（纺织化学与染整工程专业论文）单向导湿织物的研究.pdf

摘要 导湿快干织物的研究开发受到国内外人士的广泛关注，而天然纤维的最大优 点是符合人们对健康、舒适的消费需求。 本研究主要设计了单向导湿棉织物，使其达到导湿快干的效果。设计形成的 织物热阻和湿阻相对于同种规格的棉织物都有所下降，即热湿传递性增强，有利 于排汗导湿。 本研究采取平网印制的方式在织物上进行单面整理，使拒水拒油整理剂以一 定的图形分布在织物的一侧，并控制整理剂在织物上的渗透深度，使织物的一侧 为亲水性，一侧为疏水性，构成亲疏水双侧结构。水或汗液从整理面导向织物的 另一侧，并能快速扩散、蒸发，织物内层保持相对干爽，使穿着者获得舒适的感 觉。 为获得单面整理的效果，本试验通过调整浆料的稠厚度以及刮浆压力来控制 加工的深度。通过正交试验优化工艺，得到在涂层机上对织物单面整理的最优工 艺为：整理剂用量为5 0 9 l ，增稠剂用量为3 ，刮浆厚度为2 5 r a m ，低温交联 剂f k - l 4 为6 9 l ，m g c l 2 用量为0 1 9 l 。优化所得平网印花机整理工艺为：刮浆 棒直径为8 r a m ，速率为8 档，压力为2 3 档，织物整理面积比为6 0 一7 0 左右。 对织物进行耐摩擦性和洗涤性的测试表明，整理后织物的拒水有很好的耐久性 能，单向导湿具有持久的效果。 本研究方法具有广泛适用性。用于针织物单面处理后，同样也能改善其热湿 舒适性。单面整理织物拒水性强的表面导湿能力要强于亲水性一侧，汗液、湿汽 在织物内层快速导向外侧，在外层扩散蒸发，保持内层的相对干爽舒适。 本研究以接触角、透气、透湿、热阻及湿阻为主要测试指标，对整理的浆料、 加工深度、网印图案进行了优化。 天然纤维符合人们对健康、舒适的消费需求，从心理上更容易为消费者所接 受，特别是棉织物，其舒适、透气、吸湿等优点，深受广大消费者欢迎。本研究 在棉织物上进行单面加工，提高其单向导湿快干能力，改善棉织物的热湿舒适性， 将有很大的市场前景。 关键词：热湿舒适性、导湿快干、拒水拒油整理剂、透气、透湿、接触角 a b s tr a c t t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fm o i s t u r et r a n s p o r t e da n dd r y f a s tf a b r i ch a s b e e nw i l d l yi n t e r e s t e db yt h ep e o p l ea th o m ea n da b r o a d t h em o s ta d v a n t a g eo f n a t u r a lf i b e ri st h a ti ts a t i s f i e st h em a n sd e m a n do fh e a l t ha n dt o m f o r t t h ee f f e c to fm o i s t u r et r a n s p o r t e da n dd r y f a s th a sb e e ni m p r o v e di nt h e t r e a t m e n tf a b r i c t h et h e r m a lr e s i s t a n c ea n dm o i s t u r e v a p o rr e s i s t a n c eo ft h ef a b r i c d e s i g n e di nt h ep a p e rh a v eb e e nd e c r e a s e d ，c o m p a r i n gw i t ht h es a m es t a n d a r dc o t t o n f a b r i c u s i n gt h ew a t e ra n do i lr e p e l l e n tf i n i s h i n ga g e n tt ot r e a tt h ec o t t o nf a b r i co f s i n g l e s i d ew i t ht h em e