（纺织工程专业论文）水刺非织造材料工艺参数与其保湿性之间的关系研究.pdf

浙江理工大学学位论文版权使用授权书煳煳 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，在年解密后使用本版权书。 不保密村 。 学位论文作者签名：旅施 日期： o o 年 ，月_ 9 日 斛聂痈躲身叫1 。 日期：幽o 年月培日 ： ： 浙江理工人学硕士学位论文 水刺非织造材料工艺参数与其保湿性之间的关系研究 摘要 随着非织造材料应用领域的进一步扩大和人们物质生活水平的提高，人们对 应用于日常生活领域中的非制造产品的性能要求越来越高。在医用、化妆、健康 等领域中，产品对非造材料对液体的吸收传递性能要求比较高。虽然国内外学者 已在织物吸湿传递方面进行了研究，但是这些研究多限于传统纺织品( 机织物、 针织物) ，对非织造材料的吸湿、保湿性能的研究鲜见报道。因此，对非织造材 料吸湿传递性能的研究显得尤为重要。 对于纺织材料而言，影响其吸湿保湿性能的因素主要有两个：纤维材料本 身的特性和纤维材料的结构特点，而后者则是由材料的生产工艺决定。本课题以 在a q u a j e tt 6 6 1 6 型小型水刺机制备的非织造材料为研究对象，从如何提高其保 湿性能入手，研究水刺工艺参数( 水刺压力、水刺工艺距离) 的变化对非织造布 保湿性能的影响，分析了非织造材料表面的纤维缠结结构，研究了非织造材料润 湿扩散面积及散湿量与时间的关系。主要研究内容包括：( 1 ) 制定非织造材料 的制备方案，在a q u a j e tt 6 6 1 6 型小型水刺机上改变其水刺压力( 8 0 x 1 0 5 p a ，1 0 0 x1 0 5 p a ，1 2 0 x1 0 5 p a ) 和水刺工艺距离( 4 2 m m ，3 9 m m ，3 4 m m ) 等工艺参数制造 非织造材料试样；( 2 ) 在扫描电镜下观察非织造材料表面的纤维缠结结构，并 测试分析材料的结构特征，分析工艺参数变化对材料结构特征的影响；( 3 ) 研 究非织造材料的吸湿进程，测试分析非织造材料的保水性和回潮率；( 4 ) 分析 非织造材料的润湿性，采用高速摄影仪和i m a g e - p l u s 专业的图像分析软件测试分 析非织造材料的润湿扩散性能；( 5 ) 研究非织造材料的散湿过程和机理，测试 分析非织造材料的性能，找出影响其保湿性的主要因素。 本文实验研究结果表明： ( 1 ) 从非织造材料的扫描电镜照片中，可以发现水刺非织造材料呈现网状结 构，且纤维在水刺非织造材料表面基本呈现q 形态； ( 2 ) 在一定范围内，随着水刺压力的增加或者水刺工艺距离的减少，纤维与 纤维之间缠结越紧密、均匀，水刺非织造材料的网眼结构越清晰。 ( 3 ) 水刺非织造布具有良好的吸湿保水性，其保水率可以达到1 0 0 以上，且 其与孔隙率、厚度成正相关关系，与平方米克重成负相关关系。 l 一一一 浙江理工大学硕士学位论文 ( 4 ) 课题中选用的非织造材料的润湿扩散性能遵循粗糙织物表面的润湿和多 组分纤维织物表面的润湿规律，其润湿过程中的水痕面积与时间曲线基本呈现 “快速上升一缓慢增加一稳定的趋势，同时在一定范围内，水刺压力越 大，水刺工艺距离越小，材料的润湿扩散性能越好。 ( 5 ) 通过对非织造材料散湿实验的分析发现水刺非织造布的散湿性能可用特 征参数散湿加速度a 及初始散湿速率b 来表达，影响a 的主要因素是织物厚度， 而影响b 的主要因素是孔隙率。 影响非织造材料保湿性能的关键因素的确定，对保湿性非织造产品的设计和 研发具有积极的意义，有利于提高保湿性非织造产品的质量、档次，进一步提高 其市场竞争力。 关键词：非织造；孔隙率；散湿；水刺工艺距离；水刺压力 n s t u d yo nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep r o c e s sp a r a m e t e r s o f s p u n l a c e dn o n - w o v e na n d i t sm o i s t u r ep e r m e a b i l i t y a b s t r a c t 晰坊t h ei n c r e a s i n g l yw i d e s p r e a da p p l i c a t i o n so fn o n - w o v e nm a t e r i a l s ，a n dt h e h n l ) r o v e m e r i to fp e o p l e ，sm a t e r i a ll i v i n gs t a n d a r