功能性面料吸湿速干性能的检测方法与设计分析

2020-06-20邹菲

纺织检测与标准 2020年3期

邹菲

［伊士曼（中国）投资管理有限公司，上海201210］

0 引言

随着国民生活水平的提高，人们对于高品质生活的追求不断提升，对运动类服饰产品的需求也在日益增加，尤其对功能性面料的需求呼声不断增强。液态水管理（moisture managemen，又称吸湿速干）类面料作为一种功能性服饰面料，近年来不断获得人们的青睐。

吸湿速干，顾名思义就是面料既能很快地吸收水分，又能及时地将水分排出，从而保持人体的干爽状态[1]。单从纤维角度看，兼顾吸湿和速干特性的纤维较少，例如：棉、黏胶等纤维素纤维的吸湿性能优良，但很难快干；涤纶、丙纶等合成纤维快干性能较好，但吸湿性相对较差。如何使面料实现吸湿速干的功能，目前常用的方法主要有3种：利用改性纤维材料设计出所需的功能面料，这种方法主要通过物理方法改变纤维的形态结构，借助于毛细管效应改善面料的吸湿和导湿性能；结合织物结构和其他纤维配搭设计，实现纺织品的吸湿速干功效；采用后整理技术（如吸湿排汗整理或者吸湿速干整理等），赋予织物良好的吸湿速干性能。

1 纺织品吸湿速干性的检测方法

国内外对面料吸湿速干性能的测试和评价存在多种方法，有的先测试纺织品的某项指标（如吸水性、扩散性、芯吸性、干燥速率），再结合其中的某几项性能指标来综合评价纺织品的吸湿速干性；有些是通过动态测试方式同时监测液态水与纺织品之间的相互作用和影响来评价纺织品的吸湿速干性。常用于测试面料吸湿速干性的方法主要有GB/T 21655.1—2008《纺织品吸湿速干性的评定第1部分：单项组合试验法》（以下简称 GB/T 21655.1）、GB/T 21655.2—2019《纺织品吸湿速干性的评定第2部分：动态水分传递法》（以下简称GB/T 21655.2）、AATCC 79—2014《纺织品的吸水性》（以下简称AATCC 79）、AATCC 197—2013《纺织品的垂直芯吸性》（以下简称AATCC197）、AATCC 195—2017《纺织品液态水分管理性能》（以下简称AATCC 195）、AATCC 201—2014《面料速干性：热板法》（以下简称AATCC 201）等。

1.1 国内常用表征和评判吸湿速干性的方法

1.1.1 GB/T 21655.1（单向组合试验法）

GB/T 21655.1通过利用5个单向指标的测试结果来综合评判织物整体的吸湿速干性能，常用织物的吸水率、滴水扩散时间和芯吸高度来表征面料的吸湿性能，用织物对水分的蒸发速率和透湿量来表征面料的速干性能。吸水率，指试样吸水后在水中浸润5 min后取出至无滴水时，试样所吸收的水分对原始质量的百分率。滴水扩散时间，指将约0.2 mL的水滴在试样上，从水接触试样至其完全渗透至织物内所需要的时间。芯吸高度，指试验材料毛细效应的度量，垂直悬挂的纺织材料一端被水浸湿时，水通过毛细管作用在一定时间内（30 min）沿纺织材料上升的高度。蒸发速率，指将一定量的水滴在试样上后悬挂在标准大气中至水分全部蒸发，其时间-蒸发量曲线上线性区间内单位时间的蒸发质量。透湿量（吸湿法），指把盛有干燥剂并封以织物试样的透湿杯置于规定温度和湿度的密封环境中，根据一定时间内透湿杯质量的变化来计算织物的透湿量。

根据GB/T 21655.1的测试方法，对面料综合评价指标要求详见表1。需要注意，面料洗涤前及洗涤5次后的各项性能均需达到该标准的技术要求，才可被评判为具有吸湿速干功能的面料。

表1 GB/T 21655.1产品技术要求

1.1.2 GB/T 21655.2（动态水分传递法）

GB/T 21655.2通过动态水分传递法来评价纺织品的吸湿速干性能，即：水滴与织物测试面接触后，液态水沿织物的测试面（浸润面）扩散，并从织物的测试面（浸润面）向渗透面扩散，利用与试样紧密接触的传感器来测定液态水动态传递状况，获得一系列性能指标，并以此评价纺织品的吸湿速干和吸湿排汗性能。其中，浸湿时间指从液体接触织物表面到织物开始吸收水分所需的时间，常用含水量与时间的关系曲线上第一次出现的斜率≥tan 15°时的时间表示；吸水速率指织物单位时间含水量的增加率；最大浸湿半径指织物从开始浸湿到规定时间结束时润湿区域的最大半径；液态水扩散速度指织物表面浸湿后扩散到最大浸湿半径时沿半径方向液态水的累计传递速度；单向传递指数指液态水从织物浸水面传递到渗透面的能力，常用织物两面吸水量的差值与测试时间之比表示。

