（纺织工程专业论文）吸湿排汗聚酯纤维产品研制及其湿传递性能的研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 吸湿排汗聚酯纤维产品研制及其湿传递性能的研究 摘要 最近几年，吸湿排汗聚酯面料由于舒适与健康，在面料市场上所占的份额越来越大。 论文就微多孔聚酯短纤维结构、织物的研制、吸湿排汗等性能的评价以及产品发展，进行 了系统研究。 第一，基于微多孔聚酯短纤维，研制了吸湿排汗织物的实验样品，重点探索了微多孔 吸湿排汗聚酯织物的加工工艺。 ( 1 ) 织物样品的经纱使用1 6 5 d t e x 4 8 f 低弹网络丝，纬纱采用1 4 7 6 d t e x x 2 微多孔聚酯 短纤维氨纶包缠纱或2 9 5 2 d t e x 微多孔聚酯短纤维仿苎麻纱。组织结构有平纹、1 2 斜纹和 2 2 斜纹。 ( 2 ) 微多孔吸湿排汗聚酯织物的加工关键工艺是洗涤和定型，洗涤要充分，定型温度 1 4 0 t 2 为宜。 ( 3 ) 提供了织物不加亲水助剂直接定型、在定型前经亲水助剂处理和有机硅柔软处理 试样，旨在研究亲水助剂处理对微多孔吸湿排汗聚酯织物湿传递性能的影响。 第二，实验测试了纤维和织物的结构形态，探讨了纤维微多孔的形成机理。 ( 1 ) 纺纱前吸湿排汗聚酯短纤维在1 0 0 0 0 和2 2 0 0 0 放大倍数下显示：纤维表面平整， 没有明显的孔洞结构。 ( 2 ) 成品织物中纤维纵向截面有显著的孔洞和裂纹，横向截面也显示了显著的孔洞结 构。该现象显示：纤维微多孑l 的形成与织物后整理密切相关，结果与织物成品的吸湿排汗 功能与后整理充分洗涤密切相关是一致的。 第三，根据f z t0 1 0 7 1 纺织品毛细效应试验方法、f t t s f a 0 0 4 吸湿排汗速干纺织品 验证规范、g b t1 2 7 0 4 9 1 织物透湿量测定方法，测试评价了由微多孔吸湿排汗聚酯纤维 制备的织物吸湿性能、快干性能和透湿性能。 ( 1 ) 提出初始芯吸速率为织物吸湿性能的指标，并验证了该指标与传统芯吸高度指标 具有密切的相关性。 ( 2 ) 组织结构对织物吸湿排汗作用有一定的影响。斜纹组织的织物芯吸作用较平纹组 织好，但平纹组织的织物干燥速率较斜纹组织大。 i i i 浙江理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 在后整理过程中添加亲水助剂，对织物的吸湿性能无显著影响，即使添加亲水助 剂，对织物芯吸作用不显著，但添加亲水助剂会使织物快干功能下降。经过硅柔软剂处理 后，织物的吸湿效应明显下降、干燥速率下降显著。 ( 4 ) 微多孔吸湿排汗聚酯纤维制备的织物，总紧度和平方米重量相差不大时，水蒸气 透过能力是基本一致的。 第四，拓展了微多孔吸湿排汗聚酯纤维制品，研制了含竹炭粉末的微多孔吸湿排汗聚 酯与棉的交织产品，并实验测试了研制产品的湿传递性能、服用性能和染色特性。 j ( 1 ) 棉吸排交织织物和棉竹炭吸排交织织物，由于纬向采用的吸湿排汗聚酯纱，织物 的悬垂性，较纯棉织物得到了提高。 ( 2 ) 棉吸排交织织物和棉竹炭吸排交织织物与纯棉织物相比较，液态水的扩散能力增 强，特别是沿织物经向的芯吸初始速率较大。 ( 3 ) 竹炭粉末在纤维中，造成纤维呈现灰色，会给染色带来一些困难，论文通过k s 值测试结果显示，含竹炭纤维的织物呈现较多的蓝光。 关键词：吸湿排汗，微多孔，初始芯吸速率，竹炭 i v 浙江理工大学硕士学位论文 t h ep r o d u c t sd e v e l o p m e n to fm o i s t u r e a b s o r p t i o n s w e a t d i s c h a r g i n gp o l y e s t e rf i b e r sa n dt h ew a t e rt r a n s f e rp e r f o r m a n c e o ft e x t i l e sm a d eo ft h e s ef i b e r s a b s t r a c t t h em a r k e ts h a r eo ff a b r i c sw i t hm o i s t u r ea b s o r p t i o n - s w e a td i s c h a r g i n g p e r f o r m a n c ew e n t u pi nt h ep a s tf e wy e a r sd u et om e i rc o m f o r ta n dh e a l t h r e s e a r c hi n t h i st h e s i si n c l u d e s o b s e r v a t i o nt h es t l l l 舭o fa b s o r p t i o n - s w e a td i s c h a r g i n gp o l y e s t e rf i b e r s ，d e v e l o p m e n ta n d e s t i m a t i o nw a t e