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东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 摘要 随着人们日益对服装面料的舒适性、健康性、安全性和环保性等 要求越来越高，开发吸湿排汗类功能服装已经成为一大主要发展趋 势。论文自行开发了吸湿排汗织物，首先，通过对开发出来的产品在 扫描电镜下观测，研究并分析了织物的组织结构以及织物中纤维的 纵、横截面形态结构，然后采用红外吸收光谱法研究了织物的吸收光 谱，从而确定了生产织物的原料为聚酯纤维。其次，测试了产品的吸 湿、透湿、快干等性能；最后，根据扫描电镜下观测到的两类不同纤 维形态结构，分别建立了两种纱线湿传递数学模型，研究结果有助于 改进设计的织物的吸湿、透湿等性能。 本文具体研究内容如下： l 详细介绍了开发吸湿排汗织物的织造、后整理工艺等过程。采 用扫描电镜( s e m ) 观测并分析了织物组织结构以及织物中纤维横截 面、纵截面形态结构，利用f o u r i e r 红外光谱仪测试了织物的吸收光 谱，并将测得的吸收光谱与普通聚酯纤维的吸收光谱做出了比较。研 究结果表明：用于生产吸湿排汗织物的经纱为横截面为圆形、纵截面 为有蜂窝状结构的微孔分布的聚酯纤维；一种纬纱为横截面为中空、 纵截面有沟槽的多边形异形聚酯纤维，另一种纬纱则为横截面为蜂窝 状微多孔、纵截面为圆形的聚酯纤维。 2 测试了产品的吸水、透湿、快干等方面的性能。结果表明：在 i i i 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 后整理过程中不添加亲水助剂，织物也具有优良芯吸效应，亲水助剂 处理对织物芯吸效应的影响并不显著。硅柔软剂处理后的织物，其液 态水表面扩散性能会降低；吸湿性能好的织物，其快干性能也是比较 好的，硅柔软剂处理后的织物的快干性能会显著下降，助剂处理前后 织物的透湿性能并没有显著的变化。 3 基于在扫描电镜下观测到的两种不同纤维形态结构，分别建立了平 行圆柱孔和圆球堆积孔两种数学模型，从理论上分析了影响芯吸速度 的主要因素，并用实验验证了建立的数学模型。研究结果表明：建立 了两种纱线湿传递模型：平行圆柱孔模型和圆球堆积模型。在平行圆 柱孔模型中：对于同一种液体，同一种纤维( p ，盯都一定) ，纤维集 合体的芯吸速率与平行圆柱孔的长度成反比，与平行圆柱孔( 毛细 孔) 等效半径尺成正比；圆球堆积模型中：当0 ，、仃，k 和，7 为常 数时( 同种液体，同种纤维) ，芯吸速率取决于纤维集合体的长度三d 和 纤维的半径厂；实验证明，平行圆柱孔模型的纤维芯吸速度要比圆球 堆积模型纤维的芯吸速度要大，因此在实际生产过程中最好采用平行 圆柱孔模型的纤维，即采用表面有沟槽的异形纤维来生产吸湿排汗类 织物。 关键词：吸湿排汗纤维，形态结构，湿传递，芯吸效应，快干性能 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文 吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 s t u d i e so n ，a t e rt r a n s m i s s i o np r o p e r t ya n d s t r u c t u r e so fm o i s t u r ea b s o r p t i o na n d s 、e a td i s c h a r g ef a b r i c s a b s t r a c t a sp e o p l ea r ep a y i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt ot h ec o m f o r t ，h e a l t h y , s a f e t y a n de n v i r o n m e n t a l p r o p e r t i e s o fl e i s u r ea n ds p o r t s g a r m e n t s ， d e v e l o p i n gt h em o i s t u r ea b s o r p t i o na n ds w e a td i s c h a r g ef a b r i c sb e c o m e s at r e n d as e r i e so fm o i s t u r ea b s o r p t i o na n ds w e a td i s c h a r g ef a b i c sw e r e d e v e l o p e di nt