（纺织工程专业论文）高支羊毛混纺针织物液态水传递性能及纳米处理的研究.pdf

摘要 本课题采用1 7 51 jm ( 9 0 5 ) 澳毛与1 6 7 d t e x ( 1 5 d ) x8 0 m m 涤纶纤维以l o o o 、 7 0 3 0 、5 0 5 0 、3 0 7 0 不同比例混纺成纱，分别与亚麻纱、棉纱和高支羊毛纱进行 交织，目的是集羊毛纤维的柔软蓬松、弹性好、吸湿强、光泽柔和，细旦涤纶纤 细均匀、芯吸性好的特点，亚麻纤维的吸湿散湿性、透气性、凉爽挺括、防霉抑 菌等优良性能以及棉纤维的柔软、吸湿性好等优势，形成原料的多元优势互补， 以期开发出具有轻薄、舒适、健康、易护理、功能性、生态环保的高档毛混纺针 织物，适应市场对毛混纺针织产品性能提高、成本降低的消费需求；如有需求和 可能，进行纳米技术整理，从恧进一步提高织物的舒适性能和服用性能。 纺织品的液态水动态传递性能是研究纺织品热湿舒适性的一项重要内容。目 前，传统的测试方法未能反映液态水传递性能的动态变化。香港理工大学研制的 纺织品的液态水管理测试仪( 蛳t ) ，能够快速准确的测试织物上、下表面含水量 随时阃的变化曲线，同时计算出样品的润湿时阃、最大吸水率、最大润湿半径、 扩散速率、单向导湿能力以及液态水动态传递综合指数。从而能比较准确地量化 表征织物的单向导湿能力，评估各种产品的液态水传递性能。本论文采用液态水 管理测试仪( 删t ) 对高支羊毛混纺交织针织物进行测试及结果分析，研究发现亚 麻纱、棉纱与7 0 3 0 的高支羊毛细旦涤纶纤维混纺纱交织针织物的液态水传递性 能有了改善，优于其他比例的织物。亚麻纱、棉纱与比例为5 0 5 0 的高支羊毛细 旦涤纶纤维混纺纱交织，液态水的传递性能等于或大于与比例为1 0 0 0 的交织织 物。因此实际应用中，可采用与比例5 0 5 0 的毛涤混纺纱代替与纯毛纱交织，从 而降低了原料成本。纯羊毛纱与高支羊毛细旦涤纶纤维混纺纱交织针织物，当混 纺纱比例为3 0 7 0 时，其液态水综合传递性能优于其他比例的交织针织物，比例 为5 0 5 0 的次之，结合其织物结构和工艺特点，从而为优化舒适性织物的设计，提 供了理论和方法依据。 本文还对经过纳米技术处理的高支羊毛混纺针织物的液态水传递性能进行了 测试分析，并与未经处理的同类织物进行了对比研究。结果发现，经过纳米拒水 处理后的针织物，其拒水性有了明显的提高，拒水性的提高有效的阻止了液态水 在织物中的传递；经过纳米亲水性处理的织物，其液态水在织物中的传递性能也 有较大提高，液态水的动态传递综合指数分布规律大体与未处理前相似。这分别 为开发具有防水功能的高支羊毛针织物和具有良好舒适性能的高档毛混纺针织面 料，同样提供了理论基础和设计的方法导向。 关键词：高支羊毛；细旦涤纶；混纺纱线；亚麻；棉；针织物；液态水传递性能； 纳米技术处理； r e s e a r c ho nt h el i q u i dm o i s t u r et r a n s p o r tc a p a b i l i t yo fb l e n d e d s u p e rf i n ew o o lk n i t t e df a b r i c sa n dt h e i rn a n of i n i s h i n g a b s t r a c t i n t h i s p a p e r , 1 7 5 # m ( 9 0 s ) a u s t r a l i a n w o o la n d1 6 7 d t e x ( 1 5 d ) x 8 0 m m p o l y e s t e r f i b e rh a sb o o nc h o s e na n ds p i n n i n gt oy a r n so f d i f f e r e n tr a t i o so f1 0 0 0 、7 0 ，3 0 、5 0 ，5 0 a n d3 0 7 0 ，t h o s ey a m sa r ei n t e r w e a v e dw i t hf l a x ，c o t t o ny a ma n ds u p e rf i n ew o o ly a m t h ep u r p o s ef o rt h i si st ot a k ea d v a n t a g eo f e a c hm a t e r i a ls u c hl i k et h es u p e r i o r i t i e so f t h ee x c e l l e n tf l e x i b i l i t y , l o f t i n e s sa n de l a s t i c i t y , g o o dm o i s t u r ec o n d u c t i v i t ya n dg e n t l e g l o s so f t h ew o o l ，t h ee v e n n e s s ，g o o d 、) l r i c ka b i l i t yo f t h ef i n ep o l y e s t e r , a st h es a l l l e t i m et h ep r o p e r t i e so f t h eg o o