t h o do ff l a ts c r e e n p r i n t i n gh a sb e e ns t u d i e di nt h i sp a p e r t h e d i s t r i b u t i n ga n dp e n e t r a t i o nd e p t ho ff i n i s h i n ga g e n ti nt h ef a b r i cw e r ec o n t r o l l e db y a d j u s t i n gt h et h i c k e n i n go fp a s t ea n dt h es c r a p i n gp r e s s u r e o n es i d eo ft h ef a b r i ci s h y d r o p h i l i ca n dt h eo t h e ri sh y d r o p h o b i e ，w h i c hf o r m e dt h ec o n s t r u c t i o no ft w o s i d e c o n s t r u c t i o nw i t hh y d r o p h i l i c i t ya n dh y d r o p h o b i c i t y w a t e ro rs w e a t c a nb e t r a n s p o r t e df r o mt h et r e a t m e n ts i d et ot h eo t h e rs i d e ，q u i c k l yp e r v a d ea n de v a p o r a t e t h ee f f e c to fc o m f o r th a sb e e no b t a i n e db yk e e p i n gt h ef a b r i c si n s i d es u r f a c e r e l a t i v e l yd r y t h ep r o c e s sw a so p t i m i z e dw i t ht h ec o a t i n gm a c h i n e a n dt h eo p t i m u mf i n i s h i n g a g e n tm a i n l yw a s ：w a t e ra n do i lr e p e l l e n ta g e n t ( 5 0 9 l ) ；t h i c k e n i n ga g e n t ( 3 ) ； s c r a p i n gt h i c k n e s s ( 2 5 r a m ) ；l o wt e m p e r a t u r e c r o s s l i n k i n ga g e n t f k - l 4 ( 6 9 l ) ； m g c l 2 ( o 1 e e l ) t h eo p t i m u mt r e a t m e n tp r o c e s so ft h ef l a ts c r e e n - p r i n t i n gm a c h i n e w a so b t a i n e d t h eo p t i m u mr e s u l tw a s ：t h ed i a m e t e ro fs c r a p i n gs d c k ( 8 衄) ；s p e e d r a t e ( e i g h t hg e a o ；p r e s s u r e ( s e c o n d - t h i r dg e a r ) ；f i n i s h a r e ar a t i oo ft h ef a b r i c ( 6 0 - 7 0 ) t h ee x c e l l e n tw a t e rr e p e l l e n td u r a b i l i t yo nt h ef a b r i ci se v i d e n tf r o mt h e t e s t i n gd a t ao