d s ，p e o p l eh a v eh i g h e ra n dh i g h e r r e q u n m e r i t so nn o n - w o v e np r o d u c t s i nt h i sm e d i c a l ，c o s m e t i c ，h e a l t h a n do t h e r a r e a s p r o d u c t sm a d eo fn o n w o v e nm a t e r i a l sh a v eh i g h e rr e q u i r e m e n t s o nm o i s t u r e a b s o r p t i o na n dm o i s t u r er e t e n t i o np e r f o r m a n c e s a l t h o u g ht h ed o m e s t i ca n df o r e i g n s c h o l a r sh a v es t 础e do nm o i s t u r ea b s o r p t i o na n dd e s o r p t i o np r o p e r t i e so ff a b r i c s ，b u t t h e s e 枷i e sw e r el a r g e l yc o n f i n e dt or a d i t i o n a lt e x t i l e s ( w o v e nf a b r i c ，k n i t t e df a b r i c ) ， t h er e p o r t sa b o u tt h em o i s t u r ea b s o r p t i o na n dm o i s t u r er e t e n t i o np e r f o r m a n c e s o t n o n w o v e nm a t e r i a l sa l er a r e t h e r e f o r e ，s t u d y o ft h em o i s t u r ea b s o r p t i o na n d d e s o r p t i o np r o p e r t i e s o fn o n w o v e nm a t e r i a l si se s p e c i a l l yi m p o r t a n t f o r t e x t i l e m a t 甜a l s t h ei m p a c to fi t sm o i s t u r e m o i s t u r i z i n gp r o p e r t i e s t h e r ea let w om a i n f 酗o r s ：f i b e r t sc h a r a c t e r i s t i c sa n ds t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so ff i b e rm a t e r i a l ，w h i l et h e l a t t e ri sd e c i d e db yt h em a t e r i a l p r o d u c t i o np r o c e s s t h et o p i ct o o ks a m p l e sm a d e o n 让1 ea q 崛j e tt 6 6 16 s m a l l s c a l es p u n l a c em a c h i n ea st h er e s e a r c ho b j e c t i no r d e rt o c l a r i 句h o wt oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fi t sm o i s t u r e ，w es t u d i e dt h ec h a n g e s o f s p u l l l a c ep r o c e s sp a r a m e t e r s ( s p u n l a c ep r e s s u r e ，s p u n l a c ep r o c e s sd i s t a n c e ) h o wt o i n f l u e n c en o n w o v e n sm o i s t u r ep e r f o r m a n c e w ea n a l y z e dt h e f i b e