rt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo f p r o d u c t sm a d eo ft h e s ef i b e r f i r s t ，f a b r i c sw i t hm o i s t u r ea b s o r p t i o n s w e a td i s c h a r g i n gp e r f o r m a n c ew e r ed e v e l o p e d b a s e do nm i c r o - p o r es t r u c t u r ep o l y e s t e rf i b e r s t h e p r o c e s s i n gt e c h n i q u ei sd i s c u s s e di nd e t a i l 1 f a b r i c sw e r ew o v e nb yp o l y e s t e rt e x t u r e dy a mo f16 5 d t e x 4 8 fa n ds p a n d e xw r a p p e db y p o l y e s t e rs p u ny a mw i t hm i c r o p o r es t r u c t u r eo f14 7 6 d t e x x 2o rr a m i e l i k ey a mw i t hm i c r o - p o r e s 仃u c t u r eo f2 9 5 2 d t e x t h ew e a v eo ft h e mi sp l a i no r1 2t w i l l 2 t h ek e yt e c h n i q u ei nt h ec o u r s eo fd e v e l o p i n gf a b r i c si s w a s h i n ga n ds e t t i n g t h e w a s h i n gm u s tb es u f f i c i e n ta n dt h et e m p e r a t u r eo fs e t t i n gi sa b o u t14 0 c 3 s o m ef a b r i c sw e r ea d d e d h y d r o p h i l i ca d d i t i v e so rs i l i c o n eb e f o r es e t t i n g t h ep u r p o s ei s t od i s c u s si fh y d r o p h i l i ca d d i t i v e si n f l u e n c e dt h ew a t e rt r a n s 衙p e r f o r m a n c eo ff a b r i c s s e c o n d ，t h em e c h a n i s mo ff o r m i n gt h em i c r o - p o r es t r u c t u r ei sd i s c u s s e db ym e a n so f o b s e r v i n gt h ec o n s t r u c t i o no ff i b e r sa n df a b r i c s 1 f i b e r sw e r eo b s e r v e di nt h em a g n i f i c a t i o no f10 0 0 0a n d2 2 0 0 0 0 ，w h i c hd on o ts h o wt h e m i c r o - p o r ei nt h es u r f a c eo ff i b e r s 2 f i b e r sf r o mf i n i s h e df a b r i c sh a v ed i s t i n c th o l e sa n dc r a c k si nt h e i rl o n gd i r e c t i o na n d c r o s ss e c t i o n i ts h o w st h a tt h ef o r m a t i o no fm i c r o p o r es t r u c t u r eo ff i b e rh a si n f l u e n c e db y f i n i s h i n gp r o c e s s i n g , w h i c hi si na c c o r d a n c ew i t ht h a tt h ew a t e rt r a n s f e rp e r f o r m a n c ei sr e l a t e dt o t h ew a s h i n gp r o c e s s i n g t h i r d ，a c c o r d i n gt of z t - 0 10 71 s t a n d a r d ( w i c k i n ge f f e c te x