异形改性涤纶织物结构设计及其吸放湿性能.pdf

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1、第2 7 卷第8 期 2 0 0 6 年8 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 8 A u g 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 8 一0 0 7 l 一0 5 异形改性涤纶织物结构设计及其吸放湿性能 梁飞，王锐，张大省，陈丽华 ( 北京服装学院服装材料研究开发与评价北京市重点实验室，北京1 0 0 0 2 9 ) 摘要由于涤纶本身不具有亲水基团，吸湿性差，造成其服装的穿着舒适性差，因此需要对涤纶进行改性以改进 其舒适性。从涤纶纤维的形态结构设计、纱线结

2、构设计及织物结构设计多重角度出发，研究纤维及其集合体的结 构对织物吸、放湿性能的影响。结果表明，三叶形改性纯涤纶织物的吸湿和放湿性能优于各种涤，棉混纺织物，卡其 组织织物的吸、放湿综合性能及舒适性较佳。 关键词异形改性涤纶；纱线；织物结构；吸湿性；放湿性 中图分类号：玛1 0 1 9 2 3 3文献标识码：A S t 川c t u r ed e s i g no fp r 0 6 l em o d i 6 e dp o l y e s t e rf a b r i c a n di t sh y g r o s c o p i c i t ya n dm o i s t u r eH b e

3、r a t i o np r o p e r t i e s L I A N GF e i ，W A N GR u i ，Z H A N GD a - s h e n g ，C H E NL i h u a ( 彬，l g 研k 6 0 m f o 可矿C f 0 砌w 忆e o ZR & DA 5 胱眦，曰e 讲昭i j 渺矿C z D 抛n g 死砒，l o Z o g y ，彬n g 1 0 0 0 2 9 ，劬i M ) A b s t r a c tW i t h o u t h y d m p h i l i cg r o u p s ，p o l y e s t e r f h

4、b r i ch a s p o o rh y g I o s c o p i c i t y ，w h i c h I e s u l t si n u n c o m f o r t a b l ew h e nw e 撕n gt h eg a 珊e n tm a d eo fp o l y e s t e rf a b r i c T h e r ；e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt om o d i f yt h e p o l y e s t e rf i b e r T h ei n n u e n c e o ft h es t m c t u

5、 r eo ff i b e ra n di t ，s a s s e m b l yo nt h eh y g r o s c o p i c i t ya n dm o i s t u r e l i b e r a t i o np m p e r t i e so ft h ef a b r i cw a ss t u d i e di nt e H 璐o ft h ef i b e rm o 叩h 0 1 0 9 ) ，、y a mg e o m e t r ya I l df a b r i c s t m c t u r ed e s i g n T h er e s u l t

6、 ss h o wt h a tt h eh y g m s c o p i c i t ya n dm o i s t u r el i b e m t i o np m p e r t i e so ft h ef a b r i cm a d e o ft d l o b a lp o l y e s t e rf i b e ra r eb e t t e rt h a nt h a t o fo t h e rp o l y e s t e r c o t t o nb l e n d e df 曲r i c s T h ek h a k if i l l ) r i ch a s

7、g o o dh y g r o s c o p i c i t ya n dm o i s t u r el i b e m t i o np r o p e n i e sa sw e l la sc o m f b r t a b l e n e s s K e yw o r d _ sp r o f i l e 咖d i f i e dp o l y e s t e r ；g a m ；f 如r i cs t m c t u r e ；h y g r o s c o p i c i t y ；m o i s t u r el i b e m t i o n 人们对服装的要求已不仅仅是外

8、形美观与时 尚，而更偏重于服装的舒适性。对于内衣、运动服和 夏装来说，热湿舒适性是至关重要的。当人体出汗 时，汗液如不能迅速从皮肤上排离，人体会有闷热感 并导致不利于健康的积热。 舒适性良好的织物除要具有优良的吸湿性，还 需要有优良的排湿性。棉纤维具有良好的亲水性， 但由于棉纤维一旦被汗液浸湿后，汗液难于排除，使 织物粘贴在人体皮肤上，造成不舒适的感觉。所以， 虽然它的吸汗性很好，但排汗性较差。普通涤纶纤 维由于不具有亲水基，加上其紧密的大分子链结构， 吸湿能力差，这使其在舒适性方面要比棉等天然纤 维差得多，因此限制了其在更大范围内的应用。 但涤纶纤维的良好疏水性可使水分在织物内部快速 传递，