ff r i c t i o n a lr e s i s t a n c ea n dl a u n d e r a b i l i t y t h er e s e a r c hm e t h o di nt h i sp a p e rc a nb eu s e dw i l d l y , s u c ha sw e a v i n gf a b r i c ， k n i t t e df a b r i c , e t c t h em a i n t e s t i n gi n d e x e s a r e c o n t a c t a n g l e ，g a sp e r m e a t i o n ，m o i s t u r e p e n e t r a t i o n ，t h e r m a lr e s i s t a n c ea n dw e t - v a p o rr e s i s t a n c e t h e s ei n d e x e sw e r eu s e dt o e v a l u a t et h ef i n i s h i n ge f f e c ta n dt oo p t i m i z et h ep r o c e s so ff i n i s h i n g n a t u r a lf i b e ri s “g r e e nf i b e r ，s oi ti sf i tf o rt h ec o n s u m e rs e n t i m e n t e s p e c i a l l y , t h ea d v a n t a g e so fc o m f o r t ，g a sp e r m e a t i o n ，m o i s t u r ep e n e t r a t i o no nt h ec o t t o nf a b r i c a r ew i d e l yf a v o r e db yc o n s u m e r s i nt h es t u d y , t h ep r o p e r t yo fm o i s t u r et r a n s p o r t e d a n dd r y f a s th a sb e e no b t a i n e db yf i n i s h i n go fs i n g l e s i d eo nt h ec o t t o nf a b r i c , w h i c h w i l lb eh a v i n ga l le n o r m o u sm a r k e t i 【e y w o r d s ：t h e r m o h u m i dc o m f o r t m o i s t u r et r a n s p o r t e da n dd r y f a s t ；w a t e ra n do i l r e p e l l e n ta g e n t ，g a sp e r m e a t i o n ，m o i s t u r ep e n e t r a t i o n ，c o n t a c ta n g l e 学位论文的主要创新点 一、本研究提出了一种新的“差动毛细效应”模型。若形成的毛细管 是由疏水和亲水部分构成，人体出汗后，汗液受压力作用( 如服装压 力) 而进入到毛细管内( 从疏水端进入) ，液滴在毛细管内受附加压力作 用( 疏水端和亲水端) 而向前自发移动，即向空气层移动，从而达到快 速导湿的目的。 二、本研究采取平网印制的方式在织物上进行单面整理，使拒水拒油 整理剂以一定的图形分布在织物的一侧，并控制整理剂在织物上的渗 透深度，使织物的侧为亲水性，一侧为疏水性，构成亲疏水双侧结 构，并在疏水侧设计一定的输水通道。试验表明此双侧结构的织物热 阻和湿阻都有所下降，即热湿传递性增强，有利于排汗导湿，提高织 物舒适性。 三、本研究所用的单面整理方法，即用刮浆和印花的方法，可以通过 优化整理浆料与刮浆压力及速度来控制整理深度。织物的整理面与皮 肤接触时能保持相对干爽，汗液在背面迅速扩散并蒸发，已初步达到 了单向导湿的效果。 