抗紫外吸湿排汗复合功能织物的性能研究

潘薇 王韵杰 祝成炎 田伟 赵革 姚伟锋 张红霞

摘要： 为探究纬纱中不同功能性纤维含量、纬密和织物组织对抗紫外吸湿排汗复合功能织物的性能影响，选择吸湿排汗涤纶长丝、抗紫外涤纶短纤纱和吸湿排汗涤纶短纤纱作为原料，以投纬比例、纬密、织物组织作为变化因子，设计并织造了3个系列共24种不同规格的机织物试样。文章对这24种试样的抗紫外性和吸湿排汗性进行测试，结果表明：抗紫外性总体随着纬纱中抗紫外涤纶纤维含量、纬密的增大而增强，织物组织结构越紧密，其抗紫外性能越好;吸湿排汗性总体随着纬纱中吸湿排汗涤纶纤维含量的增大而增强，但纬密增大会一定程度降低织物的吸湿排汗性，织物组织结构越稀疏，其吸湿排汗性则越好。基于模糊数学综合评判法的数学模型，对3个系列试样分别进行模糊综合评判，判断出A系列中综合性能最佳的为纬纱中抗紫外涤纶纤维含量33.33%、吸湿排汗涤纶纤维含量6667%的试样;B系列中综合性能最佳的为纬纱中抗紫外涤纶纤维含量20%、吸湿排汗涤纶纤维含量80%的试样;C系列中综合性能最佳的是织物组织为八枚缎纹的试样。

关键词： 涤纶;抗紫外;吸湿排汗;模糊综合评判;复合功能;影响因素

Abstract： To explore the influence of different contents of functional fiber， weft density and fabric weave in the filling yarn on the properties of fabrics with UV-resistant， moisture absorbance and wicking functions， moisture absorbance and wicking polyester filament yarn， UV-resistant spun polyester yarn and moisture absorbance and wicking spun polyester yarn were selected as the raw materials. 3 series and 24 kinds of woven fabric samples with different specifications were designed and woven， with weft insertion ratio， weft density and fabric weave as the variation factors. The results showed that the UV resistance generally increased with the increase of the content of UV-resistant polyester fiber in the filling yarn and weft density. The tighter fabric weave， the better UV resistance. The moisture absorbance and wicking performance generally increased with the increase of the content of moisture absorbance and wicking polyester fiber in the filling yarn， but the increase of weft density would lower the moisture absorbance and wicking performance of the fabric to a certain degree. The sparser fabric weave， the better moisture absorbance and wicking performance. Based on the mathematical model of fuzzy comprehensive evaluation method， a fuzzy comprehensive evaluation was conducted on 3 series of samples. The results showed that： In Series A， the best-performing sample was the one that contained 33.33% UV-resistant polyester fiber and 66.67% moisture absorbance and wicking fiber in the filling yarn; in Series B， the best-performing sample was the one that contained 20% UV-resistant polyester fiber and 80% moisture absorbance and wicking fiber in the filling yarn; while in Series C， the best-performing sample was the one whose fabric weave was eight-heddle satin weave.

Key words： polyester; UV-resistant; moisture absorbance and wicking; fuzzy comprehensive evaluation; composite function; influence factors

在炎熱的夏天，进行户外运动的人们身体常会进行大量排汗，出现衣服紧贴身体的黏腻感和闷热感。为了避免出现这些不舒适的感觉，夏季户外穿着的服装面料通常要求具有较好的吸湿排汗性，能够快速吸收皮肤表面的汗液并蒸发，使得皮肤保持干爽舒适的状态[1]。紫外线对人体健康有着较大的危害，当皮肤长时间被紫外线辐射后，会使皮肤变黑，产生色斑，引发炎症等[2]，所以户外防晒也是户外运动人群所关心的问题。基于以上需求，开发兼具抗紫外和吸湿排汗型服装面料具有一定的市场前景，可以满足人们的需要。

