功能纺织品

吸湿排汗纺织品

 

                    第一节  概述

近年来，人们不仅对衣服的保暖性、款式有着较高的要求，而且对服装面料的舒适性、健康性、安全性和环保性等要求也越来越强烈，既要求服装有良好的舒适性，又要求在大量活动时，一旦出现汗流浃背的情况，服装不会粘贴皮肤而产生湿冷感。于是对面料提出了吸湿排汗功能新要求。众所周知，天然纤维以棉为例，其吸湿性能好，穿着舒适，但当人的出汗量稍大时，棉纤维会因吸湿膨胀，其透气性下降并粘贴在皮肤上妨碍身体的活动，同时水份发散速度也较慢，从而给人体造成一种冷湿感；合成纤维以涤纶为例，它具有很多天然纤维没有的优点，但其透湿性能差，吸水性小，在标准状态下(20℃，相对湿度65%)其吸湿率只有0.4%左右，即使在100%相对湿度下的吸湿率也仅为0.6%-0.8%。涤纶纤维的低吸湿性给它带来一些缺陷，例如：易产生静电、沾污，穿着不透气，手感差以及染色较难，并且由于其静电积累而容易引起穿着时产生纠缠的麻烦，尤其在活动时容易产生闷热感。因此，提高涤纶纤维织物的吸水和透湿性是有关科技工作者最为关心的研发方向。

为了改善传统棉纤维及织物排汗快干性，并配合与日俱增的化学纤维生产，吸湿快干凉爽型纤维的开发思想在化纤界应运而生。纺织专家尝试利用天然纤维和合成纤维的优点，采取合理的搭配工艺、织物组织结构和必要的后整理技术，开发出吸湿快干凉爽型织物。

吸湿快干凉爽型纤维及织物特征可以归纳如下：a. 具有吸汗、快干的舒适性；b. 织物轻薄高档,具有优良的毛细管芯吸作用和干爽的手感；c.在夏季等高湿热环境下穿着具有清凉感；d.易洗,快干,免烫；e.织物悬垂性佳。

早在 1982年初，日本帝人公司就开始研究吸水性涤纶纤维，其研制的中空、微多孔纤维在1986年申请了专利。1986年美国杜邦公司首次推出名为"Coo1max"的吸湿排汗涤纶纤维，由它制成的衣料，洗后30分钟几乎已完全(98%)干燥，夏季穿着能保持皮肤干爽。1999年杜邦公司结合研发的低药剂量用快干特性的专利技术，推出升级换代Coolmax Alta系列布料[1]。当前吸湿排汗聚酯纤维品种己形成功能性系列化。

纺织纤维在向开发高吸湿性发展，而新一代用吸水速干助剂对织物进行整理的方法相继推出，此加工技术操作简单，适用性广，经济实惠，适合棉毛、单面布、弹力布等多种面料。

目前，吸湿排汗聚酯织物主要用于运动服、休闲服、内衣、外套、袜类、手套、胸罩、护膝、帽子、毛巾等方面。 2002年开始加拿大国防军己采用杜邦公司Coolmax作为士兵的保暖内衣原料。由于吸湿排汗纤维可解决闷热和出汗粘身问题，可调节服装的内气候,使得服装有了会″呼吸″的特性，故也有“会呼吸的纤维”之称。 

第二节                  吸湿排汗的功能原理

1 织物与水[2]

1.1 水在织物中的存在形式

由于织物纤维本身的结构、化学组分不同，它们与水分子的作用力各异，因此它们的吸水速度和吸水量会有很大差别。不论这些差别有多大，它们吸收的水可以分成三部分，即：结合水、中间水和自由水。

结合水是与纤维分子键合的水分子，它们靠氢键或者分子间力紧密结合在纤维分子上。这部分结合水的量与纤维分子结构、化学组成密切相关，比如聚酰胺纤维分子上一个氨基结合一个水分子。这部分水在与大分子结合时放热从而进入一个稳定的状态。它们在冰点已不能结晶，也不会在沸点蒸发气化。正由于这部分水与纤维紧密结合，因此当织物上只有吸附的结合水时，人体不会有湿感。中间水是由于与结合水分子间存在氢键作用而被吸附在结合水之外的水，它们也不同于普通的水分子，它们的凝固点和沸点分别要低于0℃和高于100℃。当织物与皮肤接触时，它们会从皮肤吸热而脱离织物并按照中间水-结合水、水-皮肤的相互作用力不同而重新分配。由于中间水要从皮肤吸热才能与结合水脱离，因此若有中间水的存在皮肤会有凉感。中间水之外的水称作自由水，由于浸泡、淋湿等原因，它们会暂时地被吸附于织物上，分布在中间水之外。但由于它们与织物间作用力非常微弱，故称之为自由水。它们在热力学上与普通水有相同的相变点，若此时织物与皮肤接触，这些水则会迅速分配到皮肤表面使人感到湿润。

由于织物所吸附的水有结合水、中间水、自由水之分，故我们在表征纤维与水的相互关系时，要区别对待。

1.2 织物的吸水

1.2.1 气相水的吸附

    天然纤维内由于纤维素和氨基酸均存在极性基团，所以它们能吸附较多气相水而变成结合水。即使锦纶等合成纤维，在相对湿度很低时，也会迅速完成结合水的吸附。而当相对湿度逐步升高时，所增加的吸附量为中间水。对于不同的纤维，其结合水的量是一定的，而中间水的多少则与环境的湿度有关。因此在测定回潮率时，一定要有准确的相对湿度参数。

1.2.2 液相水的吸附

    当纤维或织物遇到液相水时，由于水量较大，大部分以自由水形式被吸附，这些自由水一般存在于纤维之间的空隙或纤维自身的孔穴里。吸水速度的快慢决定于芯吸作用的大小，比如麻纤维很细的中空腔、细旦丙纶纤维间的狭缝、异型纤维的毛细作用等等。

    这些自由水在挤压或离心力的作用下大部分可以被除掉。由于在孔隙很小时弯曲液面造成的附加压力会很大，因此在织物被水浸泡之后，再经机械方法除水分，所得的保留下来的水分量占纤维干重的百分率称作保水率。显然保水率所测得的水量，特别是回潮率不高而保水率较高的织物，大部分应属于自由水，也就是说织物上这部分水的存在会让穿着的人感到潮湿。