re n t a n g l e m e n t s t n l c n l r eo fn o n w o v e n s s u r f a c e ， a n ds t u d i e d t h e r e l a t i o n s h i p si n v o l v i n g w e 劬1 9 p r o l i f e r a t i o na r e a , w e tb u l kq u a n t i t y a n dt i m e m a i nr e s e a r c hc o n t e 鹏 i n c l u d e ：( 1 ) m a k et h ep r e p a r a t i o np r o g r a mo fn o n w o v e nm a t e r i a l s o nt h ea q u a j e t t 6 616s m a l l s t a l es p 吼l a c em a c h i n e ，w ec h a n g e ds p u n l a c ep r e s s u r e ( 8 0 1 0 p a , 10 0 10 5 p 巩12 0 10 5 p a ) ，a n ds p u n l a c ep r o c e s s e sd i s t a n c e ( 4 2 m m ，3 9 m m , 3 4 m m ) t o m a k es a m p l e ( 2 ) b yo b s e r v i n gt h ef i b e re n t a n g l e m e n ts t r u c t u r eo fn o n _ w o v e ni nt h e s c a l l i l i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ea n dt e s t i n gn o n w o v e n ss t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c s ，w e a n a l v s e dt h ei n f l u e n c eo ft h ep r o c e s sp a r a m e t e r so n s t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t l c so f i i i 浙江理工大学硕上学位论文 - - _ - _ _ _ _ 一 s p u n l a c e dn o n w o v e n ( 3 ) w es t u d i e dt h em o i s t u r ea b s o r p t i o np r o c e s so f n o n - w o v e n m a t e r i a l s a n dt h e n , w et e s t e da n da n a l y s e dt h ew a t e rr e t e n t i o na n dm o i s t u r er e g a i no f n o n - w o v e nm a t e r i a l s ( 4 ) w ea n a l y s e dt h ew e t t a b i l i t yo fn o n - w o v e nm a t e r i a l s ，a n d u s i n gh i g h s p e e dp h o t o g r a p h yi n s t r u m e n ta n di m a g e 。p l u sp r o f e s s i o n a li m a g ea n a l y s i s s o f t w a r e ，w et e s t e d a n da n a l y s e dt h ew e t t i n gt h ep r o l i f e r a t i o np e r f o r m a n c eo f n o n w o v e nm a t e r i a l s ( 5 ) w es t u d i e dt h ew e tb u l kp r o c e s sa n dm e c h a n i s m o f n o n - w o v e nm a t e r i a l s ，a n dt e s t e di t s w e tb u l kp e r f o r m a n c e ，t h ew ei d e n t i f i e d t h e i m p a