dh y g r o s c o p i ca b i l i t ya n dq u i c kh o td i f f u s e , p e r m e a b i l i t y , c o o l ，s t i f f n e s s ，a n t i - b a c t e r i aa n d h e a l t ho f t h ef l a x ，t h e s o f t n e s sa n de x c e l l e n ta b s o r p t i o n o f l i q u i dm o i s t u r ea b i l i t yo f t h ec o t t o n w ee x p e c tt od e v e l o pt h eb l e n d e ds u p e rf i n e w o o lk n i t t e df a b r i cw h i c ho w nt h ep r o p e r t i e so f s h e e r , c o m f o r t a b l e , h e a l t h , e a s yc a r e ：, f u n c t i o n a lp r o p e r t ya n de c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n tc o n t a i n m e n t t h i sc a na d a p tt ot h e c o n s u m en e e d sf o ri m p r o v et h ep r o p e r t yo f t h ep r o d u c ta n dd e d u c tt h ec o s t t h e1 1 , 1 1 1 0 t e c h n i q u ei sm e d i f t h e r ei sa n yn e e da n dp o s s i b l et oi m p r o v et h ec o m f o r t a b l ea n d w e a r i n gp r o p e r t i e s t h em o i s t u r et r a n s p o r tc a p a b i l i t yi so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tc o n t e n t so f t b e t h e r m a la n dm o i s t u r ec o m f o r t a b l ep r o p e r t yi nf a b r i c a tp r e s e n t , t h et r a d i t i o n a lm e t h o d s c a nn o tr e f l e c tt h ed y n a m i cc h a n g eo f t h el i q u i dm o i s t u r et r a n s p o r tc a p a b i l i t y t h e m o i s t u r em a n a g e m e n tt e s t e r0 v n v i t ) w h i c hi n v e n t e db yt h eh o n g k o n gp o l y t e c h n i c u 越v e r s i t yc a nc a l c u l a t ea n dc o m p a r et h ew a t e rd i v e r s i o nb e t w e e nt h et w os i d e so f t h e f a b r i ca c c o r d i n gt ot h ew a t e rc o n t e n t ，a tt h es a l d _ et i m em e s s a g e ss u c ha st h ew e t t i n g t i m e ，m a xa b s o r p t i o nr a t e ，m a xw e t t e dr a d i u s ，s p r e a d i n gs p e e d , o n ew a yt r a n s p o r t a b i l i t ya n dt h eo v e r a l lm o i s t u r em a n a g e m e n tc a p a b i l i t yc a nb ef i g m eo u t ，t h e r e f o r et h e o n e - w a yt r a n s p o r ta b i l i t yc a nb eg a u g e d ，a n dt h el i q u i dm o i s t u r et r a n s p o r tc a p a b i l i t y c a l lb ee v a l u a t e d i nt h i sp a p e r , t h eb l e n d e ds u p e rf i n ew o o lk n i t t e df a b r i ca