h ep a p e r f i r s t l y , t h ei n f r a r e da b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y w a s u s e dt oc h e c kt h ec h e m i c a ls t r u c t u r e so ft h ef a b r i c s ，i nt h em e a nt i m e ，t h e s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p yw a sb e t o o k t om e a s u r et h ep h y s i c a l s t r u c t u r e so ft h ef a b r i c sa n dt h ef i b e r s s e c o n d l y , t h ew a t e rt r a n s m i s s i o n ， m o i s t u r ea b s o r p t i o na n dq u i c kd r yp r o p e r t i e so ft h o s ef a b r i c sw e r e i n v e s t i g a t e d l a s t l y , t w od i f f e r e n tm o d e l so nw a t e rt r a n s m i s s i o np r o p e r t y w e r ee s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot w ot y p i c a lf i b e rs t r u c t u r e s ，w h i c hm a yb e u s e f u lt od e s i g nt h o s ef a b r i c so fw e l lm o i s t u r ea b s o r p t i o na n dq u i c kd r y v 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文 吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 a b i l i t i e sa n dp r o p e r t i e s t h ed e t a i l so ft h ep a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 i rs p e c t r o s c o p yw a su s e dt oc o n f i r mt h ei d e n t i t ya n da sat o o lt o h e l p d e t e r m i n et h es t r u c t u r e so ft h o s ef a b r i c s s c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p yw a s a l s ou s e dt om a k es u r et h ef a b r i cw e a v ea n d c r o s s - s e c t i o ns t r u c t u r e so ft h eu s i n gf i b e r s i tw a sf o u n dt h a tt h ep r o f i l e d p p tf i b e r sa n dm i c r o - p o r o u sf i b e r sa r eu s e dt ow e a v em o i s t u r ea b s o r p t i o n a n ds w e a td i s c h a r g ef a b r i c s 2 t h ed e t a i l so ft h ew e a v i n ga n df i n i s h i n gp r o c e s s e sw e r ed e s c r i b e d t h ew a t e rt r a n s m i s s i o na n dq u i c kd r yp r o p e r t i e sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e d 3 b a s e do i lt h et w ot y p i c a lf i b e rs t r u c t u