p e r i m e n t so ft e x t i l e s ) a n d f 1 广r s f a 一0 0 4s t a n d a r d ( t e s tm e t h o do fs p e c i f i e dr e q u i r e m e n t so fm o i s t u r et r a n s f e r r i n ga n d v 浙江理工大学硕士学位论文 q u i c kd r y i n gt e x t i l e s ) a n d g b t - 12 7 0 4 - 91 s t a n d a r d ( d e t e r m i n a t i o no fw a t e rv a p o r t r a n s m i s s i o nr a t e ) ，t h em o i s t u r ea b s o r p t i o n ，t h eq u i c kd r y i n ga n dw a t e rv a p o rt r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c eo f f a b r i c sa r et e s t e da n de s t i m a t e d 1 t h ei n i t i a lw i c k i n gr a t ew a sp u tf o r w a r dt oe x p r e s st h em o i s t u r ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c e ， w h i c hw a sv a l i d a t e dt h a tt h e r ei sr e l a t i v i t yb e t w e e nt h ei n i t i a lw i c k i n gr a t ea n dt h ew i c k i n g h e i g h t 2 t h ew a t e rt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo ff a b r i c si si n f l u e n c e db yt h e i rs t r u c t u r et o 。s o m ee x t e n t t h et w i l li sb e t t e rt h a nt h ep l a i ni nw i c k i n ga c t i o n , w h i l et h ep l a i ni sb e t t e rt h a tt h et w i l li nq u i c k d r y i n g 3 h y d r o p h i l i ca d d i t i v e sd on o ti n f l u e n c e dt h em o i s t u r ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eo ff a b r i c b u tt h ed r y i n gr a t ed e c l i n e sb yh y d r o p h i l i ct r e a t m e n t t h em o i s t u r ea b s o r p t i o np e r f o r m a n c eo f f a b r i c sf i n i s h e dw i t hs i l i c o n ed e c l i n e sa n dt h es a m ea st h ed r y i n gr a t e 4 t h ew a t e rv a p o rt r a n s m i s s i o no ff a b r i c si sn o ti n f l u e n c e db ys t r u c t u r ea n dh y d r o p h i l i c f o u r t h ，ap r o d u c tw o v e nb ym i c r o - p o r es t r u c t u r ep o l y e s t e rf i b e r sw i t hb a m b o o - c a r b o n p a r t i c l ea n dc o t t o ni sd e v e l o p e d ，w h i c he x t e n d st h ep r o d u c t sw i t hm o i s t u r ea b s o r p t i o n s w e a t d i s c h a r g i n gp e r f o r m a n c e t h ew a t e rt r a n s f e r , c l o t h i n gp e r f o r m a n c ea n dd y e i n gc h a r a c t e ra r e t e s t e d 1 t h ed