件下，织物的透气性主要取决于织物中的空隙大小及多少[9]13。经密越大，织物紧度也越大，空隙就越少，因此透气性越差。

3.2.2 织物组织的影响

由图2中4#、7#、11#、12#试样的透气性能测试结果可知：

4种试样的透气率大小顺序为11#试样>12#试样>7#试样>4#试样，表明当经密和纬密基本相同时，织物组织对织物的透气性影响较大，透气性最好的是8/3经面缎纹织物，最差的是平纹织物。在其他参数基本相同的条件下，平纹组织的交织点最多，浮长最短，结构致密，纱线之间的空隙最小，因此平纹织物的透气性最差；缎纹组织的浮长最长，结构较为疏松，其织物的透气性良好。

3.3 透湿性

图3所示为12种试样的透湿性能测试结果。

图3 12种试样的透湿性能测试结果

3.3.1 天丝含量的影响

由图2中1#～6#试样的透湿性能测试结果可知：

(1)纯天丝织物(即6#试样)的透湿率为260 g/(m2·d)， 而防紫外线涤纶织物(即1#试样)的透湿率仅为23 g/(m2·d)，说明在其他参数基本相同的条件下，纯天丝织物的透湿性比防紫外线涤纶织物的透湿性好很多。

(2)随着天丝含量的增加，防紫外线涤纶/天丝混纺织物的透湿率逐渐增大，天丝质量分数增加至20%时，试样的透湿率由23 g/[m2·(24 h)]增至71 g/[m2·(24 h)]，试样具有良好的透湿性。织物的透湿性与所有纤维自身的吸湿能力有很大关系[9]13。天丝为再生纤维素纤维，其吸湿能力强，在湿气传递过程中可以发挥“吸附-扩散-解吸”作用，而涤纶的吸湿性很差，因此天丝含量越多，混纺织物的透湿性越好。

3.3.2 经密的影响

由图3中7#～10#试样的透湿性能测试结果可知：

试样的透湿率随着经密的增大而减小，说明在其他参数基本相同的条件下，经密对织物的透湿性影响很大。湿气主要通过织物中的空隙向外转移到织物的外层及外界空气中，经密越小，织物中的空隙越大，可蒸发、散逸的湿气量也越大，因此织物的透湿性提高[9]13。

3.3.3 织物组织的影响

由图3中4#、7#、11#、12#试样的透湿性能测试结果可知：

4种试样的透湿率大小顺序为11#试样>12#试样>7#试样>4#试样，表明当经密和纬密基本相同时，8/3经面缎纹织物的透湿性最好，平纹织物的透湿性最差。这是因为织物的透湿性与透气性一样，也与织物中的空隙有很大关系。

综合比较12种试样的防紫外线性能、透气性和吸湿性，综合性能最好的是7#试样，它的紫外线透射比为4.44%，透气率为585 mm/s，透湿率为96 g/(m2·d)。

4 结论

(1)在其他结构参数基本相同的调机条件下，随着天丝含量的增加，防紫外线涤纶/天丝混纺织物的防紫外线效果变差，透气性基本不变，透湿性明显提高；天丝质量分数为30%时，防紫外线涤纶/天丝混纺织物兼有较好的防紫外线性和透湿性。

(2)随着经密的增加，防紫外线涤纶/天丝混纺织物的防紫外线效果增强，其透气性和透湿性则逐渐下降。

(3)织物组织会影响防紫外线涤纶/天丝混纺织物的防紫外线性能、透气性和透湿性，在其他结构参数基本相同的条件下，透气性、透湿性的大小顺序为8/3经面缎纹织物>2/2方平织物>3/1右斜纹织物>平纹织物，而防紫外线性能的大小顺序相反。

(4)综合比较12种防紫外线涤纶/天丝混纺织物的防紫外线性、透气性和吸湿性，当天丝质量分数为30%，经密为423根/(10 cm)，织物组织为3/1右斜纹时，所制备的防紫外线涤纶/天丝混纺织物的综合性能最好。