r e sa b o v e ( p p tf i b e r sa n d m i c r o - p o r o u sf i b e r s ) ，t h e p a r a l l e lc o l u m np o r e sm o d e la n dp e l l e t s a c c u m u l a t i o nm o d e lw e r ee s t a b l i s h e d t h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h e w i c k i n gs p e e dw e r ea l s os t u d i e d w a n gf a m i n g ( t h et e x t i l em a t e r i a l sa n dt e x t i l e sd e s i g n ) s u p e r v i s e db y 里! q 圣b q 旦基i 垦q 鱼q 旦g墅q 盟旦g 量h 旦坠迦垒堕 。 k e yw o r d s ：m o i s t u r ea b s o r p t i o na n ds w e a td i s c h a r g ef i b e r , y a m s t r u c t u r e ，w a t e rt r a n s m i s s i o n ，w i c k i n ge f f e c t ，q u i c kd r yp r o p e r t y 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 附件一： 东华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： 王袋明 日期：2 0 0 8 年1 月1 6 日 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 附件- - ： 东华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。本人授权东华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。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密d 。 学位论文作者签名：王发明 日期：2 0 0 8 年1 月l6 日 指导教师签名： 日期：2 0 0 8 年1 月1 6 日 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 第一章概述 聚酯纤维作为合成纤维中的三大主力纤维之一，因其优良的物理和化学特性 而被广泛应用于服装面料以及其它非服装领域。聚酯产品自问世以来，由于其疏 水特性而在对吸湿性或吸水性要求较高的领域中的应用受到了限制。对这一疏水 性聚酯纤维赋予其吸湿性，可采用在聚合、纺丝阶段与亲水性组分共聚或共混的 原丝改性方法，或对编织物进行化学加工和物理加工的后整理改性方法。改性聚 酯纤维织物会具备天然纤维吸湿性好、穿着舒适的优点，也会彻底解决天然纤维 因存在当人体排汗量较大时，衣服紧贴身体而令人感觉湿冷的缺点【1 1 。 吸汗排汗纤维及其织物的研究始于上个世纪5 0 年代，吸汗排汗纤维及其织 物，不仅要求面料在短时间内吸收大量的汗液，而且要使汗液快速地散发到布料 的表面，并向外部蒸发。水分的吸收一移动原理，本质上是纤维本身的亲水性和 织物的毛细管现象。 吸湿排汗聚酯纤维最终通过物理改性的方法获得了工业化规模的生产，如， c o o l m a x 等利用纤维表面微细凹凸形成的沟槽，由此产生大量的毛细管效应，将 汗水由芯吸、扩散、传递作用，迅速将水分由织物内侧迁移至织物的外侧，水分 蒸发导致快速干燥【2 1 。 第一节吸湿排汗产品的研究历史及现状 1 1 吸湿排汗机理 吸湿排汗纤维是利用纤维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，从而达到导湿快干的目的。毛 细管效应是最常用也是最直观的一种方法，可以表现织物吸汗能力以及扩散能 力。也有人将吸湿排汗纤维称谓“可呼吸纤维”【3 】。吸湿排汗纤维是一类着眼于吸 湿、排汗特性和服装内部舒适性的功能纤维。早期吸湿性、排汗性的赋予是以天 然纤维和合成纤维的复合为主流，用途只是在较为狭窄的范围内开展的，现在则 以中空截面纤维或异形截面纤维之类使纤维自身特殊化以及吸湿、排湿聚合物共 混的加工方法为主流。 