棉平纹织物芯吸性能测试影响因素的探究

冯 浩 刘常威 谭冬宜 柳赟雯

湖南工程学院(中国)

随着科技的进步和人们生活水平的不断提高，消费者对服装功能性和舒适性的要求越来越高。近年来，高温天气的频繁出现及持续时间的延长，导致吸湿快干服装的市场需求量迅速增长[1]。吸湿快干纺织品的设计初衷是帮助穿着者在出汗时保持皮肤干爽舒适。中国对织物热湿舒适性的评价主要参照GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿快干性能的评定 第一部分：单向组合试验法》[2]，其评价指标包括织物吸水率、滴水扩散速度、芯吸高度、蒸发速率和透湿量5部分[3]。芯吸高度作为织物热湿舒适性能评价的重要指标之一，其测试目的在于了解织物吸收和传递液态水的能力。芯吸高度的测试方法主要参考FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》所推荐的垂直芯吸法。FZ/T 01071—2008对试样的尺寸、张力和环境温度均有明确规定。但纺织品种类繁多，且使用中可能受到高温及张力作用的影响，按照该标准所测得的试验结果难以真实反映织物在实际使用中的导水能力[4]。因此，本文从试样宽度、环境温度和试样张力3个方面对棉平布的芯吸性能测试的影响因素进行探究，补充织物所处环境及受力状态对其导水性能的影响，为吸湿快干纺织新产品的开发和创新提供参考。

1 测量装置

垂直芯吸法是织物导水性能测试中最常用且重要的方法[5]。关于织物芯吸性能测试的国外标准有AATCC 197—2013[6]和JIS L 1907—2010[7]。中国的标准为FZ/T 01071—2008，其推荐的毛细效应测定仪如图1所示。但该装置存在芯吸高度读数困难的问题，为方便读数，本试验在原测定仪上加装了数据采集装置，如图2所示。

图1 毛细效应测定仪

图2 带数据采集装置的毛细效应测定仪

FZ/T 01071—2008规定了织物芯吸性能测试所需试样的宽度为3 cm，长度不小于25 cm，试验温度为(20±2) ℃，相对湿度为65%±3%，水槽中三级水温度为36 ℃，张力夹质量约为3 g，织物需伸直但不伸长[8]，在这样的条件下测试30 min时液体芯吸高度的最大或最小值。FZ/T 01071—2008对试验条件控制方面的说明较少，仅规定试验温度为(20±2) ℃，试样宽度为3 cm时加装3 g的张力夹。在实际使用过程中，吸湿快干织物所处环境温度与试验温度可能存在较大差异，且在穿着环境中还会有张力作用。因此，本文在原毛细效应试验装置的基础上加装条件控制模块，如图3和图4所示，旨在探究温度和张力对棉平纹织物芯吸性能的影响。

图3 可控温的毛细效应测定仪

图4 可控张力的毛细效应测定仪

2 试验

试验所采用的试样为棉平纹织物，其规格参数如表1所示。

表1 棉平纹织物的规格参数

2.1 以试样宽度为变量的芯吸性能测试

沿棉平纹织物经向在距离织物边缘10 cm处按梯形法裁剪试样，试样长度均为30 cm，宽度以1 cm为梯度，从1～10 cm分为10组。以标准中规定的3 cm宽度织物选择3 g张力夹为基准，每增加或减少1 cm的宽度，张力夹的质量也相应增加或减少1 g，确保待测织物张力一致。试验时保持室温为20 ℃，相对湿度为65%，在试样下端浸入液面以下(5±2) mm处时开始计时，拍摄0.5、1.0、1.5、2.0、5.0、10.0、20.0和30.0 min时刻液体芯吸水线，记录每个时刻的芯吸高度值，绘制时间-芯吸高度关系曲线。

2.2 以温度为变量的芯吸性能测试

使用如图3所示的可控温的毛细效应测定仪进行试验。准备大小为30 cm×5 cm的试样，然后以10 ℃为一个温度梯度，将三级水和环境整体控温后，在25、35、45、55和65 ℃时分别测试棉平纹织物的芯吸高度，绘制时间-芯吸高度曲线。

2.3 以张力为变量的芯吸性能测试

为模拟吸湿快干服装在实际穿着过程中可能承受的张力，本文使用图4所示的可控张力的毛细效应测定仪，将芯吸性能试验中所用的棉平纹织物试样的张力分别设定为2.5、5.0、10.0、20.0和40.0 N后进行试验并绘制时间-芯吸高度曲线。