1.      3水在织物中的传输与蒸发

织物中水的传输以自由水的传输为主，它们在沿纤维轴方向传输时也是靠毛细管，而在垂直纤维轴方向上的传输应该按非线性扩散的方式来处理。从速度上讲，沿纤维轴方向的毛细作用比垂直纤维轴的扩散要快得多。

在人们穿着衣服时，皮肤表面的法向与纤维轴方向是垂直的，因此要让水分迅速传输则必须具备以下2个条件：(1)纤维材料易被润湿；（2）在纤维的径向有微孔并能与纤维中空腔相贯通。这样，在纤维与皮肤接触时，才能迅速把汗水输导开。天然纤维一般不具有径向微孔，因此在垂直纤维轴方向水分的传输靠扩散，由于天然纤维亲水，即天然纤维分子与水分子作用力较合成纤维与水分子的作用力大，因此水由高浓度向低浓度扩散时，天然纤维的扩散系数较合成纤维大，水分传输较快。

水从织物表面蒸发，在环境的温度、湿度固定的情况下，应该与蒸发的表面积和纤维本身的亲、疏水性有关。在相同蒸发面积的时，疏水纤维应蒸发较快。

2 水气传递的基本原理[3]

人体循环、运动产生能量,而体内过度的能量是通过热能和湿气经皮肤向体外散发的。在温湿度适宜的环境中,人体在静态条件下,过度能量释放和周围环境的吸纳达到平衡,皮肤水蒸气散发或水蒸气压很小,穿着纯棉或涤纶织物没有显著的舒适性差异。而当人体大量出汗或周围环境温度高、湿度大时则不然,通常织物覆盖下的皮肤表面的湿度由于织物不同会影响到散发速度,在湿度很高时就会影响皮肤正常呼吸,从而使人感到闷热憋气,使人难受。作为皮肤呼吸传递的媒介,服装面料尤其是贴身织物理应起保温导湿、调节体温的重要作用。因此,作为服装热湿舒适性的吸湿、透湿、放湿性能已成为衡量织物好坏的重要因素。一般来说服装材料中纤维的亲水基团多,纤维的吸水率就高;纤维与空气接触的面积越大,纤维的放湿速度也快,干爽舒适性就好。同样,纱线中孔隙多,气流通道顺畅,水气传递也快,干爽舒适性就好。根据水气传递原理,影响纱线液态水流量ｑ的计算式:

式中的影响因素包括:液气界面张力σ、液体粘度η、液体/材料接触角θ、纤维截面形状和直径ｄ、纤维根数ｎ、纱线加捻角α和纱线长度Ｌ″。最重要因素是θ、ｄ、α。以往制造舒适性面料多以棉等亲水性纤维原料为主,主要是利用此类纤维的吸水性吸去皮肤上的汗水。但吸足汗水而湿透的内衣织物由于不能及时向空气传递散发,此时就会粘附在皮肤上使人不舒服。而用现代导湿性纤维做成的织物,能把皮肤上的汗水迅速从织物内层引导到织物外表,并散发到空气中去,从而保持贴身层始终处于干爽状态,使人体感觉舒适。

3 吸湿排汗纤维的作用原理

   “吸湿排汗”一词包含两种意义。也就是说：①快速吸收，且排放人体的汗气，不易产生闷热和发粘的现象；②通过吸湿性和放湿性，对穿着空间和外部环境的湿度变化进行响应，也就是说具有调节湿度使人们服用时感到舒适的性能。

   “吸湿排汗”织物是指织物同时具有吸水性和快干性，一般来说，无论是天然纤维或是合成纤维都很难兼具这两种性能，但是吸湿排汗加工技术则可以实现这一点。

3.1纤维微观结构的影响[4]

    纤维的微观结构是决定纤维是否具有吸湿能力的关键因素。纤维中常见的亲水基团有羟基（-OH）、氨基（-NH2 ）、羧基（-COOH）等，这些亲水基团对水分子有较强的亲和力，它们与水蒸气分子缔合形成氢键，使水蒸气分子失去热运动能力，而在纤维内依存下来。纤维中游离的亲水基团越多，基团的极性愈强，纤维的吸湿能力就愈高。天然纤维因为都是靠水分而生长的，无论动物纤维或植物纤维都含有较多的亲水基团，因而吸湿率都很高；而合成纤维大分子中亲水基团比较少，只有依靠物质所固有的表面张力使纤维表面或内部微孔、孔隙的表面吸附水汽，因此合成纤维的吸湿率很低。

    纤维中的大分子在结晶区中紧密地排列在一起，水分子不容易渗入结晶区，因此，纤维的结晶度愈低，吸湿能力愈强。

3.2  纤维中的微孔和缝隙的影响

    物质表面分子由于引力不平衡，使它比内层分子具有多余的能量，称为表面能。由于固体表面的吸附作用，纤维表面、纤维中缝隙孔洞的表面在大气中能吸附一定量的水汽和其它气体。

    天然纤维在生长的过程中，形成各种结晶聚集体，其中原纤之间存在一些缝隙和微孔。这些微孔结构给天然纤维提供很高的吸湿率，然而化学纤维中只有很少品种在成形的过程中形成微孔结构。很明显，化学纤维的吸湿率比不上天然纤维。

3.3 纤维的表面形态结构及截面形态结构的影响

    纤维表面具有凹槽或断面异形化，不仅增加了表面积，使纤维表面吸湿能力增加，而且也使纤维间毛细空隙保持的水分增加，因此异形纤维和表面凹凸化的纤维其吸湿率高于同组分的、圆形截面、表面光滑的纤维。

    由此可见，对于疏水性的化学纤维来说，为了达到吸湿排汗的功能，首先要改善纤维的吸湿能力，然后改变纤维的表面形态结构以达到排汗的功能。

吸湿排汗功能纤维一般都具有高的比表面积，表面有众多的微孔或沟槽，截面一般设计为特殊的异形状，利用毛细管原理，使得纤维能够快速的吸水、扩散、传输和挥发，能迅速吸收皮肤表面湿气和汗水，并排放到外层蒸发。其织物比传统的布料吸水率高10-15倍，具有较快的干爽性——比纯棉快干5倍，比尼龙快干2倍。纤维制品（机织物、针织物、非织造布）的吸水性是由于纤维间隙中的毛细管作用所产生的现象，毛细管效应是最常用也是最直观表征织物具有吸汗能力和扩散能力的指标，它对衣服舒适性和卫生性的产生起到很大作用。对于毛细管现象，在平衡状态下，毛细管直径越小，达到水分平衡状态所需要的时间越长，因此，吸水速度也成为现实的问题。目前，市面上的吸湿排汗织物采用如下技术得到：异形断面纤维、中空微多孔纤维、多层织物、使用吸湿速干整理剂对纤维进行表面改性等等。