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 具有吸湿排汗功能的纤维一般都具有高的比表面积，表面有众多的微孔或沟 槽，一般设计为异形截面，利用毛细管原理，使得纤维能够快速吸水、输水、扩 散和挥发，因而能迅速吸收皮肤表面湿气和汗水，并排放到外层蒸发【1 , 4 l 。其织 物比传统的布料吸水率少1 4 倍，比其它功能性布料更干爽一比纯棉快干5 倍，比锦 纶快干2 倍【5 】。因此，纤维结构体的吸水是由于纤维间隙中的毛细管作用所产生 的现象，对衣服的舒适性和卫生性的产生起到很大作用，是实用上的重要性能。 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。 1 2 吸湿排汗产品的开发途径 目前，吸湿排汗织物可以通过下述的五种方法来实现吸湿排汗的特性 6 1 ：( 1 ) 纤维截面的异形化：如y 、+ 、w 字形截面，增加表面积，使纤维表面有更多的 凹槽可以提高传递水气的效果；( 2 ) 中空或微多孔纤维：利用毛细管作用和增加 表面积的原理将汗液迅速扩散出去；( 3 ) 纤维表面化学改性：增加纤维表面的亲 水性基团( 接枝、交联) ，达到迅速吸湿的目的；( 4 ) 亲水剂整理：利用亲水性 助剂在印染过程中赋予织物或者纱线亲水性能；( 5 ) 采用多层织物结构：利用亲 水性纤维作为织物内层结构，将人体产生的汗液迅速吸收，再经外层织物空隙传 导散发至外部，从而达到舒适凉爽的性能。 1 2 1 纤维截面的异形化 几乎所有的天然纤维都属于非标准圆形截面。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、中空形和异形中空掣7 1 。 由于纤维截面异性化之后，吸湿导湿性有所增加，韩国、日本、美国和中国 等一直致力于研究开发具有吸湿排汗等功能的异性截面涤纶纤维。 日本恒川昭夫等在1 9 8 7 年的两份专利中称具有形截面的涤纶纤维具有吸 2 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 湿性和抗起球性，吸水高度分别为6 3 c m 和1 0 2 c m ，而相对应普通圆形截面涤纶纤 维吸水高度分别为ll c m 和2 5 c m 8 ，9 】。 a e r o c o o l 是韩国晓星公司开发的具有良好吸湿排汗功能的新型聚酯纤维 【1 0 1 。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。 韩国东国贸易株式会社利用纤维表面异型截面的毛细管现象以及比表面积 大的特点，研发出i c o o l 系列吸湿排汗纤维【l 。该原丝表面的水分可以很快被 吸收和干燥，从而使织物具有吸湿排汗的功能，让肌肤保持干爽和舒适感。 日本旭化成报道利用形状为伴有6 个矩形突出裂口的弧形喷丝板孔制成截面 为六叶且有一个开口的中空部分涤纶纤维，其机织物具有干燥手感和良好吸湿性 能，该公司还报道利用具有凹形截面即在具有中心角小于1 8 0 0 圆弧截面上有两条 线截1 2 1 的涤纶纤维所织成的布具有干爽柔软的手感、吸水性和快干性【l2 1 。 美国杜邦公司于1 9 8 8 年推出商品名为c o o l m a x 的异性截面涤纶新品，不仅具 有四管状截面，又是中空纤维，而且纤维的管壁还可以透气【1 3 】。这种纤维的独特 物理结构使得它具有吸湿、排汗和透气等特性，其制成的面料有很好的毛细效应： 可随时将皮肤上的汗湿抽离皮肤，传输到面料表面从而迅速蒸发，使皮肤保持干 爽和舒适。通过c o o l m a x 功能性纤维面料与其它面料干燥率进行比较发现，无论 在短时间或较长时间内，c o o l m a x 功能性纤维面料的干燥速率都明显好于其它面 料【1 4 1 。将c o o l m a x 功能性纤维面料应用于牛仔织物上，其较强的透气性和良好 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。该产品的纤维外表有四道沟槽，可以随时将皮肤上的汗湿排出体外 新：快速蒸发，使皮肤随时随地和衣服之间保持清新、干爽的舒适接触【1 5 l 。 台湾也在吸湿排汗纤维方面进行了大量的投入开发。这其中包括：南亚公司 推出异性截面d e l i g h t ，新光推出十字形截面b a m b o o 1 i o n ，远东推出h 形截面 e a s t l e n c e ，力鹏企业股份有限公司推出s e c ot c c 纤维，中兴开发的十字型截面沟 槽纤维c o o l p l u s 等【1 6 1 。 