增强涤纶织物吸湿排汗效能的技术方法的研究
前言
聚酯纤维的主要品种为聚对苯二甲酸已二脂纤维，我国商品名称为涤纶。由于聚酯纤维没有亲水基团，分子堆砌紧密，因此水分子很难进入纤维内部，所以聚酯纤维有极强的疏水性，在标准条件下的回潮率0.4%~0.5%[1]。较低的吸湿性，导致其易产生静电、易沾污和染色困难等问题,影响了服装的穿着舒适性,在服装领域的应用受到一定限制。但是涤纶纤维也有优点，如易染色，硬挺程度较好，耐磨、机械性能较强等等。随着生活水平的不断提高，人们对着装舒适性的要求也在不断提高。如何能在不破坏涤纶纤维优良特性的基础上，改善涤纶的吸湿排汗特性，使其可以调节衣服内气候，是目前诸多纤维研究者和涤纶织物生产厂家都在努力追求的目标。
1吸湿排汗机理
织物吸湿排汗机理：织物对汗液的传递，大体上可分为四个阶段：织物和汗液的接触、润湿与吸收；汗液的传递；汗液的贮存或保持；汗液从织物表面蒸发。因此，在人体出汗后，汗水不在织物内表面扩散，而是被直接吸向织物外层，在织物外层蒸发，以保持织物内层的相对干燥，减小了人体与织物之间产生粘着效应，提高了人体舒适性和人体运动机能[2]。
2影响涤纶纤维或织物亲水性的主要因素
（1）单纤维的表面和截面形状
纤维表面有微小凹凸或截面形状不规则的纤维吸水性好。这是因为纤维光滑完整的表面结构的改变, 不仅使比表面积增大, 对水分子亲和力增大, 而且利用微孔毛细吸水原理, 纤维间空隙保持的水分增加。
（2）亲水性基团的种类与数量
亲水性基团的种类是很重要的。极性基团如经基、氨基、酞氨基、梭基等对水分子有较强的亲和力。因此, 在纤维分子结构中或纤维表面上这种极性基团数量愈多, 吸湿性愈好。
（3）纤维的超分子结构
纤维的结晶度愈高, 吸水性愈差。这是因为在纤维结晶区中, 分子紧密地有规则排列, 极性基在分子间交联, 水分子不易渗入结晶区。
3吸湿排汗整理方法
改善涤纶织物吸湿性的方法有很多, 比如混纺、大分子结构的亲水化、与亲水性物质接枝共聚以及纤维表面处理等等。利用亲水剂, 使之均匀而牢靠地固着在纤维表面形成亲水性的方法, 是近年来合成纤维织物吸湿排汗整理的发展方向。 （1）化学改性：提高涤纶织物亲水性的化学方法主要有三种途径：大分子结构的亲水化、与亲水性单体的接枝改性、纤维表面亲水化处理。 （2）物理改性：通过物理方法提高涤纶织物亲水性的主要途径也有三种：与亲水性物质共混或复合纺丝、纤维结构的异型处理、纤维表面粗糙化[2]。
4涤纶织物吸湿整理
由于物理改性方法对纺丝设备要求比较高，因而导致吸湿排汗涤纶织物成本增加。本文采用由企业提供的新型整理剂A（由于是企业新产品不方便提供名称以及成分）和传统阳离子吸湿排汗整理剂B，使之均匀而牢靠地固着在纤维表面形成亲水性基团。从人体出汗到织物将汗液完全排走要经历三个过程：首先织物吸汗使汗液在皮肤和织物间有一定量的分配，接着汗液在织物中扩散，后汗液从织物上蒸发，这三步中任何一步的指标不好都会影响穿着舒适性。因此，至少要选用三项测试，每项测试表现排汗过程中的一步，来综合评价织物的吸湿排汗性能。所以本文选择通过测试毛细效应综合值、干燥速率、耐久性、导湿综合值和透气性，从而全面的评价A整理剂与B整理剂化学整理方法的整理效果。
4.1试样样品及试剂
涤纶织物（单起平纹组织、经纬密为210×210根/10cm、长度2.00m、幅宽1.532m、厚度0.72m、织物重量51.84g/ m2）、新型吸湿排汗整理剂A、传统吸湿排汗整理剂B。
4.2吸湿排汗整理工艺设计与配置
本次实验采用如下表1所示的工艺参数采取浸渍法对试样进行吸湿排汗整理，整理完毕后凉干测试毛细效应综合值、干燥速率和导湿综合值。
表1整理工艺参数
|
整理剂浓度/( g/L) |
温度 /℃ |
时间 /min |
浴比 |
|
5 |
50 |
5 |
1：20 |
5吸湿排汗性能测试与分析
5.1 毛细效应综合值[3]
5.1.1试样与仪器
试样的选取应有代表性，应避开折皱、疵点，试样距布边至少50mm，保证试样均匀分布于样品上。而本实验用的是机织物，两块试样不应包括有相同的经纱或纬纱。每条试样的宽度为2.5cm，长度为25cm。试样为每组6块，即每个试样至少取12块（经纬向个6块），另预备试样若干。LFT-45毛细效应仪 (分度值为mm)，秒表，米尺，剪刀。
5.1.2 实验方法
采用垂直芯吸法实验方法就是将织物的一端吊起，另一端浸入蒸馏水中，测定30min时间内毛细效应高度。
