中空异形涤纶面料性能研究

                                 摘要：中空异形纤维具有吸湿排汗和保暖性能，它采用了全新的纤维截面设计，将毛细管原理应用于纤维和纱线结构，使织物能够快速导湿、扩散和挥发汗液，从而保持人体皮肤的干爽感，达到提高织物舒适性目的。对中空异形、Coolmax 、Coolbst、普通纤维等机织物的热湿性能进行了测试分析，认为该纤维保暖性能突出，但透气性及透湿汽性较差。   
关键词：中空异形；纤维；导湿性；保暖性；透汽性；透气性   
    对的改性主要是通过化学方法和物理方法赋予纤维较高的吸水性、疏水性，以提高织物穿着的舒适感。其化学改性方法包括：用亲水性基团接枝共聚和用亲水性化合物进行涂层处理；物理改性方法有：改变喷丝孔形状，原料共混纺丝和双组分复合共纺。其中，改变喷丝孔形状对于提高纤维导湿性是简单、直观和行之有效的方法。世界各大化纤公司都相继开发出了异形截面纤维，主要通过在纤维侧壁开设沟槽来提高纤维材料在织物中的毛细管效应。如Dupont公司的 Coolmax纤维具有“ 十”字形截面、日本东洋纺的 Triactor纤维具有“Y”形截面、我国仪征化纤股份有限公司的 Coolbst纤维具有“ H ”形截面。由于纤维在纵向产生了许多沟槽，从而提高了纤维在织物中的毛细管效应，使织物由于纤维上或纤维间的毛细通道产生芯吸作用而具有干爽导湿性能。芯吸作用愈大，导湿性能愈好。
1 中空异形纤维性能简介
    由于纤维的截面形状与纤维的特性密切相关，借助于纤维截面形状的改变可获得各种特性。用于工业生产的异形截面主要有三角形、四叶形、三叶形、菱形、中空形和中空异形等。要使织物具有舒适性，就要使之重量轻而且吸汗性和快干性好，与肌肤接触面积小，感觉舒适。制造具有与天然纤维相近截面的异形纤维以改善性能的仿真方法已被广泛采用。这是因为异形截面纤维外观轮廓呈不规则状，使织物有蓬松感，改善了光泽效应和手感，提高了织物透气性、抗起毛起球性。中空纤维因纤维内部有连续的空腔，降低了纤维的体积质量，提高了织物的隔热保暖性。具有特殊意义的是，兼异形、中空、三维卷曲特征于一体的异形中空三维卷曲纤维（见图 1）与圆形中空纤维、异形纤维相比具有更多的优越性。如用异形中空三维卷曲纤维制作的织物，其蓬松性较普通织物大 15%! 20% ，并且耐磨性能比圆形纤维高 2 倍。此外，异形中空三维卷曲纤维因其结构特殊，还具有优异的弹性回复性能，故异形中空三维卷曲纤维能广泛用于制作地毯、被褥等用品以及垫子类的填充用纤维和集保暖、吸湿于一体的服用纤维等。 2 中空异形织物的热湿传递性能测试与评价
    织造加工是委托江苏省吴江三元织造厂进行的。考虑到试验结果的可比性及试验过程的简单可行性，将织物试样设计为平纹机织物。其中：纬纱采用相同的纱线号数和捻度；经纱均用同规格的纱。织物组织规格见表 1。     注：厚度按照 GB3820 -1983 标准，采用 YG141 型测厚仪测定；平方米质量按照 FZ/T 60003 -1991 标准，采用电子天平测定。
2.1  中空异形织物的热传递性能测试与评价
2.1.1  织物保暖性能测试
2.1.1.1  保暖机理
    通俗地说，保暖就是隔热。隔热性和导热性是同一种事物热传递性能的两种相反的描述方法。由于空气是一种良好的隔热介质，从理论上讲，在面料中保持相对静止的空气量越多，其保暖能力越好。但是空气对辐射热几乎没有阻挡作用，而纤维却能有效阻挡。因此，理想的保暖效果需要选择合适的纤维并保持面料中较多的静态空气含量。要达到这一目的，采用中空截面纤维来贮存空气，并采用空气层组织会是一种有效的途径。纺织材料内部空气含量越多，其保暖性越强，而中空异形纤维不但纤维内部有一定空气含量，而且有较好的蓬松度，纤维间也有较多的空气含量。因此，可大大提高织物的保暖性。
Coolbst纤维织物相近，而保暖率却要优于 Coolmax 和 Coolbst纤维织物。这说明异形中空纤维在保暖性能上有较大的功效。
2.1.2  织物透气性能测试