评级时应先对所有单个项目进行评级。只有产品洗涤前和水洗5次后的性能均达到表2的技术要求时，才可标示为具有吸湿速干性或吸湿排汗性。例如：当产品浸润时间、吸水速率、渗透面最大浸湿半径和渗透面液态水扩散速度均≥3级时，则可评价为吸湿速干性；当产品的渗透面浸湿时间、渗透面吸水速率和单向传递指数均≥3级时，则可评价为吸湿排汗性。由此可见，GB/T 21655.1和GB/T 21655.2对纺织品吸湿速干性能的耐用性均有一定的要求，尤其对通过后整理方式实现吸湿速干功能的纺织品的品质有一定的保证。

表2 GB/T 21655.2性能评定技术要求

由表1和表2可知：GB/T 21655.1（单向组合试验法）是通过对5个单向指标的测定来综合评判纺织品的吸湿速干性能，测试原理相对简单，设备成本投入少，在面料开发过程中预判面料性能相对容易操作，且每个单向试验之间是独立进行的，在液体与纺织品发生作用时各项指标之间并无直接的相互影响和关联；GB/T 21655.2（动态水分传递法）是在液体与纺织品接触的瞬间同时记录每个测试项目，会考虑各测试指标之间的相互作用和影响，该检测方法的测试原理相对复杂，需用专业的液态水动态性能测试仪（设备昂贵）才能进行性能测试，否则面料研发过程中的预判难度显著增大。

1.2AATCC系列标准

1.2.1 AATCC 79和AATCC 197标准

AATCC 79和AATCC 197是国外常用于评判面料吸湿性单项性能的检测标准。AATCC 79是针对织物吸水性进行测试，其测试原理为：向织物表面滴1滴水（0.05 mL），计算从水滴在织物测试面开始到织物上的水滴无光反射时所需的时间。AATCC 197是针对纺织品垂直芯吸性进行测试，即通过试验材料的毛细管效应进行度量，常用两种方法表示，其中：方法A指记录达到某一高度（150 mm）所需的时间；方法B指记录在一定时间内（30 min）水分沿纺织材料上升的高度。

AATCC 79和AATCC 197是单一评价纺织品湿态管理某一方面的性能，其测试原理与GB/T 21655.1中的滴水扩散时间和芯吸高度的测试原理类似。

1.2.2 AATCC 195标准

AATCC 195是通过液态水分管理测试仪（MMT）测量织物润湿时间、吸水速率、最大润湿半径、扩散速度和单向传输能力来计算织物综合吸湿、导湿和快干的能力，以表征织物的吸湿速干性能。单向传输指数表征了织物内、外层平均含水量的差别，是判定单向导湿织物的一个重要指标，其测试原理与国标GB/T 21655.2类似，但这两个检测方法对面料性能的评判存在差异，详见表3。

表3 AATCC 195与GB/T 21655.2对面料性能的评判

1.2.3 AATCC 201标准

AATCC 201是通过热板法对面料速干性进行测定，也是近年来常用的检测标准。该标准不同于以往通过在一定时间内称量面料吸水后质量变化的方式来评判面料的干燥速率和干燥时间，而是采用热板的测试方法，通过模拟人体在穿着过程中汗液对人体微环境的影响，以及织物的干燥情况和人体的感知之间的关联。其测试是基于含水的织物在气流环境下水分蒸发带走热量使表面温度降低的原理，利用高精度的红外温度传感器侦测织物表面的温度来精确判断纺织品是否完全干燥。最初，吸湿速干纺织品的研发初衷是为改善纺织服装在穿着过程中因为人体的排汗而让人感觉湿冷，以及服装因湿冷而粘连皮肤的不适感。基于检测温度的变化来评判织物干燥与否的测试思路非常精巧，将这一感知上的诉求通过精确的测量给出更直观的表达。

GB/T 21655.1标准中有蒸发速率的指标评判，是通过一定时间内面料质量的变化来反映织物的快干性能；GB/T 21655.2中并无直接的干燥速率和干燥时间指标，而是通过最大浸润半径和液态水扩散速度这两个指标侧面反映织物的快干能力；AATCC 201标准中并未给出面料性能的评级标准，该方法目前更多用于不同面料速干性能之间的比较，或者在一定的数据基础上自行设定判定面料速干效果的评级标准。

2 吸湿速干性的测试结果分析

2.1面料组成

试验所用几种面料主要是由导湿速干涤纶长丝、导湿速干涤纶短纤混纺材料、普通涤纶短纤混纺材料、棉纤维和莫代尔纤维与氨纶按不同比例制成的针织弹力单面汗布，他们的结构相同，面密度相近。

2.2 面料吸湿速干性的测试

采用上述介绍的国内外常用检测方法对面料的吸湿速干性进行测试，通过对不同面料的测试结果分析，进一步探讨纤维材料、面料结构、检测方法对面料吸湿速干功能的影响。

2.2.1 参照AATCC 201测试

用AATCC 201热板法测试面料速干性时，其干燥速率的数值越大，表明面料的速干性能越好，对应面料干燥所需要的时间越少。图1为参照AATCC 201热板法测试面料速干性的结果。