4、皮肤、汗水与吸湿速干织物

疏水性合成纤维经物理变形和化学改性后，在一定条件下，在水中浸渍和离心脱水后仍能保持15%以上水分的纤维，称之为高吸水纤维；在标准温湿度条件下，能吸收气相水分，回潮率在6%以上的纤维，称之为高吸湿纤维。

据测试资料表明，人在静止时通过皮肤向外蒸发水分约为15g/m2.h.在运动时，有大量的汗水排出，既有液态，也有气态，数量约为100 g/m2.h。人体排出的这些汗水和汗气，应能透过衣服而迅速扩散到大气中去，以保持皮肤表面的干爽和舒适。在排散的汗气中，少部分是直接从织物的孔隙中排出的，称之为透湿扩散；而大部分是被织物中纤维吸附，再扩散到织物表层，通过蒸发排入大气，称之为吸湿扩散。至于人体排出的汗水，则主要通过毛细管现象吸入织物内层，进而扩散到织物的表面，称之为吸水扩散。天然纤维具有良好的吸水吸湿性能，因此穿着舒适。
    但是，一般的合成纤维由于其合纤聚合物分子上缺少亲水基团，吸湿性差，合纤服装穿起来使人感到闷热。天然纤维虽有很好的吸湿性，在标准温湿度条件下，棉和蚕丝的平衡吸湿率分别为8%和11%，在人体大量出汗时，其吸湿速度﹑水分扩散速度和蒸发速度都不尽人意，也有不舒适感。这是因为在吸湿后，天然纤维的杨氏模量大幅度地降低，产生较大的溶胀，例如棉纤维的膨润度达20%，而羊毛可达25%，这样的膨润度便堵塞了汗水渗出的孔道。要解决这一问题，合成纤维反而比天然纤维更容易些，通过对聚合物的改性﹑纺丝和织造等各种渠道，制成高吸水﹑吸湿合成纤维。天气热时，当表皮空气层的蒸汽压大于外部环境时，使汗气有向外迁移的动力。带有亲水性基团的吸湿排汗面料，有助于汗气向外排放，使皮肤感觉干爽凉快，使制成的衣服兼具吸水﹑吸湿﹑透气﹑干爽的特性。

             第三节  织物吸湿速干整理工艺

改善涤纶织物吸湿性的方法有很多，比如混纺、与亲水性物质接枝共聚以及纤维表面处理等等。利用亲水整理剂，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亲水整理的发展方向。

  一  吸湿速干整理剂处理织物实验

1 实验用药品

实验中采用的1#亲水剂STA，其主要成分是聚酯和聚醚嵌段共聚物与聚硅氧烷的复配物，聚酯与涤纶分子组成单元相同，在高温处理后能够形成共结晶，提供了亲水整理的耐洗性。聚醚组分则因具有亲水性，使整理后的涤纶织物改善了吸湿性，从而提高了涤纶纤维的抗静电性和防沾污性。聚硅氧烷含有一个-OH 端基团，可以在织物发生交联得到一种弹性薄膜，使织物不仅具有良好的弹性，还使整理具有耐久性。

2#亲水剂PA，其主要成分是环氧树脂亲水整理剂，环氧树脂在催化剂作用下环氧基开环，自交联而形成醚键，具有亲水性。

3#亲水剂SW，其主要成分是一种有机硅亲水整理剂和聚氨酯类混合物，这是一种含有环氧基团的有机硅三元共聚物。高温时，自交联在纤维表面形成亲水薄膜而获得耐久性。侧链上的聚醚基团则为亲水基团，提供亲水性和柔软性。

4#亲水剂，其主要成分是一种渗透剂，含有磺酸基团和氨基，因此渗透性好，但整理效果不耐久。

2 实验方法

    首先将涤纶织物进行碱减量处理，再用不同的亲水剂进行浸轧处理，工艺流程为二浸二轧、烘干、焙烘，通过比较得出最佳亲水剂，再深入研究亲水剂用量、pH值、烘干温度、烘干时间、焙烘温度、焙烘时间的影响，选出最佳工艺条件。

3 结果与讨论

3.1不同浓度的1#，2#，3#，4#亲水剂吸水时间的比较

   准确称取亲水整理剂，配制溶液，催化剂（MgCl2）用量为0.5g/l，

用HAc调节pH=5，二浸二轧，110℃烘干2min,180℃焙烘30s。

表1  各种亲水剂整理后的吸水时间比较

由表1可知，1#用量达30 g/L时吸水时间较短，而3#则在35 g/L时吸水时间较短，浓度继续增大，效果增加不明显。可能是由于浓度太大，亲水剂分子会堵塞织物上纤维之间的空隙而影响毛细效应。相对于1#和3#来看，2#和4#的效果较差。

3.2 pH值的影响

         表2  pH值对吸水时间的影响

由表2可知，当pH值等于4时，吸水时间最短。可见两种亲水剂与涤纶织物作用要在弱酸条件下进行。

3.3  烘干温度的影响

表3烘干温度对整理效果的影响（对1#进行试验）

烘干温度/℃

吸水时间/s

强力/N

90

80.12

548

100

78.56

568

110

65.24

580

120

73.25

572

130

74.68

566

由表3可见，对于1#亲水剂，烘干温度不同，对织物吸水时间和强力有影响，但不大。

3.4烘干时间的影响

          表4 烘干时间对整理效果的影响

1#（110℃）

3#（90℃）

烘干时间/min

吸水时间/s

烘干时间/min

吸水时间/s

2

83.85

1

161.84

4

81.69

1.5

123.25

6

100.58

2

145.21

8

103.36

4

145.56

由表4中看出，烘干时间对1#吸水时间的影响并不明显，考虑到实际生产工艺的因素，我们只要用2min烘干即可。对于3#烘干1.5min即可。

3.5焙烘温度的影响

随焙烘温度升高，1#亲水剂整理过的织物的吸水性提高，在190-220℃对涤纶的强力影响不大 ，但皂洗牢度提高，因为亲水剂中聚酯嵌段有涤纶分子共结晶。 3#亲水剂整理过的织物170℃焙烘后吸水最快，皂洗牢度随温度的升高而提高。

