羊毛与37.5涤纶混纺针织物的热湿舒适性研究

王 欣 俞金林 付少举 张佩华 程隆棣

1. 东华大学 纺织学院(中国) 2. 江苏丹毛纺织股份有限公司(中国)

对于夏季服装而言，凉爽舒适是人们追求的重要特性。 “凉”主要与织物的吸热导热性有关，“爽”主要与织物的吸湿导湿性和透气性有关[1]。将羊毛与凉爽涤纶以适当的比例混纺，所得织物不仅具有羊毛良好的弹性和吸湿性，而且具有强度高、凉爽舒适的特性。研究表明，热湿舒适性以61.5%的贡献率成为影响织物及服装整体舒适感觉的重要因素[2]。因此，研究精纺羊毛混纺织物的热湿舒适性对于提高织物的整体舒适性具有重要意义。

37.5TM技术是由美国Cocona公司研发的一项利用体热蒸发湿气的专利技术，主要应用于功能性面料的开发[3]。37.5TM技术能够降低人体微环境中的湿度，提高服装的舒适性，使人体处于一种舒适的状态。采用37.5TM技术制作的调湿控温涤纶(后文简称37.5涤纶)中，包含对椰壳粉末进行碳化处理后获得的活性炭颗粒。该活性炭颗粒具有超高的比表面积和很强的吸附性，在高温环境下，能够及时吸收周围环境中的热量和水汽。由37.5涤纶制成的织物与人体接触时，可以吸收人体排出的水分，降低人体温度，使人体感觉凉爽、舒适。研究表明，37.5涤纶与羊毛混纺而成的织物中，37.5涤纶含量越大，瞬间接触凉感(Q-max)值越大，织物冷感越强[4]。目前，关于37.5涤纶吸湿、凉爽性的应用研究还较少，将其与羊毛纤维混纺织制织物并分析织物吸湿凉感性能的研究也相对较少。基于此，本文主要测试8种不同的羊毛/涤纶混纺针织物的密度、面密度、未充满系数和厚度等基本参数，以及回潮率、透气率、芯吸高度、瞬间接触凉感及恒定加热条件下的干、湿态升温性能等热湿舒适性能，并分析和评价针织物基本参数对其热湿舒适性能的影响。

1 试验

1.1 试样

试验采用的试样由江苏丹毛纺织股份有限公司提供，所有针织物试样的基本规格参数如表1所示。

表1 试样基本规格参数

1.2 测试指标与方法

所有试验均在标准温湿度条件下进行，温度为(20±1) ℃，湿度为65%±1%。

回潮率：采用烘箱法测定织物的回潮率，参考GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定 烘箱干燥法》，测试结果用百分率表示。

透气率：采用TEXTEST FX3300型织物透气仪测试织物的透气率，试验压强设定为100 Pa，测试同一织物试样10个不同有效位置处的透气率，测试结果取平均值。

芯吸高度：根据FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》测试织物的芯吸高度。

瞬间接触凉感(Q-max)：采用KES-F7 THERMO LABO Ⅱ型接触冷暖感测试仪，测试同一织物试样3个不同有效位置处的瞬间接触凉感值，结果取平均值，测试温差为20 ℃。

织物干、湿态升温性能：利用织物的干、湿态升温测试曲线表征织物在干燥和出汗状态下散热和降温的凉爽作用。测试前，对于干态织物，需将其置于标准温湿度环境内进行24 h的调湿，使其充分达到热、湿平衡；对于湿态织物，先使用烘箱对所测织物进行烘干并称其质量，然后将烘干后的织物放在去离子水中浸泡，直至饱和，取出后，将织物置于恒温恒湿环境下，使水分自由蒸发，直至织物中所含水分的质量为15 g。测试仪器为YG606型织物热阻湿阻仪，试样大小为35 cm×35 cm。将织物反面朝下、正面朝上平整地放置在测试板上。利用可控硅调节加热功率至45%，在该功率下，对织物进行加热，使测试板的温度由25 ℃升至40 ℃[5]。为确保试验过程的稳定性，先在相同的设定标准下，将测试空板的温度升至所需温度，再降低至初始设定温度。