国内方面，仪征化纤公司推出的c 0 0 l b s t 系列异形涤纶纤维 1 7 1 ，广东顺德金 纺集团与东华大学合作开发了导湿干爽型具有独特的四沟槽十字型截面纤维的 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 涤纶长丝c 0 0 h l i c ，通过改变纤维截面形状使单纤之间的空隙增大，比表面积的 增大及毛细管效应使其导湿性能大大提高，采用该纤维生产的织物导湿性能、水 分扩散性能极佳，与棉等吸湿性好的纤维搭配，采用合理的组织结构，制成的服 装穿着干爽、清凉、舒适。 1 2 2 中空或微多孔纤维 中空、微多孔纤维通常是指芯部有中孔，皮层有微多孔的差别化纤维，其中 有部分微多孔成为从表面到中空部分的贯穿孔。当涤纶织物与汗水接触时，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空外，其微多孔结构的形成是向普通聚 酯中添加成孔剂，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多孔。 据报道，日本帝人公司、钟纺公司都研究出了中空率高达3 5 , - - 4 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 丌。 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。为充分体现此纤维的性能，对纱线、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【1 8 , 1 9 】，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、低温染色以及其它功能集于一身的多功能纤维，而且强大 的功能能同各种纤维混纺后，仍可保证其性能的有效性。纤维通过原液色纺工艺 或后染整处理，在高温定型( 1 8 0 1 9 0 ) 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，真正达到使其功能的永久性、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【2 们。 4 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 1 2 3 纤维表面化学改性 在涤纶分子的构造中，引入醚键、羟基、磺酸基团等亲水性基团，在大分子 上进行接枝共聚，从而增强涤纶纤维的吸湿性。由于涤纶分子链结构具有紧密的 敛集能力和高的结晶度，并且大分子上投有活性基团，接枝共聚要在放射线、电 子线等强烈辐射发条件下才能进行。接枝共聚的改性纤维，吸湿率可达4 - 1 3 4 ， 但成本高，因此未能工业化【2 1 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。例如：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 啪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 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【2 2 1 。 日本可乐丽的s o p l l 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人的肌肤带来柔软、 舒适的感觉。s o p h i s t a 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1 0 9 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 m 则只需要3 0 m i n 【2 3 】。 1 2 4 亲水剂整理 吸湿排汗整理一般应用在涤纶或涤棉混纺织物上，所使用的吸湿排汗整理剂 主要是一种以水分散性聚酯为主组分的复配物，如汽巴精化( c i b a ) 的欧特菲h s d 就是含亲水性聚硅氧烷和亲水性聚酯的分散体【2 4 ，2 5 1 。 涤纶的疏水性除与化学结构有关外，与其表面组成也有很大关系。用亲水性 整理剂对纤维进行涂层处理以改变涤纶的疏水表面层性能，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。 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 5 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 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【2 6 】。 