9、故有很好的放湿性能。 为改善涤纶的服用舒适性，需改善它的吸湿性。 但通常改善织物吸湿性的同时，对其放湿性会有一 定的影响。因此，需对改性后涤纶织物的吸放湿性 同时进行研究。 1实验 1 1 实验材料 试样采用单丝线密度为1 5d t e x ，长度为3 8m m 的涤纶易水解涤纶( P E T ，E H D P E T ) 共混三叶形纤维 制成的织物。 收稿日期：2 0 0 5 一l l 一0 l 修回日期：2 0 0 6 一0 2 1 6 作者简介：梁飞( 1 9 8 l 一) ，女，硕士生。主要研究方向为纺织新材料的设计、研究与开发。 万方数据 PDF Watermark Remover

10、DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【7 2 】 纺织学报第2 7 卷 1 2实验方法 采用H I T A C H IJ S M 6 3 6 0 L V 型扫描电镜对样品 形态结构进行观察，分辨率为3n m ；s B s I 型试样表 面处理机。 织物的吸湿性能测试口o 。将布样沿经向及纬向 裁成2 0c m 2 5c m 的试样3 条，沿长度方向垂直浸 入水中2c m ，测量一定时间内水的上升高度( c m ) ，并 分别计算经、纬向的平均值，即采用芯吸高度法 测量。 织物的放湿性能测试心1 。将布样裁

11、成规格为 5c m 5c m 的试样3 块，并于2 8 ，相对湿度5 5 的仿自然条件下，浸入蒸馏水2 0m i n 后，垂直悬挂 5m i n 去除表面浮水，测量最大平均吸水量( 形。) ， 然后每隔1 0I I l i n 称重，测量平均值( 肜) 。 失水率= 糕1 0 0 式中，形。为最大吸水时样品质量( g ) ；耽为样品 原质量( g ) ；形为失水一定时间后样品质量( g ) 。 2 结果与讨论 2 1 纤维形态结构设计 改善涤纶纤维舒适性的常用方法是化学改性法 及物理改性法。化学改性法主要有纤维大分子的亲 水化法，如亲水性单体嵌段或接枝共聚法、纤维表面 亲水化处理法等；物理改性

12、法包括与亲水性物质共 混法、与亲水性组分复合纺丝法、纤维结构微孔化 法、表面粗糙或横截面异形化法bo 。本文选择的是 物理改性法。 2 1 1 纤维横截面选择 在改善涤纶纤维吸湿性方面，研究较多的是改 变纤维横截面形态。现在已开发出三角形、四叶形、 三叶形、多叶形、菱形、中空形和异形中空等异形纤维 上百种。由于三叶形截面结构不仅使纤维间的毛 细管效应增强，增大了其织物的吸湿性，而且扩大的 纤维比表面积还可使被吸收的水分迅速扩散并干燥。 所以本文选用三叶形涤纶纤维。 2 1 2 纤维结构的沟槽化与微孔化 为了进一步提高织物的吸、放湿性能，采用 P E T E H D P E T 共混异形纤维。该

13、纤维制成的织物经 碱减量处理后，其纤维表面会产生沟槽与微孔，使纤 维的比表面积增大，从而提高了纤维对水分的吸附 能力，赋予纤维优良的吸湿性能H 一。碱减量率过低， 纤维中沟槽及微孔少，吸湿能力仍得不到较大的改 善。纤维经碱减量处理前后的横截面形态结构分别 见图1 ( a ) ，( b ) 。由图1 可见，碱减量处理后纤维表 面出现许多沟槽。 ( a ) 处理前( b ) 处理后 图1 碱减量处理前后纤维的横截面形态结构 2 2 纱线结构对吸放湿性的影响 2 2 1 织物的吸湿性 由于棉纤维和涤纶纤维自身的缺陷，无法满足 最终成品的热湿舒适性能要求，而彼此的优势又可 以互补，所以将适量的涤纶和棉

14、共混，以此改善织物 的吸水性，提高织物的热湿舒适性。因为2 种纤维 共混比例不同，其协同效应程度亦不同，从而混纺纱 的吸湿性和放湿性也会不同，即吸汗、排汗能力不 同。因此设计涤棉( T ，c ) 纱的混纺比为7 0 3 0 、8 0 2 0 、1 0 0 0 ，用这3 种纱织成3 种平纹织物，在相同条 件下进行碱减量处理，各织物对应的碱减量率分别 为5 7 、6 5 、1 1 9 。处理前后样品的相关指标 及1 0 “n 的芯吸高度值分别见表1 、2 ，处理后织物的 扫描电镜照片见图2 。 ( a ) 涤棉7 0 ，3 0( b ) 涤棉8 0 2 0( c ) 涤棉1 0 0 ，0 图2 不