c tf a c t o r so ft h em o i s t u r i z i n gp r o p e r t i e so f n o n - w o v e nm a t e r i a l s ，a n df i n do u tt h e k e yf a c t o r s t h i se x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t ： ( 1 ) f r o mt h es c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o g r a p ho fn o n - w o v e nm a t e r i a l s ，i tc a nb e f o u n dt h a ts p u n l a c e dn o n w o v e nm a t e r i a l sp r e s e n tn e t w o r ks t r u c t u r e ，a n df i b e r si nt h e s p u n l a c e dn o n - w o v e nm a t e r i a l sr e n d e rt h ef o r mo ff 2 ； ( 2 ) w i t h i nac e r t d nr a n g e ，w i t ht h ei n c r e a s i n go fs p u n l a e ep r e s s u r e o rt h e d e c r e a s i n go fs p u n l a c ep r o c e s sd i s t a n c e ，f i b e ra n df i b e rk n o bm o r ec l o s e l y , t h ef i b e r w e bi sm o r eu n i f o r m ，a n dt h em e s hs t r u c t u r eo fs p u n l a c e dn o n - w o v e n i sc l e a r e r ( 3 ) s p u n l a c e dn o n - w o v e nh a sg o o dm o i s t u r er e t e n t i o n , i t sw a t e ri n h i b i t i o nr a t e s a l lc a l lb eu pt o - 10 0 o rm o r e w a t e ri n h i b i t i o nr a t ew a sp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht h e p o r o s i t yo rt h i c k n e s s ，a n di tw a sn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht h ew e i g h tp e rs q u a r e m e t e ro ff a b r i c ( 4 ) t h ew e t t i n ga n dd i f f u s i n gp r o p e r t i e so f n o n - w o v e nm a t e r i a l sf o l l o w st h er u l e s o ft h ew e t t i n go fr o u g hf a b r i ca n dm u l t i - c o m p o n e n tf i b e rf a b r i c ，a n di t sw a t e rm a r k s a n dt i m ec a l v es h o w e dat r e n do f ”f a s t r i s i n g s l o w - r i s i n g s t e a d y ”w h i l e w i t h i n ac e r t a i nr a n g e ，w i t ht h ei n c r e a s i n go fs p u n l a c e dp r e s s u r ea n dt h ed e c r e a s i n go f s p u n l a c ep r o c e s sd i s t a n c e t h ew e t t i n ga n dd i f f u s i n gp r o p e r t i e o f n o n w o v e ni sb 甜e