纬编单导凉感双面轻薄织物结构设计与性能_姚懿宸.pdf

设计理论与方法丝绸JOUNAL OF SILK纬编单导凉感双面轻薄织物结构设计与性能Structural design and performance of weft-knitted unidirectional anddouble-sided fabrics with cooling sensation and light weight姚懿宸1，董智佳1，姚馨馨2，葛美彤1(1 江南大学 针织技术教育部工程研究中心，江苏 无锡 214122;2 无锡恒诺纺织科技有限公司，江苏 无锡 214105)摘要:为改善常规凉感纤维吸水性差，无法有效吸收并排出汗液而造成皮肤黏附贴身的不适感，文章选用凉感聚乙烯纤维和改性涤纶，结合纬编双面组织结构，通过面料内外层的湿润梯度，达到织物单向导湿的效果，使亲肤面保持干爽，提高其接触凉感。文章设计 5 种组织结构，调整纤维原料、纱线配置等，开发系列纬编单导凉感双面多针道轻薄织物，并测试其相关性能，通过客观赋权法进行综合评价。结果表明:PE/PP 皮芯结构复合纤维编织亲肤面的接触凉感较为优异，且当亲肤一侧形成凹凸状的单侧网眼时，可以有效减少面料与皮肤的贴附面积，显著提高单向导湿和接触凉感，同时满足织物轻薄的需求。关键词:纬编双面结构;凹凸效应;单向导湿;接触凉感;聚乙烯;速干性;轻薄中图分类号:TS1844文献标志码:A文章编号:10017003(2023)02011508引用页码:021201DOI:10 3969/j issn1001-7003202302013收稿日期:20220523;修回日期:20221219基金项目:国家自然科学基金项目(61902150)作者简介:姚懿宸(2000)，女，硕士研究生，研究方向为纬编织物结构与功能设计。通信作者:董智佳，副教授，dongzj0921163 com。为积极应对全球温室效应加剧的气候变化，中国纺联在2021 国际创新峰会上提出要推动“中国时尚品牌气候创新碳中和加速计划”，为了减少制冷设备的使用，实现低碳的衣着生活，凉感面料成为当下节能着装开发的热点1-2。凉感纤维通常具有较高的导热系数，能将人体产生的热量快速导出到外界环境。但常规凉感纤维吸湿性差，难以将人体表面的汗液排出，使人体与织物间产生黏着感3-4。纬编双层织物结构通过形成织物内外层湿润梯度，将汗液单向地从亲肤一侧传导至织物外层，使其在织物外层迅速蒸发，且导出的汗液不会回渗到面料内层，以维持面料与人体皮肤之间微环境的湿热平衡5，可以改善织物的导湿透气性。目前市面上的单面运动面料普遍遮蔽性较差，单向导湿性能有限，难以织造较大的花型;而常规双面运动面料的平方米质量在 170 210 g/m2，且结构较为简单，难以满足夏季运动时人们对于面料轻薄干爽的需求。本文旨在开发系列具有单向导湿功能的轻薄凉感织物，根据单向导湿技术的原理，选用具有凉感性能的聚乙烯(PE)及其复合纤维编织亲肤面，涤纶编织织物使用正面，通过组织结构设计使面料有凹凸状的单侧网眼结构，减少面料与皮肤的贴附。最后测试获得样品的导湿透湿、接触凉感等性能，并分析评价不同纤维材料和组织结构对织物综合性能的影响。1织物开发目前开发夏季运动面料采用的纱线常规线密度为8 33 tex，由于双面结构难以做到十分轻薄，本文全部采用5.56 tex 的纱线，以减小织物厚度，并通过合理配置亲疏水纱线达到单向导湿的性能，设计组织结构形成单侧网眼，实现面料的凹凸效应。1 1原料选择目前利用结构设计法实现织物的单向导湿功能主要是依靠纤维原料亲疏水性能的差异6。聚乙烯(PE)纤维属于本征型导热纤维，其高结晶度和取向度能使热量延纤维轴向快速传递，且具有较高的人体红外透过率和持续的热传导能力，稳态接触凉感有一定的优越性7-8;聚乙烯/聚丙烯(PE/PP)皮芯结构复合纤维的皮层组织为高密度聚乙烯，熔点低且柔软性好;芯层组织为聚丙烯，熔点高、强度高9，有良好的导热能力和芯吸能力。