5.1.3 测试结果及分析
机织物的毛细效应综合值=经向的毛细效应高度值×纬向的毛细效应高度值，整理前后的数据如表2所示。
表2 整理前后毛细效应测试值
整理剂 |
实验次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
平均毛细效应高度值值 |
毛细效应综合值/mm2 |
|
B |
整理后 |
经向毛细效应高度值/mm |
31.2 |
31.8 |
32.1 |
32.8 |
34.6 |
34.6 |
32.9 |
1072.54 |
纬向毛细效应高度值/mm |
31.7 |
31.4 |
34.2 |
31.9 |
33.8 |
32.3 |
32.6 |
|||
整理前 |
经向毛细效应高度值/mm |
2.2 |
2.0 |
2.3 |
1.9 |
2.3 |
2.5 |
2.6 |
5.72 |
|
纬向毛细效应高度值/mm |
1.9 |
2.2 |
2.3 |
2.4 |
2.1 |
2.3 |
2.2 |
|||
A |
整理后 |
经向毛细效应高度值/mm |
48.4 |
47.6 |
44.6 |
46.5 |
47.8 |
49.5 |
47.4 |
2227.80 |
纬向毛细效应高度值/mm |
46.8 |
45.4 |
47.4 |
45.2 |
48.5 |
48.6 |
47.0 |
|||
整理后 |
经向毛细效应高度值/mm |
2.2 |
2.0 |
2.3 |
1.9 |
2.3 |
2.5 |
2.6 |
5.72 |
|
纬向毛细效应高度值/mm |
1.9 |
2.2 |
2.3 |
2.4 |
2.1 |
2.3 |
2.2 |
|||
可见未做整理的涤纶织物的毛细效应综合值很小，织物液态水传导能力很差，那么其吸湿排汗的能力也很低。对比A与B整理剂毛细效应综合直，经过A整理后的试样毛细效应综合值大，织物的液态水传导能力很强，织物的吸湿排汗能力也将很好。充分反映出经新型整理剂A整理后对织物吸湿性的影响是巨大的。
5.2 导湿综合值
5.2.1实验用品和实验仪器
采用常规法来测定织物导湿综合值，试样应具有代表性，应避开折皱、疵点，试样距布边至少50mm，每块试样的面积为10mm×10mm=100mm2，0.1ml的注射器(不确定度为0.01ml)、尺子(分度值为mm)、剪刀。
5.2.2 试验方法
将试样都平铺在样品架上，使样品保持平展，测试部位悬空。在试样上方10cm处一次性滴入40μL的蒸馏水，3分钟后测定液体在织物滴水面横向的大扩散长度a和纵向的大扩散宽度b，重复实验6次。整理前后试样依次做导湿综合值的测定，然后记录数据。
5.2.3 测试结果及分析
导湿综合值[4]：织物横向的大扩散长度a和纵向的大扩散宽度b，按照椭圆的面积公式计算导湿面积S：
导湿面积S=πab/4 （1）
导湿体积V=导湿面积S×织物厚度H （2）
导湿质量G=织物的导湿面积V×织物的面密度g （3）
导湿综合值Z=0.5(SV×10-1+VG×10-3) (4)
按照上述试验方法得到的测试数据按公式（1）~（4）计算得出整理前后的导湿面积、导湿体积、导湿质量和导湿综合值如表4所示。
表4 导湿综合Z
|
整理剂 |
导湿性能 |
整理后 |
整理前 |
|
B |
导湿面积S /cm2 |
16.28 |
0.21 |
|
导湿体积V/ mm3 |
765.2 |
11.97 |
|
|
导湿重量G/mg |
0.078 |
0.002 |
|
|
导湿综合值Z |
622.90 |
0.13 |
|
|
A |
导湿面积S /cm2 |
24.62 |
0.21 |
|
导湿体积V/ mm3 |
1403.3 |
11.97 |
|
|
导湿重量G/mg |
0.199 |
0.002 |
|
|
导湿综合值Z |
1727.60 |
0.13 |
导湿面积S（cm2）、体积V（mm3）、重量G（mg）三项指标综合值Z越大织物传导液态水的能力越强，由表4可看出A整理后比未做任何整理和B整理后试样的液态水传导能力强。这与毛细效应综合值测定的结果完全吻合。
5.3 干燥速率
5.3.1实验用品和实验仪器
试样应具有代表性，应避开折皱、疵点，试样距布边至少50mm保证试样均匀分布在样品上，每组6块。恒温水浴锅、尺子(分度值为mm)、剪刀。
5.3.2 试验方法