l ( 5 ) b ya n a l y z i n gt h ee x p e r i m e n to fc a r r y o f fw e t ，w e f o u n dt h a t ：t h ep e r f o r m a n c e o fc a r r y o f fw e to fs p u n l a c e dn o n - w o v e nc a nb ep r e s s e db yc a s u a lp e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so ft h ew e tb u l ka c c e l e r a t i o na a n dt h ei n i t i a lr a t eo fw e t b u l k b ，a n dt h em a j o rf a c t o ra f f e c t i n ga i st h et h i c k n e s s ，t h a ta f f e c t e db i st h ep o r o s i t y i v t h ed e t e 邛【l i i l a t i o no ft h ek e y f a c t o r si nn o n w o v e nm o i s t u r e r e t e n t i o n p e r f i o n a i l c eh a sap o s i t i v e s e n s ef o rp r o d u c td e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，a n d c a n i m p r o v et h eq u a l i t ya n dg r a d eo fm o i s t u r er e t e n t i n gn o n - w o v e np r o d u c t ，a n df u r t h e r e n h a n c ei t sm a r k e tc o m p e t i t i v e n e s s k e y w o r d s ：n o n w o v e n ；p o r o s i t y ；c a r r y - o f fw e t ；s p u n l a c ep r o c e s sd i s t a n c e ；s p u n l a c e p r e s s u r e v 浙江理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论1 1 1 课题研究背景l 1 2 湿传递国内外研究现状及其理论2 1 2 1 湿传递国内外研究现状2 1 2 2 湿传递理论4 1 3 改善织物保湿性能的途径6 1 4 课题研究目的、内容及意义7 第二章非织造材料9 2 1 非织造材料的概述9 2 1 1 非织造材料的定义9 2 1 2 非织造材料的分类9 2 1 3 非织造材料的特点1o 2 1 4 非织造材料的结构1 1 2 2 非织造材料中水的传导通道1 2 2 2 1 水在织物中的存在形式。1 2 2 2 2 织物中水的传递。1 3 2 2 3 非织造材料中孔洞缝隙的特征1 4 2 3 本章小结。l7 第三章非织造材料的制备及其结构特征18 3 1 非织造材料的制备1 8 3 1 1 纤维原料的选择一1 8 3 1 2 水刺加同原理1 9 3 1 3 试样的制备。2 0 3 2 非织造材料纤维缠结结构的扫描电镜观察2 3 3 3 非织造材料平方米克重与厚度的测试分析。2 6 3 - 3 1 非织造材料平方米克重2 6 3 3 2 非织造材料厚度2 7 3 3 3 平方米克重与厚度之间的关系分析2 8 3 4 非织选材料的孔隙结构的测试与分析3 0 3 4 1 非织造材料孔隙结构测试方法3 0 3 4 2 非织造材料孔径分布的测试与分析3 l 3 4 3 非织造材料孔隙率的计算3 4 3 5 非织造材料透气性测定3 5 3 6 透气率与孔隙率的相关分析3 7 3 7 本章小结3 8 第四章非织造材料吸湿性能研究与分析3 9 4 1 织物吸湿进程理论3 9 4 2 织物保水率3 9 4 2 1 实验方法4 0 4 2 2 实验结果及分析4 0 4 3 回潮率测试与分析4 2 v i 一 浙江理工大学硕士学位论文 4 4 ，j 、结4 3 第五章水在非织造材料中的润湿扩散性能4 5 5 1 非织造材料的润湿性分析4 5 5 】1 接触角4 5 5 1 2 伪浸润现象4 6 5 1 3 非织选材料表面纤维润湿类型4 8 5 2 