r a p ea b i l i t yw o v e nw i t hm o i s t u r ea b s o r p t i o n s w e a td i s c h a r g i n gy a mi sb e t t e rt h a n f a b r i c sw o v e nw i t hc o t t o n 2 t h ew a t e rt r a n s f e rp e r f o r m a n c eo ff a b r i c sw o v e nw i t hm o i s t u r ea b s o r p t i o n s w e a t d i s c h a r g i n gy a mi sb e t t e rt h a nf a b r i c sw o v e nw i t hc o t t o n ，e s p e c i a l l ya l o n gt h el o n gd i r e c t i o n 3 t h ef i b e r s e m e r g eg r a yb e c a u s eo ft h eb a m b o o c a r b o np a r t i c l e , w h i c hc a u s es o m e d i f f i c u l t i e si nd y e i n g a tt h es a m et i m e ，f a b r i c sw i t hb a m b o o c a r b o np a r t i c l et a k eo nb l u ec o l o r i nt h ec o u r s eo fk se x p e r i m e n t k e yw o r d s ：m o i s t u r ea b s o r p t i o n s w e a td i s c h a r g i n g ，m i c r o p o r e ，i n i t i a lw i c k i n gr a t e ， b a m b o o c a r b o n v i 浙江理t 大学硕士学位论文 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：翻译 日期：洲年；月肜同 浙江理工大学硕士学位论文 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密田 学位论文作者签名：楣舒 日期：1 ，西年 月肛同 1 1 年解密后使用本版权书。 指导教师签名：i 孑p 。 日期：、a 年 3 月f 珀 浙江理工大学硕士学位论文 第一章概述 合成纤维自问世以来，以其优异的性能广泛应用于我们生产生活的各个领域。聚酯纤 维作为合成纤维中的主力纤维之一，因其优良的物理和化学特性而被广泛应用于服装面料 1 l 。但由于它的疏水特性而在吸湿性要求较高的领域中的应用受到了限制。因此，对疏水 性聚酯纤维赋予其吸湿性，就成了人们研究的热点。吸湿排汗聚酯纤维就在这种情况下应 运而生【2 1 。 天然棉纤维吸湿性好，穿着舒适，一直以来都是人们服用的首选。但是，当人的出汗 量较大时，由于棉纤维吸湿膨胀，导致其透气性下降并粘贴在皮肤上，同时水分的扩散速 度也变慢，给人造成一种湿冷感。而吸湿排汗聚酯纤维不但具备了天然纤维吸湿性好、穿 着舒适的优点，而且解决了天然纤维因人体大量出汗时会紧贴身体的缺点。 在开发吸湿排汗纤维方面，美国杜邦和同本帝人公司起步较早，国内在这方面的研究 相对较晚。目前国内外一些工业化的产品主要是通过纤维截面异形来增加毛细管作用，使 织物由于纤维上或纤维问的毛细通道，产生芯吸作用而达到快速吸湿排汗的效果。 目前国内外的研究现状 吸湿排汗纤维是指利用纤维表面微细沟槽或多孔结构所产生的毛细现象使汗水经过 芯吸、扩散、传输等作用，迅速迁移至织物的表面，并发散以达到导湿排汗的目的。 早在1 9 8 2 年初，日本帝人公司就开始了吸水性聚酯纤维的研究，其研制的中空微多 孔纤维在1 9 8 6 年申请了专利。同年，美国杜邦公司首次推出名为“c o o l m a x ”的吸湿排汗聚 酯纤维，这种纤维外表面具有四条排汗沟槽，可将汗水快速带出，导入空气中。据称，用 它制成的衣料洗后3 0 分钟已完全( 9 8 ) 干透，在夏季穿着可保持皮肤干爽。1 9 9 9 年杜 邦公司结合研发的低药剂用量快干特性的专利技术，推出升级换代c o o l m a xa l t a 系列布料 【3 】 o 自从杜邦公司推出吸湿排汗功能纤维c o o l m a x 后，人们通过异形纤维表面积增大、毛 细现象增强的机理开发了很多吸湿排汗纤维。如日本东洋纺公司的t r i a c t o r ( y 型截面) ； 韩国东国株式会社的i - c o o l 系列纤维、晓星公司的a e r o c o o l 中文名为“艾丽酷”：我国台 浙江理工大学硕士学位论文 湾豪杰公司的w 型截面纤维t e c h n o f i n e 、中兴纺织厂的改性聚酯纤维c o o l p l u s 、远东公司 的t o p c o o l ，中国石化仪征化纤股份有限公司的c o o l b s t 、顺德金纺集团生产的c o o l n i c e 纤 维、泉州海天轻纺有限公司开发的c o o l d r y 纤维等【4 1 。 