15、同涤棉混纺比织物的扫描电镜图 对于混纺织物来说，其孔隙率计算公式为 e = l I D 。 z 1 0 ，+ ( 1 一z ) l D 。 ；纯涤纶织物的孔隙 率计算公式为= 1 一l D 。D ，。式中，为孔隙率；l D 。 为织物的质量密度；髫为织物中涤纶所占的组分；D ， 为纯涤纶的质量密度( 1 3 8g c m 3 ) ；l D 。为纯棉的质 量密度( 1 5 1g ，c m 3 ) 。 比较表1 、2 可知，碱减量处理后织物芯吸高度 增大，吸湿性提高。从表2 看出，1 0 0 异形涤纶平 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from

16、 www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第8 期梁飞等：异形改性涤纶织物结构设计及其吸放湿性能【7 3 】 纹织物的经、纬向芯吸高度值均为最大，说明该种织 物的吸湿性能最好。这是由于三叶形截面纤维经碱 减量处理后产生的沟槽导致纤维毛细管效应增强， 比表面积增大，对水的吸附和输送能力同时提高。 而与棉纤维混纺，虽然引入了大量的亲水基团，对水 的亲和性增强，但由于在碱减量处理过程中，棉纤维 不会发生碱性水解，且从碱减量率可知，棉纤维对改 性涤纶的碱水解产生了阻碍作用，导致织物的比表 面积和毛细管效应下降；加之棉纤维本身的羟基与 水分子形成强的氢键作用，

17、束缚了水的扩散。 2 2 2 织物的放湿性 通常在织物的吸湿性得到改善的同时，其放湿 性会受到一定的影响，因此本文对碱减量处理后3 个样品的放湿性能进行了研究，样品达饱和吸水量 后随时间变化的失水率如图3 所示。 O1 02 03 04 05 06 0 f m i n 图3 润湿织物失水率随时间变化曲线图 由图3 可见，厚度和孔隙率相近的织物其失水 率随时问的延长逐渐增大。纯涤纶织物的失水速率 略高于其它2 个涤棉混纺样品，说明1 0 0 改性涤纶 织物的放湿性较好。这是因为水分从织物中排出分 为2 个过程：水分从织物内部迁移到外表面再从织 物表面蒸发到外部环境。所以织物的失水速率由扩 散速率

18、( K ) 和蒸发速率( 坎) 共同决定。由于纯涤 纶织物的碱减量率较大，使得其织物表面的粗糙程度 较大，比表面积较大，从而有利于水从织物表面蒸发。 从图2 也可知，该织物的表面结构较疏松，纱线间的 孑L 洞缝隙较大，如文献 5 中所述，孑L 洞缝隙的尺寸越 大，越有利于水分的蒸发和扩散，故它的K 和y 。均 较大。混纺织物中棉纤维的大量羟基会与水分子形 成强的氢键作用，阻碍水分的脱出，加上棉吸水后会 发生膨胀，使得织物内的孑L 洞缝隙变细，从而导致水 分在织物中的流量和传递速率下降，减小。 由吸、放湿研究可知，改性涤纶织物表观物理结 构对织物吸、放湿性能的影响大于棉纤维中亲水基 团对织物吸湿

19、性能的影响。 2 3 织物结构对吸放湿性的影响 2 3 1 织物的组织结构 在纤维结构和纱线结构相同的条件下，织物的 几何结构、紧密程度及厚度等因素会影响其吸湿及 放湿性能。本文采用纯三叶形改性涤纶，设计了 7 种不同织物结构，并研究织物结构对其吸、放湿性 能的影响。所选样品的相关参数和扫描电镜照片分 别见表3 和图4 。 2 3 2 对吸放湿性的影响 2 3 2 1 织物吸水高度上述7 种样品经向、纬向 吸水高度随时间的变化结果如图5 所示。由于样条 尺寸为2 0c m 2 5c m ，所以吸水高度最大值为2 0c m 。 由图5 可见，同一织物吸水初期吸水速率较快， 随着时间的延长，吸水速