3 结果与讨论

对以试样宽度为变量的织物芯吸性能进行测试，时间-芯吸高度测试和分析结果如图5所示。

图5 不同宽度的棉平纹织物试样的芯吸时间-芯吸高度曲线

由图5可知，当棉平纹织物试样的宽度在1～10 cm间变化时，所得时间-芯吸高度曲线均呈二阶指数衰减趋势。初始芯吸速率指从试样浸入三级水中开始的2 min内试样的芯吸速率，反映织物刚与液态水接触时的铺展传递能力。最大芯吸高度指芯吸30 min时试样的芯吸高度，反映织物试样在一定时间内的导湿能力。结合图5可得试样宽度与最大芯吸高度及初始芯吸速率间的关系，如图6所示。

图6 试样宽度与最大芯吸高度及初始芯吸速率的关系

图6表明，棉平纹织物试样的初始芯吸速率和最大芯吸高度测试结果都与试样的宽度呈显著的负相关关系。此外，测试过程中发现，当试样宽度为1 cm时，操作较为困难且试样易出现转动现象，数据收集有一定的不便性；当试样宽度为2 cm和3 cm时，同组3块试样所测数据差异较大；与5 cm宽试样相比，宽度为4 cm和6 cm的试样的芯吸水线易出现较大的起伏和倾斜，而5 cm宽试样的芯吸水线在30 min内一直较为均匀平齐；宽度为7～10 cm的试样在测试时，常因受力不匀影响芯吸水线，且太宽的试样既浪费试验材料又不利于试验的顺利进行，即5 cm是芯吸性能测试中棉平纹织物试样的适宜宽度。

以温度为变量的芯吸性能测试结果如图7所示，温度与最大芯吸高度及初始芯吸速率的关系如图8所示。

图7 不同温度下试样的芯吸高度-芯吸时间曲线

图8 温度与最大芯吸高度及初始芯吸速率的关系

由图7和图8可知，在25～65 ℃的测试温度范围内，环境温度的变化对棉平纹织物试样的芯吸性能测试结果有较大影响。织物初始芯吸速率与温度正相关，最大芯吸高度与温度负相关。其原因可能是由于温度的升高，水分子获得更多的内能，热运动加快，提高了初始阶段的芯吸速率。但因热传递的存在，织物上液态水温度升高导致蒸发速度变化，从而降低了30 min时平衡态的芯吸水线高度。

以试样所受张力为变量的芯吸性能测试结果如图9所示，张力与最大芯吸高度及初始芯吸速率的关系如图10所示。

图9 不同张力下试样的芯吸高度-芯吸时间

图10 张力与最大芯吸高度及初始芯吸速率的关系

在2.5 ～40.0 N的张力范围内，棉平纹织物试样的初始芯吸速率和最大芯吸高度都随张力的增加呈先增大后减小的趋势。当张力为10.0 N时，所测试样的初始芯吸速率和30 min时芯吸高度均达最大值。织物的芯吸过程是液体对纺织材料的动态浸润过程，对织物施加张力破坏了纱线原有的屈曲状态，纤维及纱线间的孔隙被改变，从而影响了织物的芯吸性能。

4 结论

本文从试样宽度、环境温度和试样张力3个方面对影响棉平纹织物芯吸性能的因素进行探究，补充了织物所处环境及受力状态对其导水性能的影响。由试验结果可得如下结论。

——试样宽度对其芯吸性能有一定的影响。在1～10 cm的试样宽度范围内，织物的初始芯吸速率和30 min时的最大芯吸高度与试样宽度呈负相关，且5 cm是棉平纹织物芯吸性能测试的适宜试样宽度，此时芯吸水线更接近水平线，测试可重复性较高。

——环境温度对棉平纹织物的初始芯吸速率和最大芯吸高度都有较大的影响。在25～65 ℃范围内，棉平纹织物试样的初始芯吸速率随温度升高而增大；棉平纹织物试样的最大芯吸高度随温度的升高而减小。

——试样所受张力对棉平纹织物试样的初始芯吸速率和最大芯吸高度呈类似的影响规律。在2.5～40.0 N的张力范围内，棉平纹织物试样的初始芯吸速率和最大芯吸高度随张力增加呈先增大后减小的变化趋势，当张力为10.0 N时，芯吸速率和芯吸高度均达到峰值。

基金项目：湖南工程学院校级一般项目(XJ1917)