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防紫外吸水导湿功能性织物的开发研究
时间: 2019-10-22点击量:
随着科技的进步,传统的纺织品正朝多功能性方向发展,功能性纺织品所占比例将逐渐扩大,单一功能的纺织品已经不能满足人们的日常需求。对于一些在特殊工作环境,如邮政快递、野外勘探、森林消防、巡线维修及建筑施工等涉及到户外作业的人员而言,作业时会受到来自太阳及周围环境物体的辐射热,以及人体由于作业行为产生的大量热量的作用[1]。同时,由于高强度作业时作业人员容易大量出汗,汗液不但会润湿服装,降低服装紫外线防护性能,还会增加人体与服装的黏着感,降低着装的舒适性[2]。这些都给户外作业人员造成了极大地健康威胁并产生不舒适感,因此必须采取有效的防护措施。
 
本试验所开发的防紫外吸水导湿织物集防紫外、吸湿和导湿功能于一体,能够改善以上特殊工作环境下人们穿着的舒适性并有效减少人体紫外线的辐射量。另外,现有的具有防紫外和吸水导湿功能的普通二维机织物在防紫外、吸水和导湿方面还存在明显不足[4];而且目前人们对于三维机织物的研究主要集中在三维机织物的织造工艺、细观力学性能和细观几何结构等方面[5],在三维机织物的防紫外吸水导湿等性能方面的研究还不够成熟。三维机织物具有良好的综合性能,其特殊的结构有利于构成复合功能层,故可利用其进行防紫外吸水导湿三维织物的开发。
 
1 试 验
1.1 试验原料
333 dtex、175 dtex Coolmax纤维与竹原纤维的混纺纱,混纺比均为50/50(河北天伦纺织有限公司);275 dtex防紫外涤纶纱(山东正元材料有限公司)。
 
1.2 织物设计原理
本试验以纤维导湿基本理论、织物热舒适理论为基础设计了3个功能层,选取了纤度不同的3种纱线为原料,根据差动毛细效应原理,使织物层与层之间产生附加压力差,使所开发的防紫外吸水导湿织物内部可以形成稳定的水分传输通道,形成较强的水分传输效应[8],在保持织物与皮肤接触面干爽的同时也能够防止紫外线的辐射。3种不同结构的3层功能性三维织物,分别为多层接结结构、分层角联锁结构和分层正交结构[9],织物各层的纱线原料与功能设计如表1所示。
 
1.3 织物设计与织造
试验所开发的3种结构3层三维织物的经向剖面图如图1所示。图1中数字1和4的部分为防紫外吸水导湿织物的内层,数字2和5的部分为防紫外吸水导湿织物的中间层,数字3和6部分为防紫外吸水导湿织物的外层[10]。
3种织物各层的经纬纱原料均相同,织物单层经纬密度参数如表2所示。
 
1.4 性能测试
主要测试了织物的基本性能(平方米质量、厚度、透气性)、吸水导湿性能(芯吸高度、吸水率、透湿率、液体扩散速度)及防紫外性能(紫外线防护系数)。
性能测试:织物厚度测试标准及方法主要依据GB/T 3820—1983《机织物(梭织物)和针织物厚度的测定》来进行测试;织物透气性测试标准及方法主要参照GB/T 5453—1997《纺织品织物透气生产性试验方法的测定》进行测试;织物的吸湿速干性能测试标准及方法主要参照GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定 第1部分:单项组合试验法》和GB/T 21655.1—2009《纺织品吸湿速干性的评定第2部分:动态水分传递法》来进行测试;织物的防紫外性能测试标准及方法主要参照GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》。
 
2 结果与分析
2.1 基本性能测试
3种织物的基本性能测试结果如表3所示。
 
从表3可以看出,3种织物的平方米质量测试结果相似,其中分层角联锁结构织物的平方米质量最大,多层接结结构织物次之,分层正交结构织物最小。且3种组织结构织物厚度的测试数据均大于0.40 mm,均属于厚重型织物。其中分层角联锁结构和分层正交结构织物厚度相对较大,多层接结组织织物厚度最小。织物厚度不仅与织物密度、纱线纤度有关,与织物组织(浮长)也有着密切的关系。组织浮长较大的织物,交织点较少,纱线容易重叠,因此织物厚度较大。3种织物的平方米质量相似,但由于不同的组织结构和经纬纱交织规律,所以在织物相同层数、相同总紧度、相同经纬密度条件下呈现出不同的厚度。
由表3可知,3种织物的透气性:分层正交结构织物和多层接结结构织物均优于角联锁结构织物。这是由于分层正交结构和多层接结结构织物平均浮长相对较长,故具有较好的透气性。分层角联锁结构织物的平均浮长均较短,气体透过织物时克服的黏滞阻力较大,从而使织物中可透过的空气量相应减少,导致其织物的透气性相对较差[9]。
通过对3种织物各项基本性能测试结果进行综合比较分析,3种织物均具有较优的基本性能,其中分层正交结构织物的综合性能最优。
 