r et e s t e db yt h em o i s t u r e m a n a g e m e n tt e s t e r ( m m t ) a n d t h e i rr e s u l t sa r ea n a l y z e d ，i n v e s t m e n ts h o w st h a tw h e n f a b r i c sk n i t t e db yf l a xo rc o t t o ni n t e r w e a v e dw i t h7 0 3 0s u p e rf i n ew o o l p o l y e s t e ry a m , t h e i rm o i s t u r et r a n s p o r tc a p a b i l i t yo f b l e n d e ds u p e rf i n ew o o li n t e r w e a v e dw i t l lt h ef l a x a n dc o t t o na r ei m p r o v e da n db e t t e rt h a no t h e rf a b r i c s w h e ni n t e r w e a v e dw i t h5 0 5 0 s u p e rw c o i p o l y e s t e ry a r n , t h e i rm o i s t u r et r a n s p o r tc a p a b i l i t yi se q u a lo rg r e a t e rt h a n w h i c hi n t e r w e a v e dw i m1 0 0s u p e rf i n ew o o ly a m s ow ec a nu s et h e5 0 5 0s u p e r w o o l p o l y e s t e ry a m i n s t e a do f1 0 0s u p e rf i n ew o o ly a mt or e d u c et h ec o s t i tp r o v i d e d t h et h e o r ya n dm e t h o d o l o g yf o rt h ed e s i g no f c o m f o r t a b l ef a b r i cw h i c hc o m b i n e dw i t h i t sf a b r i cs t r u c t u r ea n dt e c h n o l o g yp e c u l i a r i t y w h e nw o o ly a mi n t e r w e a v e dw i t h3 0 7 0 s u p e rf i n ew o o 坳o l y e s t e ry a m ，t h e i rm o i s t u r et r a n s p o r tc a p a b i l i t yi sb e t t e rt h a no t h e r f a b r i c so f t h es 锄ek i n d , 5 0 5 0s u p e rw o o l p o l y e s t e ry a mi sn e x t np r o v i d e dt h et h e o r y a n dm e t h o d o l o g yf o r t h ed e s i g no f c o m f o r t a b l ef a b r i cw h i c hc o m b i n e dw i t hi t sf a b r i c s t r u c t u r ea n dt e c h n o l o g yp e c u l i a r i t y t h i sp a p e ra l s ot e s ta n da n a l y s i st h em o i s t u r et r a n s p o r tp r o p e r t yo ft h eb l e n d e d s u p e rf i n ew o o lk n i t t e df a b r i cw h i c ht r e a t e db y n a n ot e c h n o l o g y t h es t u d ys h o w st h a t a f t e rt h en a n or e p e l l e n tf i n i s h i n g ，t h ew a t e rr e p e l l e n c yo f t h ef a b r i c sh a si m p r o v e dal o t , t h ei m p r o v e m e n to ft h ew a t e rr e p e l l e n c yp r e v e n tt h el i q u i dm o i s t u r et r a n s p o r t e f f e c t i v e l y a f t e rt r e a t e db yt h en a n oh y d r o p h i l i cf