第一章绪论 1 1 课题的背景及其意义 第一章绪论 人们崇尚天然纤维制成的织物，其舒适与健康、自然与美相结合的品质适应 人们的需求，深受广大消费者的欢迎。美国的一项消费者市场研究项目中川，对 亚洲、拉丁美洲、欧洲和印度次大陆主要国家的5 0 0 0 名1 5 岁到5 4 岁的男女进 行了采访调查。结果表明，6 5 的被调查对象更愿意购买由天然纤维诸如棉或羊 毛制成的服装，其比例比1 9 9 9 年的市场追踪调查有所增长。而且，调查发现， 随着人们年龄的增长，纤维成分变得越加重要，年纪大的消费者更愿购买天然纤 维制品。 天然纤维又称“绿色纤维”，它是理想的纺织原料，其吸湿、透气性好，与 人体接触舒适、亲和性好。天然纤维中以苎麻、亚麻为代表的麻织物和丝织物常 用于制作薄型的夏季用衣料，人们穿着时比较利汗、轻薄、透风而舒适；丝织物 由于柔软、保暖、透湿舒适而也用于秋冬季的外衣面料；羊毛由于富于弹性，织 物丰满而保暖，最适用于御寒用衣料，也由于织物挺括抗皱而用于春秋季较为高 档的外表面料；棉纤维由于细而柔软，价格低廉，适用于各季度的内外农。 为了获得类似天然纤维的优良舒适性，近年来，国际上已有许多国家设计开 发了各种具有良好的快吸、快干、多吸、舒适的功能性织物，这些织物一般都具 有特殊结构。其中以功能纤维为代表的有c o o l m a x 、s w e a t s e n s o r 、t r i a c t o r 、 h y d m p o r e i2 】等，它们采用中空、异型截面( 工字形、十字形等) 等新结构，具有 良好的透湿排汗性。例如将聚酯和一种性能近似聚酯的可溶性聚合物混合纺丝， 聚酯包覆在纤维外层呈“鞘”状、可溶物在内呈“芯”状结构，待织成织物之后 再通过热碱溶液把“芯”溶解掉，使纤维成为中空结构，形成许许多多的毛细管， 利于湿气或汗液从皮肤排到织物表层，达到排湿导汗的效果，具有代表性的产品 有美国杜邦公司的c o o l m a x 纤维1 3 】。 此外，在织物结构设计中还有棉盖涤、麻盖丙、棉盖丙双层针织物，涤棉丙 三层针织物等，都广泛运用于运动服和休闲服。其特征是织物内外层具有不同的 亲水性，如棉盖涤复合织物的底纱采用疏水性的涤纶丝，面纱采用亲水性的棉纱， 经亲水性处理后具有快速吸湿及向织物外层快速传递扩散的特征，并使服装内部 干爽，是一种比较理想的吸湿快干面料。 从以上例子可以看出，为达到吸湿快干的目的，在产品中使用的纤维多为合 成纤维，对皮肤的刺激性较大。这类聚酯纤维类产品的缺点是：在不活动时，不 会给穿着者提供像棉服装一样的舒适感。聚酯几乎不吸水，当有少量液态湿存在 第一章绪论 时，常会感到湿冷。另外，许多合成纤维都会残留异味，即使是混纺产品，而且， 它的双层及多层结构使织物厚度增加，限制了应用的广泛性。 在合成纤维市场迅速发展的同时人们如此钟情于棉质衣物，主要原因是天然 纤维如棉纤维具有良好的亲水性和自然形态结构，透气吸湿性好，穿着舒适健康。 纯棉织物穿着舒适是由于其吸水性好，当汗量不大时，棉织物能提供较满意的舒 适性。 但是，在人体大量出汗的情况下，棉纤维吸湿溶胀，阻塞气孔，妨碍了皮肤 与服装间的微气候与外界环境之间的热交换，使汗、汽很难透通，令人有闷热感， 且容易粘贴在皮肤上，让人感觉不太舒服1 4 j 。 为了更适应市场需求及消费者的消费观念，本文提出能否在天然纤维棉织物 上进行整理，以达到类似于吸湿排汗的效果。研究分析认为，用拒水拒油整理剂 以印花手段对织物进行单面整理，使其与皮肤发生点接触。如此，即保持了棉纤 维的优良特性，又可使服装在显汗状态下，能把内层的汗液快速导向外侧，使汗 液在外侧蒸发，保持与皮肤接触面的织物相对干燥，达到导湿快干的舒适效果。 天然纤维的最大优点是符合人们对健康、舒适的消费需求，从心理上更容易 为消费者所接受，加上其不会破坏生态环境，所以愈来愈受到人类的重视和青睐。 特别是棉织物，其舒适、透气、吸湿等优点，深受广大消费者欢迎，因此在棉织 物上进行功能整理，提高其导湿快干性将有很大的市场前景f 5 j 。 1 2 本课题研究的主要内容 当消费者选择棉制服装，在活动过程中较长时间适量出汗或大量出汗时，棉 的高吸湿能力会带来一系列问题。