表5   焙烘温度对亲水剂整理效果的影响

温度/℃

160

170

180

190

200

吸水时间/s

87.21

72.45

104.56

174.56

110.25

1#

强力/N

556

495

479

538

549

皂洗后吸水时间/s

246.87

235.26

228.65

224.58

200.54

3#

吸水时间/s

168.55

123.85

132.23

125.63

122.56

皂洗后吸水时间

423.20

410.62

400.32

385.12

380.25

注：1#亲水剂110℃烘干2min，3#亲水剂90℃烘干90s。

3.6 焙烘时间的影响

表6   焙烘时间对吸水时间的影响

焙烘时间/s

30

45

60

75

90

1#

吸水时间/s

87.26

108.25

115.85

127.03

154.20

皂洗后吸水时间/s

232.87

228.16

212.25

208.56

200.54

3#

吸水时间/s

180.95

158.23

153.25

107.25

132.56

皂洗后吸水时间

323.20

313.62

305.36

285.14

280.25

1#亲水剂整理剂的织物焙烘30s，吸水速度最快，3#吸水剂整理的织物焙烘75s吸水速度最快。虽时间的增大，其皂洗牢度提高。

3.7 轧液率的影响

表7  轧液率对1#亲水剂整理效果的影响

轧液率/%

吸水时间/s

50

77.18

60

76.53

65

56.52

轧液率为65%时，整理过的织物吸水时间最短。

3.8 透湿量（ASTM 干燥杯法，室温25 ℃）和透气量

未整理涤纶织物的透湿阻力为3.143cm

1#亲水剂整理过的涤纶织物的透湿阻力为0.7421cm，3#亲水剂整理过的涤纶织物的透湿阻力为0.8552cm

    未整理的涤纶织物的透气量为358.15L/m 2.s

1#亲水剂整理过的涤纶织物的透气量为378.25 L/m 2.s

二  吸湿速干整理工艺实例

新一代吸湿排汗剂主要是一种水分散性聚酯为主组分的复配物，其中有瑞士Ciba公司的ULTRAPHIL，德国Herst公司的HMW8870，英国lCI公司的Permalose，其中Permalose T用于涤纶织物，Pemalose TG，用于涤棉混纺织物，。国内类似产品为北京洁尔爽高科技有限公司的SAT用于涤纶，SW用于涤棉混纺织物。

这类水分散性聚酯是对苯二甲酸 (乙二酯)与聚环氧乙烷的嵌段共聚物，其示意式如下:

 

    上述嵌段共聚物的分子量一般小于30000，其中聚环氧乙烷的分子量约为1000左右。视嵌段共聚物的分子量大小、熔点为50-6O℃左右，易分散于水中成分散体，浓度高时则呈凝胶状。

    上述分散嵌段共聚物分子结构中具有与涤纶纤维分子结构相同的苯环。高温时，由于分子链段活动，两者的苯环容易产生分子间的共轭π电子对，形成牢固的网结，使亲水性的聚环氧烷链段被结牢在涤纶纤维的表面。涤纶纤维由原来的疏水性表面变成耐久的亲水性表面，明显提高吸湿排汗功能外，还有抗静电和易去污效果。

 其中常用的吸湿排汗整理剂是JLSUN SW，其具体应用工艺是：织物→浸轧吸湿排汗整理剂SW（30-50g/L）→烘干→拉幅（180-190℃，30秒）。JLSUN SW无毒、对人体安全，对皮肤无刺激，成本低廉，用法简便，耐久性好，能与抗菌整理、防紫外线整理、树脂整理同浴，整理浴液切变稳定性高。JLSUN SW可用于涤纶、尼龙、棉/涤、毛/涤等织物，能同时赋予织物下列优异性能：

① 吸汗透气性：经本品整理的织物吸汗性优良、透气性好、服用性优异、吸湿快干，迅速将汗水和湿气导离皮肤表面，可消除合成纤维织物燥身、不透气和不吸汗等缺点。

② 亲水抗静电性：经本品整理的织物亲水性优异，抗静电性能良好、静电效应小、不易吸尘、有一定防污性、容易洗涤。

③ 柔软性：经本品整理的织物柔软滑爽、手感舒适、风格优雅。

④ 耐久性：不影响织物的色泽和强力，耐久性好。

1 实验材料 　

1.1 织物:经纬纱支9.8/9.8tex ,经度密度390/280根/10cm

1.      2药品: JLSUN® SAT（北京洁尔爽高科技有限公司生产）,烧碱(分析纯),保险粉(分析纯),渗透剂JFC。

1.3仪器:电热恒温水浴锅,毛效测试仪,RJ1180高温高压染样机。

1.      4测试:吸湿效果用毛效测试法,根据织物30 min毛效的高低,比较吸湿效果。耐洗性测试采用纺织品实验用家庭洗涤和干燥程序,GB/T 8629—20015Ａ洗涤程序,悬挂晾干。

2 碱浴处理

碱浴处理可以使涤纶产生“碱剥皮”的效果,改变涤纶纤维的光洁度,使其表面微孔增多,有利于后面的亲水整理。但碱浴条件不能太剧烈,以免使涤纶减量过多,改变织物风格。

处方:　 烧碱　　 2 g/L;　　　　

保险粉　 1 g/L;　　　　

JFC　　  1 g/L;　　　

　浴比　　 1∶20。

工艺流程: 90℃处理20～30min→80℃热水洗→60℃热水洗→冷水洗→酸中和→水洗→脱水→烘干。

3            吸湿整理

将织物前处理后,测得毛效平均是3.1cm/30min,采用正交实验法优选吸湿整理工艺。根据整理的影响因素选择4因素,每个因素取3个水平,浴比1∶20,织物重5ｇ,分别对吸湿剂JLSUN® SAT 进行Ｌ9(34)正交实验(表8),试验结果见表9。