i n i s h i n g , t h el i q u i dm o i s t u r et r a n s p o r t i si n c r e a s e dt h r o u g ht h ef a b r i c s , t h e i rr e g u l a t i o ni ss i m i l a rw i t hw h i c ha 糟n o tt r e a t i t p r o v i d e dt h et h e o r yp e d e s t a la n dg u i d em e t h o d sf o rd e v e l o p t h ew a t e rr e p e l l e n c yf a b r i c o fs u p e rf i n ew o o lk n i t t e df a b r i ca n dc o m f o r t a b l ea b i l i t yo ft h eb l e n ds u p e rf i n ew o o l k n i t t e df a b r i c y a n gw e n ( m a j o ri nt e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o r so fz h ub a o - y u , w a n gj i n - m e i k e yw o r d s ：s u p e rf i n ew o o l ，f i n ed e n i e rp o l y e s t e rf i b e r , b l e n d e dy a r n s , f l a x ，c o t t o n , k n i t t e df a b r i c ，l i q u i dm o i s t u r et r a n s f e rp r o p e r t i e s , n a n of i n i s h i n g 西安工程大学学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工程大学有关知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位 期间学位论文工作的知识产权归属西安工程大学。本人保证毕业离校后，使用学 位论文工作成果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工程大 学。学院有权保留送交的学位论文的复印件，允许学位论文被查阅或借阅；学校 可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存 学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名：幸勿炙 指导老师签名：昆嗜彩 棚 1 1 t i e t ：“7 ：s 届 丑势氡 西安工程大学学位论文独创性声明 禀承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加 以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果， 不包括本人已申请学位或他人已申请学位或其它用途使用过的成果。与我一同工 作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了感谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担相关责任。 学位论文作者签名：孛为吏 日 期：弼主， 1 绪论 1 绪论 积极研究织物的热湿舒适性，创造织物具有时尚、舒适功能的面料成为竞相 开发的热点。近几年从n i k e 、h d i d a s 和r e e b o k 等服装品牌采用功能性面料数量逐 渐增加的趋势看来，具有保暖排汗、透湿防水等一系列健康性、功能性、高科技 智能型纺织品将成为未来市场消费主流。羊毛虽具有如弹性好、手感丰满、吸湿 能力强、保暖性好等许多优良的特性“1 ，但贴身穿着有刺痒感、洗涤易毡缩等仍是 困扰消费者的问题，开发具有防护功能、舒适功能和易护理羊毛针织物和服装， 充分发挥纤维的优良性能，提高产品的市场占有率和附加价值，是其重要的发展 方向。 1 1 羊毛服装现状和发展趋势 羊毛是一种高档的纺织纤维，因其具有独特的外观风格和优良的保暖功能， 毛纺面料在高档服装和御寒服装方面一直是占据市场主导地位的重要方面军。随 着人们生活水平和消费需求的提高，羊毛服装的发展主要呈现了两大趋势：一是 羊毛服装产品的易护理功能越来越得到重视。随着人们生活节奏变快，对羊毛服 装的易护理要求也愈加迫切，对羊毛服装不但要求机可洗、防缩，还要求其具有 “防水，防油、防污”的功能。目前，采用纳米技术对羊毛进行改性，从而达到 服装易护理功能已经取得了良好的效果，对增加羊毛产品的附加值，扩展羊毛服 装消费市场具有重要意义。二是羊毛服装产品的功能化、舒适化。随着人们对服 装保暖性要求趋于淡化，羊毛服装的功能化、舒适化已经成为不可逆转的发展趋 势，但是，毛纺面料尤其是高支羊毛由于受到价格昂贵的制约，其功能化的实现 还要通过充分利用非毛天然纤维的优良性能实现功能的互补、羊毛的改性以及对 羊毛的功能性整理，从而实现羊毛服装的舒适性功能，走可持续发展道路嘲。 