主要表现在：服装吸湿太多、变重、由于水的 重量而下垂；干燥时间长；因为皮肤是亲水性的，棉织物的内表面也是亲水性的， 在皮肤( 出汗) 界面以及纤维( 汗液) 界面会形成一个界面表面张力，这种张力使 得服装粘在湿的皮肤上，会引起不舒适感以及运动受限，在体育活动中这种情况 会更糟【6 】：湿的棉织物也会使得穿着者感觉寒冷，尤其是在刚进入空调环境时更 明显：由于出汗，加大了细菌的滋生可能，而慢速干燥可能会使得异味存在的时 闯更长。 从舒适性的观点看，同时具有吸湿和快千两种特性的织物，会使皮肤的湿感 减弱，从而获得舒爽的穿着感川。一般而言，在未处理前无论是天然纤维或是合 成纤维都很难兼具这两种性质，但是吸湿导汗加工技术的运用可以突破传统纺织 品这一缺憾【8 l 。本课题主要从以下几个方面来研究轻薄型单向导湿棉织物，使其 达到导湿快干的效果。 第一章绪论 1 2 1 加工深度的控制 本研究的重点内容之一是既保证织物与皮肤接触表面的拒水性，又必须保障 织物整体对汗( 湿) 的强大吸附能力，因此，沿织物厚度方向的整理剂处理深度将 极大制约导湿快干性能。由此，织物进行单面整理时要防止整理剂渗透到背面， 避免对织物另一面的进一步整理时产生不利影响。本课题要对整理浆料的稠厚 度、整理剂及增稠剂的浓度、印制压力及工艺进行优化控制。 1 2 2 整理剂涂敷面积优化 为利于汗液能够快速充分地传递到织物外层，必然要考虑整理剂在织物表面 的涂敷面积。本研究中以整理面积比来描述，所谓整理面积比，即印制网上的空 白面积( 整理剂可以透过的部分) 占丝网总面积的百分率。本课题采用平网印制的 方式在织物上进行整理，使整理剂在织物上以一定的图形分布。在人体出汗时， 织物内层保持相对干爽，汗液在织物外层快速蒸发，使穿着者获得舒适的感觉。 织物上整理面积大小与分布，由丝网的整理面积比来控制，因此，本课题主要对 整理所使用丝网进行选择与优化，其中包括网目、印制图案的大小及分布。 1 2 3 测试方法 导湿透气性能是指人体在出汗时，服装面料能够实现对汗液的吸收、及时由 内层转移到外层，并迅速扩散n # t - 部的性能1 9 。针对不同的研究对象和目的，测 试织物导湿的方法也有所差异，王其【1 0 l 测大豆纤维导湿性能用的是“芯吸速率” 和“导湿面积”指标；赵艳志掣1 1 】采用织物热湿传递性能测定仪模拟人体有感出 汗时的实际穿着情况，测试c o o l m a x 织物的动态热湿舒适性能。由于人体出汗并 经过织物将汗液完全排走要经历三个过程【1 1 】：织物吸汗、汗液在织物中扩散、汗 液从织物上蒸发。三个过程中无论哪一步的指标不良都会影响织物的舒适性，所 以需要采用多个指标综合评价织物的导湿性。 而对单向导湿织物采用哪种或哪几种测试方法及指标，是研究中不可回避的 问题，是评价整理后织物舒适性的重要指标。本研究中，为描述织物的热湿舒适 性，拟采用透湿、透气、热阻、湿阻、芯吸等指标。 第二章理论基础 2 1 服装的热湿舒适性 第二章理论基础 s l a t e r 将舒适性定义为人与环境之间生理、心理及物理协调的一种愉悦状态 1 1 2 】。它涉及穿着过程中影响人体生理状态及心理感觉的各种性能，涉及人体神 经生理、热生理和生物力学特征、人的感觉心理物理过程、人体与服装和环境的 动态的能量和质量交流的物理过程以及力学的相互作用过程【1 3 】。 舒适性研究范围包括物理、生理、神经生理和舒适生理4 个基本领域，主要 包括：热湿舒适性、形态舒适性( 衣服压、肌肤感) 、心理舒适性。其中热湿舒适 性的研究是舒适性研究的重要组成部分，它把人体一服装一环境三者联系在一起， 作为一个系统来探讨人体产生热( 湿) 量，并通过服装向环境散失热( 湿) 量之问能 量交换的平衡问题。 人体是由8 0 以上的水分组成，即使在静态时也一直在蒸发水分，每天约散 失水分0 5 k g - 1 9 k g 1 4 j 。人体着装后，其皮肤与纺织品之间形成一个“微气候” 状态，因人而异具有相应的温度与湿度，与外界气候有所不同。 当天气炎热、服装隔热性很好或人体运动代谢产热增加时，人就会明显出 汗一即处于显汗状态。汗液分布在人体皮肤的表面，通过蒸发吸收热量降低体温。 