      表8 吸湿整理效果正交实验

      表9吸湿整理效果正交实验结果

序号

吸湿剂用量/%（o.w.f）

pH值

温度/℃

时间/min

毛效/cm

1

2

4

30

20

5.6

2

2

7

60

30

6.3

3

2

10

90

40

5.4

4

3

4

60

40

7.6

5

3

7

90

20

8.3

6

3

10

30

30

6.5

7

5

4

90

30

8.2

8

5

7

30

40

7.3

9

5

10

60

20

6.6

Ⅰ

17.2

21.1

18.2

20.2

Ⅱ

20.5

21.6

20.0

19.3

Ⅲ

21.7

16.9

21.6

20.2

K1

5.8

7.1

6.1

6.7

K2

6.8

7.2

6.6

6.6

K3

7.2

5.6

7.2

6.7

R

1.4

1.7

1.2

0.2

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为三水平的综合值，K1、 K2 、K3 为某一因素测试指标的平均值。

从表9中极差R可以看出,pＨ值是影响吸湿整理的主要因素,再次是吸湿剂用量，其次是温度,而时间的影响较小。从实验结果可以看出,试样4、5、7吸湿效果都较好,毛效平均增加4～5cm/30min,提高了1倍多。从毛效的大小方面和成本方面衡量,吸湿整理的最适宜的工艺条件是:pＨ值4,吸湿剂用量3%～5%,温度60℃,时间40min.

4            染色同浴吸湿整理

处方:　分散染料　　ｘ%(o.w.f);　　　　

ｐＨ值　　　　4-5;　　　　

高温匀染剂　   1%;　　　　

JLSUN® SAT　　4%(o.w.f)。

工艺流程:升温至60℃保持20min→添加染料升温至130℃染色60min→还原清洗→冷水洗→烘干。

毛效测试结果证明染色前后毛效提高了2～3cm,同样可达到增加织物吸湿性能。

5            吸湿性能水洗牢度测试

  试样采用纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序GB/T8629—2001,然后测试毛效(30min),如表10所示。

              表10 织物水洗后的毛效               单位：cm

序号                    洗涤次数/次

0

20

30

40

1

7.6

7.5

7.9

8.6

2

8.3

7.8

9.0

7.9

3

8.2

7.7

8.4

7.6

4

6.3

6.7

7.1

7.6

从表10测试结果可以看出,吸湿整理剂的耐洗性好,洗涤次数达40次,吸湿性能仍没有下降。

第四节 吸湿排汗纤维

众所周知，涤纶纤维是一种结晶度较高的纤维，所以其织物有良好的强度和稳定性，其耐热、耐光、耐酸碱、耐氧化剂和耐磨等性能。但是，分子主链中没有亲水性基团，因此呈疏水性，吸湿排汗性能很差，以致应用受到了限制，服装穿着透湿性差，有闷热感，又有静电易于积累引起的种种麻烦，其织物透过皮肤排泄高热汗气的能力即透湿性差，从而影响了人们穿着的舒适性。 
    通过对聚酯纤维进行物理和化学改性可以提高聚酯织物的吸湿性，减少表面静电，提高穿着舒适性。

一 利用物理改性获得吸湿速干性[5]

可以通过改变喷丝板微孔的形状，纺制具有表面沟槽的异形纤维；或采用与含有亲水基团的聚合物共混和复合共纺的方法，研制生产具有吸湿排汗性能的纤维。

（一）、原料共混纺丝：采用含有亲水基团的聚合物与聚酯共混进行纺丝，同时采用特殊设计的异形喷丝板，生产吸湿排汗纤维。利用磺酸盐作为吸湿基团，生产具有吸湿排汗功能的纤维改性聚酯。
   （二）、双组分复合共纺：将聚酯和其它亲水性聚合物，用双螺杆进行复合共纺，研制具有皮芯复合形式的异形截面的新型吸湿排汗纤维，对其吸水性和外观进行改善。亲水性材料作为皮层，常规聚酯作为芯层，两种组分分别起亲水吸湿和导湿的作用。亲水性聚合物一般是聚醚改性聚酯和/或亲水性改性的聚酰胺，这样的复合纤维有吸湿、导湿的作用，达到吸湿排汗的功效。

德国BASF公司申请了吸湿排汗纤维专利,该专利是利用改进喷丝孔形状和选用PET、PA双组分复合共纺的方法,使纤维吸湿排汗性能具有持久性。

（三）、改变喷丝孔形状：改变喷丝孔形状是提高纤维导湿性的简单、直观和行之有效的方法。导湿性提高主要是由于在异形纤维的纵向产生了许多沟槽，纤维通过这些沟槽的芯吸效应起到吸湿排汗的功效。使纤维间产生较大的空隙而具有良好的毛细效应，水份的扩散明显加快，润湿蒸发面积显著增大，水份的扩散和干燥速度大大增强，从而具有良好的吸湿排汗和导湿功效，同时由于汗水的大量快速蒸发带走人体的部分热量，使得体表的温度有所下降从而使人体具有凉爽的感觉，即使在大运动量的场合衣物也会保持较为干爽且不贴身，能够使运动员达到最佳运动状态。通过比较各异形纤维可以发现，纤维的吸湿功能不仅与异形度有关，还与沟槽的深度、沟槽的形状有关。而不同异形截面的纤维在相同异形度时，导湿性能也不一样，带有较深且较窄沟槽的异形纤维导湿性能好。当水珠滴落在上面时无法稳定滞留，沟槽产生加速的排水效果，人体的汗液利用纱中纤维的细小沟槽被迅速扩散到布面，再利用十字型截面产生的高比表面积，使水分被快速的蒸发到空气中。十字型截面还使纱具有良好的蓬松性，织物具有良好的干爽效果。杜邦的Coolmax纤维、台湾中兴公司的Coolplus纤维、仪征化纤股份公司的CoolBest纤维以及海天公司Cooldry纤维就是利用该方法所制成的。

1 Coolmax 吸湿排汗纤维[6]

      Coolmax吸湿排汗纤维是一种新型异截面聚脂纤维，并有4条排汗管道的异形截面的纤维，它的截面呈扁平型的凹凸槽截面结构，形成许多毛细效应强烈的细小芯吸管，它能将汗水迅速排到织物表面，当汗水排至该纤维织物表面后，能快速蒸发到周围大气中去，具有优良的导湿快干性能。它综合了棉的舒适性和涤的快干性，使皮肤保持干爽，达到快速吸湿排汗，加工的面料吸湿性好，穿着舒适，无闷热的感觉，其独特的清凉性和轻快性已成为高档服饰的独特风格，是目前的理想面料。