非织造材料润湿扩散性测试与分析一4 9 5 2 1 非织造材料润湿扩散试验方法4 9 5 2 2 非织造材料润湿扩散实验结果及分析5 0 5 3 本章小结5 7 第六章非织造材料的散湿性能5 9 6 1 非织造材料的散湿过程和机理5 9 6 1 1 非织造材料的散湿过程5 9 6 1 2 非织造材料的散湿机理5 9 6 2 非织造材料的散湿性测试与分析6 0 6 2 1 非织造材料的散湿性试验方法6 0 6 2 2 非织造材料的散湿性试验结果及分析6 0 6 3 本章小结6 5 第七章结论6 7 参考文献6 9 致谢7 3 附录7 4 攻读硕士研究生期间发表的论文8 1 v i i 浙江理工人学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 非织造技术是一门源于纺织但又超越纺织的材料加工技术，是纺织工业中比较年轻而 且很有发展前途的一门新技术，它突破了传统的纺织原理，综合了纺织、化工、塑料、造 纸等技术，充分利用了现代物理学、化学等学科的有关知识。其产品是非织造材料 ( n o n w o v e n s ) ，又称非织造布、不织布、无纺布等等。非织造材料是用有方向性的或杂乱的 纤维网制造成的布状材料，一种呈单纤维分布状态的纤维集合体。它最大的优点是可以按 最终产品的使用性能，科学地设计加工技术、工艺路线，最充分有效地利用资源，生产出 满足最终用途要求的产品。 经过半个多世纪的发展，非织造材料以其独有的结构、多变的工艺等传统纺织品无法 比拟的优越性而迅速渗透到国民经济的各个应用领域，世界非织造布工业发生了翻天覆地 的变化。从范围上讲，非织造布的生产和应用己由最初的以北美、西欧、日本为主体发展 到了包括南美、中东欧、东北亚、东南亚、中东等遍及世界的各个地区，发展中国家和地 区已逐渐成为新的增长点；从技术上讲，无论是早期发展起来的梳理成网法，还是较新的 纺丝成网法、熔喷成网法、浆粕气流成网法，其工艺技术及其设备都逐渐成熟起来，市场 上出现了越来越多优质、薄型化和复合化的产品；从生产能力和产量上说世界非织造布的 产量已从初期的几十万吨发展到了至今的近6 0 0 万吨：从产品应用上来讲，过去的单质、 初级产品仅用于少数土建工程、包装和卫生领域，而今，种类繁多的各式单质及复合型的 非织造布产品已广泛应用于工业、农业、土木建筑、医疗卫生、交通运输、家庭装饰、环 境保护、服装、旅游、航空航天以及军事等各个领域。受下游工业的驱动，非织造工业的 发展正当其时。 随着非织造布工业的发展，非织造产品种类日益丰富，应用领域日趋广泛，很多日常 用品都能够通过非织造布方法加工制作，非织造布产品因其成本低，性能优异与独特而大 受欢迎。近年来，非织造产品已经越来越多地被应用于医用、化妆、健康等生活用或产业 用吸湿性产品。在这些应用领域中，非织造材料对液体的吸收传递性能( 如吸湿，排湿， 过滤，排水以及蒸汽传输等) 将决定产品的应用范围和加工质量。虽然国内外学者已在织 物吸水性测试方法、薄型织物液态水传递性能、稳态湿传递等等方面进行了研究，但是这 些研究多限于机织物、针织物，对非织造材料的吸湿、保湿性能的研究鲜见报道。因此， 从理论上研究液体在非织造材料中的流动特性，可以更好地了解液体纤维的相互作用，找 1 浙江理工大学硕士学位论文 出对流动过程起主导作用的关键因素，从而有助于高吸湿保湿产品的开发和现有产品的性 能改进。因此，对非织造材料的湿传递性能的研究尤为重要。 1 2 湿传递国内外研究现状及其理论 1 2 1 湿传递国内外研究现状 湿传递性能是服装和某些领域用织物的重要性能之一。自1 9 3 9 年h e n r y 1 】首次提出并 分析纺织纤维的热湿传递性后，国内外许多学者在热平衡理论的基础上从纤维、织物、服 装等对汽态湿传递进行了大量研究，如：l f o u r 2 1 ，k h o n g t 3 1 等对水汽通过纤维进行热湿 传递机理研究；m e w h e l a n 4 1 ，f t p e i r c e 【5 1 等对水汽通过织物进行热湿传递机理研究； a h w o o d c o c k l 6 1 对水汽通过服装系统进行热湿传递机理研究等等。 但这些研究大多偏重于汽态水在织物中的传输问题，且在分析中附属于热平衡的测 算。事实上，织物的湿传递有汽态湿传递和液体湿传递两种主要形式。关于液态水的传递 性能也称为学者们研究的一个热点。 沃什伯恩( w a s h b u r n ) 对多孔结构和毛细管流动关系进行了研究，并在芯吸理论的基础 上，设计了一些实验来研究吸水性和毛细管传递性之间的关系，提出了被广泛认为是液体 芯吸的动力学描述的w a s h b u r n 方程。