低温阳离子涤纶是涤纶纤维经阳离子改性，加入亲水性基团，降低结晶度，使其吸湿回潮率远高于普通涤纶;通过超细化纺丝技术制得的超细合成纤维涤纶线密度远细于普通涤纶纱线，其比表面积大，纤维之间的缝隙较大，形成更密集的511Vol 60No2Structural design and performance of weft-knitted unidirectional and double-sided fabrics with cooling sensation and light weight毛细孔洞，使纤维的吸湿性和毛细芯吸能力得到极大提高，且纤维束内纤维根数增多，利于吸收和保留更多水分，改善了涤纶的亲水性10。因此，选择 PE 纤维和 PE/PP 复合纤维编织内层疏水面;选择两种改性涤纶纱线编织外层亲水面。纱线具体规格参数如表 1 所示。表 1纱线规格Tab1Yarn specifications原料(编号)规格生产厂家PE/PP 复合纱线(A1)5 56 tex/24 F凯泰特种纤维科技有限公司PE 纱线(A2)5 56 tex/24 F联润翔(青岛)纺织科技有限公司低温阳离子涤纶(B1)5 56 tex/36 F江苏盛虹科贸有限公司超细纤维涤纶(B2)556 tex/216 F联润翔(青岛)纺织科技有限公司1 2工艺方案采用工艺 1 和工艺 2 搭配低温阳离子涤纶纱线和 PE/PP复合纱线制备样品 1 和样品 2，采用工艺 3、4、5 搭配超细纤维涤纶纱线和PE纱线制备样品3、4、5。其中，工艺1采用涤纶在针盘编织工艺反面和连接层，工艺 2、3、4、5 都采用凉感纤维在针盘编织工艺反面并编织连接层。基本工艺参数如表 2所示。表 2基本工艺参数Tab 2Basic process parameters编号原料百分比/%花宽/纵行花高/横列工艺 1A1B1(4470 5530)624工艺 2A1B1(3280 6720)616工艺 3A2B2(4557 5443)624工艺 4A2B2(3902 6098)424工艺 5A2B2(4526 5474)412工艺 1 的花型通过连接处的编织将线圈固定，跨越横列的线圈将网眼两侧收缩拉紧，使网眼呈现梨形，且呈单面，形成工艺正面，即亲肤面的凹凸结构。工艺 3 与工艺 1 选针形成的网眼结构类似，但由于采用上针隔行全成圈的组织结构，两面均较为平滑。工艺 2、4、5 采用集圈编织连接层，形成涤纶面的单侧网眼。绘制结构意匠图，如图 1 所示;并结合互联网针织 CAD 系统 IKDS 绘制线圈结构模拟图和侧视图，如图2 所示。图 1意匠图Fig1Pattern grid图 2线圈结构模拟图和侧视图Fig 2Coil structure simulation diagram and lateral view1 3后整理1 3 1染色聚乙烯吸湿染色性较差，染色时在涤纶编织面上色。该系列面料为吸湿排汗功能性面料，采用 ICC 吸湿排汗整理剂(鲁道夫化工有限公司)，增强织物涤纶面的亲水性和吸湿性。该整理剂适合超细纤维织物的功能整理，赋予织物柔软、凉爽手感。1 3 2定型由于聚乙烯材质不耐高温，热定型温度不能超过 115。经整理定型后，量得成品基本规格如表 3 所示。611第 60 卷第 2 期纬编单导凉感双面轻薄织物结构设计与性能表 3成品基本规格参数Tab3Basic specifications of finished products编号平方米质量/(gm2)厚度/mm样品 11250480样品 21400 525样品 31000 441样品 41090 473样品 511605002测试设计2 1导湿透湿性能测试2 1 1单向导湿性及速干性1)芯吸高度。根据 FZ/T 010712008纺织品 毛细效应试验方法 测试织物的芯吸高度，分别测量经纬向数据各 3组求平均值，作为评价其吸湿性能的指标。2)液态水分管理。