1 2 5 多层织物结构 通过纤维素系纤维和聚酯纤维的优点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。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凉感，纤维结构为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。 通过多层结构织物和针织物达到吸湿排汗性能的材料也已经被开发出来。高 度达n 2 0 m 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2 5 m m ，中间部分为 l o m m ，前端为1 s m m 的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1 0 0 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， j b 侧n 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由日本东丽公司与帝人公司在生产着瞰】。 第二节吸湿排汗性能测试方法 评价吸湿排汗织物的性能指标主要有织物吸水性能、吸湿性能、透湿性能和 快干性能。其中织物的吸水性能一般采用毛细上升高度法、滴液法等法来测试； 织物透湿性能由透湿杯法来测定；织物的快干性能则是主要测试织物在一段时间 内的水分残留率或蒸发率。 2 1 吸水性能测试 测试织物吸水性的方法主要有毛细上升高度法、滴液法、垂直吸水法和保水 率法四种测试方法。 6 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文 吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 1 ) 毛细上升高度法 毛细上升高度法参见纺织行业标准f z t0 1 0 7 1 纺织品毛细效应试验方法， 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， 沿织物经向在左、中、右部位各剪一条试样，每条长约3 0 c ：i n ，宽不小于2 5 c m 。 试样一端夹紧在毛细效应测试仪的夹样装置上，另一端系上3 9 张力夹。使试样下 端入水，水温设定为( 2 7 士2 ) ，记录3 0 i i l m 后的渗液高度 2 7 1 。垂直芯吸法的优 点是测量方便，缺点是每一次只能测量织物一个方向的毛细效应高度，必须测量 两次才能反映织物的液态水传导能力，两次测值的乘积可以作为织物总的毛细效 应面积，用于反映织物液态水总的传导能力。根据毛细效应高度值，可以计算织 物的芯吸速率。 2 ) 保水率法 纤维吸湿后润涨，保水性是指纤维润涨后纤维体积之外吸附和包含的自由 水，它们不会因水的自重而流失。亲水性纤维由于纤维分子有较多的亲水基团， 水分不但在纤维表面传导，而且进入纤维内部结构，虽然纤维吸湿后润涨较大， 纤维之间的空间较小，但与水分子结合较牢，仍然有较高的保水率。疏水性纤维 由于纤维分子有较少的亲水基团，水分仅在纤维表面传导，不进入纤维内部结构， 虽然纤维吸湿后润涨较小，纤维之间的空间较大，但与水分子结合不牢，加上很 强的毛细效应，保水率很低，特别是一些高导湿纤维编织的导湿快干功能织物。 因此，用保水率来横量织物液态水的传导能力也是一种有效的方法。 3 ) 毛细管扩散法【2 8 】 将织物一端吊在称重仪器上，另一端浸入水中，测量一定时间内织物的吸水 量。垂直吸水法测量织物液态水传导能力时，不同试样宽度方向同时吸水的纱线 ( 或毛细管) 根数必须相等，称重仪器必须能连续测量。此法试样准备和称重仪 器要求高。 4 ) 滴液法【2 9 】 滴液法是在平置织物上滴上水滴，观察水滴完全消失时织物的导湿面积或时 间，或者测定一定时间内织物的导湿面积。 7 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 2 2 吸湿陛能测试 吸湿性测试主要参考为日本工业标准j i sl 1 0 7 9 ，试验时裁取1 5 c m x l 5 e m 试 样三块，在1 0 5 - - , 1 1 0 。c 下烘至恒重，称得布样重量，然后重新将织物在1 0 5 1 1 0 下烘3 0 - 6 0 m i n 后，立即垂直挂在达到标准状态( 2 0 。c ，r h6 5 ) 的恒温恒 湿箱内，1 0 m i n 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 速度常数按下式计算： k = 扣l g 两s 一 式中：k 一吸湿速度常数； s 一水分达到平衡时的吸收水分百分数，； x 吸收水分百分数，。 