Coolmax功能性纤维面料的干燥率差不多是棉的2倍。将Coolmax功能性纤维面料应用于牛仔织物上，其强大的透气性和良好的吸湿控制，将使穿着者的皮肤保持干燥，减少体能消耗，使出汗不再成为一个扰人的问题。

  Coolmax织物的染整工艺：

      工艺流程：翻缝→烧毛→退浆→漂白→定型→染色→后整理

工艺要点：

（1）Coolmax等异型纤维织物不能用强碱处理，否则会导致纤维的迅速降解，影响其诸多性能。

  （2）织物的定型温度不能过高，一般控制在185－190℃。

  （3）染色温度控制在120℃，不宜过高，过高会使纤维结构中的多孔道产生变形，膨胀，扭曲，冷却后形状固定下来，使孔道产生堵塞而影响织物的透湿功能。

（4）为了保证Coolmax具有良好的吸湿排汗性能，后整理必须用吸湿速干整理剂如北京洁尔爽高科技有限公司的SW、SAT 。

(5) 吸湿排汗织物柔软处理时，不宜采用具有疏水性的品种，否则会影响织物的芯吸作用，致使降低其吸湿排汗功能。故宜选用Jlsun® 吸水性柔软剂SCG。

2 Coolplus吸湿排汗纤维

Coolplus纤维是利用纤维表面的四条细微沟槽产生“毛细现象”将肌肤表面排出的湿气与汗水经芯吸、扩散、传输，使水滴通过织物瞬间排出体外蒸发，让肌肤充分感受干爽和清凉。其湿气扩散能力较棉高12%～74%，干燥效率较棉高11%～47%。

2.1  Coolplus纤维理化性能

2.1.1 Coolplus 纤维的表面特征

Coolplus纤维的截面切片呈“+”形（见图1，图2 ）,通过纤维表面这些细微的孔洞和沟槽可以产生毛细效应,将人体肌肤表层排除的湿气和汗水迅速吸收到织物表层,不仅改善了涤纶纤维的吸湿性,还可快速散发湿气和汗水,达到吸湿快干的效果。 

2.1.2 纤维的理化性能对比及分析

Coolplus纤维与其它纤维性能的对比见表17。Coolplus纤维的可纺性好,虽然其强度比普通涤纶低,但强度、伸长率均较高于纤维素纤维,可与其它纤维混纺,提高Tencel、Modal以及棉等纱线的强度,并改善纱线的条干均匀度。由于其截面的几何特征,具有比其它圆形纤维更高的抗弯性能,增加了纤维间的抱合力、蓬松度性、透气性和丝条硬挺性,光泽柔和,消除了圆形纤维织物的腊状感,手感舒适。Coolplus吸水性较其它纤维高,因其纤维表面的纵向沟槽和无数微孔可以起到毛细管作用,吸收汗液的速度和扩散的速度均比棉纤维快,可使皮肤表面保持干燥,使人感觉既凉爽、清新,又无寒冷的感觉,而微孔效应使其更具温暖、柔软、活泼的手感。

       表17  Coolplus纤维与其它纤维性能的对比

性能

Coolplus

Tencel

Modal

棉

涤纶

大豆纤维

干强(cN/tex)

37-54

38-42

32-34

20-24

55-60

55-67

湿强(cN/tex)

36-50

34-38

19-21

26-30

54-58

40-52

干伸长率（%）

15-45

14-16

13-15

3-10

25-30

15-21

湿伸长率（%）

18-30

16-18

14-16

12-14

25-30

16-21

干模量(cN/tex)

220

1100

700

90-110

60-280

------

吸水性（%）

65-85

65-70

75-80

45-55

2-3

30-45

2.2 Coolplus织物的染整加工

Coolplus纤维的纺织染整加工生产工艺路线与涤纶相比基本相同。考虑到Coolplus为非常规型截面,纵向成棱槽状,成纤具有机械卷曲形成的弯面,有较好的卷曲弹性恢复率,只需稍加调整和设计,就能用涤纶纺织染整加工工艺和设备进行加工生产。

工艺流程

原料准备→坯布编织→密度检验→磅布打印→检验修残→漂白/     JLSUN SCG柔软处理→脱水→烘干         

染色→

      生物抛光→JLSUN SW整理→湿扩幅→预烘→焙烘

→定型→光坯检验裁剪→缝纫→整烫→检验→包装入库。

   

2.3  产品的技术指标

主要技术指标

   按照台湾TTF 007《吸湿速干纺织服饰品》规定的评价标准及试验方法,经采用美国AATCC 135(1)(Ⅲ)(Ａ)iii法洗涤10次后测试主要指标,测定结果见表21。

     表 21  Coolplus与JC 纤维弹力罗纹针织布吸湿速干性能的比较

由表21可知, 同纱支、同组织规格的Coolplus针织布,较纯棉针织布的芯吸高度及水分蒸发率高,表明前者具有较好的吸湿排汗功能,其纯纺或与Tencel混纺的产品均达到了TTF 007吸湿速干纺织服饰品的规定要求。由于针织内衣直接接触皮肤,便将Coolplus针织布和精梳纯棉针织布进行了吸湿排汗指标测试比较,测试时使用GB/T 3922耐汗渍试验用的标准酸碱液,可以更真实地反映出吸湿排汗的效果。测试比较结果见表22。

表22  Coolplus针织布和精梳纯棉针织布对酸碱液的吸湿排汗效果比较

　　由表22可见, Coolplus与棉纤维的吸湿排汗能力有较大的差异,前者对酸碱汗渍的吸放量较大,后者对酸液的排出较好,但远不如Coolplus纤维的吸湿排汗能力强。

日本帝人公司开发销售了多孔中空截面聚酯纤维。它是在纤维表面到中空部分有许多贯通的细孔，其生产工艺是先与特殊的微孔形成剂共混，然后再将其溶出。该纤维具有优良的吸湿排汗功能和表面粗糙的风格。