目前国内外相关学者对抗紫外型、吸湿排汗型织物相关领域的研究多为对纤维的结构性能和织物后整理方面的研究，且多为单一功能研究。张锡均等[4]釆用溶胶凝胶法制备SiO2/TiO2，Fe3+、Ag+-SiO2/TiO2复合水溶胶，通过浸轧法对涤纶织物进行了防紫外线整理;美国杜邦公司研发生产的Coolmax纖维，是横截面为四沟槽型的聚酯纤维，赋予了纤维较好的芯吸能力，可将皮肤表面的汗液因芯吸作用而传导至面料的外表面[5]。

多种功能的复合则更能有效提升纺织品的附加值，是目前开发功能性纺织品的主要趋势之一。纺织品功能复合的主要方式有两种：一种是将不同功能性纤维进行混纺得到复合功能纱线，进一步制得复合功能纺织品;另一种是将不同功能性纱线进行交织得到复合功能纺织品。考虑到前者的工艺更为复杂，以及混纺工艺对纱线性能的影响难以控制[6]，所以本文选用不同纱线交织的方式制得试样纺织品。本文主要研究适用于夏季运动休闲服装面料的抗紫外性和吸湿排汗性，织物抗紫外线能力的影响因素有纤维种类、织物组织结构、紧密程度等;吸湿排汗功能需要从织物对液态水的传递原理角度来考虑，通过织物原料的选择、搭配及织物组织结构的

准确设计来实现。因此，本文选取功能性纤维含量、纬密和织物组织这几个变量，来探究它们对面料复合功能性的影响，开发出抗紫外吸湿排汗复合功能面料，用于运动休闲服装等，以此来丰富消费者的选择性。

1 织物设计

1.1 原料的选择

本次试验选择55.6 dtex吸湿排汗涤纶长丝作为经纱（绍兴九州化纤有限公司），118 dtex抗紫外涤纶短纤纱和118 dtex吸湿排汗涤纶短纤纱作为纬纱（上虞弘强彩色涤纶有限公司）。

1.2 投纬比例的设计

为达到面料同时具有吸湿排汗性和抗紫外性的目的，本次试验选择吸湿排汗涤纶长丝作为经纱、抗紫外涤纶短纤纱和吸湿排汗涤纶短纤纱作为纬纱，以不同投纬比例、纬密和织物组织作为变化因子，设计并织造了A、B、C 3个系列共24种织物，具体规格如表1所示。根据平均浮长线的差异，C系列试样的组织分别选择斜纹组织、缎纹组织、蜂巢组织和麦粒组织，如图1所示。

2 性能测试

本文主要研究织物的抗紫外性和吸湿排汗性，其中吸湿排汗性又包括吸水率、滴水扩散时间、水分蒸发速率、芯吸高度和透湿率五项性能指标。分别对这些性能进行测试，并分析测试结果。

2.1 抗紫外性能测试

织物抗紫外性的测定方法参照GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的测定》，选用UV-2000F纺织品抗紫外因子测试仪（美国Labsphere公司）进行测试，测试结果如表2所示。UPF值与纬纱中抗紫外涤纶纤维含量和织物组织的关系如图2、图3所示。

根据GB/T 18830—2009规定，“防紫外线产品”的UPF值应>40，T（UVA）AV应<5%。由表2可知，A系列中，除A1试样外其余均可称为“防紫外线产品”，其中A2、A3、A4试样可标为UPF40+，A5、A6、A7、A8、A9试样可标为UPF50+。B系列中，除B1试样外其余均可称为“防紫外线产品”，且均可标为UPF50+。C系列中，C2、C3、C4试样可称为“防紫外线产品”，且可标为UPF50+。而C1、C5试样的抗紫外性较差，其原因是试样织物组织的纬组织点较少，即织物表面的抗紫外涤纶纤维较少。其次，当投纬比相同时，B系列试样抗紫外性分别优于A系列，其原因是B系列试样纬密较大，即单位面积内B系列试样的抗紫外纤维含量分别大于A系列试样。

2.2 吸湿排汗性能测试

织物的吸水率、滴水扩散时间、蒸发速率的测定方法参照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》;芯吸高度的测定方法参照FZ/T 01071—2008《纺织品毛细效应试验方法》，选用由温州大荣纺织标准仪器厂生产的YG（B）871型毛细管效应测定仪进行测试;透湿率的测定方法参照GB/T 12704.1—2009《纺织品织物透湿性试验方法第1部分：吸湿法》，选用由宁波纺织仪器厂生产的YG601-Ⅰ/Ⅱ型电脑式织物透湿仪进行测试。

2.2.1 吸水率测试结果分析

根据国家标准中的吸湿速干性能技术要求，吸水率应≥100%，结合表2吸水率测试结果可知，A、B、C三个系列所有试样均符合要求。其中，B系列试样吸水率分别大于A系列试样，其原因是B系列试样纬密较大，即单位面积内B系列试样的吸湿排汗纤维含量分别大于A系列试样。C系列中，试样吸水率大小排列为C1

2.2.2 滴水扩散时间测试结果分析

根据吸湿速干性能技术要求，试样滴水扩散时间应≤5 s，结合表2滴水扩散时间测试结果可知，A、B、C三个系列所有试样滴水扩散时间均小于5 s，达到了织物吸湿性的标准。其中，A系列试样的滴水扩散时间小于B系列试样，其原因是A系列试样的织物紧度小于B系列试样，从而更有利于水分的扩散[8]。C系列中，试样滴水扩散时间大小排列为C1>C6>C5>C2>C3>C4，其原因是：当投纬比和纬密都不变时，试样的组织循环越大，组织的浮长线越长，纱线交叉次数越少，水分进入纱线时阻力减小，则扩散速度越快。

2.2.3 蒸发速率测试结果分析

根据试样水分蒸发试验的测试数据可计算出其蒸发速率，结果如表2所示。吸湿速干性能技术要求，蒸发速率应≥0.18 g/h，由表2可知，所有试样的蒸发速率均达到速干性技术要求。其中，B1～B5试样的水分蒸发速率分别大于A1～A5，而B6～B9试样的水分蒸发速率则分别小于A6～A9，其原因是当纬纱中吸湿排汗性纤维含量较大时，织物纬密越大，单位面积内吸湿排汗性纤维含量越大，其水分蒸发速率越大;当纬纱中吸湿排汗纤维含量较小时，织物纬密越小，织物纱线空隙越大，其水分蒸发速率越大。C系列中，C4试样的水分蒸发速率相对较大，其原因是C4试样的组织浮长线较长，纱线间空隙较大，有利于水分蒸发。

2.2.4 芯吸高度测试结果分析

根据GB/T 21655.1—2008规定吸湿速干性机织类产品技术要求，芯吸高度应≥90 mm，由表2可知所有试样的芯吸高度均符合机织物的吸湿性能标准。芯吸高度与纬纱中吸湿排汗涤纶纤维含量和织物组织的关系如图4、图5所示。比较A系列和B系列试样的芯吸高度，当纬纱中吸湿排汗纤维含量较大时，A1～A5试样芯吸高度分别大于B1～B5，A6～A9试样芯吸高度分别小于B6～B9。即当试样纬纱中吸湿排汗纤维含量较大时，纬密越大，芯吸高度越小，其原因是纬密大的织物较紧密，纱线弯曲程度较大，一定程度上增加了毛细效应的阻力[9];当试样纬纱中吸湿排汗纤维含量较小时，纬密越大，芯吸高度也越大，其原因是此时影响芯吸高度的主要因素为吸湿排汗纤维含量，纬密越大，则单位面积内吸湿排汗纤维含量越大，也就越有利于毛细效应。C系列中，C4试样的芯吸高度相对较大，其原因是当纬密及投纬比都相等时，织物组织浮长线越长，其毛细效应越好，芯吸高度越大。

