中空保暖纤维在三线衬垫织物中的应用及其性能研究

赵金洋 顾学峰 赵连英

摘要： 为了研究中空涤纶在衬垫织物中应用的可能性并开发新型保暖衬垫织物，文章采用线密度为16.7 tex中空涤纶丝和18.4 tex中空自发热纱作为三线添纱衬垫织物的起绒纱，并与普通涤纶做起绒纱时做对比，在单面大圆机上制定工艺制备了6种风格不同的针织衬垫织物。通过对织物基本规格、顶破强力、抗起毛起球性、透湿性、保暖性和掉毛性能进行测试分析，择优选出性能最好的织物进行后续开发。结果表明：中空涤纶的应用使织物比普通织物具有更加优越的服用性能，其中起绒纱为18.4 tex中空自发热纱的织物具有最好的保暖率，综合性能最优;起绒纱采用16.7 tex中空丝的织物也表现出优越的保暖性和其他性能，且当面纱采用14.6 tex纯棉纱织造时，面料手感风格更加柔和细腻;通过该研究为新型保暖衬垫织物的开发提供依据和参考。

关键词： 三线添纱衬垫织物;中空涤纶;织造工艺;保暖性能;透湿性能;织物掉毛;织物手感风格

中图分类号： TS102.528.1

文献标志码： A

由于抓绒卫衣面料具有柔软、轻便、保暖、耐洗涤、易保养、时尚等特点，深受现代年轻人的喜爱，在秋冬保暖衣物市场牢牢占据一席之地。抓绒卫衣面料是指通过针织方式编织，再经过拉毛、梳毛、剪毛、定型、功能性整理等后整理工序得到的产品，其纬编组织为添纱衬垫组织，由面纱、地纱和衬垫纱构成，衬垫纱被夹在面纱和地纱之间，按一定的规律在某些针上形成悬弧，在不形成悬弧的地方以“浮线”的形式处于织物的反面。悬弧与浮线所跨过的针数多少可用垫纱比例来表示，如1︰1、1︰2、1︰3等衬垫纱的浮线沿纵行方向可以直条纹、左右斜纹、人字纹等形式形成花式效应［1］。由于衬垫纱不成圈，可以采用较粗、捻度较低的纱线编织，起绒时衬垫纱在拉毛机的作用下形成短绒，因此，拉绒卫衣面料有着质地厚实、手感柔软轻盈、光泽柔和、耐磨耐用、富有彈性、不易起皱和更加优越的保暖性能等特点，在寒冷的冬季能够起到御寒保暖的功效，因此在秋冬季服饰用品中具有较为宽广的市场。

为了提高卫衣面料保暖性、降低克重，人们将研究热点放在了纤维上，尽可能地寻求一种合理的空气与纤维混合结构，使织物中的含气量在不流动的前提下达到最大，即获得最大静止空气含量，以此提高保暖性;随着差别化纤维的多元化发展，可携带更多空气的中空纤维是最常用于保暖的材料之一［2］，中空纤维的中空结构，与普通纤维相比可减少纤维20%的质量，且能包含大量静止空气，形成特有的保暖系统，而且使纤维集合体更加蓬松，使其织物在轻便的同时保暖性能却比普通同质面料提高65%;中空涤纶是对传统涤纶改性后得到的差别化纤维，目前理论上中空度可达50%，但是中空度过大会使纤维强力降低，影响整体织物的服用性能［3-4］;且中腔结构会使织物有优秀的吸湿功能［5-6］，提高织物吸湿透气性。因此，中空涤纶织物一般具有保暖、质轻、蓬松、吸湿性好等优良性能，为人们提供了良好的功能纺织品，应用前景广泛，在与其他学科的交叉发展前景更值得期待。

基于以上理论，本文采用不同的中空涤纶纱和丝作为衬垫纱进行织造，得到不同风格的针织衬垫织物，再对其衬垫纱进行拉毛起绒处理，并对面料缩水率、耐磨性能、顶破性能、保暖性能、透气透湿性能等进行对比分析，研究不同中空纤维对保暖卫衣面料的服用性能的影响，以确定中空涤纶纤维是否适合在实际卫衣面料上的应用开发，并对不同卫衣面料做综合评价，为中空涤纶在衬垫织物的开发提供参考。