吸水性纤维中著名的品种有德国拜耳公司开发的材料，它是芯鞘二层结构。在芯部沿纤维轴方向并列许多细孔，鞘部中有许多导管使芯部与纤维表面相连接，被吸收的水份在芯部多孔质中有选择地被保留，纤维的表面则成为干燥的状态。此后，日本的钟纺、三菱人造丝等公司也相继开发了类似的吸水性纤维。一般情况下，在聚酯纤维中可制作出直径0.01-3微米的大量微细孔，从而得到高吸水率纤维。

二 利用化学改性获得吸湿速干性

1 通过接技共聚方法，在大分子结构内通常引入羧基、酰胺基、羟基和氨基等，增加对水分子亲和性，从而增加纤维吸湿排汗性能。

等离子体处理与亲水性单体聚合：对织物表面进行等离子体处理，开发出能够排放汗气的纤维。利用连续发生高密度等离子体的装置，对纤维表面进行改性并与丙烯酸分子接枝共聚，可很好地吸收水分，而里面不沾水，即使反复洗涤，效果仍能长久保持，通过人们穿着试验结果表明，比棉汗衫的闷热性和粘糊感小。

日本东洋纺公司开发出会呼吸的聚酯织物“Ekslive”,它是通过聚合方法利用化学键接的方式，将聚丙烯酸酯粉末连接到聚酯纤维上,通过吸湿排除热量,改善织物的饱和吸水性。另外，日本Komatsu Serien 公司通过蚕丝化合物接枝聚合改性得到吸水排汗聚酯纤维。

2  为了使纤维表面亲水化，通常使用亲水性高分子覆盖于表面，但要求在洗涤时该亲水性化合物不易脱落。其中可与涤纶纤维生成共熔结晶型的聚二乙醇嵌段共聚物是最好的加工剂，它可以使面料具有“毛细管效应”，让水分子在最短的时间散发出去，从而使面料保持干爽。JLSUN SW亲水加工剂的对苯二甲酸酯部分和聚酯纤维有完全相同的结构,因此，用这样结构的亲水加工剂处理之后，进行加热时，与涤纶分子具有相同结构的部分成为熔合的状态，进入聚酯纤维的结晶区形成共熔结晶，从而获得耐久性，同时由聚乙二醇链段获得亲水性。

三  利用纺纱和织造结构获得的吸湿速干性

    1 与纤维素系纤维的复合：将纤维素纤维和聚酯纤维的特性相互结合所制成的纤维材料，有一些复合纤维已被开发出来了。例如，由日本东洋纺公司所开发的多层结构丝，控制由于大量出汗引起的粘糊感和湿冷感，纤维结构最内层是疏水性长丝，中间层为亲水性短纤维，最外层用疏水性复丝包覆的三层结构复合丝。

2 多层结构：高度达到20米的杉树从根部吸收的水分能上升到树梢，这是由于导管巧妙地利用了毛细管现象所产生的效果。例如，根部附近的导管直径约25毫米，中间部分为10毫米，前端为1.5毫米这样一种毛细管直径由下到上逐渐变细的形态。运用这种原理的100%聚酯多层结构针织品已开发出来，靠近肌肤一侧用粗纤维形成粗网眼，外侧则配置细的纤维形成的细网眼，通过这种形式使汗水迅速向外部放出，这种多层结构聚酯纤维针织品日本东丽公司与帝人公司都在生产。

        

第五节 吸湿排汗织物的性能及检测方法

一 吸湿排汗织物的性能

纤维的吸湿排汗性能取决于其化学组成和物理结构形态。从皮肤表面蒸发的气态水份首先被纤维材料吸收 (即吸湿)，然后经由材料表面放湿；而皮肤表面的液态水分由纤维内部的孔洞 (毛细管、微孔、沟槽)，以及纤维之间的空隙和毛细效应使水分在材料间表面的吸附、扩散和蒸发(即放湿)。两种作用的结果导致水分迁移，前一种作用主要与纤维大分子的化学组成有关，后一种作用则与纤维的物理结构形态有关。

1 吸水性

吸湿排汗纤维具有吸水性的特征，是利用纤维表面有许多内外沟通的微孔或原纤维间隙和表面沟槽形成的众多的毛细管，使得水分容易进入纤维间。同时，沿着纤维轴方向不少管状的沟槽或毛细管，通过芯吸作用为水分的迁移提供通道，因此纤维有良好的吸水性。吸水之后也不出现像棉那样因吸水而膨润的现象。

2 干燥性

聚酯纤维间的水分主要依靠大量的微孔毛细管引力被纤维握持，或者机械地保持在纤维间的毛细管中，在正常环境温度下水分容易输送到纤维表面而挥发掉，吸湿排汗纤维的快干性能见图3：

3基本指标

一些专业测试机构认为织物滴水 (0.02m1)后20秒要完全扩散，水滴扩散面积要大于1000mm2；并要求织物滴水后，在正常环境条件下40 分钟内，织物上残余水分须低于20%。

    此外，吸湿排汗涤纶织物与常规涤纶织物比，其手感柔软悬垂性优良，质地较轻盈，以及良好的干爽触感。

二  吸湿排汗性能的评价

1导湿透气性指标的定义[8]

1.1透湿量   是指织物在两面分别存在恒定的水蒸气压力下，在规定时间内通过单位面积织物的水蒸气的质量（单位：g/m2·d）。

1.2 湿阻   织物的湿阻反应了织物的传湿能力，根据菲克方程：

R=D·△C·A·t/Q   

可计算出织物的湿阻。式中，R为织物湿阻（cm），Q为透过织物的水汽量（g）,t为试验时间（s）,A为织物面积（cm2）,D为扩散系数，△C为水汽浓度差（g/cm3）。

1.3芯吸速率  它是测试织物导湿性的指标之一，并受液态水、纤维、纱线及织物等因素的共同影响。其计算公式为：

w = h/t1/2  ,其中w为芯吸速率，  h为毛细高度（cm）,t为时间（min）。

2测试方法[9]

2.1吸水性的测试方法 

2.1.1 垂直芯吸法（毛细效应法）

此方法见于纺织行业标准FZ/T 01071《纺织品毛细效应试验方法》，该法适用于测定各类纺织品的毛细效应，且仪器简单、操作简便、应用广泛。试验时，把试样条垂直悬挂在毛细效应仪的张力架上，使试样自然下垂至下端的刻度线刚巧浸入液面，水温设定为（27±2）℃ ，30min后测水所润湿试样的高度，比较试样对水的润湿作用强弱。