2.2 吸水导湿性能测试
测试3种织物的吸水导湿性能,得出3种织物的芯吸高度、吸水率、透湿率、液体扩散速度测试结果,如表4所示。
 
由表4可知,3种织物的芯吸高度测试数据,分层正交结构织物的最高,多层接结结构织物织物次之,分层角联锁结构织物相较前两种织物稍低。根据国家标准可知,芯吸高度大于90 mm的机织物导湿性能较优。3种织物的测试结果均高于国家标准的要求,可得出3种织物的导湿能力均较强[10]。
3种织物吸水率测试结果中,分层正交结构织物最大,多层接结结构次之,分层角联锁结构织物稍低。根据国家标准可知,吸水率大于100的机织物的导湿性能较优。表4中3种织物的吸水率均高于国家标准的要求,可得出3种织物的吸湿能力均较优异。
从表4中的测试数据可知,分层正交结构织物透湿率最大,分层角联结构织物次之,多层接结结构织物稍低。根据国家标准可知,3种织物的导湿性能均较优。这是由于3种织物的内层均为导湿功能层,且这一层的竹原纤维具有优异的导湿性,且Coolmax纤维为疏水性纤维,当气态水遇到竹原纤维和Coolmax纤维含量较多的织物表面时,将不会像与亲水性纤维接触时一样快速与纤维内部的亲水基团结合、使织物表面润湿,而是从纤维间缝隙或织物中的空隙穿过。且在图1中可看出,多层接结结构织物的内层(导湿层)的竹原纤维和Coolmax纤维含量比分层正交结构和分层角联锁结构织物稍少,故导湿能力相对稍弱。并且,由于织物设计了3个功能层,且织物各功能层之间存在差动毛细效应,水分在织物中传输的传导方向始终是单方向的,只有少部分水分会被内层或中间层吸收,绝大部分水分通过外层被排出,且不会逆流。
从表4中3种织物的液体扩散速度测试结果可知,分层正交结构织物最快,多层接结结构织物次之,分层角联锁结构织物稍慢。结合表4中的测试数据与国家测试标准,3种织物的液体扩散速度均大于4mm/s,处于测试级别中的5级,即快速级别,可知3种织物的吸湿速干性能均十分优异。
因组织结构为本试验开发的3种织物的唯一变量,故其为影响织物导湿性能的主要因素。多层接结结构、分层正交结构比分层角联锁结构稍疏松,分层角联锁结构的织物交织点较多,纱线紧密程度稍大,纱线间的空隙较小,水分在织物内传输的阻力也相对增大,故水分就越不容易传导,导致其织物导湿性能相对稍差。此外,3种织物层间纱线的接结方式不同也是造成其导湿性能差异的一个原因。由图1可以看出,分层角联锁结构织物的接结经纱在层间连接倾斜角接近45°,而多层接结结构和分层正交结构织物的接结经纱在层间则以接近90°的倾斜角与纬纱进行交织,接结纱在层间的交织路径相对较短,导致水分在层间的传输路径相对分层角联锁结构织物较短,液体扩散速度较快。
通过对3种织物吸水导湿测试结果进行综合对比分析,3种织物的吸水导湿性能均较优异,其中分层正交结构织物的吸水导湿性能最优。
 
2.3 防紫外性能测试
测试3种织物的防紫外性能[11],结果如表5所示。
 
由表5可知,3种织物的紫外线透过率测试数据,分层正交结构织物的UPF值最高,多层接结结构织物次之,分层角联锁结构织物稍低。根据国家标准可知,UPF值大于50的机织物既具有对紫外线非常优异的防护能力。3种织物的测试结果均高于国家标准的要求,可得出3种织物的防紫外线能力均较强。织物的防紫外线性能与织物的紧密程度和厚度都有很大的关系,由于分层正交结构织物较其他两种结构织物较厚,且织物较为紧密,故防紫外性能较好。
 
3 结 论
a)以纤维导湿的基本理论、织物热舒适理论为理论依据,选用Coolmax纤维和竹原纤维的混纺纱、防紫外涤纶纱为原料,设计了具有吸水导湿、防紫外功能的3个功能层,织造了具有吸水导湿和防紫外功能的多层接结、分层角联锁和分层正交结构织物。
b)设计开发出3种不同结构(多层接结结构、分层角联锁结构、分层正交结构)的3层织物,通过对其进行基本性能、吸水导湿性能和防紫外性能的测试分析可知3种织物均具有优异的综合性能。
c)在3种织物的组织结构为唯一变量、织物的经纬密度、纱线比例以及层数均相同的情况下,对3种织物的基本性能、吸水导湿性能和防紫外性能的测试结果进行对比分析,优选出分层正交结构为综合性能最佳的结构。

 
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