1 原料选择与面料制备

1.1 原料选择

为了研究中空涤纶结构对三线衬垫织物服用性能的影响，本文采用16.7 tex的中空涤纶丝、18.4 tex的中空发热纱（苏州诺鼎纺织科技有限公司）及28.1 tex普通涤纶纱（宁波马菲羊纺织科技有限公司）做不同衬垫纱，选择织造卫衣面料常用规格的19.4 tex精梳棉、14.6 tex精梳棉（宁波马菲羊纺织科技有限公司）做面纱，地纱均为8.3 tex低弹涤纶丝（宁波马菲羊纺织科技有限公司提供）进行织造;其中，16.7 tex中空涤纶丝和18.4 tex的中空短纤纱的纵向及横向截面形态如图1所示，可以看出纤维有明显较好的中空度。纱线性能参数如表1所示。

1.2 织造工艺

采用LWT型单面三线卫衣机（泉州伯源机械科技有限公司）进行织造，机号24G;筒经34英寸;路数90;总针数2 160。上机三角排列如图2所示，织针按针踵高低A、B、C三根一组排满针筒，9路一循环，其中第1、4、7路通过集圈和浮线两种三角，垫入衬垫纱;第2、5、8路的三角使织针退圈不足并垫入面纱但是不成圈，从而将衬垫纱固定;第3、6、9路的三角使织针正常退圈并垫入地纱，地纱与面纱一起成圈形成添纱结构，通过衬垫纱的垫纱位移使织物形成斜纹效应。

1.3 染色工艺

染整工艺流程与参数如下：

1） 坯布预定型：利用型号PADDER-2800开幅定型机（无锡信谊机械有限公司）定型，温度200 ℃，布速25.6 m/min。

2） 染色：涤棉一浴法，耗时220 min以上;染料配方：伟润LB-GD 0.37 g/L，伟润3BS 0.48 g/L，伟润3RS 0.1 g/L，Na2CO3 20 g/L，浴比1︰8～1︰10。

3） 染色升温曲线如图3所示。在温度40 ℃时，依次加入染色助剂和染料，助剂元明粉添加量为质量浓度3～37 g/L，保持20 min;然后分两次加入纯碱;升温至80 ℃，升温速率2 ℃/min，保持10～20 min;继续升温至130 ℃，升温速率1.5 ℃/min，保持20～30 min，完成染色。然后进行后处理：依次为初水洗、皂洗和后水洗，初水洗温度为常温，初水洗时间10 min;皂洗采用的是酸性皂洗剂DM261，皂洗温度为98 ℃，皂洗时间10 min;后水洗温度为常温，后水洗时间10 min。

1.4 拉毛工艺

拉毛即是用呈一定角度的弯曲钢针插入毛圈纱内部，勾出纤维毛羽，形成毛绒，提高织物保暖性;一般拉毛工艺顺序为预定型→抓毛→剪毛，具体工艺数据如下：

定型：采用T8668型单层拉幅定型机（三技克朗茨机械科技有限公司）干布，干布温度140～160 ℃;干布后在LMH985型热风定幅机（无锡市百业染整机械有限公司）中定幅整理和柔软整理，坯布定型条件为1～5节机厢定型温度140 ℃，6～7节机厢定型温度130 ℃，第8节机厢定型温度110 ℃；定型时添加柔软剂A142为60～80 g/L，硅软油TR001为10～30 g/L。

抓毛：需要一组抓毛机，一组3台，机速需控制在25 m/min，抓毛次数在1～2次，温度29～30 ℃。

剪毛：剪毛机机速29 m/min;次数2次;要求产品绒面平整，绒毛伸直，松散，有良好的光泽和手感。

2 性能测试

面料经过整理后，对其基本规格和性能进行测试，由于织造时地纱规格不做变化，均为8.3 tex低弹涤纶丝，故根据面纱和起绒衬垫纱的变化对织物做不同标记，织物编号及基本规格如表2所示。再对面料的洗后外观、顶破性能、抗起毛起球性能、保暖性能、透湿性能及掉毛性能等进行测试，探讨其综合服用性能。