1 2 吸湿排汗聚酯纤维的主要加工方法 由于聚酯纤维是一种高结晶度的纤维，分子主链上不含亲水性的官能团，因而具有疏 水性。它的吸湿排汗能力低，使得纺织后加工应用受到限制，做成织物或服装穿着不舒适、 透气性差、有闷热感。吸湿排汗聚酯纤维的研究开发，主要是通过物理改性和化学改性两 种方法进行。 1 2 1 化学改性 通过化学改性得到吸湿排汗聚酯纤维主要有两种方法。一种是通过亲水性基团接枝共 聚，一种是通过亲水性化合物进行涂层处理。 ( 1 ) 亲水性基团接枝共聚 亲水性基团接枝共聚是指在聚酯纤维分子的构造中，引入醚键、羟基、磺酸基等亲水 性基团，在大分子上进行接枝共聚，从而增强聚酯纤维的吸湿性【5 1 。由于聚酯纤维分子链 结构具有紧密的敛集能力和高的结晶度，并且大分子上没有活性基团，接枝共聚要在放射 线、电子线等强烈辐射引发条件下才能进行。接枝共聚的改性纤维，虽吸湿率可达 4 一1 3 4 ，但成本较蒯6 1 。 通过在聚合时加入含有亲水基团的化合物，或与这一类化合物进行共聚、共混来改善 疏水纤维的吸湿性。如日本东丽采用共聚的方法制备p e t 和p a 6 的嵌段共聚物，然后再与 p e t 共混纺丝，制成的8 2 5 d t e x 2 4 f 的共混纤维显示出良好的吸湿性。以p e t 作皮组分， 尼龙4 作芯组分，经复合纺丝得到非圆形截面的皮芯双组分复合纤维在标准状态下平衡吸 湿率为4 2 。类似的还有以吸湿性共聚酯为复合成分，该共聚酯是亲水性化合物以相对于 该共聚酯总质量的4 0 t 必广9 9 进行共聚而成的聚酯，其吸湿参数为1 2 8 0 ，还含交联 剂；日本可乐丽的s o p h i s t a 是一种具有亲水基团( - o h 基) 的全新合成纤维。它具有吸湿、 吸水、扩散性能，实现了以往合成纤维所没有的给入的肌肤带来柔软、舒适的感觉。s o p h i s t a 2 浙江理工大学硕士学位论文 纤维表面能迅速吸收、扩散汗水，而且干得也非常快。把它和快干型涤纶进行比较，吸收 l o g m 的水后，在相同环境下，涤纶需要4 5 m i n 才能全干，而s o p h i s t a 则只需要3 0 m i n 。 ( 2 ) 亲水性化合物进行涂层处理 聚酯纤维的疏水性除与其化学结构有关外，与其表面组成也有很大关系。用整理剂对 纤维进行涂层处理以改变聚酯纤维的疏水表面层性能，是应用较广的方法。国内外已经推 出了多种以亲水性为主，兼有防污、抗静电性能的整理剂。但是这种方法常因亲水剂与纤 维结合不牢导致吸湿没有耐久性，经过洗涤，吸湿功能会渐渐降低f 丌。 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。尤其对涤纶纤维用的聚乙二醇的共熔结晶型聚酯是最出名的加工剂。 亲水剂苯二甲酸的苯环部分与其相连接的酯键部分和聚酯纤维有完全相同的结构。因此， 在用这样结构的亲水加工剂处理之后，在进行加热时，具有相同结构的部分成为如同熔合 的状态，经冷却后，进入聚酯纤维的结晶结构之中而形成共熔结晶。通过共熔结晶而获得 耐久性，一般认为由聚乙二醇链段而获得亲水性。 1 2 2 物理改性 物理改性的主要方法是改变喷丝孔形状，其对于提高纤维吸湿排汗性能是简单、经济 而行之有效的方法。由于织物的吸水作用是通过以下三个途径进行的，即通过纤维自身的 微孔、纤维表面及纤维间隙所形成的毛细管，而通过物理改性得到的吸湿排汗纤维的表面 一般具有沟槽或微孔结构，比表面积比普通聚酯纤维大，因而通过毛细管的芯吸效应更加 显著，纤维就具有很好的吸湿排汗性能。 ( 1 ) 超细聚酯纤维 超细聚酯纤维的表面虽没有沟槽或微孔结构，但在同样线密度的丝束中，由于超细纤 维单丝根数比普通纤维多，从而改变了织物密度，而且纤维间隙小，极易形成毛细现象而 吸水【8 】。 ( 2 ) 中空微孔纤维 中空微孔纤维通常是指芯部有中孔，皮层有微孔的差别化纤维，其中有部分微孔成为 浙江理工大学硕士学位论文 从表面到中空部分的贯穿孔【9 】。当聚酯纤维织物与汗水接触时，在毛细效应作用下，一面 从内侧贯穿孔将汗水输向中孔并沿中空部分分布，一面又通过外侧微孔向空气中蒸发，因 而吸水迅速，保水率、输水率高、透气性好，较好地满足了穿着舒适性的要求。这种纤维 的生产除了利用异形孔喷丝板直接纺丝或采用复合纺丝法纺制双组分皮芯纤维得到中孔 外，其微孔结构的形成是向普通聚酯中添加成孔改性剂，使它均匀分布在聚合物中，经熔 融纺丝后，在织物整理阶段再用碱将其溶解出来，纤维上就留下了许多微孔【i o 】。 据报道，日本帝人公司、钟纺公司都曾研究出了中空率高达3 5 州0 的涤纶中空微 孔长丝。帝人公司1 9 8 2 年开发出吸水涤纶“w e l l k e y ，它具有吸汗快干的特性，可以吸收 和释放超量的汗液【i l 】。国内罗先珍、李燕立、张大省等使用特制的中空喷丝板，结合成孔 剂和碱处理，制得了高吸水涤纶短纤维【l2 1 。