2 3 透湿性能测试 国家标准g b t1 2 7 0 4 1 9 9 1 织物透湿量的测定方法透湿杯法采用蒸发法 和吸湿法，与a s t me 9 6 原理基本相同，只是测试条件有所不同。蒸发法的具体 步骤为【3 0 】：试验时，在清洁、干燥的透湿杯内注入1 0 m l 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( 3 8 ，r h2 ，气流速度0 5 m s ) 的试验箱内，经过0 5 h 平 衡后称重，随后经过l h 试验，再次称重。最后根据实验数据计算出透湿量m 。 2 4 快千性能测试 对于快干性测试，我国台湾地区纺拓会标准t i t 0 0 0 7 吸湿速干纺织服饰品 提供了一个设计颇为精巧的测试方法【3 i j 。试验时，将6 c r n x 6 c m 试样置于烧杯口部， 匝紧，试样表面必须平整且经纬纱不能有扭曲。将其放置在温度( 2 0 - a ：1 ) 、 相对湿度( 6 5 士2 ) 的环境下平衡2 4h ，然后置于精确度达0 0 0 1 9 的电子天平上， 在滴定管口处距离试样表面l c m ，滴0 0 5 m l 水于试样表面，测试1 2 m i n 后该水滴 的水分蒸发率。用下式计算水分蒸发率： 8 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 水分蒸发量( ) = 苫甏湫 第三节吸湿排汗织物的应用前景 世界各大权威纺织机构的研究表明：吸湿排汗纤维以及高附加值功能性纺织 品是未来消费市场发展的一大趋势。目前，在迎合市场需求、节省成本、提高产 品竞争力三大因素的前提下，国内外纺织业界纷纷结合上、中、下游的生产厂商 开发出功能性纤维、功能性高科技纺织品。例如：台湾地区吸湿排汗纤维即由上 游化纤厂中兴、南亚、新光、东云、台化、华隆及远东等厂负责聚合纺丝，由宏 远、佳和、大字、台富、昶和、宏和、儒鸿、裕源、金纬、重亿等梭、针织业者， 配合染整和成衣厂，制造出一系列运动、休闲及内衣产品，以展现经济性、舒适 性、功能性的产品特色，创造化纤与纺织产品的最高附加值。 吸湿排汗纤维能够广泛应用于紧身衣裤、衬衣、女式外衣、运动服、西裤、 衬里、装饰制品等领域【3 2 】。另外，装饰制品与其它用途相比，规模较小。 ( 1 ) 紧身衣裤： 日本东丽公司与旭化成公司认为一般应该将吸湿排汗纤维用在紧身衣裤上。 其理由是，在对众多消费者对服饰要求的调查中发现，生活中有8 0 以上女性对 紧身衣裤的闷热和出汗粘身感到非常不满，因此预料使用吸湿排汗纤维可以改善 紧身衣裤的舒适性。关于穿着紧身衣裤时感到舒适性的原因有紧身衣裤和皮肤表 面间水分及湿度之间的关系、紧身衣裤在和皮肤接触时的压力或肌肤接触感风格 等等。由于日本属于高温湿度气候，追求解决这种气候条件下的舒适性对于紧身 衣裤的要求起到很大的作用。 ( 2 ) 外衣： 女式外衣：吸湿排汗纤维织物将进入女性服装领域，该领域中，穿着舒适性 也已经成为关键，吸湿排汗纤维已被大量采用。特别是女式外衣应用上对于附加 弹性、清凉性、轻快性等时装性已成为材料开发的重点。从消费者的思维角度去 考虑，他们对于易于实际感受到功能性，对所附加的功能易于了解的制品的要求 在提高。 男式外衣：虽然吸湿排汗材料是从衬衫、西装、衬衣等女式服装开始的，但 9 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 是，目前应该逐渐推广在西服长裤、成套内衣、休闲短裤等男式服装领域上。 ( 3 ) 运动服：吸湿排汗纤维的用途中所见到的最突出的开发工作是在与运 动有关的领域，围绕运动服竞赛服等大量的应用。在该领域中对其他材料不要求 优良的功能性，而使之具有弹力，重量轻和高弹力等功能。在过去，人们都喜欢 用棉花做制造运动服的纺织原料，因为棉纤维本身就具有亲水基团，吸水能力优 良，为此使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。 但是，亲水基的棉制品虽然有在出汗时吸汗水的性质，可棉纤维的保水性也是非 、 常强的，棉纤维在吸收入了汗水之后，一旦为汗水所饱和，干燥速度慢，从湿润 状态到水分平衡所需时间非常长。此外，浸润水份的棉织物重量加重，对人体皮 肤有粘粘糊糊的不快之感，因此衣服纤维贴在皮肤表面时，往往妨碍身体的活动。 而吸湿排汗纤维原料制造出的织物就解决了棉纤维诱发出的实际问题，吸湿排汗 纤维在出汗时不令纤维粘贴于皮肤表面，因此在运动服、竞赛服等用途上已经有 被大量使用的趋势，运动服领域对该类纤维需求十分强劲。 