根据标准 GB/T 21655 22009纺织品吸湿的评定 第 2 部分:动态水分传递法 中的相关指标，选用 MMT 液态水分管理测试仪，测试 5 组数据求平均值。3)滴水扩散面积。用滴管吸 2 mL 的有色溶液，在距离织物亲肤面 2 cm 的高度连续滴 5 滴，静待 40 s，拍摄其扩散形态，并利用 Imagej 软件计算其不规则面积。2 1 2透湿性衡量服装舒适性的一个重要指标就是纺织面料的透湿性能，按照 GB/T 127041991织物透湿量测定方法 透湿杯法，选用 YG601H-织物透湿仪进行测试，测试 3 组数据求平均值。WVT=24 (m1 m2)S t(1)式中:WVT 为每平方米每 24 h 的透湿量;m1为第一次称量试验组合体质量;m2为第二次称量试验组合体质量;S 为试样试验面积;t 为试验时间。2 2透气性测试夏季服装要求面料有良好的透气性。依据 GB/T 54531997 纺织品织物透气性的测定，选用 YG461E-全自动透气量仪(宁波纺织仪器厂)，在样布不同部位测试 10 次，求平均值。2 3接触凉感性测试根据 GB/T 352632017 纺织品 接触瞬间凉感性能的检测和评价，Q-Max 值0 15 W/cm2，可视为接触瞬间凉感性能面料。采用平板式织物保温仪法来测量织物的导热系数以表征织物的接触凉感11。选用 YG606D 型平板式织物保温仪(宁波纺织仪器厂)，测得保温率、导热系数、克罗值，并计算 Q-Max 值以表征织物接触凉感。3结果与分析3 1基本参数由图 3 可见，厚度和平方米质量成基本呈正相关。选用纱线相同时，工艺 2、4、5 采用集圈结构编织连接层，支撑性更强，得到的样品厚度较大。工艺 1、3 的结构连接点更密集，织物亲水层和疏水层连接更紧密，因而其样品厚度较小。图 3厚度与平方米质量之间的关系Fig 3elation between thickness and weight in grams3 2导湿透湿性能3 2 1单向导湿性及速干性1)芯吸高度。经测试得到经纬向芯吸高度，如图 4 所示。织物经向的芯吸高度均优于纬向芯吸高度，是由于织物纵向的毛细孔隙贯通性比横向好，毛细效应更明显12。样品1 和样品 2 的毛细芯吸能力主要由 PE/PP 皮芯结构复合纤维提供，样品 3、4、5 的毛细芯吸能力主要由超细纤维涤纶提供。样品 2 的芯吸高度优于样品 1，由于样品 2 连接层采用皮芯结构纤维，有利于水分的传导，织物芯吸高度更高。比较后三种工艺，连接层均采用 PE 纤维，而样品 3 由于厚度较小，其芯吸效果显著降低。图 4经纬向芯吸高度Fig4Latitude and longitude core suction height2)液态水分管理评价。MMT 液态水分管理测试仪测试得到内外层含水量/时间变化曲线和液态水分管理相关指数，如图 5、图 6 所示。711Vol 60No2Structural design and performance of weft-knitted unidirectional and double-sided fabrics with cooling sensation and light weight图 5内外层含水量/时间变化曲线Fig 5Water content/time curve of inner and outer layers图 6液态水分管理相关指数Fig6Indexes related to liquid water managementPP 纤维的回潮率小于 0 03%，几乎不吸湿，而 PE 纤维的回 潮率在0 1%0 2%，略高于PP纤维，所以由PE/PP复合的纤维吸湿性略高于纯 PE 纤维。当液体滴在测试面时，由于 PE 纤维的疏水性，水分在纤维间扩散，经连接层纱线的毛细效应传导到亲水层。样品 1和样品 2 亲水层含水量始终高于疏水层，且差异明显，水分传导快速有效。样品 3 持续导湿效果欠缺，由于厚度小，且单侧网眼处显露亲水性纱线，使得单向导湿指数呈负值