为充分体现此纤维的性能，对其纱线、织物和 服装做了精心设计，经对服装性能的测试表明，用此种涤纶短纤维与棉按8 0 ：2 0 比例混纺 所得织物具有好的手感，制成夏季服装后在吸汗、排汗方面较纯涤纶、纯棉织物有较好的 舒适性【l3 1 。浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司通过化学和物理手段研发出一种具有内外贯穿 的蜂窝状微孔结构纤维。它是一款有很好的柔软性、抗起毛起球、吸湿快干等其它功能于 一身的多功能纤维，而且其功能同各种纤维混纺后，仍可保证很好的有效性。纤维通过原 液色纺工艺或后染整处理，在高温定型( 1 8 0 4 c - - 1 9 0 。c ) 的条件下，能克服普通涤纶产品在 高温定型时的定型牢度、升华牢度、涤纶热移染存在的缺陷，服用安全性指标达到了 g b 1 8 4 0 1 的标准，真正达到其功能的永久性、环保性、使用的广泛性以及极好的服用安全 性和高技术含量、高附加值的要求【1 4 】。 ( 3 ) 异形截面聚酯纤维 在化学纤维生产中，采用改变喷丝板孔形及纺丝工艺条件等方法制造各种非圆形截面 形状的纤维，统称异形纤维。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人们所需要的各种特性。由于异形孔喷丝板加工技术不断发展和完 善，喷丝板的种类不断增加。据不完全统计，到目前为止已有近百种，用于工业生产的主 要有三角形、四叶形、三叶形、多叶形、菱形、中空形和异中空等【”】。 美国杜邦公司生产的“c o o l m a x ”聚酯纤维，其横截面成独特的扁十字形，纤维表面在 纵向形成四个槽，拥有比一般纤维多出2 0 的表面积，其排汗功能优于其它同类纤维；日 本东洋纺公司开发的一种y 形截面的聚酯称为 t r i a c t o r ，据称这种纤维的吸水性和吸湿性 可以与天然纤维相媲美，可见纤维截面形状对织物的性能是非常重要的；韩国东国贸易株 4 浙江理工大学硕士学位论文 式会社利用纤维表面异型截面的毛细管现象及表面积大的特点，研发出i - c o o l ( i ： i n t e l l i g e n t 的缩写，中文意思“智能”) 系列新型吸湿排汗纤维，该原丝表面的水分可以很快 被吸收、干燥，从而使织物具有吸湿排汗的功能，让肌肤时刻保持干燥和舒适感；韩国晓 星公司开发的“a e r o c o o l ”是具有良好吸湿排汗功能的新型聚酯纤维，参照“苜蓿草”的四叶 子形吸湿排汗程序，利用纤维表面的细微沟槽和孔洞，将肌肤表层排出的湿气与汗水经由 芯吸、扩散、传输的作用，迅速排出体外，使肌肤保持干燥与清凉；台湾中兴纺织股份有 限公司生产的“c o o l p l u s ”同样是通过y 形和十字形截面，利用纤维表面微细沟槽产生毛细 现象，使汗水扩散、芯吸：台湾远东纺织公司研发的t o p c o o l 是以四道凹槽来达成排汗 效果，它能迅速吸收表层湿气及汗水，并排至外层蒸发，使体内保持干爽舒适，并能调节 体温，具有芯吸性、可呼吸、速干、不粘搭、易洗等特性；中国石化征仪化纤公司研发的 c o o l b s t 纤维产品采用全新的十字形的纤维截面形状设计，将毛细管原理成功地运用到纺 织品表面结构，使其能够快速吸水、输水、扩散和挥发，从而保持人体皮肤的干爽；上海 海天轻纺集团研发的c o o l d r y 是一种具有干爽、舒适性的纺织产品，它综合了棉的舒适性 和涤纶的快干性，使皮肤时刻保持干爽，应用特殊设计的多沟槽纤维和独特的面料设计及 后整理方法，将自然界的毛细管原理成功引入到纺织品中，能将肌肤表面的汗水和湿气迅 速吸收、传输至织物的表面并散发掉。 通过物理改性方法得到吸湿排汗聚酯纤维，其工艺简单，成本较低，而且能保持纤维 原有的优良性能，目前使用较多。 1 3 吸湿排汗机理研究 服装面料的湿传递主要有两种形式：( 1 ) 以气态水形式。当人体的水分蒸发时，水蒸 气通过服装中纤维或纱线的空隙直接传递出去，或者这些水蒸气先在服装上凝结，再散发 到空气中。通常这种传递形式是在潜汗状态下发生的。( 2 ) 以液态水形式。液态水由织物 的毛细作用而传递，称为芯吸传递，其过程分吸湿、放湿两部分，分别用吸水率与散湿率 来反映。通常这种传递形式是在显汗状态下发生的。显汗是指当外界温度等于或超过皮肤 温度或者人体进行激烈活动时，人体汗腺分泌汗、液【1 6 】。 服装织物的湿传递过程主要有：( 1 ) 由于服装织物空隙的存在，液态水从织物空隙中 渗出。( 2 ) 织物的吸水性使织物吸收水分，并向周围环境散发。( 3 ) 当汗液量愈来愈大时， 织物以毛细管作用传递液态水【1 刀。 s 浙江理- t 大学硕士学位论文 研究证明，在不同出汗状态下，服装面料湿传递的机理和途径不同。一般情况下，在 潜汗状态时纺织面料的湿传递与湿气的扩散和材料的吸放湿能力有关；在显汗状态时水分 的迁移能力和再次蒸发能力是主要因烈塌】。 织物的液态水传导能力用于表征织物湿传递特性，是服装舒适性研究的重点内容之 一。国内外的科研人员提出了一些织物湿传递模型，旨在揭示织物湿传递的机理。 差动毛细效应织物最早是由美国的研究者提出的，美国、日本等国家基于差动毛细效 应模型，开发出了导湿排汗运动织物，用作著名运动服装。