2.1 顶破性能测试

对照标准GB/T 19976—2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》，采用YG026HD型电子织物气动顶破强力机（宁波纺织仪器厂）进行织物的顶破强力测试。选择直径为38 mm抛光钢球顶杆，环形夹持器内径45 mm，设定测试速度300 mm/min，夹距100 mm，测试温度（20±2） ℃，相对湿度（65±4）%。每种织物取5个试样进行调湿后测试，取算术平均值。

2.2 起毛起球性能測试

对照标准GB/T 4802.2—2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第2部分：改型马丁代尔法》，采用YG（B）401T型马丁代尔耐磨仪（温州方圆仪器有限公司）进行测试。摩擦转数分别为125、500、1 000、2 000、5 000、7 000 r，测试速度49.5 r/min，负荷质量155 g，试样直径均为140 mm，测试后按1～5等级进行视觉评价，每个样品取3块试样的算术平均值。

2.3 保暖性测试

利用YG606E型平板式保温仪（温州方圆仪器有限公司）对织物进行保暖性测试，根据GB/T 11048—2018《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定（蒸发热板法）》，每种织物取5块试样调湿后检测，测试条件为测试板表面温度35 ℃;气候室空气温度（20±0.1） ℃，相对湿度（65±3）%;空气流速（1±0.05） m/s;预热时间和试验时间各为1 200 s，循环5次，取算术平均值。

2.4 透湿性测试

参照标准GB/T 12704.2—2009《纺织品织物透湿性试验方法第2部分：蒸发法》，利用YG601H型电脑式织物透湿仪（南京华西科创有限公司）对织物的透湿性能进行测试。方法正杯法，温度38 ℃，湿度50%，每组测试时间间隔为1 h。每块织物测3块试样，取算术平均值，根据下式进行计算透湿率。

式中：WVT为试样的透湿率，g/（m2·h）;Δm为同一试验组合体2次称量的质量之差，g;A为有效试验面积，本装置A=0.002 83 m2;t为试验时间，h。

2.5 掉毛性能测试

参照标准GTT TM 074—2017《织物掉毛性能测试：掉毛测试仪法》，在试验用标准大气条件下，将一定黏性的透明胶带粘贴在织物上并将质量为1.0 kg的重锤施加压力保持1 min，随后以恒定的速度和角度将胶带从织物表面剥离。剥离速度2 cm/s，剥离角度40°，透明胶带宽度为45 mm，胶带初黏性为（22±1）。将测试后的样品放在D65标准光源下，按照掉毛等级样照确定每块试样的掉毛等级，并记录每块试样的级数，每种织物测试3块样，取算术平均值。

2.6 织物风格测试

选取弯曲性能测试作为评判手感风格指标，参照标准FZ/T 01054.4—1999《织物风格试验方法弯曲性试验方法》，采用YG821L型织物风格仪（温州方圆仪器有限公司）对试样纵、横向进行测试，试样规格为50 mm×50 mm的矩形，初始压力设定为0.1 cN，加载速度设定为12 mm/min，以活泼率、弯曲刚性指数为评价指标，取5块试样的算术平均值。

3 结果与分析

3.1 织物外观分析

由表2的6种织物面料成品规格可以看出，A系列织物的平方米质量较大，织物较为厚实;而B系列织物手感柔和，质地轻薄，两者风格有明显的区别。织物的洗后尺寸稳定性如表3所示，一般企业要求洗后纵、横向缩率范围为-5.0%～2.5%，可见这6种织物均符合标准范围，且色牢度等级均≥4，日晒色牢度等级均≥4。

这6种织物试样具体外观形态如图4所示。由图4可以看出，这6种织物正面线圈横列因上机张力或面纱的不同而有所差异;反面绒毛均较为整洁，由于衬垫纱的不同，绒毛稀疏程度有所差异，但均符合卫衣面料服用要求。