首先测的织物经过调湿的重量G1；然后将织物浸泡在蒸馏水深50mm下，30min后将织物提出水面在室内(温度25℃,湿度50%)悬挂至织物含水量为0.3g～0.5g，称重，得到织物此时的重量G2；然后再继续将织物悬挂在室内凉干，30min钟末测得织物的重量G3。
5.3.3 测试结果及分析
按照式（4）计算试样的干燥速率，以百分率表示：
K= （G2- G3）/（G2-G1）*100% （5）
式中：
K——织物的干燥速率；
G1——织物调湿后的重量，g；
G2——织物脱水后的重量，g；
G3——30min末织物的重量，g。
按照上述试验方法得到的测试数据按公式(5)计算得出试样的干燥速率如表6。
表6 整理前后试样的干燥速率
干燥速率K/ % |
A整理后试样 |
B整理后试样 |
整理前试样 |
1 |
97.56 |
76.19 |
70.00 |
2 |
97.61 |
82.93 |
70.73 |
3 |
97.56 |
76.09 |
77.75 |
4 |
95.23 |
90.00 |
77.75 |
5 |
95.12 |
84.21 |
72.09 |
6 |
97.61 |
89.74 |
70.00 |
平均值K1 |
96.78 |
83.19 |
74.20 |
经A整理后的试样具有较快干燥速率，说明整理后试样遇液态水时干燥快。在结合毛细效应综合值和导湿综合值的测试结果可以看出经A整理后的织物不但获得良好的导湿性，而且还获得更快的干燥速率，那么必然使织物获得良好的吸湿排汗效果。
5.4织物透气性
5.4.1实验用品和实验仪器
试样应具有代表性，应避开折皱、疵点，试样距布边至少50mm保证试样均匀分布在样品上。每块试样的面积为100cm2，每组10块、YG461织物透气仪。
5.4.2 实验方法及步骤
先对YG461织物透气仪进行漏气检查并进行校准，我们选择测试面积为20cm2，然后对整理前和整理后的轻薄各涤纶织物进行透气性测量。
5.4.3 测试结果及分析
实验测试数据如表7。
表7 试样透气量
|
试样压差Pa |
A整理后式样 |
B整理后式样 |
整理前式样 |
|
气流量mL |
气流量mL |
气流量mL |
|
|
平均透气量 |
145.96 |
131.67 |
129.85 |
根据平均透气量和测试面积可以得到织物透气率为：
R=qv/A*167(mm/s) (6)
其中：qv——透气量平均；
A—测试面积；
167—换算系数；
则：A整理后的试样透气率=145.96/20*167=1235.466mm/s；
B整理后的试样透气率=131.67/20*167=1099.446mm/s；
未整理的试样透气率=129.85/20*167=1084.248mm/s。
经整理后的试样具有透气率好，说明A整理后的试样透气效果比未经整理的透气效果好。可以看出经A整理后的织物不但获得良好的导湿性和更快的干燥速率，而且获得了较好的透气效果，那么必然使织物获得良好的穿着舒适性。
5.5. 耐洗性测试与分析
整理效果的耐久性是指织物整理后获得的整理效果抵抗自身和自然环境双重因素长期破坏作用的能力，即保持其整理效果经久耐用的能力。这里我们采用浓度为0.5%的家用洗衣粉于40℃度下洗涤50次，每次洗涤5min，洗涤后用清水漂洗两遍，每洗涤10次测试一次毛细效应综合值，见表8。
表8 试样洗后毛细效应综合值
洗涤次数 |
洗涤前 |
洗涤10次 |
洗涤20次 |
洗涤30次 |
洗涤40次 |
洗涤50次 |
A |
2227.80 |
2178.47 |
2098.80 |
1960.52 |
1764.35 |
1590.72 |
B |
1072.54 |
820.52 |
640.36 |
430.2 |
370.27 |
350.27 |
经过A整理后的试样，经洗涤后毛细效应综合值的下降的幅度小，任然可以保持良好的整理效果。
6总结
采用新型吸湿排汗整理剂A对涤纶进行化学亲水性整理,从根本上解决了涤纶吸湿性差的问题。通过新型整理剂A对涤纶织物进行吸湿排汗整理，测试毛细效应综合值、干燥速率、导湿综合值、耐洗性和透气性，对比与传统的吸湿排汗整理剂B有更为优秀的整理效果。从而说明经新型整理剂A的化学方法整理对涤纶织物具有较为优秀的吸湿排汗整理效果。
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