迈纳( m i n o r ) 等人研究了各种液体在纤维束中的移动， 并且用纤维组合系统的润湿理论来解释液滴在织物中穿透的现象。施瓦茨【刀( s c h w a r t z ) 从热 力学观点解释了这一性能。熊孤【8 】等利用铺展因子和散失速率两个模拟量，得出机织物结 构特征参数与织物液态水传递性能的关系。邱冠雄【9 】等根据滴在织物上的水是在毛细效应 下沿织物中的纤维向内渗透，但不同织物其渗透的时间不同的原理，通过分析水滴在织物 上的形态变化，并以水滴滴到织物到水滴完全消失所用的时间为吸湿标准，探讨了织物对 液态水的导湿机理。姚穆【l o 】等研究指出织物湿传导通道的三种型式，指出了织物中透湿孔 洞有多种多层次结构，横向足寸相差甚大，在湿传导过程中的表现和作用各不相同，提出 了描述织物中各层次透湿孔洞的物理量并给出了相应的计算公式。b m i l l e r j 等应用润湿 理论和毛细管理论研究了液态水在织物中传导的机理。邢孟秋【1 2 】等通过实验定性地研究了 纱线的捻度、单丝纤度、单丝横截面形状以及助剂对芯吸性的影响。王其等【l3 】研究了差动 毛细效应在织物液态水传递中的应用及形成差动毛细效应的条件，假设纤维在纱线和织物 中完全规整排列的前提下建立了差动模型，并在忽略了线圈的空间几何形态对导湿量可能 产生影响的前提下计算针织物的毛细输水量。庄勤亮 h 】等研究了外加压力对液体在针织物 间传递的影响分析针织物间液体传导的机理。 2 一一一一 浙江理工大学硕十学位论文 姚穆等【1 5 】研究了织物透湿过程中的状态和理论方程，并指出织物的散湿速率与织物表 面的凹坑尺寸密切相关，而和织物的厚度、紧度、纤维品种无明显关系。何瑶【l6 】通过测试 5 种不同纤维品种的机织物在不同保水率的情况下的散湿曲线，采用分段拟和方法，发现 织物的散湿曲线由2 段组成：直线段和指数衰减段，指数衰减段的指数与纤维品种，尤其 是纤维表面的化学组成直接相关。2 0 0 7 年何瑶又通过测试同种棉纱织成的不同组织结构 的6 种针织物达到饱和吸水后在恒定温湿度条件下的散湿曲线，发现织物的组织结构主要 影响指数衰减段的指数，表现为：织物越厚、越紧，指数越小，散湿越慢，这部分水占织 物重量在1 0 左右。同时也有人t 1 8 , 1 9 1 提出影响水在织物中传递的内在因素主要是纤维的表 面性能、亲水性能、纱线和织物的几何结构特征。张一平f 2 0 】等提出纤维的异形度越大，织 物导湿快干性能越好。柯勤飞【2 l 】等运用一般纺织品的透湿途径，分析了水刺法非织造布的 透湿机理，并对水刺法非织造布与热轧法非织造布的透湿性能进行了比较，结果表明，水 刺法非织造布的透湿性要比热轧产品好；在其他条件不变的情况下，其产品定量越大，透 湿性越差。 同时，织物湿传递性能也是开发导湿快干面料非常重要的一部分，研究工作者已在这 方面投入了相当多的精力【2 2 ，2 3 1 。早在1 9 8 2 年初，日本帝人公司就开始了吸水性聚酷纤维的 研究，其研制的中空微多孔纤维在1 9 8 6 年申请了专利【2 4 】；1 9 8 6 年，美国杜邦公司首次推 出名为“c o o lm a x ”的吸湿排汗涤纶，由它制成的衣料，洗后3 0 m i n 已几乎完全干燥。日本 东洋公司开发a g u a c h u p a r 纤维在人体大量出汗、衣服湿透的情况下，能迅速把汗液排 到外界【2 5 1 ；f i r a c i s 纱线最内层为长丝，中间为人造短纤维，最外层为复合长丝，该纱线 织成的织物能够迅速转移外表层的水分；韩国晓星公司开发的a e o r c o o l 纤维，截面呈苜蓿 草的“四叶子”形，是一种具有良好吸湿排汗功能的新型聚酯纤维；日本东洋公司的t r i a c t o r 纤维呈“y 形，这种纤维的纱线无论在织物中怎样弯曲和挤压，都保持细密的空隙，形 成良好的毛细效应，有利于改善织物的导汗性能。中国仪征化纤开发的c o o l b e s t 和f c l s 7 5 纤维，采用新的截面形状设计，具有卓越的吸湿导汗功能；台湾远东开发的t o p c o o l 十字 形聚酯棉有四个沟槽，使织物具有很好的干爽效果；中国纺织大学【2 6 】曾对丙纶针织物以纬 平针、抽针罗纹、单面集圈组织进行研究，得出结论：织物的透湿性主要取决于其孔隙度 和厚度，内气候湿度与织物厚度成正相关性，与孔隙度成负相关性，织物的保水率与纤维 密度的平方根和克重有很好的线性关系，其中纤维线密度对保水率的影响最大，纤维线密 度的降低和织物厚度、克重的增加，都将提高织物的保水性。 浙江理工火学硕上学位论文 1 2 2 湿传递理论 关于纺织品湿传递方面的研究，目前主要是利用芯吸效应和差动毛细效应原理。 