3.2 顶破性能分析

试样的顶破强力如表4所示。从整体来看，A系列织物的顶破强力优于B系列的织物。这是由于A系列织物的面纱为19.4 tex纯棉纱，强力优于B系列的14.6 tex面纱，从而在衬垫纱相同的情况下，织物强力延续了面纱纱线的强力，使得A系列织物顶破强力较大。其中，A3和B3织物，顶破强力为同组织物中最大，这是由于在面纱相同的情况下，衬垫纱的强力影响了织物的整体强力。当然，顶破强力不是越大越好，在满足服用力学性能的同时，还要考虑面料的手感风格，保持面料柔软，穿着舒适。

3.3 织物起毛起球性能分析

织物抗起毛起球评级表如表5所示。由表5可以看出，这6种织物起毛起球均随着摩擦转数的增多而愈加严重，但是两系列织物起毛起球程度差异不大。其中，A系列织物在2 000 r以前略好于B系列织物，而2 000 r以后B系列评级略好。这是由于A系列面纱19.4 tex强力大于B系列面纱14.6 tex，在摩擦前期，强力大、结构紧密的棉纱线表面纤维由于摩擦断裂而露出的毛羽较少，形成小球的机会也会减少，而在后期摩擦过程中，面纱纱线强力小的B系列织物由于毛羽形成的小球容易脱落，因此织物表面的评级效果略好;但是两类面纱均是紧密纺纯棉纱，故两类织物均表现出较好的抗起毛起球性。在摩擦过程中，摩擦125 r的织物表面基本无变化，只有微量毛羽露出;摩擦500 r后的织物表面开始出现一些断裂纤维和毛羽，并伴随有个别小球形成;摩擦1 000 r后的织物表面明显有大量纤维露出织物表面，纤维毛羽大量纠缠形成较多的毛球，织物表面较为粗糙;2 000 r的织物表面毛球体积开始增大，随着摩擦毛球也愈加紧实;摩擦5 000 r后毛球开始有脱落现象，部分毛球脱落同时，新的毛羽又产生，随之新毛球也会出现;摩擦7 000 r后的织物表面极度粗糙，形成的毛球体积最大最紧实、分布也最密集，大量纤维断裂和毛球的脱落会使布面结构开始松散，影响织物外观和服用性能。

3.4 织物保暖性能分析

6种织物保暖性能检测结果如表6所示。表征保暖性的能好坏指标有热阻、克罗值、导热率，其中热阻和克罗值指标大小与织物的保暖性呈正相关，热阻值和克罗值越大织物保暖性越好，导热率与织物保暖性呈负相关关系，导热率越小，保暖性愈好。由表6可以看出，采用差别化纤维的A1、A2、B1、B2织物的各项保暖性指标均好于普通织物A3、B3，其中A2样热阻值和克罗值最大，保暖性最好，得益于A2织物中衬垫起绒纱采用了18.4 tex中空自发热纱，该纱有着较好的储存静态空气的性能，赋予织物优越的保暖性;其次，起绒纱采用16.7 tex中空丝的A1织物同样具有较好的保暖性能，这是由于中空涤纶的中空结构，可以包含大量静止空气，且起绒后纤维集合体更加蓬松，所以保暖性优越且手感舒适。由此可见，中空纤维的使用确实提高了织物保暖性。对比A系列织物和B系列织物，A系列织物保暖性均好于B系列。分析发现，在其他织造条件和起绒纱相同的情况下，A系列织物采用的19.4 tex纯棉面纱较B系列织物的14.6 tex面纱粗，导致织造后A系列织物结构更加紧密，织物更加厚实，纱线间空隙较小，故使得织物保暖性较好。再者，经过特殊拉毛工艺后，织物保暖性大幅提高。