2 结果与讨论

2.1 回潮率

8种针织物试样的回潮率测试结果如图1所示。

图1 试样回潮率测试结果

由图1可知，8种混纺针织物试样的回潮率均低于10%。其中，试样Z8的回潮率最大，为9.24%，对应织物的纤维组分为羊毛与37.5涤纶(70/30)，组织结构为纬平针；试样Z3的回潮率最小，为4.86%，对应织物的纤维组分为羊毛/普通涤纶/37.5涤纶(35/35/30)。对比试样Z1、Z2、Z7和Z8可知，羊毛含量一定时，采用37.5涤纶时，混纺织物的回潮率略高于采用普通涤纶的混纺织物。这是因为37.5涤纶与普通涤纶相比，具有较强的吸湿性。羊毛与涤纶混纺时，织物中所含的羊毛质量分数越大，织物的回潮率越高，这是因为羊毛本身具有较高的回潮率，无论是普通涤纶还是37.5涤纶，其回潮率都远低于羊毛。

2.2 透气率

8种针织物试样的透气率测试结果如图2所示。织物的透气性主要与织物的孔隙率有关，与织物的组成成分关系不大。试验结果显示：透气率随针织物未充满系数的增大而增大。因为针织物的未充满系数越大，织物越稀松，其孔隙率越大，当织物中含有较多的孔隙或空气通道时，织物的透气性将明显上升。试样Z4为1+1双罗纹织物，其组织紧密，未充满系数小，孔隙率较小，因此透气性最差，为523.9 mm/s；单面提花斜纹织物和纬平针织物的透气性优于1+1双罗纹织物。试样Z6为1+1罗纹织物，其结构较稀松，织物试样的透气率也最大，为2 780.6 mm/s。对比试样Z5、Z7和Z8的透气率可知，当织物的纤维组成成分和组织结构等规格参数基本一致时，针织物的面密度越大，其透气性越差。这是因为织物的面密度越大，其厚度越大，气流通过织物孔隙的路径越长，越不利于气流通过，从而会降低织物的透气性。

图2 试样透气率测试结果

2.3 芯吸高度

8种针织物试样的的芯吸高度测试结果如图3所示。织物的芯吸效应实际上是一种表征液体在织物中动态传递的过程[6]。由图3可以看出，织物的纵向芯吸高度大于横向芯吸高度。这是因为液态水沿着织物纵向传递时遇到的阻力小于沿织物横向传递受到的阻力，纱线在织物横向的弯曲降低了纱线对液态水分的贯通性。

对比试样Z1、Z2、Z7和Z8可以发现，37.5涤纶的吸湿能力明显优于普通涤纶。携有活性炭颗粒的37.5涤纶纤维能够吸收一定量的水汽，提高了织物的导湿性能。在织物的纤维组分、组织结构等基本一致的情况下，织物的面密度影响其毛细芯吸效应，且织物的面密度较小时，织物的芯吸效应较差。织物的面密度小，易导致纱线间的等效半径增大，织物的芯吸速度降低，芯吸能力下降[7]。将试样Z3的芯吸高度与试样Z4和Z7进行对比可知，织物中羊毛纤维所占的质量分数越大，织物的芯吸高度越高。这是因为羊毛纤维本身的吸湿性优良，而37.5涤纶吸收的水分主要是以气态水的形式存在。

图3 试样芯吸高度测试结果

2.4 瞬间接触凉感

织物的冷暖感是织物与皮肤瞬间接触时皮肤向织物转移的热量不同造成的[8]。织物的Q-max 值越大，其瞬间接触凉感性能越好，人体与织物接触时，越凉爽；反之，织物的瞬间接触凉感性能越差。8种针织物试样的瞬间接触凉感(Q-max)测试结果如表2所示。由表2可知，当测试温差为20 ℃时，8种织物试样的Q-max值均大于0.2 W/cm2，表明8种织物的凉感性能均较好。其中，试样Z5、Z7和Z8的Q-max值较大，这3种织物试样都含有37.5涤纶，且织物组织结构为纬平针。将试样Z7、Z8与试样Z1、Z2对比可以发现，当织物中所含的羊毛质量分数及组织结构一定时，羊毛/普通涤纶混纺织物的Q-max值小于羊毛/37.5涤纶混纺织物的Q-max值，表明37.5涤纶的凉感性能优于普通涤纶，且Q-max值提高了约10.7%。通过对比具有不同组织结构的织物试样Z3、Z4、Z5和Z6可以发现，织物的组织结构影响其Q-max值，纬平针织物(试样Z5)的Q-max值较大，凉感性能好，1+1罗纹织物(试样Z6)的Q-max值较小，凉感性能差。试样Z6含有较大质量分数的37.5涤纶，但其凉感性能劣于其他7种针织物试样，这主要是因为该织物的未充满系数较大，织物间含有较多的空气，导致其传热性能较差。不同的织物组织结构会导致不同含量的空气存储于织物中，而空气的导热系数远小于纤维的导热系数。