王其研究了纯合纤织物差动毛 细效应原理【1 9 1 及其形成条件【2 0 】，并建立了纺织品湿传递差动毛细效应的模型【2 1 1 ，通过建立、 研究了织物的差动毛细效应模型，比较了差动毛细效应织物和非差动毛细效应织物的导湿 性，并把差动毛细效应模型应用到高导湿纤维、纱线，非织造布和一些薄膜模型的建立上。 孟家光【2 2 】等人建立了针织物液态水传导理论，研究并优化了芯吸速率法、织物表面滴液法、 垂直吸水法及实验数据处理方法，运用向量分析法，提出了全面针织物导湿能力的物理指 标和相应的计算公式。 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 管曲面附加压力的作用，能自动引导液体流动，称之为芯吸。 芯吸是一种维持毛细管内流体迁移的性能，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。这种由于毛细管压力自动引导液态流动的现象称为芯 吸现象。毛细管压力可以根据l a p l a c e 公式【2 3 】计算： ：2_zcos0pc = c o s ， 1 - ( 1 ) 式中：见毛细管压力； 厂水的表面张力； ，毛细管半径； 乡接触角。 吸湿排汗聚酯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 6 浙江理工大学硕士学位论文 计为特殊的异形状，利用纤维多孔或表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸、扩散、 传输等作用，迅速迁移至织物的表面并发散，从而达到导湿排汗的目的【2 4 】【2 5 1 。 1 4 吸湿排汗聚酯纤维的应用 吸湿排汗聚酯纤维在紧身衣裤、内衣、衬衣、外衣、运动服、西裤、衬里、休闲服等 方面有着广阔的应用前景。 1 4 1 紧身衣裤 日本的东丽公司和旭化成公司认为，可将吸湿排汗纤维用于紧身衣裤。原因是在r 常 生活中有8 0 以上的女性对紧身衣裤的闷热和出汗粘身感到非常不满【2 6 】。而吸湿排汗纤维 的运用可以解决这个难题，改善紧身衣裤的舒适性。 1 4 2 外衣 由于对穿着舒适性的重视，吸湿排汗纤维在女性服装领域已被大量采用。特别是在女 式外衣上，对附加弹性、清凉性、轻快性等性能要求已成为开发的重点。虽然吸湿排汗纤 维在女式服装上应用较多，但是目前逐渐推广到西服长裤、成套内衣、休闲短裤等男式服 装领域。 1 4 3 运动服 在吸湿排汗纤维的应用中，运动服是最突出的一个领域。据统计，如今美国的运动服 市场年销售额达到5 5 0 多亿美元、欧洲为3 5 0 多亿美元、日本为1 2 0 多亿美元、其它地区 总和约为1 2 0 多亿美元。 在过去，人们喜欢用棉纤维作为制造运动服的原料，因为棉纤维本身就具有亲水性2 7 1 ， 吸水能力好，因而下游纺织服装行业广泛将棉纤维应用于内衣、运动服、袜子等领域。然 而，富含亲水基的棉制品虽然在出汗时可以吸水，但由于棉纤维吸水膨胀，导致其透气性 下降并粘贴在皮肤上，同时水分的扩散速度也变慢，给人造成一种湿冷感【2 8 】。此外，浸润 7 浙江理工大学硕士学位论文 水分的棉制品重量增加，棉纤维贴在皮肤表面上，往往会妨碍身体的活动。而吸湿排汗纤 维制造的织物就解决了棉纤维的问题，它不会在人体出汗时令纤维粘贴在皮肤表面，具有 快速的吸湿排汗功能，因此在运动服、竞赛服等应用上已经有被大量使用的趋势。特别是 运动服对此类纤维需求十分强劲，在体育用品领域中，这一功能已被认为是规定的功能。 目前吸湿排汗纤维织物已在n i k e 、a d i d a s 、r e e b o k 等运动品牌中得到应用。 1 4 4 军用服装 由于在军事环境中自然条件一般都极为恶劣，普通的服装根本无法保持人体最基本的 舒适性。而具有吸湿排汗功能的聚酯织物服装可以使士兵在各种恶劣的环境中更加专注地 投入战斗。加拿大国防部士兵衣物采购部门早在2 0 0 0 年就指定采购美国杜邦公司的 “c o o l m a x ”作为轻质保暖内衣的原料，2 0 0 1 年又再度指定“c o o l m a x ”作为加拿大国防内衣用 布，其它各国也已注意到这种高舒适性衣物在军事中的作用【2 9 1 。由此可见，吸湿排汗聚酯 纤维在军事服装方面亦有广阔的市场前景。 1 5 本课题研究的意义及内容 近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们对服装的要求发生了很大的变化。从最 初的遮羞、到后来的保暖、结实耐穿，发展到现在更注重个性化、休闲化和功能化，特别 是在功能化方面的要求越来越高。如今，舒适、休闲、时尚、环保和健康的功能性服装已 成为了发展潮流。而由于吸湿排汗性能是影响服装穿着舒适性和卫生性的一个重要因素， 更是受到人们前所未有的高度关注。 世界各大权威机构研究表明，吸湿排汗及相关功能性纺织品是未来消费市场的一大趋 势。目前，各种高科技吸湿排汗纤维不断被开发出来，发展可谓同新月异。吸湿排汗纤维 可以调节服装内的微气候，将湿气和汗水瞬间排出体外，使肌肤保持干爽与清洁，在运动、 休闲及内衣产品等方面，需求十分强劲，展现了其经济性、舒适性、功能性的产品特色。 