3.5 织物透湿性能分析

织物透湿性如表7所示。由表7可以看出，6种织物正面透湿率均大于反面透湿率，测试时测试面朝下，由于织物正面均由纯棉纱织造，在水气作用下，棉纤维中的亲水性基团可以由优先导出较多的水分子，形成导湿通道，且织物正面较反面布面更加平整光滑，纱线间空隙均匀，水气较易通过;由于B系列织物结构松散，织物紧度和厚度较小，导致B系列织物透湿率大于A系列织物，B系列织物表现出更好的吸湿性;对于A1、A2、B1、B2织物透湿量均较大，这是由于起绒纱是中空涤纶结构，在织物水气吸收饱满后，纤维中空结构则可增加水气吸收能力，再加上毛细效应［7］，在吸湿后程起到重要作用，使得织物透湿性较好。

3.6 掉毛性能分析

为了更加清晰地评判织物掉毛程度，本文根据掉毛等级样照将每级之间掉毛程度进行量化表示，6种织物具体掉毛评级等级表如表8所示。由表8可以看出，这6种织物掉毛等级均≥4级，表现出较好的防掉毛性，其中A1和B1织物掉毛现象比其他织物略严重。分析认为这两种织物衬垫起绒纱均为16.7 tex中空涤纶丝，在拉毛过程中由于针刺对丝线的撕扯使其结构和强力破坏较大，而对短纤纱的撕扯为逐层开解，不破坏纱线握持点，再者中空丝结构更易被扯断，所以表现出较差的防掉毛性;但是另一方面来说，中空丝线起绒后，绒毛更加细腻，手感更加蓬松、柔和，提高了服用舒适性。

3.7 织物手感风格评价

活络率是反映织物手感的指标之一，其值越高，面料的手感越活络、弹性越好，反之手感呆滞、外形保形性差;弯曲刚性指数指弯曲刚性与织物厚度的比值，可用于不同规格的织物之间比较，刚性值越高，面料越硬挺，反之越柔软［8-9］。这2个指标可综合对织物给予评价，如当面料的活络率越高且同时刚性指数越小时，织物手感柔软、活络，反之织物手感呆滞、刚硬;当两者都大时，表示织物挺阔，有身骨;当两者均较小时，表示织物手感疲软、呆滞。织物试样弯曲特性测试结果如表9所示。

从表9可以看出，6种面料活络率从高到低为B2、B1、B3、A2、A1、A3;B系列织物手感活络度均好于A系列织物，得益于采用了较细的面纱。其中，B2试样活络率最高，刚性指数和最大抗弯力最小，手感最为柔软和活泼;试样A3活络率最低，刚性指数和最大抗弯力处于最高。故可得知，在其他织造条件相同的情况下，面纱的选用极大地决定了织物手感风格，即面纱越细，会使织物手感柔软、活泼;反之，则织物硬挺、呆滞。因此，在实际生产中需要结合面料风格综合确定面纱规格。

4 结 论

本文采用不同规格的中空涤纶纤维作为衬垫起绒纱进行织造，并与普通涤纶进行对比，在采用相同织造工艺、染色工艺及后整理方式制备保暖针织卫衣面料后，对面料的洗后外观、起毛起球性能、力学性能、保暖性能、透湿性能、以掉毛率进行测试和对比分析。结果表明：

1） 本织造工艺流程所制备的卫衣面料均表现出较好的服用性能，为卫衣面料的制备提供新思路。

2） 从织物测试效果来看，衬垫起绒纱采用16.7 tex中空滌纶丝和18.4 tex中空自发热纱织造的织物，其顶破性、耐磨性、保暖性、透湿性能最好，且面料更加柔软轻薄，做到了小平方米质量的情况下具有优异的保暖性能，完全满足开发新型保暖卫衣面料的要求。