20、率逐渐下降最终趋于一最 大值。这是因为织物的吸湿能力基本上是由织物内 的毛细管效应及水分在织物内的扩散能力决定的， 如舳加如柏如加m o 蓬静* 水 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【7 4 】 纺织学报第2 7 卷 注：织物密度中机织物的单位为根，1 0c m ，针织物为纵行5c m 或横列，5c m 。 2 0 1 5 萋 - o 5 O 图4 不同组织的纯涤纶织物扫描电镜照片 01 0 2 03 04 05 06 0 f ，m i n ( a

21、 ) 经向 图5 吸水高度随时间变化曲线图 并以毛细管效应为主。吸水初期毛细管内外压力差 较大，毛细管效应较强，吸水速率较大。随着时间的 延长，芯吸高度增加，毛细管效应逐渐减弱，加之管 内水位的升高促使水的势能逐渐加大，织物的吸水 速率逐渐减慢，最终吸水高度达最大值。 不同结构的织物，经、纬向的吸水速率不同，最 ( b ) 纬向 大吸水高度也不同。芯吸高度受孑L 隙率、孔径大小、 孔数及织物厚度等综合因素影响。孑L 径越小，毛细 管直径越小，附加压力越大；孔隙率越高，一般情况 下织物内的孑L 洞、缝隙越多，毛细管的协同效应及比 表面积越大，织物对水分的吸附和传递能力越强，但 织物的吸水能力与孔

22、隙率并不存在一一对应关系， 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第8 期梁飞等：异形改性涤纶织物结构设计及其吸放湿性能【7 5 】 在孔径、孔隙率相同的条件下，厚度越大，芯吸高度 应下降。7 种织物结构中，以变化重平组织的吸湿 性最好。 2 3 2 2 织物放湿性能对7 个样品的放湿性能 进行测试，随时间变化的失水率结果见图6 。 0l O2 03 04 05 06 0 f ，m i n 图67 种织物失水率随时间变化曲线图 由图6 可知，各织物的失水

23、率随时间的延长逐渐 增大，但不同组织结构的织物在相同时间内的失水率 不同，其规律为6 。 7 。 3 。 2 ” 4 1 。 5 。 这与各织物的厚度排序相反，而和表3 中其它参数 的规律均无对应关系。因此纯三叶形改性涤纶织物 的放湿性与织物的厚度成反比，且织物放湿速率主 要由其厚度决定。这是由于厚度较大的织物，水由 织物内部向表面迁移的速率较小，是整个放湿过程 当中的控制步骤。当厚度基本相同时，孔隙率较大 且表面比较疏松的织物放湿性较好，因其水分的扩 散速率K 和蒸发速率以均较大，有利于织物内水 分的排出和水分从织物表面的蒸发。 综上所述，纯三叶形改性涤纶织物为变化重平 组织时的吸湿性最好。

24、平纹组织织物放湿性最好。 卡其组织织物的吸、放湿综合性能，即舒适性较佳。 平纹组织织物的放湿性最好，但吸湿性一般，比较适 合作为多层复合织物的内层组织。 3结论 1 ) 纱线组成对织物吸、放湿性能有较大影响，三 叶改性纯涤纶织物的吸、放湿性能优于各种涤棉混 纺织物。表观物理结构的影响大于棉纤维化学结构 的影响。 2 ) 织物组织结构对吸湿性能的影响较为复杂， 变化重平组织的吸湿性能优于其它组织结构。 3 ) 放湿性能与织物厚度有密切关系，厚度最薄 的平纹组织放湿性能最好。 4 ) 卡其组织织物的吸、放湿综合性能俱佳，舒适 性较好。黼 参考文献： 1 刘越，徐润香聚酯纤维的舒适性研究 J 纺织导

25、 报，2 0 0 4 ，( 1 ) ：3 8 4 0 2 成赖信子基础被服材料学 M 东京：文化出版局， 2 0 0 1 1 2 6 一1 2 7 3 郑涛，倪波，史晓昆复合多层织物的热湿性能分析 J 棉纺织技术，2 0 0 3 ，3 1 ( 1 1 ) ：5 8 4 王越平，周璐瑛，谢悦，等高吸水高透湿功能涤纶面 料的开发 J 中国个体防护装备，2 0 0 2 ，( 1 ) ：3 4 3 6 5 姚穆，施楣梧织物湿传导理论与实际的研究，第二 报：织物湿传导理论方程的研究 J 西北纺织工学 院学报，2 0 0 1 ，1 5 ( 2 ) ：9 一1 4 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark