运动服面料表面滑爽整理与功能优化*

张 露 倪 晓 李晓阳 陈 莹

北京服装学院 材料设计与工程学院，北京 100029

橄榄球运动是一项集篮球、足球、田径于一体的综合性体育项目。比赛时，运动员通过相互之间的跑动，以及传、切、冲、撞等剧烈动作的配合，突破对方的防守，达到得分的目的。因此，比赛过程中因被对方拉扯衣服而无法突破得分的情况较多，若运动员穿着的运动服其背部面料的表面摩擦力与阻力能做到尽量低，则能为运动员发挥最佳成绩创造条件。利用柔软剂和滑爽剂等对面料进行整理，可以在纤维表面形成一层涂层，既能降低纤维表面的摩擦因数，又能改善纱线之间的摩擦阻力，还能使织物获得较持久的滑爽感与柔软的手感[1-2]。目前，使用有机硅柔软剂对织物进行柔软整理的较多，如周燕等[3]利用改性聚硅氧烷柔软剂对涤纶织物进行了整理，发现质量浓度为40.0 g/L的柔软剂对涤纶织物的柔软效果最好，且还发现柔软剂可以改善涤纶织物的折皱性；郭晓晓[4]对包覆型滑爽硅微粉与氨基硅油进行复配乳化，制得了织物整理剂乳液，并发现在固化温度为150 ℃时，质量浓度为15.0 g/L的乳液成膜均匀，被整理织物的柔软性较好且滑爽感最佳。除此之外，周航[5]还合成了一种新型结构的亲水性有机硅柔软剂——梳状聚醚氨基改性聚硅氧烷，它能使亲水性和柔软性达到更高水平的平衡，能有效抵抗黄变，具有较高的应用价值。

目前，柔软剂的整理主要集中在改善织物的柔软性方面，对织物表面滑爽性的关注较少。本文将研究滑爽剂、柔软剂等对面料摩擦因数(MIU)和表面粗糙度(SMD)的影响，以表征面料的滑爽性能，同时关注面料透气性和透湿性的变化。

1 试验部分

1.1 整理配方优化设计

首先，设计不同的柔软剂与滑爽剂配方，对市售的面密度在220 g/m2的运动服面料(简记为面料A，成分涤纶)表面进行滑爽整理，以得到优化的整理配方。所用试剂有水性滑爽剂MT-418、水性柔软剂MT-409和高蓬松柔软整理剂MT-6635等共3种，具体试验用试剂方案如表1所示。还根据复配的推荐量配制了两种整理液——MT-418+ MT-409(MT-418质量浓度为20.0 g/L，MT-409质量浓度为12.5 g/L)和MT-418+ MT-6635(MT-418质量浓度为20.0 g/L，MT-6635质量浓度为30.0 g/L)。试验不仅采用了单一试剂进行整理，还采用了复配的整理液进行整理。试验采用浸轧法，具体工艺流程为配制整理液→浸轧(一浸一轧，轧余率80%，pH值为5～6)→定型(180 ℃)。

表1 滑爽整理试验用试剂方案

然后，利用优化的整理液对5种市售的运动服面料进行整理。5种市售运动服面料的基本性能如表2所示。

表2 5种市售运动服面料的基本性能

1.2 性能测试

1.2.1 滑爽性能

参照FZ/T 01054—2012《织物表面摩擦性能的试验方法》标准，选用仪器KES-FB4-A对织物表面的滑爽性能进行测试。测试指标有摩擦因数及表面粗糙度[6]。

1.2.2 透气性能

参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》标准，选用YG461E型织物透气性能测试仪(宁波纺织仪器厂)，测试织物的透气性能。

1.2.3 透湿性能

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》标准，选用YG601H织物透湿测试仪(宁波纺织仪器厂)，测试规定时间内垂直通过单位面积试样的水蒸气质量，并根据式(1)计算得到织物的透湿率：

(1)

式中：RWVT——织物透湿率，g/(m2·h)；

Δm——同一试验组合体两次称取的质量之差，g；

A——有效试验面积，m2；

t——试验时间，h。

2 结果与分析

2.1 摩擦因数

试验测得未整理面料A的摩擦因数为0.176。图1示出了不同质量浓度的单一试剂整理的面料A的摩擦因数。

图1 经不同质量浓度的单一试剂整理的面料A的摩擦因数

从图1可以看出，整理后的面料A的摩擦因数都较整理前的有所降低。其中：使用水性滑爽剂MT-418整理时，质量浓度为20.0 g/L的MT-418整理的面料A的摩擦因数最小，为0.120，较未整理面料A的摩擦因数降低了31.8%；使用水性柔软剂MT-409整理时，质量浓度为25.0 g/L的MT-409整理的面料A的摩擦因数最小，为0.118，较未整理面料A的摩擦因数降低了33.0%；使用高蓬松柔软整理剂MT-6635整理时，质量浓度为50.0 g/L与70.0 g/L的MT-6635整理的面料A的摩擦因数相对较小，为0.103与0.099(两者相差很小)，较未整理面料A的摩擦因数分别降低了41.5%和43.8%。复配试剂方面，MT-418+ MT-409整理的面料A的摩擦因数为0.163，较未整理面料A的摩擦因数降低了7.4%；MT-418+ MT-6635 整理的面料A的摩擦因数为0.167，较未整理面料A的摩擦因数降低了5.3%。

综上可知，分别使用质量浓度为50.0 g/L和70.0 g/L的MT-6635整理面料，所得摩擦因数相对较小，故选择这两种质量浓度的MT-6635对5种市售运动服面料进行整理。

图2示出了5种市售运动服面料分别使用质量浓度为50.0 g/L和70.0 g/L的MT-6635整理前后的摩擦因数。

图2 5种运动服面料经MT-6635整理前后的摩擦因数

由图2可知，5种运动服面料经过整理后摩擦因数较整理前均有所降低，且两种质量浓度的MT-6635整理的5种运动服面料各自的摩擦因数差异并不大。其中，1#面料经质量浓度为70.0 g/L的MT-6635整理后摩擦因数更小，为0.083，与未整理的1#面料的摩擦因数(0.147)相比降低了43.5%；2#面料也是经质量浓度为70.0 g/L的MT-6635整理后摩擦因数更小，为0.100，与未整理的2#面料摩擦因数(0.184)相比降低了45.7%；3#、4#、5#面料则是经质量浓度为50.0 g/L的MT-6635整理后摩擦因数更小，分别为0.095、0.076和0.107，与未整理的3#、4#、5#面料的摩擦因数(0.168、0.138和0.169)相比降低了43.5%、44.9%和36.7%。可见，不同的面料应采用不同的整理工艺以获得更小的摩擦因数。

2.2 表面粗糙度

试验测得未整理面料A的表面粗糙度为2.672 μm。图3示出了不同质量浓度的单一试剂整理的面料A的表面粗糙度。

图3 经不同质量浓度的单一试剂整理的面料A的表面粗糙度

从图3可以看出，除30.0 g/L水性柔软剂MT-409整理的面料A外，其他不同质量浓度的单一试剂整理的面料A的表面粗糙度都较整理前的有所降低。其中，使用水性滑爽剂MT-418整理时，质量浓度为60.0 g/L的MT-418整理的面料A的表面粗糙度最小，为2.094 μm，较未整理面料A的表面粗糙度降低了21.6%；使用水性柔软剂MT-409整理时，质量浓度为20.0 g/L的MT-418整理的面料A的表面粗糙度最小，为2.138 μm，较未整理面料A的表面粗糙度降低了20.0%；使用高蓬松柔软整理剂MT-6635整理时，质量浓度为40.0 g/L的MT-6635整理的面料A的表面粗糙度最小，为2.034 μm，较未整理面料A的表面粗糙度降低了23.9%。复配试剂方面，MT-418+MT-409整理的面料A的表面粗糙度为2.495 μm，较未整理面料A的表面粗糙度降低了6.6%；MT-418+ MT-6635整理的面料A的表面粗糙度为2.166 μm，较未整理面料A的表面粗糙度降低了18.9%。

可见，使用质量浓度为40.0 g/L的MT-6635整理面料，所得面料的表面粗糙度最小，但结合本文2.1节的摩擦因数数据，确定仍使用质量浓度为50.0 g/L和70.0 g/L的MT-6635对5种运动服面料表面进行滑爽整理。

图4示出了5种市售运动服面料分别使用质量浓度为50.0 g/L和70.0 g/L的MT-6635整理前后的表面粗糙度。

图4 5种市售运动服面料经MT-6635整理前后的表面粗糙度

由图4可知，两种质量浓度的MT-6635整理后，1#、3#和5#面料都是经质量浓度为70.0 g/L的MT-6635整理后表面粗糙度更小，分别为1.140、1.887和2.059 μm，与未整理的1#、3#和5#面料的表面粗糙度(4.173、2.535和3.117 μm)相比分别降低了72.7%、25.6%和33.9%；2#和4#面料都是经质量浓度为50.0 g/L的MT-6635整理后表面粗糙度更小，分别为5.863 μm和2.319 μm，与未整理的2#和4#面料的表面粗糙度(6.249 μm和2.980 μm)相比分别降低了6.2%和22.2%。

综上数据可以看出，不同质量浓度的MT-6635对面料的摩擦因数和表面粗糙度的影响是不同的，且织物表面粗糙度对摩擦因数也没有直接的影响，这也符合摩擦的分子-机械理论。因此，运动服面料表面的滑爽整理工艺宜根据摩擦因数来优化。由于质量浓度为50.0 g/L和70.0 g/L的MT-6635整理的5种运动服面料各自的摩擦因数差异并不大，再考虑到成本因素，下文选择质量浓度为50.0 g/L的MT-6635进行后续的透气性和透湿性试验。

2.3 透气率

图5示出了5种市售运动服面料使用质量浓度为50.0 g/L的MT-6635整理前后的透气率。

图5 5种运动服面料经质量浓度为50.0 g/L的MT-6635整理前后的透气率

由图5可知，5种运动服面料经MT-6635整理后透气率都有所变化。其中，1#面料处理后透气率达到243.3 mm/s，与未整理的1#面料的透气率(185.7 mm/s)相比有所上升，原因可能与整理不匀有关；面密度最小的2#面料整理后透气率达到1 796.6 mm/s，与未处理的2#面料透气率(1 914.3 mm/s)相比降低了6.2%；3#、4#及5#面料整理后透气率分别达到119.7、165.1和73.8 mm/s，与未整理的3#、4#及5#面料的透气率(分别为133.8、213.6及85.4 mm/s)相比分别降低了10.5%、22.7%和13.6%。透气性的降低与高蓬松柔软整理剂整理后面料的孔隙率下降有关。

2.4 透湿率

图6示出了5种运动服面料使用质量浓度为50.0 g/L的MT-6635整理前后的透湿率。

图6 5种运动服面料经质量浓度为50.0 g/L的MT-6635整理前后的透湿率

由图6可知，5种运动服面料经MT-6635整理后透湿率均有所降低。其中，1#面料整理后透湿率为98.51 g/(m2·h)，与未整理的1#面料的透湿率[203.03 g/(m2·h)]相比降低了51.5%；2#面料处理后透湿率降至118.33 g/(m2·h)，与未整理的2#面料的透湿率[216.56 g/(m2·h)]相比降低了45.4%；3#、4#、5#面料整理后的透湿率分别降至114.63、104.45和85.60 g/(m2·h)，与未整理的3#、4#、5#面料的透湿率[204.73、208.30和165.64 g/(m2·h)]相比分别降低了44.0%、49.9%和48.3%。从这些数据可以看出，整理后面料的透湿性下降到原来的一半左右，说明高蓬松柔软整理剂的涂层整理对透湿性影响很大，这一方面与涂层减小了面料的孔隙率有关，另一方面与涂层增加了面料的厚度，使得面料对水蒸气扩散的阻抗增加有关，这必将在一定程度上影响运动员的穿着舒适性。

3 结论

(1)水性滑爽剂、水性柔软剂和高蓬松柔软整理剂单独使用或复配使用，都能使面料A的摩擦因数、表面粗糙度有所降低，特别是当高蓬松柔软整理剂质量浓度为50.0 g/L和70.0 g/L 时，面料A的滑爽性能相对达到最优。且4#面料使用50.0 g/L高蓬松柔软整理剂整理后，面料的摩擦因数最小，为0.076，与未整理的4#面料的摩擦因数相比降低了44.9%。这说明面料表面滑爽整理对于降低面料摩擦因数是有效的，其可在一定程度上提高运动员的竞技水平。

(2)面料表面滑爽整理后，面料的透气性和透湿性有所下降，其中4#面料透气性下降达22.7%，1#面料透湿率下降达51.5%，这与高蓬松柔软整理剂降低了面料的孔隙率、增加了面料的厚度有关，这会对运动员的穿着舒适性产生影响。因此后续整理过程中，可利用大量的细针刺破面料表面的涂层，以形成细小的孔眼利于水蒸气的透过，达到改善透气性和透湿性的目的。