日本工业标准JIS L1907 Byreck 法与FZ/T 01071原理相同，其试样大小、测试水温略有差异，测试时间则缩短为10min。

2.1.2 滴水法

    此方法为杜邦技术实验室方法，专用于评价织物吸湿排汗整理后的效果。试验时裁取一块5cm×13cm大小的试样，正面向上，平放在水平桌上，其下铺上白色滤纸。将1滴0.05mL左右的水珠滴在试样的左半部分，按下秒表，记录水珠完全渗入织物内部所需要的时间。在试样的中间部位和右半部位作同样的测试，观察织物左中右整理效果是否一致。

一般来说，水珠渗入织物的速度越快，整理后的织物吸水能力越强，此方法相似的还有AATCC 79《漂白纺织品的吸水性》。但是，这种方法只能提供一个大概的参考。有人在此基础上提出在织物反面滴水，然后测量1min 后织物正面的导湿面积和导湿体积，导湿面积越大，织物吸水性越好。

2.      2吸湿性测试

吸湿性测试主要参考日本工业标准JIS L1079,试验时裁取1.5cm×1.5cm试样三块,在105～110℃下烘至恒重,称得布样重量,然后重新将织物在105～110℃下烘30～60min后,立即垂直挂在达到标准状态(20℃,RH65%)的恒温恒湿箱内,10min后称重,计算吸收水分百分数X。称重后再挂在上述恒温恒湿箱内直至水分平衡,再称重布样,计算水分达到平衡时的吸收水分百分数S。吸湿速度常数K按下式计算: 

2.3               透湿性测试

透湿性测试原本主要用于评价防水透湿涂层织物的整理效果,这里用来评价吸湿排汗整理剂对织物组织结构的影响,即测试整理是否造成织物组织孔隙变小而使湿气无法顺利通过。国外发展了不少透湿性测试方法,表23列出了部分测试方法及被采纳应用的国家和地区。

           表23透湿量测试方法及适用国家

应用国家

和地区

ASTM E96

JIS L 1099

BS 7209

美国

日本

欧洲

测试方法

A吸湿法

A-1氯化钙法

水杯法

B蒸发法

A-2水杯法

BW反相杯法

B-1醋酸钾法

单位

g/m3/24h

g/m3/24h

%

这些测试方法的优缺点,不少文献都有探讨。由于原理、测试条件的差异,不同的测试方法所测得的结果之间没有可比性。

我国国家标准GB/T 12704—1991《织物透湿量的测定方法透湿杯法》采用蒸发法和吸湿法,与ASTME96原理基本相同,只是测试条件有所不同。以蒸发法为例,试验时,在清洁、干燥的透湿杯内注入10mL水,将试样测试面向下放置在透湿杯上,旋紧螺帽,并用胶带封口,组成试验组合体。将组合体水平放置在已达规定条件(38℃,RH2%,气流速度0.5m/s)的试验箱内,经过0.5h平衡后称重,随后经过1h试验,再次称重。以下式计算透湿量WVT:

式中:Δm——两次称重之差;

S——试样试验面积;

t——试验时间。

2.4  快干性测试 

采用透湿杯法，该法可测量织物的透湿量。首先在透湿杯中放入定量水，然后将预处理的试样紧密覆盖在透湿杯的杯口上，试样表面必须平整且经纬纱不能扭曲，使水蒸汽只能从试样通过。将其放置在温度（20±1）℃、相对湿度（65±2）%的环境下平衡24h。用精确度达0.001g的电子天平秤称得杯子初重和蒸发后的重量，定量重复测试。   

使用天平测量织物蒸发前后质量的变化，用蒸发得自由水量来表示：

织物失重率/% = （W0-W1）/W0×100

式中：W1 —— 蒸发后杯子的质量

      W0 —— 杯子初重

                                      

另外还有测定公定回潮率，用透气容器采用感湿传感器或红外传感器等机器测定法求得水蒸气渗透度等。

2.5 耐久性测试

    关于耐久性的测试，国外一般都参照织物缩水率试验方法，如AATCC 135《机织物和针织物在自动家庭洗涤中的尺寸变化》，国内则采用GB/T 12490-1988《纺织品耐家庭和商业洗涤色牢度试验方法》的GB/T 8629-1990《纺织品试验时采用的家庭洗涤及干燥程序》，洗涤次数则根据产品的最终用途和洗涤方式而定。

                    

第六节  结语

目前，吸湿排汗纤维已从单一的物理改性向物理化学改性方向发展，以致出现了性能更高新的纤维。例如:美国杜邦公司由Coolmax发展成Coolmax AIta，日本东洋的Ekslive，台湾中兴公司由Coolplus发展成Hydrosoft，随着新的吸湿排汗纤维的出现，推动了高性能的吸湿排汗产品的开发和推广应用。吸湿速干助剂Jlsun® SW和SAT，Permalose T 和 TG等以其简便的操作方法、优良的吸湿速干性能占据了国内的大部分市场，具有广阔的应用前景，值得我国科研部门和纺织品新产品开发部门的关注。

未来衣着用织物将朝舒适、健康的方向发展，以展现经济性、舒适性和功能性的特色，吸湿排汗织物即是其中最重要的项目之一，目前在国内尚在发展中，预期未来将会有很大的成长，并逐渐普及到日常衣物中。                                          

参考文献

1、徐晓辰.吸湿排汗聚酯纤维的开发及应用.合成纤维，2002（11）：9

2、李燕立，林朔.织物的吸湿排汗性及其评价方法 .北京服装学院学报，1996（1）：80-81

3、翟涵 ,徐小丽 ,王其 ,薛斌 . 吸湿排汗纤维及其作用原理研究.上海纺织科技，2004(2)：6 

4、华兴宏等. 吸湿排汗纤维的发展概述.合成纤维，2005（1）：44

5、徐晓辰.吸湿排汗聚酯纤维的开发及应用.合成纤维，2002（11）：10-11

6、赵博.Coolmax吸湿排汗纤维混纺产品的研制开发. 广西纺织科技，2005(1): 11-13

7、关燕等. Coolplus纤维的吸湿速干性能及其产品的开发.纺织科学研究,2002（4）：16-19

8、翟保京,王贤瑞.吸湿排汗整理织物的测试技术及其进展.印染，2005（2）：33-34