4 1 研究意义 第四节本课题研究意义及内容 随着人们对服装面料的舒适性、健康性、安全性和环保性等要求越来越高， 休闲服与运动服相互渗透和融为一体的趋势也日益受广大消费者的青睬，这类服 装的面料，既要求有良好的舒适性，又要求在活动时，一旦出现汗流浃背情况， 服装不会粘贴皮肤而产生不适感，于是对面料的纤维提出了吸湿排汗功能新要 求。目前，生产吸湿排汗纤维的主要有采用异性截面纤维或者采用微多孔纤维两 种方法。 聚酯纤维作为合成纤维家族中的主力之一，有着价格相对便宜等许多的优 点。而聚酯纤维截面的异形化则是开发吸湿排汗纤维的主要手段之一。开发吸湿 排汗类功能织物对于提高休闲及运动类服装的舒适性有着极为重要的意义。 4 2 研究内容 论文基于自行设计织物织造参数、后整理工艺，与工厂合作开发了一系列的 1 0 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 吸湿排汗聚酯织物，对这一系列吸湿排汗类产品进行了性能测试，研究内容包括： 第一，对吸湿排汗产品进行红外吸收光谱( 瓜) 实验和扫描电镜( s e m ) 实验， 通过对产品的红外光谱吸收图与普通聚酯纤维的红外光谱吸收图作对比与分析， 确认开发的吸湿排汗织物为聚酯纤维织物。并用扫描电镜观察了这些吸湿排汗织 物的组织结构以及织物中纱线、纤维的形态结构； 第二，对吸湿排汗产品进行芯吸效应、透湿杯测透湿性能以及快干性能等方面 的测试，全面的分析了产品的吸湿快干性能。 第三，针对扫描电镜下观测到的两类不同形态结构的纤维，分别建立了平行圆 柱孔、圆球堆积孔两种吸湿排汗纱线湿传递的数学模型，从理论上分析了这两类 吸湿排汗纱线的湿传递特征，并对理论分析结果进行了相关实验的验证。 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 参考文献 1 顾超英，聚酯类吸湿排汗纤维的开发与应用【j 】，纺织指导，2 0 0 5 ( 2 ) 2 王耀武，c o o l m a x 复合纱线与吸湿快干凉爽织物的性能研究【d 】，西安工程 科技学院硕士研究生学位论文，2 0 0 4 ：2 - 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3 1 ( 3 ) 2 5 c i b a * u l t r a p h i l h s d o l 】，p r o d u c t si n f o r m a t i o no fc i b as p e c i a l i t y c h e m i c a l si n c ，2 0 0 3 2 6 王宏信，吸湿排汗聚酯纤维研究进展 j 】，国外丝绸，2 0 0 5 ( 3 ) 2 7 王其，大豆纤维性能与导湿快干功能针织物研究 d 】，东华大学博士学位论 文，2 0 0 2 ：2 0 2 5 2 8 翟保京，王贤瑞，吸湿排汗整理织物的测试技术及其进展 j 】，印染，2 0 0 5 ( 2 ) ：3 3 3 4 2 9 贾玉梅，张才前，滴液法测试织物导湿性的研究 j 】，丝绸，2 0 0 6 ( 7 ) ：4 2 4 3 3 0 g b t1 2 7 0 4 1 9 9 1 ，织物透湿量的测定方法一透湿杯法 s 】 31 t a i w a nt e x t i l ef o u n d a t i o n o l 】：h t t p ：t t f a p p r o v e d o r g t w i n d e x 2 e a s p 3 2 浅述吸湿排汗纤维开发与应用，浙江服装网服装技术版面 o l 】： h t t p ：w w w h z f z c o m c n i n f o h t m l 2 0 0 4 3 9 9 2 5 2 9 h t m 1 3 东华大学2 0 0 8 届硕士学位论文吸湿排汗纤维形态结构及其产品湿传递性能的研究 第二章吸湿排汗产品制备与结构分析 纺织纤维材料、纱线、织物结构及染整后加工决定织物的最终性能。纤维分 子和纤维结构决定纤维性能；纤维性能和纱线结构决定纱线性能；纱线性能和织 物结构决定本色织物性能；本色织物性能和后整理工艺决定最终织物性能。 从皮肤表面蒸发的气态水分首先被构成织物的纤维材料吸收，然后经由纤维 材料表面放湿；而皮肤表面的液态水分由构成织物的纤维内部孔洞( 毛细孔、微 孔、沟槽) 以及纤维之间、纱线之间的空隙所产生的毛细效应使水分在材料间表 面的吸附、扩散和蒸发【l 】。两种作用的结果导致水分发生了迁移，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和纱线的物理结构形态有 关。 第一节实验样品及基本结构参数 实验样品的基本结构参数见表2 1 ，这些参数主要包括织物经纬组织、密度、 紧度、平方米克重和厚度。 表2 1 实验样品基本结构参数 经纬密度测试采用i s 0 7