由图1可以看出：由涤纶长丝制成的面料速干性能表现最佳，远好于其他涤纶短纤维纯纺、混纺材料或者纤维素纤维制成的面料；在短纤维材料中，由导湿速干涤纶与竹纤维混纺所制成面料的速干性能表现最好，优于由其他短纤维材料制成的面料；普通涤纶短纤维所制面料的速干性能介于纯棉和纯莫代尔纤维制成的面料之间。由此可见，从模拟人体感知出汗后面料快干性能上来看，所选材料的回潮率对于面料的快干性的影响不成线性关系，但增大纤维比表面积却可以改善纤维材料的导湿性、扩散性，如导湿速干涤纶材料长丝和短纤维对于面料的速干性能有着正向的帮助。

2.2.2 参照AATCC 195测试

图2为参照AATCC 195液态水分管理性能测试面料速干性的测试结果。采用AATCC 195纺织品液态水分管理性能的测试结果评级时，单项性能评级越高，说明该项性能越好。

由图2可以看出：在所用4块面料的测试结果中，由棉、莫代尔或多种材料混纺制成的针织弹力汗布，除单向传递指数指标的评级外，面料的浸润时间、吸水速率、最大浸润半径和液态水扩散速度4项指标都表现良好，评级水平均在3.5～4.5级；莫代尔/涤纶混纺面料和棉/涤混纺面料的液态水分动态管理的4项性能比纯莫代尔面料和纯棉面料略好，这是由于纤维素纤维吸湿后膨胀，对于水分的传递和扩散有一定的影响，混纺一定比例的涤纶或功能性涤纶对于水分传递有一定的正向作用。然而，这4块面料的单向传递指数评级却较差，约为1～1.5级，这4款面料都是由同一种材料制成的单面单一结构或单一材料。由此可见，面料结构的设计方式对面料的单向传递指数有一定的影响。

2.2.3 参照GB/T 21655.2测试

图3为采用GB/T 21655.2动态水分传递法评价纺织品吸湿速干性能的测试结果，其中，图3（a）为对面料吸湿速干性能的评价结果，图3（b）为对面料吸湿排汗性能的评价结果。每项性能的评级越高，说明该项性能越好，且综合评判时每项指标的评级结果均达到3级才可以称为吸湿速干或吸湿排汗面料。

由图3可以看出，采用功能性涤纶长丝制成的面料的原样和经5次水洗后的样品均可达到吸湿速干标准的要求，但面料单向传递指数只有2级，未达到吸湿排汗面料的要求；另外2块短纤维面料的原样测试结果达到吸湿速干的标准，但经5次水洗后却未能达到国标吸湿速干的要求，且这2块面料的单向传递指数评级为1～2级，未达到国标中吸湿排汗面料的要求。

从国标GB/T 21655.2动态水分传递法和美标AATCC 195液态水分管理性能的测试结果看，7块不同材质的面料均为采用单一原料的单面针织结构，面料的单向传递指数表现较差，在面料的开发过程中需要考虑挑选适合的面料结构以及纤维材料配搭才能达到良好的单向传递效果。

2.2.4 参照GB/T 21655.1测试

图4为采用GB/T 21655.1单向组合试验法测试面料的吸湿速干性能测试结果。为便于将各个单向指标的性能反映在一张图表中便于分析和对比不同面料性能之间的差异，试验时将图中显示的数据做了指数化的调整，图中显示的数据均为测试的实际数值与该项性能技术要求的比值。若比值达到100%，说明该项性能达到国标GB/T 21655.1的性能要求；若比值低于100%，说明该项性能未达到国标GB/T 21655.1的性能要求。

由图4可以看出：竹纤维/导湿速干涤纶所制面料的各项性能均可达到GB/T 21655.1标准的要求，而由导湿速干涤纶长丝制成的面料吸水率却未达到GB/T 21655.1标准的要求。然而，当这2块面料参照GB/T 21655.2标准所测面料速干性的结果却与之完全相反（详见图3）。由此可见，GB/T 21655.1和GB/T 21655.2测试方法的差异对针织面料的开发具有较大的影响。

从吸湿速干涤纶长丝所制面料（改性涤纶通过改善毛细管效应的方式达到吸湿速干效果）测试结果可以看出，在吸湿量完全达到饱和状态时，该面料的吸湿率仍不能达到国标GB/T 21655.1中的技术要求。因此在面料设计时，可以考虑配搭吸湿性（回潮率）较好的纤维素纤维，帮助提高面料的吸水率，或通过调整吸湿速干涤纶长丝面料的面密度和结构来改善面料的吸湿率，但需注意兼顾面料的蒸发速率、透湿量等性能要求。而GB/T 21655.2的测试方法对于纺织品与液态水在短时间内的浸润和扩散要求较高，在面料设计过程中要考虑纤维的导湿性、织物表面的平滑程度、面料的结构设计及后整理的影响。