因此，为了进一步提高羊毛市场产品的占有率。必须依靠技术创新、实现产 品功能的改革，使新一代毛纺产品能满足舒适性、功能性、易护理等现代服装的 要求。 1 2 羊毛服装湿舒适性的研究现状和发展趋势 1 2 1 服装湿舒适性的研究现状 在环境- 服装- 人体这个复杂的体系中，服装调节着人体与环境的热湿传递，人 体的舒适感主要取决于他自身产生的热量和周围环境散失的热量之间的平衡。人 体热湿的传递过程是一个综合的过程，它包括人体热的产生，以及皮肤表面的水 分( 汗) 的产生，再由人与服装间的微气候传递到环境中，这要求服装具有良好的 传热、对水分的吸收和排放性能，以保持人体的干爽舒适。 服装的湿舒适性能是服装的舒适性的重要指标。人体在不停地向外排出水汽 l 绪论 和分泌物，因此服装面料的吸湿和散湿性能是人体保持舒适的一个重要因素。特 别是在炎热的夏季或做剧烈运动时，人体大量出汗，此时服装面料的吸湿散湿性 能不仅能使服装保持干燥，而且能防止人体产生湿感。服装面料的湿舒适性能也 可以维持人体热舒适性，如果人体排出的水汽不能很快通过面料散发出去，会有 闷热感。因此，服装的吸汗速干性能就显得尤为重要跚。 服装面料的湿舒适性能主要取决于面料的纤维特性( 纤维种类、细度、表面 特性) 、纱线特性( 纱线结构) 、面料组织特性( 编织结构、厚度、密度、含气 性等) 。通常服装对液态水的透湿途径主要有三条：第一，由于服装织物空隙的存 在，液态水从织物空隙中渗出；第二，织物的吸水性使织物吸收水分，并向周围 环境散发；第三，当汗液愈来愈大时，织物以毛细管作用传递液态水田。当人体正 常散发汽态水分时，水分含量较少，一般服装面料可满足其要求，而当大量出汗 时，对面料的吸湿散湿性能提出了更高的要求。 对于各种服装面料的湿舒适性能，现在人们比较公认的结论是：厚度薄、透 气性大、纤维纱线细度小、孔隙度大的面科吸湿散湿性能好。人们喜欢天然纤维 服装，原因主要是其吸湿散湿性能较好，穿着舒适。人们还普遍认为棉纤维面料 一定比合成纤维面料的吸湿散湿性能好，实际上在人们出汗量较多的情况下，棉 受其较小散湿性的局限，湿舒适性能并不如合成纤维面料哪。合成纤维的吸湿性能 较差，但透湿散湿性能较好，因此能够达到吸湿快干的目的。目前，高科技吸湿 排汗纤维已不断开发出来，发展日新月异。吸湿排汗纤维可以调节衣内微气候， 将湿气和汗水瞬间排出体外，使肌肤保持干爽与清洁，因此在运动、休闲及内衣 产品方面，该纤维需求十分强劲，展现了其经济性、舒适性、功能性的产品特色j 针对合成纤维织物不易吸湿排汗的缺点，国内外纤维及纺织厂商进行了大量的研 究，已经开发出各种各样的吸湿排汗纤维及织物。开发此类产品，一是采用改性 助剂在织物外层进行涂覆处理；二是采用亲水性处理剂对织物进行后处理；三是 采用具有导湿性的异形截面的细旦、超细旦的各类差别化纤维。但合成纤维的缺 点是对皮肤的刺激性较大，在不活动时，不会给穿着者提供像棉一样的舒适感。 如聚酯几乎不吸水，当有少量液态水存在时，常会感到湿冷。另外，许多合成纤 维都会残留异味，这些都限制了合成纤维应用的广泛性”。 1 2 2 羊毛的吸湿放湿特性 由于人体在新陈代谢过程中总是在不断的排汗散湿，其水分的蒸发量与人体 所处的状态有关，在气温不高的条件下，人体皮肤表面的无感知的蒸发量约为 1 5 9 ( m 2 h ) ，高温有汗感时的蒸发量高达1 5 0g ( m 2 h ) ，这时衣下空气层的相对 湿度增大，此时如果织物不能很好地吸收和转移人体排出的汗液或其它分泌物， 就会在织物与肌肤之间形成高湿区。当外界环境温度较高时，因高温高湿会使人 2 l 绪论 产生闷热潮湿的不舒适感，而且由于其分泌物不能及时清除，致使汗液中的脂肪 及蛋白质逐渐积累，对皮肤产生不良的刺激。如果织物的吸湿性能良好，就能使 衣下空气层的湿度调节在5 0 以下，符合生理卫生的舒适要求。1 。 大量研究资料证明，在任何温度、湿度条件下，羊毛的吸湿性均优于常规的 合成纤维和棉、麻、丝等天然纤维。国际羊毛局i w s 对羊毛的凉爽感进行了严格 的检测和研究，选用相同规格的纯毛、毛涤( 6 0 4 0 ) 、纯涤3 种织物，分别测试 2 8 条件下不同湿度时模拟皮肤与织物间隙的湿度变化，结果显示；虽然涤纶织 物具有极好的透气性，但无论在何种环境湿度下，纯毛织物的微环境湿度均低于 纯涤织物，说明羊毛具有很好的透湿性能。同时羊毛在吸湿时还会放出比别的纤 维更多的热量，使它在冷湿的环境下有很好的保暖性。但在热湿的天气里，羊毛 却能使人在穿着时感觉凉爽。这是因为在出汗不太多的情况下，人体表面的温度 一般要比周围的环境高，而其相对湿度却较低，所以当羊毛织物接近相对湿度较 低的皮肤时，纤维中的水分就会蒸发，衣服本身的温度下降，因而使人触觉凉爽嗍 在今后的研究过程中，利用羊毛优越的吸湿透湿性能来提高产品的附加值将是扩 大毛纺产品市场的重要途径之一 1 3 本课题研究的内容 本课题通过分析高支羊毛混纺针织物的液态水传递性能，来研究高支羊毛针 织物的湿舒适性。本课题建立在大量实验基础上，主要做了以下几项研究工作： ( 1 ) 高支羊毛及其混纺原料的选择和纱线组分的设计。原料选择为1 7 5i im ( 9 0 5 ) 澳毛，1 6 7 d t e x ( 1 5 d ) 8 0 m 细旦涤纶纤维。