一、芯吸效应【2 7 1 由于纺织品是由多孔状的基质材料构成，织物中存在着许多由孔洞、间隙构成的毛细 管。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 管弯月形曲面上液气界面张力所造成的附加压力的作用，能够引导毛细管中液体水流动， 这就是芯吸【15 1 。芯吸是毛细效应自然润湿的结果。 对于孔径均匀的毛细管体系，液体对孔内壁的润湿就是毛细管上升，因而只要接触角 小于9 0 。，液体即可在曲面压差的驱动下渗入毛细孔。毛细管中的曲面压差可用下式表示： 卸嘲一g 半 ；为毛细管的当量半径，乃一g 为液气界面的界面张力。如果毛细管水平放置或重力的 影响可以忽略，只要p 0 ，液体可自动润湿毛细管内壁。 根据y o u n g 方程： c o s 口：丝= 曼二丝 乃一g 则有： 卸5 亏( 苁一g 一乃一。) ， 式中乃一，和以一g 分别表示液- 固和固- 气界面的界面张力。 从上式可以看出，p 的大小只决定于固气和固液两界面张力之差而与液气界面张力 无关。因此，对半径均匀的毛细管体系的润湿，关键是固气界面张力与固液界面张力的 相对大小，只要固气界面张力大于固液界面张力，润湿过程即可自行进行。 为了使卸增大，和乃一g 应尽量小些。 对于孔径不均匀的毛细管体系，情况就更复杂了。 上式是建立在纤维之间形成的毛细管体系是圆筒形的假定条件下的，在纺织品中情况 并不是这样的，而是如图1 1 中( a ) 和( b ) 所示的圆锥形状态。 4 一一_ 一一 浙江理工人学硕士学位论文 图1 1 圆锥形毛细管中液体的上升 若圆锥形毛细管的内壁是随着弯月面的升高向内倾斜，如图中( a ) 图，则有： 卸= 2 y _ , s i n ( 吃+ 缟) 卸= 一s i n ( 吃+ 缟) 式中，眈是前进角，缟是管内壁与水平面的夹角。 若见和缟的和小于1 8 0 。，则卸 0 ；o o + 馋= 9 0 。时，卸最大，是润湿的最佳条件。 此时液面上升是由于毛细管形状所致而不是接触角数值小的缘故( 即取决于见) 随着弯月面的升高，圆锥形内壁是向外倾斜，如图中( b ) 图，则有： a p ：一2 7 5 _ gs i n ( e o 一唬) ， 式中缟是毛细管壁向外倾斜与水平面间的夹角。在这种情况下，若眈和欢均在0 。至 9 0 。2 _ 1 - 1 ，且中缟 a o ，则卸 o ，而且前进接触角越小，卸越大。伤必须大于吃，否 则卸将成为负值，润湿作用要受到阻碍。 要能使液体在织物毛细管中流动，其先决条件必须使液体在毛细管内形成凹月面，即 接触角0 必须小于9 0 。，织物必须为可润湿的。 二、差动毛细效应 对于纯合纤双层结构织物，当内外两层所用纤维的密度有差异时，如外层纤维线密度 小，里层纤维线密度大，则织物外层纤维之间形成较细的毛细管，毛细管形成较大的附加 压力；织物里层纤维之间形成较粗的毛细管，毛细管形成较小的附加压力，这样织物两层 浙江理工大学硕士学位论文 界面之间就会产生附加压力差，引起织物中的液态水自动从里层流n i - 层，这就是差动毛 细效应【2 8 】。 织物内外两层之间的附加压力差是形成差动毛细效应的条件，也是织物中液态水自动 从里层流到外层的动力。附加压力差可由式( 1 ) 表达【2 9 1 。 z h p = 2 a 譬一半， 式中：卸一织物内外两层间的附加压力差，p a ；口一液气界面张力，n m ；岛一液体 与织物里层材料接触角；岛一液体与织物外层材料接触角；墨一织物里层毛细管当量半径， m ；恐一织物外层毛细管当量半径，m 。 当织物里外层纤维材料相同时日= 岛= 秒，从而附加压力差为 卸观一s o ( 麦- 一寺 c 2 ， 由上式可知，附加压力差印与织物内外层所用纤维的毛细当量半径蜀与恐有关，与 纤维对液体的接触角秒有关。织物内外层所用纤维的毛细当量半 径- r 1 与r 2 不相等时，织物 内外层之间就存在附加压力差，且差值越大，差动毛细效应就越明显，从而使液态水向织 物表面的流动、扩散、蒸发更加快速。 1 3 改善织物保湿性能的途径 改善纤维基材料的保湿特性的途径可以概括为以下几种： 一、采用异形或超细纤维通过改变纤维截面或纤维细度的方法，如用两种高分子材 料通过特殊的喷丝工艺生产出橘瓣型或海岛型双组分纤维，并让其在碱性溶液的水解作用 下溶解、分裂再得到超细纤维，或者通过新型纺丝技术开发出4 d g 纤维( 4d e e pg r o o v e s ， 即沿纤维长度方向有多条连续的深沟槽) ，来创造额外的纤维比表面积，试图增加毛细管通 道额，从而加强芯吸效应和液体运输【3 0 】。 二、采用纤维混纺的方法把不同性质( 天然纤维或者化纤) 或者不同截面形状或不 同细度的纤维混纺。例如有人在常用的涤纶纤维中混入亲水性纤维