2.2.5 透湿率测试结果分析

根据GB/T 21655.1—2008规定速干性机织类产品技术要求透湿率应≥8 000 g/（m2·24 h），由表2可知，除C1试样外，其余试样透湿率均达到速干性技术要求。比較A、B系列试样透湿率结果可知：除A4

3 综合评价

由于试样测试的性能数较多，各性能优劣趋势不同，所以无法直接判断出综合性能最佳的试样。利用模糊数学综合评判方法，结合纺织工程领域相关知识，对3个系列试样的相关性能分别进行综合评价，从中选择出综合性能最佳的试样。以C系列试样为例，其余系列方法类似。

3.1 建立因素集U和对象集V

3.2 单因素评判矩阵的建立

试样综合性能的各项评价因素中，T（UVA）AV和滴水扩散时间两项指标数值越小代表试样相应性能越好，其隶属函数用式（1）计算;UPF值、吸水率、蒸发速率、芯吸高度（纬向）和透湿率这五项指标数值越大代表试样相应性能越好，其隶属函数用式（2）计算[10]。其中，uij表示第j个试样的第i项评价因素的测试值。

3.3 权重集A的确定

权重集是反映各评价因素的重要程度，评价因素的权重系数越大，说明该项因素对综合性能的评价越重要。由模糊综合评判原理可知，各权数应归一化和满足非负条件，即A=（a1，a2，…，an），∑nj=1aj=1，aj≥0，其中aj为各个评价因素的权重系数，n为评价因素的总项数[11]。本文根据参考文献，以及市场调查研究为基础取A=（0.25，0.25，0.075，0.075，0075，0.1，0.175）。即T（UVA）AV的权重系数为0.25，UPF值为0.25，吸水率为0.075，滴水扩散时间为0.075，蒸发速率为0.075，芯吸高度为0.1，透湿率为0.175。

3.4 模糊综合评价矩阵B的确定

当权重集A和单因素评判矩阵R已知，可作模糊变换来得到模糊综合评价矩阵B，并且认定综合评价值越大，整体效果越优[11]。计算公式为：

由式（3）计算得到B=（0，0.548，0.717，0.854，0.230，0274）。由此可以得出，C系列试样中C4的综合性能最佳;运用同种模糊综合评判法可得出，A系列试样中综合性能最佳的是A4，B系列试样中综合性能最佳的是B2。

4 结 论

通过研究发现：不同功能性纤维含量、纬密、织物组织对抗紫外吸湿排汗复合功能面料的性能有一定的影响。通过选择合适的规格参数，可开发出兼具良好的抗紫外性和吸湿排汗性的复合功能面料，适用于夏季运动或休闲服装面料。

1）织物抗紫外性随着织物中抗紫外涤纶纤维含量的增大而增强;纬密越大织物越紧密，抗紫外性也越好;织物组织对抗紫外性也有影响，不同的织物组织会使织物单位面积内表面抗紫外涤纶纤维含量不同，表面抗紫外涤纶纤维含量越多织物抗紫外性就越好。

2）织物吸湿排汗性总体上也随着织物中吸湿排汗涤纶纤维含量的增大而提高;当纬纱中吸湿排汗涤纶纤维含量较小时，增加纬密，织物吸湿排汗性总体呈增大趋势;但当纬纱中吸湿排汗涤纶纤维含量较大时，增加纬密，织物紧度增大，织物部分吸湿排汗性反而会减小;当织物纬纱中不同纤维含量比和纬密不变时，织物组织对吸湿排汗性的影响主要是：织物紧度随着组织的改变而减小时，织物吸湿排汗性则增大。

3）相比于其他功能性织物，本文研究的系列织物兼具良好的抗紫外性和吸湿排汗性，充分体现了纤维本身的优良性能，且方便通过调整交织工艺参数来调节织物的综合性能。该系列纺织品适用于夏季户外服装面料，与市场上夏季常见的针织服装面料相比，本次开发的机织复合功能性服装面料具有更好的强度和耐磨性。

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