亚麻纱和棉纱为外购纱线。 将1 7 5 i jm ( 9 0 5 ) 澳毛与1 6 7 d t e x ( 1 5 d ) 8 0 m 细旦涤纶纤维分别纺成四种比例 的高支羊毛与细旦涤纶纤维混纺纱线，高支羊毛与细旦涤纶纤维的混纺比分别为； 1 0 0 0 、7 0 3 0 、5 0 5 0 、3 0 7 0 。 ( 2 ) 高支羊毛混纺针织物的设计。将亚麻、棉和高支羊毛分别与四种不同比 例的高支羊毛与细旦涤纶纤维混纺纱线交织成纬平针添纱组织，亚麻、棉和高支 羊毛为织物的面纱，高支羊毛与细旦涤纶纤维混纺纱线为织物的地纱，利用织物 两面不同的原料性能，来研究高支羊毛混纺针织物的液态水传递性能。 ( 3 ) 液态水传递性能研究。利用香港理工大学研制的液态水管理测试仪对三 种高支羊毛混纺针织物进行液态水传递性能的测试，并对测试结果进行分析。 ( 4 ) 纳米防水、亲水整理与液态水传递性能分析。为进一步研究高支羊毛的 液态水传递性能，选用三种不同的织物分别进行纳米疏水性整理和纳米亲水性整 理，并对测试结果进行分析。 1 4 本课题研究的意义 由于高支羊毛纤维的优点在于具有极好的湿舒适功能性，因此，开展高支羊 1 绪论 毛混纺织物的液态水传递性能的研究是本课题重点，这对于充分了解高支羊毛与 细旦涤纶纤维混纺纱线的性能，同时更好地利用其他功能性互补的非毛天然纤维， 开发舒适功能性织物，满足消费市场需求，具有重要的社会和经济效益。 4 2 织物液态水传递基本理论 2 织物液态水传递基本理论 服装舒适性的一大要求是织物的快速导湿排汗功能，这集中体现在织物对液 态水的传递性能上。不论纤维是合成纤维还是天然纤维，织物对液态水不能及时 传递是引起穿着者不舒适感的主要原因“”。所以液态水传递性能是影响织物舒适 性的一个重要因素。 2 1 织物液态水传递基本理论 2 1 1 织物对液态水的吸湿 a 织物表面的润湿：润湿能力是织物在芯吸作用发生之前，液体和织物之间 的相互作用过程。织物的润湿是织物导湿和散湿的前提条件。 ( 1 ) 纤维的亲水性：如果纤维大分子的化学结构中有亲水基团，这些基团能 与水分子结合形成氢键，形成水合物，水分子失去热运动能力，而在纤维内保存 下来，纤维就具有吸湿性。最常见的亲水基团有羟基( 一0 f 1 ) 、氨基( 一n h 2 ) 、羧基( 一 c o o h ) 、酰胺基( 一c o n h ：) 等纤维中游离的亲水基团愈多，基团的极性愈强，纤维 的吸湿能力愈高n - ，。天然纤维无论是植物纤维或动物纤维中都含有较多的能与水 蒸气结合的亲水基团，因而天然纤维吸湿率都很高。如棉、麻植物纤维内的纤维 素大分子的每一个葡萄糖残基上有三个羟基，能与水分子形成氢键。蛋白质纤维 的主链中含有酰胺基，也能与水形成氢键，并且在侧链上还有其它吸引水的基团， 如羟基、羧基、酰胺基等。所有合成纤维吸湿率都很低，这是由合成纤维大分子 的化学结构所决定的。涤纶大分子只由苯环、亚甲基、酯基组成，对水分子没有 强的吸引力，只是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 面对水汽进行物理吸附，因此它们的回潮率都很低。 ( 2 ) 纤维的润湿与接触角：单根纤维的润湿，一般遵循固体表面的润湿原理。 自然界中，物质固、液、气三态界面处存在一定的表面张力。固体分子排列相当 紧密，分子之间引力较大，表面张力非常大，因此其表面能不能够通过将表面积 缩小而得以降低。但是固体有吸附别的物质而降低表面能的倾向，通常把这种倾 向称为固体表面的吸附作用。当液体与固体接触时，液体能在固体表面上铺开， 即原来的“固气界面”被“固液界面”代替的过程叫“润湿”。当相对湿度大于 9 9 或者浸入水中时，纤维之间的毛细管形成水分子的导湿通道，当毛细管处于水 平位置时，虽然没有外力场的作用，但由于毛细管弯曲面附加压力的作用，能自 动引导液体流动，这就是所谓的“芯吸”“”。润湿和芯吸并不是两个互不相干的 过程，两者之间存在着不可分割的关系。润湿是芯吸发生的前提，不可润湿的固 体就不可能产生芯吸“”。定量分析液体对固体表面的浸润程度，最直观方法是用 接触角“”“”，如图2 1 所示。 2 织物液态水传递基本理论 a h ( a )( b ) 图2 1 润湿( a ) 与不润湿( b ) 0 为三相点上液体表面张力与固液界面张力的夹角，称为接触角或润湿角。 接触角口的大小，与接触的两相接触界面张力有关。如图2 2 所示，液体、固体和 气体三相接触点受到三个力的作用，这三个力相互平衡，合力为零“”。 口l 一| = o i 。+ c o s o e o 一i o o s 归o j - g - - o s _ i o t ( 2 1 ) ( 2 2 ) 式2 1 、2 2 称为杨氏方程( y o u n g ) ，可判断体系湿润情况，故又称为润湿方程 “”由式( 2 2 ) 可知，0 与各相接触材料的界面张力的相对大小有关。应用接触角 表示润湿能力，0 9 0 。，称为不润湿。0 9 0 。，称为润湿。越小润湿性能越好， 0 趋近零或不存在时，称为铺展。要使液体在织物毛细管中流动，其接触角0 必须 小于9 0 。，即织物必须为可润湿的“”。 ( 3 ) 纤维在织物表面的润湿情况 织物表面纤维在与水滴接触及润湿时有多种情况，最常见的有以下几种， 如图2 2 所示： 1 ) 单纤维一端刺入水滴被润湿。 2 ) 单纤维曲弧面与水滴接触被润湿。 3 ) 平行纤维束垂直刺入水滴被润湿。 4 ) 平行纤维束弧面与水滴接触并被润湿。 5 ) 平行纤维束倾斜刺入水滴被润湿。 水滴在上述状态下润湿纤维并逐步被吸入织物中，如图2 - 2 ( 1 ) 和图2 2 ( 2 ) 所 示，或者沿着纤维中的毛细管被传递，如图2 2 ( 3 ) ，图2 2 ( 4 ) 和图2 2 ( 5 ) 所示。 图2 2 ( 3 ) 所示为垂直液面毛细管，图2 2 ( 4 ) 所示为平行液面毛细管，图2 2 ( 5 ) 为 倾斜毛细管。当然可以将图2 2 ( 5 ) 分解为垂直和水平毛细管。织物的毛细管通道 十分复杂，水滴进入织物后以特殊方式传输或存在于织物中的纤维束之间，比较 典型的如图2 2 ( 6 ) 。 6 2 织物液态水传递基本理论 3 ) 5 ) ( 6 ) 图2 2 纤维的润湿方式 b 织物的润湿 ( 1 ) 织物润湿原理：单根纤维的润湿需要上述条件，即织物与水的接触角 0 9 0 。，才有可能被水润湿。但织物是纤维的集合体，当织物中的纤维与纤维之 间存在空气时，水对织物的润湿与水对单根纤维的润湿是有差别的，它遵循水对 多组分固体表面的润湿原理，如图2 3 所示。 图2 3 液滴在多组分材料表面的接触角 对于存在孔隙的织物，其接触角有以下形式： 7 2 织物液态水传递基本理论 c o s 日f a = f c o s 口r f b ( 2 3 ) 式中， p 向一纤维集合体( 织物) 的接触角； 矗纤维的面积分数： 厅孔眼的面积分数； 口a _ 一纤维的接触角。 因此，织物的润湿不但与接触角口有关，还与织物中纤维间的孔隙大小及其 分布等表面状态相关。由式2 3 可以看出，当织物表面的空隙率增加时，纤维的润 湿性能降低。因此，适当的增加织物的密度和织物中纱线的捻度，可以提高织物 的可润湿性。 ( 2 ) 影响织物润湿的因素：水在接触织物时要达到润湿纤维的目的，与很多 因素有关。对纤维集合体来说，浸润过程不仅依赖其平衡态的特征参数和表面性 质，还取决于集合体( 多孔材料) 的几何特征。种类不同或其表面状态不同的纤维， 其润湿性能( 如接触角或临界表面张力) 是不一样的。 1 ) 在纱线和织物中，纤维的几何排列也影响其润湿性能例如，纤维平行或 接近平行地排列，比纤维束杂乱地排列所形成的疏松和堆积物较易润湿o ” 2 ) 根据织物润湿原理可知，降低固液界面张力，可以减小平衡润湿时的接触 角，增加非平衡润湿( 铺展) 时的铺展系数，从而有利于润湿过程的进行。降低固 一液界面张力的方法，包括清洁纤维表面和对纤维进行亲水性整理。 3 ) 当织物表面孔眼占织物表面积的百分率越高时，织物表面的润湿性能越低 4 ) 如果在纤维和液体接触的过程中，使纤维产生振动、或快速移动、或增加 接触时的接触压力，都会有助于铺展和浸润过程的进行。事实上，人们在穿着服 装的过程中，在皮肤和织物之问就存在压力，而在有压力存在的状态下，织物的 可润湿性能提高。 c 水在织物中的存在方式：由于织物纤维本身的结构、化学组成不同，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的差别。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、中间水和自由水嘲。 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，它在与大分 子结合时放热从而进入一个稳定的状态。它们在冰点不能结晶，在沸点也不会蒸 发汽化，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之问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予，它们的凝固点和沸点分别要低于0 和 高于1 0 0 。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 2 织物液态水传递基本理论 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 由于它们与织物间地作用力非常微弱，故称之自由水。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、中问水、自由水之分，故在表征纤维与水的 相互关系时，要区别对待。当纤维或织物遇到液态水时，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中或纤维自身的空 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 纤维问的狭缝、异性纤维的毛细作用等。 2 1 2 湿传导的通道 皮肤表面无感出汗时，汗液在汗腺孔附近甚至在汗腺孔内即蒸发成水汽，整 个皮肤表面上看不到汗液，这时，通过服装的湿传导的初始状态的是水汽皮肤 表面有感出汗时，汗液分布在皮肤表面上，这时通过服装的湿传导的初始状态的 是液态水它们通过服装( 织物) 的湿传导通道不完全相同。