3） 面紗规格的不同造成织物风格极大的改变，面纱细，面料风格较为柔软;反之，织物较为厚实、硬挺;在织造时需考虑织物风格综合确定。

4） 中空涤纶在衬垫保暖卫衣面料中的引入，极大提高了织物的性能，为开发新型针织衬垫保暖面料提供理论基础和技术支持。

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Abstract： With the diversified development of differentiated fibers， hollow fibers that can carry more air are one of the most commonly used materials in thermal insulation. The hollow structure of hollow fibers can reduce the weight of fibers by 20% compared with ordinary fibers， and can contain a large amount of static air， forming a unique heat preservation system. It also makes the fiber aggregate more bulky， making the fabric lightweight and thermal insulation performance 65% higher than ordinary homogeneous fabrics. Hollow polyester is a differential fiber obtained from the modification of traditional polyester. At present， the hollowness can reach 50% in theory， but the hollowness will reduce the strength of the fiber and affect the wearability of the whole fabric. And the middle cavity structure will make the fabric have excellent moisture absorption function and improve the moisture absorption and permeability of the fabric. Therefore， hollow polyester fabrics generally have excellent properties such as warmth retention， light weight， bulkiness and good moisture absorption， which provides people with good functional textiles， and a wide application prospect. Furthermore， the cross-development prospect with other disciplines is also more worthy of expectation.

At present， the fleece sweater fabric accounts for a large market share among the most common warm clothes. Because of the softness， lightweight， warmth retention， washability， easiness to maintain， fashionability and other characteristics， the fleece sweater fabric is beloved by modern young people. The fleece sweater fabric refers to the product that is knitted， and then processed by post-finishing processes such as drawing， carding， shearing， shaping and functional finishing. It is woven by three-yarn plaited fleecy stitch， and is composed of veil， ground yarn and fleecy yarn. The fleecy yarn， sandwiched between the veil and ground yarn， forms a hanging arc on some needles according to certain rules， and is on the reverse side of the fabric in the form of “floating line” in the place where the hanging arc is not formed. Because the fleecy yarn is not looped， it can be woven with thicker and lower twist yarns. When fluffing， the fleecy yarn forms short fluff under the action of the fluffing machine. Therefore， the fluffed sweater cloth has the characteristics of thick texture， soft and light feel， soft luster， wear resistance， durability， elasticity， wrinkle resistance and superior thermal insulation. However， most polyester cotton sweaters now have problems of fluff shedding， poor thermal insulation， etc. To solve the problem of fluff shedding and improve thermal insulation， the priority should be given to the innovative design of yarn raw materials from the aspects of yarn raw materials and improvement of weaving technology， and to the use of filaments that have thermal insulation properties and are not easy to break or fall off after fluffing. Therefore， we choose hollow polyester fibers as the research object， and the fabric made of hollow polyester fibers can reduce the weight of clothing and improve the comfort of human body while improving the thermal insulation， and the filament is not easy to shed fluff after fuzzing， which can solve the serious problem of fluff shedding of ordinary sweater fabrics.

Based on the above theories， we innovated the fleecy yarn， used hollow polyester as the fleecy yarn to weave， and obtained knitted liner fabrics with different styles and properties. After subsequent dyeing， fuzzing and other treatments， we compared and analyzed the fluff shedding performance， wear resistance， bursting resistance， thermal insulation， air permeability and moisture permeability of the fabric， and studied the effect of different hollow fibers on the wearability of the thermal insulation sweater fabric， so as to determine whether the hollow polyester fiber is suitable for the application and development of sweater fabrics. Moreover， we made a comprehensive evaluation of different sweater fabrics， providing reference for the development of hollow polyester in the fleecy fabric.

It is found that the sweater fabrics prepared by this weaving process show good wearability， which provides a new idea for the preparation of sweater fabrics. From the perspective of fabric test results， the fabric woven with hollow polyester is used as the fleece yarn， which has the best bursting performance， wear resistance， thermal insulation and moisture permeability. Besides， the fabric is softer and thinner， which achieves excellent thermal insulation performance under the condition of small weight， and fully meets the requirements of developing new thermal insulation sweater fabrics. Moreover， the different specifications of the veil cause great changes in the fabric style. The veil is thin and the fabric is soft. On the contrary， the fabric is thick and stiff. During weaving， it is necessary to consider the comprehensive determination of the fabric style. In short， the introduction of hollow polyester into the fleecy warm sweater fabric has greatly improved the performance of the fabric， providing theoretical basis and technical support for the development of new knitted fleecy fabrics with excellent thermal insulation.

Key words： three-yarn fleecy fabric; hollow polyester; weaving process; warmth retention; moisture permeability; fabric shedding; fabric feel style