论文就微多孔聚酯短纤维结构、织物的研制、吸湿排汗等性能的评价以及产品发展， 进行了系统研究。 第一，基于微多孔聚酯短纤维，研制了吸湿排汗织物的实验样品，重点探索了微多孔 吸湿排汗聚酯织物的加工工艺。其中关于微多孔吸湿排汗聚酯织物的研制关键工艺的明 r 浙江理工大学硕士学位论文 确，即洗涤要充分，定型温度1 4 0 ( 2 为宜。对这类产品的研制具有实际的指导意义。 第二，通过实验测试纤维和织物的结构形态，探讨了纤维微多孔的形成机理。揭示了 纤维微多孔的形成与织物后整理密切相关。具有一定的创新性和实际意义。 第三，通过实验测试评价了由微多孔吸湿排汗聚酯纤维制备的织物吸湿性能、快干性 能和透湿性能。明确了组织结构对织物吸湿排汗作用有一定的影响以及在后整理过程中添 加亲水助剂，对织物的吸湿性能无显著影响，但添加亲水助剂会使织物快干功能下降。经 过硅柔软剂处理后，织物的芯吸效应明显下降、干燥速率下降显著等。其中提出的初始芯 吸速率为织物吸湿性能的指标，与传统芯吸高度指标具有密切的相关性。这一织物吸湿性 能的表征方法具有创新性和实用性。 第四，拓展了微多孔吸湿排汗聚酯纤维制品，研制了含竹炭粉末的微多孔吸湿排汗聚 酯与棉的交织产品。 9 浙江理工大学硕士学位论文 第二章织物样品的制备及其成品规格 目前，大都吸湿排汗聚酯织物要求在制备后处理时使用专用亲水助剂处理。实质上， 这影响了对异形截面吸湿排汗机理的实验证明，也影响了异形截面吸湿排汗产品的应用。 本章选用微多孔聚酯短纤维制备了实验样品，设计了品种规格，重点探索了微多孔吸湿排 汗聚酯织物的加工工艺，并测试了成品布的规格。 2 1 织物样品的制备 织物样品制备在嘉兴元丰纺织有限公司实施。 2 1 1 织物样品的织造工艺 织物样品的经纱使用1 6 5 d t e x 4 8 f 低弹网络丝，纬纱则用了两种材料，分别是 1 4 7 6 d t e x x 2 微多孔聚酯短纤维氨纶包缠纱和2 9 5 2 d t e x 微多孔聚酯短纤维仿苎麻纱。其中， 样品l 和2 的纬纱采用2 9 5 2 d t e x 微多孔聚酯短纤维仿苎麻纱，样品3 8 的采用1 4 7 6 d t e x x 2 微多孔聚酯短纤维氨纶包缠纱。样品均由j a t 7 1 0 型喷气织机( 两个喷嘴) j j n - r 而成。织 物样品的主要织造工艺参数见表2 1 所示。 表2 1 织物主要织造工艺参数 由上表可知，织物样品采用平纹和斜纹两种简单的组织织造。织物样品1 和2 采用相 同的经纬纱原料，1 是平纹织物，2 是2 2 斜纹织物，前者织造时采用1 6 齿t i l l 1 的钢筘， 后者采用1 1 齿c m 1 的钢筘。样品3 8 采用相同的经纬纱原料，其中样品3 和4 是平纹织 1 0 浙江理工大学硕士学位论文 物，样品5 8 是2 1 斜纹织物，都采用1 7 齿锄。的钢筘，其它工艺参数基本一致。 2 1 2 织物后整理 考虑部分织物为弹力织物，同时为了使织物具有优异的吸湿性能，探讨后整理工艺对 织物吸湿性能的影响，织物的后整理工艺流程为：预缩( 对3 8 号含氨纶的织物样品) i + 精炼一清洗_ 染色一皂洗_ 清洗一脱水_ 定型。 预缩工艺旨在消除氨纶丝在包缠、织造过程中产生的内应力，使织物得到充分的弹性。 精炼工艺如图2 1 所示，在室温下加入精炼助剂，升温至9 0 c ，并保温3 0 r a i n ，然后 降温至6 5 ，清水清洗2 0 m i n 。 1 2 0 p9 0 瑙 赠6 0 3 0 o 图2 1 精炼工艺 广， 05 0l 1 5 02 0 02 5 03 0 03 5 0 时间皿i n 图2 2 染色工艺 染色工艺如图2 2 所示。在9 0 c 保温4 0 r a i n ，最高染色温度不超过l o o ，保温时间 设置为3 0 r a i n 。 l l 浙江理工火学硕士学位论文 染色后需要充分洗涤，在8 0 洗涤2 0 m i n ，然后降温至6 5 ，排水后再注入清水洗涤 1 5 m i n 。 关键是定型工艺，定型温度不超过1 4 0 c 。3 8 号试样超喂8 1 0 ，织物有的不加亲 水助剂直接定型，试样1 3 、5 和8 ，有在定型前经亲水助剂处理，试样4 和6 ，还有的经 有机硅柔软处理试样7 。8 块样品具体助剂处理情况见表2 2 所示。 表2 2 织物有无助剂处理 2 2 织物样品的成品规格 到。 织物样品的成品规格包括经纬密度和紧度、平方米重和厚度等，由实验测试和计算得 2 2 1 织物样品的经纬密度和紧度 织物经向或纬向密度，是指沿织物纬向或经向单位长度内经纱或纬纱排列的根数。一 般都采用公制密度，即1 0 c r n 长度内经纱或纬纱的根数3 们。 由于组成织物的纱线直径可能不同，为了更好的说明织物的紧密程度，引入了紧度这 个概念。织物经纬向的紧度是指经纬纱线的直径与两根经纬纱线间的平均中心距离之比， 以百分数表示。计算织物紧度的一般公式都需要求解纱线的直径，而对一些纱线而言通过 公式求解直径的过程比较复杂。因此，采用经验回归法计算织物的紧度。 经验回归法计算织物紧度公式： 经向紧度： e i = 4 4 4 3 3 + 0 0 3 3 p ；+ 0 3 3 8 t ；2 - (