表2 试样的瞬间接触凉感测试结果

2.5 干、湿态升温性能

在相同的受热情况下，织物的升温速率越小，表明其传热、传湿性能越好，凉感越好。

由织物试样的干态升温曲线(图4)可知，试样Z5、Z8、Z7、Z4、Z3、Z2、Z1和Z6的凉爽、传热性能依次降低，这与织物的瞬间接触凉感Q-max值大小相对应。凉感性能最差的是试样Z6，其组织结构为1+1罗纹，纤维组分为羊毛/37.5涤纶(65/35)。对比羊毛/普通涤纶混纺织物与羊毛/37.5涤纶混纺织物可知，37.5涤纶的吸湿、排汗和散热性能明显优于普通涤纶。在织物的组织结构、面密度等规格参数一定时，37.5涤纶在织物中所占的质量分数越大，织物的凉感性能越好。对于不同组织结构的织物，1+1罗纹织物的传热性能较差，散热不佳。

图4 试样的干态升温曲线

由织物试样的湿态升温曲线(图5)可知，试样Z4、Z5、Z2、Z1、Z8、Z3、Z7和Z6的湿态散热性能依次降低。对比图4可以看出，织物的湿态凉感性能不同于其干燥状态下的凉感性能，且差异较大。因此可知，水分的存在对于织物的吸热、排湿和散热性能有较大的影响。结合其他不同厚度织物的干态和湿态升温速率可知，在纤维组分和织物组织结构等规格参数一致的情况下，织物的厚度是影响织物干态和湿态凉感性能的重要因素，织物的厚度越大，其升温速率越大，凉感越差。

图5 试样的湿态升温曲线

织物的干态-空板升温曲线(图6)和湿态-空板升温曲线(图7)均是以测试仪器的空板升温曲线为基准，其分别反映对应时间内，织物的干态升温值、湿态升温值与不加织物的空板升温值的差值变化。由图6和图7可知，织物的干态凉爽、散热性能不及织物的湿态凉感性能。由此也可以推断，汗水的存在有助于提高服装的吸湿散热功能。试样Z4的组织结构为双罗纹，其厚度和质量虽较大，但湿态散热和导湿能力均高于其他织物。这是因为织物的组织结构越均匀，散热、传湿和透气通道越均匀、整齐，液体受到的表面张力越小，传热越迅速，传热系统越优良，织物的凉感性能越好。

图6 试样干态-空板升温曲线

图7 试样湿态-空板升温曲线

3 结论

本文测试了8种不同的羊毛与普通涤纶、37.5涤纶混纺针织物的基本参数与热湿舒适性，探讨涤纶混纺针织物基本参数对其热湿舒适性的影响。研究主要结论如下所述。

——羊毛/涤纶混纺针织物中，羊毛含量一定时，羊毛/37.5涤纶混纺织物的回潮率稍高于羊毛/普通涤纶混纺织物的回潮率。随着羊毛纤维含量的增加，混纺织物的回潮率随之上升。

——透气率随针织物未充满系数的增大而增大，当织物的纤维组成成分、组织结构等规格参数基本一致时，针织物的面密度越大，其透气性相对越差。

——羊毛/涤纶混纺针织物中羊毛的质量分数越大，织物的芯吸能力越好；加入37.5涤纶可提高织物的导湿性能。

——含37.5涤纶的纬平针织物，其瞬间接触凉感性能较好，37.5涤纶的凉感性能优于普通涤纶，相应Q-max值提高约10.7%。不同的织物组织结构会导致不同含量的空气存储于织物中，Q-max值与织物中所含的空气量呈负相关。

——水分的存在有助于提高织物的吸湿散热性能。