这样的湿通道主要有 三种类型：第一类是汗液在微气候区中蒸发成水汽，气态水经织物中纱线间的缝 隙孔洞扩散运移到外层空间；第二类是汗液在微气候区蒸发成水汽后，气态水在 织物内表面纤维孔洞和纤维表面凝结成液态水，经纤维内孔洞或纤维问空隙毛细 输送到织物外表面，再重新蒸发成水蒸汽扩散外移到外空间；第三类是汗液通过 直接接触以液态水形式进入织物内表面，通过织物中纱线间、纤维间的缝隙孔洞 毛细输送到织物外表面，再蒸发成水汽，扩散运移到外空间。人体在无感出汗时， 以第一类兼第二类为主要方式；人体在有感出汗时以第三类兼第二类为主要方式， 各类方式运输水量的比例，视出汗速率、织物品种结构、环境条件等而变嘲 a 织物中孔洞缝隙的分类：织物中的孔洞缝隙形态各异，尺寸不同，品种繁 多，大体上可划分为两个基本类别：第一类是按孔洞是否透通分为贯通孔洞和非 贯通孔洞两种，前者可以较顺利地进行湿传导，后者较困难；第二类是按照孔洞 的横向尺寸进行分类，分为原纤问孔洞缝隙、纱线内纤维间的孔洞缝隙和织物中 纱线间的孔洞缝隙三种。 ( 1 ) 纤维内的空腔( 如棉、麻的中腔、粗毛纤维的毛髓、中空纤维的中腔等) 及 各类原纤( 基原纤、微原纤、原纤、巨原纤) 之间的孔洞缝隙。前者尺寸较大( 横向 尺寸0 0 5 o 6 p l m ) ，相当一部分是非贯通的；后者横向尺寸较小( 1 l o o n m ) ，基 本上属于贯通性的。 ( 2 ) 纱线内纤维间的缝隙孔洞横向尺寸一般在0 2 2 0 0 p m 间，大部分在l 9 2 织物液态水传递基本理论 6 0 肚m ，基本上是贯通性的孔洞。 ( 3 ) 织物中纱线间缝隙孔洞横向尺寸一般在2 0 1 0 0 0 9 m 间，少数特别稀疏的织 物更大，某些挤紧织物这些缝隙是非贯通性的，一般织物缝隙空洞是贯通性的。 b 织物中孔洞缝隙的基本特征：织物中孔洞缝隙的特征随不同风格的织物而 有区别，就针织物而言有以下基本特征嘲： ( 1 ) 各种各层次的孔洞基本上是有序的和各项异性的，不是真正随机的，织物 纱线间的孔洞，基本上是沿着织物平面的法线取向的；纱线中纤维间的孔洞。基 本上是沿纱线轴心的空间曲线取向的；纤维中的孔洞大部分是沿纤维轴线取向的。 ( 2 ) 各层次孔洞基本上是贯通的，挤紧结构的针织物，纱线间孔洞虽被封闭， 但是纱线中纤维间的孔洞并未封闭，仍是贯通的。因此，各层次孔洞的数量比例 仍可能有很大不同。 ( 3 ) 各层次孔洞的横向尺寸有很宽的分布。从1 0 。9 1 0 ，达6 个数量级。各层 次横向尺寸孔洞的数量，有一定的分布，从而使各类横向尺寸孔洞的数量会呈现 一种多峰的特征分布 ( 4 ) 各层次各种孔洞的比表面积较大，因而润湿范围均较大 c 织物中孔洞的具体形态 ( 1 ) 织物中纱线问孔洞的形态：织物中纱线问孔洞大多数都是贯通性的，其取 向垂直于织物平面；孔洞截面形状基本上有一定的规律性，并受到纱线表面毛羽 层的影响，从织物的剖视图可以找到孔洞的基本形态。 ( 2 ) 纱线中纤维间孔洞的形态：对于纤维粗细均匀、平行伸直、无卷曲或转曲、 收缩密实的纱线，其理想截面形态如图2 3 所示。 图2 3 纱线中纤维问截面孔洞的理想形态 ( 3 ) 纤维中孔洞的形态：纤维中各级原纤之间的缝隙和孔洞的形态，与上述纱 线中纤维间孔洞相似，只是横向尺寸不同，而且按孔洞截面积可以划分为许多亚 层次。例如，基原纤之间孔洞横向尺寸一般在1 2 舢；微原纤之间孔洞为4 8l l n l ； 巨原纤之间孔洞在l o o n m 左右。这些孔洞宏观可以认为都是贯通性的，有的纤维有 空腔( 中腔) ，有的没有；有的纤维虽有，但差别也很大。棉纤维、各种麻纤维的 l o 2 织物液态水传递基本理论 中腔，横向尺寸均近m 级，但一般不贯通；毛纤维皮质细胞的中腔，横向尺寸0 2 0 5 p m ，是非贯通性的。毛纤维的毛髓一般是肛m 级的空泡的堆积，未遭破坏前是非 贯通性的；驼羊、骆马等毛纤维毛髓横向尺寸约为i g m ，是贯通性的。中空化学纤 维的中腔，一般也属斗m 级( 也有属微孔的较细) ，但大多是贯通性的。 综上所述可以看出，织物中孔洞种类繁多，形态各异，横向尺寸差别大到6 个 数量级，但仍有一定的共同特性；大多为贯通性孔洞，截面形态大多为多角形。 2 1 3 5 在织物中的传输 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靠毛细作 用，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汹】。 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两个条件：一是纤维材料易被润湿；二是在纤维的径向 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 疏导开。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，即纤维分子与水分子作用力较合成纤维与水分予的作用 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。 2 2 传统液态水传导性能的测试方法 液态水传导测试方法有很多，常用的方法有垂直芯吸法、垂直吸水法、滴液 法和保水率法 2 2 1 垂直芯吸法 垂直芯吸法在国际上有两种标准，一是英国的b s 3 4 2