    气体通过织物的性能称为织物的透气性。透湿汽性与透气性密切有关。织物的隔热性能主要取决于织物内所包含的静止空气，而该因素又转而受到结构的影响，所以织物的透气性与隔热性也有一定的关系。织物的透气性常以透气率来表示，它是指织物在两边维持一定压力差的条件下，在单位时间内通过织物单位面积的空气量。按照GB5453 - 1985 标准采 用 Y561 型 透 气 仪 测 定。具体测试结果见表 2。     由表 2 测试结果可知：异形中空纤维织物的透气性比 Coolbst差，但和Coolmax接近，比常规要好很多，这与异形中空纤维的截面形状有直接关系。由于异形纤维截面的特殊形状———在常规圆形的基础上多出两个齿角，在纺纱过程中齿角间相啮合，使得纤维间更易于紧密排列，从而使得最终织物的透气性略低。
2.2  中空异形织物的湿传递性能测试与评价
2.2.1  基本理论
    纱线和织物传导液态水的能力叫导湿性。当织物中纤维形成的毛细管处于水平位置时，虽然没有外力场的势能差，但由于毛细管弯曲面附加引力的作用，能自动引导液体流动，这就是芯吸。从本质上来说，芯吸是一种维持毛细管内流体迁移的性能。通俗地讲，是使水分子沿纤维表面形成的毛细管上升、并从另一端析出水珠的性能。当人体出汗时，汗液以液态水的形态分布在皮肤表面，通过纱线和织物的芯吸作用，将液态汗水从织物的一面传递到另一面，并散发到空气中，以促进热量的散失，对织物的穿着舒适性起着十分重要的作用。织物中毛细管内液态水的运输，可以在没有外力场条件下完成。这是因为毛细管中液面的弯曲有一定的附加压力，这些附加压力由液固界面张力引起。
2.2.2  织物透汽性能测试
    用烘箱模拟恒温恒湿条件，用水皿法测试试样透汽量，试验温度 50 ℃ ，试验时间 2 h，水皿面积 32. 75 cm²。将织物固定在盛有水的杯上，并将其放在烘箱中，杯子中的水气不断地通过织物传输到外界，因此杯中水量逐渐减少。通过周期性地称量杯内水的重量，从而得到该织物对水汽的穿透阻碍作用的大小。试验结果见表 3。     由表 3 测试结果可知：异形中空纤维织物的透湿汽性能要逊于 Coolmax、Coolbst和常规纤维，这在前面的透气性探讨中也可明显看出，因为一般透气性好的织物，透湿性也好；透气性差的织物，透湿性也差。2.2.3  织物导湿性能测试模拟人体出汗，在织物内表面滴一滴水，测试1 min 后织物另一面的导湿面积，根据导湿面积计算导湿体积和导湿重量（见表 3）。导湿体积 =导湿面积 ×织物厚度导湿质量 =导湿面积 ×织物的面密度由于试样厚度、平方米克重等指标不同，为了准确评价试样的导湿性，利用三项指标图将导湿面积 A、体积 B、质量 C 进行综合，三项指标按照同一数量级参与运算，三项指标综合值 Z 为：Z =0.5（AB ×10^-2+ BC ×10^-3）由表 3 测试结果可知：异形中空纤维导湿扩散面积好于常规纤维，但略低于 Coolmax和 Coolbst。
3  结论与展望
    通过试验，可以做出以下结论：
（1）异形中空纤维织物的传热系数和克罗值均与 Coolmax 和Coolbst织物相近，而保暖率却要优于其他三种纤维织物。
（2）异形中空纤维织物的透气性仅比 Coolmax和 Coolbst略差。
（3）异形中空纤维织物的透湿汽性能略逊于 Coolmax、Coolbst和常规纤维。
（4）异形中空纤维导湿扩散面积也与 Coolmax、Coolbst接近。
    综上所述，异形中空纤维在保暖性能上具有突出的表现，但是透气性和透湿汽性都较差，在导湿方面与 Coolbst不相上下，但却不及 Coolmax。这说明了中空部分确实有益于保暖性的提高，但是异形部分对导湿性能的提高不大，经分析可能是由于其长丝中毛细管数量较少，毛细流量小的缘故。在以上试验基础上可以进一步对该种纤维截面中突出部分之间的角度进行分析，得出一个比较合理的角度，并且注意控制其纱线捻度，找到一个最佳捻度，从而有利于其毛细管数量的增加，提高其导湿性能。相信在未来导湿保暖面料领域里，中空异形纤维必将在该领域得到更大的发展。