汗液蒸发提高了微气候区空气的水蒸气、通风换气、扩散作用传向衣外。但这种 蒸发及扩散的效率同出汗量相比明显低很多，因此在多数显汗的状态下，汗液常 被滞留在皮肤表面。这些粘附皮肤的汗液将被易吸汗的服装( 织物) 吸收或滴落。 服装( 织物) 吸汗后将变湿，且变湿面积将随着吸汗量的增加而增大，使汗液蒸发 面积增大，蒸发阻力降低，但织物吸湿后它的透湿性能即水蒸气透过织物的性能 和隔热性能将降低1 1 5 l 。 因此，服装的热湿舒适性是影响穿着舒适最重要的因素，其热湿舒适性是由 纺织材料、人体和外界环境的热湿传递特性所决定的。 2 1 1 服装的传热机理 从宏观角度看，纺织品作为纺织纤维和空气的集合体其传热途径包括传导、 对流、辐射和伴随着水汽传输而发生的热传递，如表2 1 【“。 第二章理论基础 表2 1 热置传递的途径和涉及的因素 从织物内部的等温面来看，由于纤维材料导热性能的各向异性及与空气作某 一方式的结合，使织物内部的等温面的粗略走势基本上平行于织物平面，但从微 形态来看，则是一个个起伏的曲面。热流方向并不总是沿织物平面的法向，也不 总是与等温面垂直，而更多是集中于纤维内部，沿纤维轴向曲折前进，并在适当 的地方转移到另一根纤维上进行【。 对于纺织纤维而言，其导热系数受到结晶度、取向度和温度这三项主要因素 的影响【切。虽然热传导特别是纤维内部发生的热传导对整个织物的传热效果常 起主要作用，但仍不能排除对流和辐射传热在一定条件下所起的重要作用1 1 ”。 对流主要有两种方式：自然对流和强迫对流。对流散热是通过不同动能的空 气分子的相对运动实现的。它也是一种接触传热方式，但其传热过程要比热传导 复杂得多。一般而言对流散热不仅与人体表面大小、几何开头有关，而且还依赖 于空气的许多物理属性，例如对流类型、流动状态( 层流或紊流) 、空气运动速度 以及空气导热系数、比热、重度、动粘滞度等。 辐射传热是一种非接触传热方式，不需要任何物质做媒介，是以电磁波的形 式传递热能。任何物体只要有温度，就能发射电磁波，其辐射散热量的大小只决 定于它的表面温度和湿度。 蒸发是由水变成水汽的物理过程。当水分在人体表面或服装内蒸发时，它要 吸收一定的热量( 汽化热) 。汽化后的水分子由于分子运动的结果向水蒸气分压力 较小的一端扩散，或者在对流的作用下透过织物。在这一过程中，热量被水分吸 第二章理论基础 收并带出了微气候，从而起到了散热的效果。 2 1 2 服装的传湿机理 人体表面水分的散失可分为无感出汗( 又称不感知蒸发、不显汗) 和有感出汗 ( 或发汗、出显汗) 两种方式。当皮肤表面无感出汗时，组织间汗液直接透出皮肤 表面或汗液在汗腺孔附近甚至汗腺孔内蒸发成水汽，皮肤表面上看不到液态的汗 液，这时，通过服装的湿传导的初始状态是水汽。当皮肤表面有感出汗时，汗液 停留在皮肤表面上，这时通过服装的湿传导的初始状态是液态水。这两种状态汗 水通过服装的湿传递通道是不完全相同的( 如图2 1 ，2 2 ) 。 竽回华回旦圆 回竿崮! ：毕固竿固掣圈 汗礼 。直肚裹面：i ：霍：，：茎：袖：曩袭辫铂 旦四华圃华回 i i i 犁圃竿- 回华圆 嚣：芸勃：蚪奎气屡： 外空间 图2 - 1 无感出汗时织物的湿传导通道 仟孔内脏肤寰两臻善渊嚣嚣暂：媛鏊鲺曲! ：萋誊榜：外窑气晨：外空棚 图：2 - 2 有感出汗时织物的湿传导通道 水汽在服装中的传递可以认为有三种途径：织物中纱线与纱线间的孔隙、纱 线中纤维与纤维之间的孔隙及纤维自身。水汽大部分是通过纱线与纱线间的孔 隙、纤维与纤维之间的空气而进行传递的。服装织物的空隙率、扭曲率和当量孔 径等都是对其热湿性能有很大影响的结构参数【1 9 l 。 纤维自身有亲水性，能通过氢键吸入一定的水分，并能通过毛细作用导湿， 但不同种类纤维的吸湿性能相差很大。在人休息或轻微运动的情况下，处于相对 圆 圆 回 骷一 教一 一 扩t-，扩r-扩叶 回 回 回 畦一 岌一 发一 扩1 ，烈1 i薰f 回 圆 圈 一 一 t 一 扩一 增一 缸1 回 圆 圈 堕 竺 竿 圆 圃 圆 戢广锗一i瞒】_p 嚯：掣 蔓一 一i毫!-|：。，1- 匠 i 叵 第二章理论基础 稳态热平衡时，通过纤维的导湿是很小的，总的传湿量也较小。但在激烈运动后 有大量湿汗时，纤维的导湿和吸湿作用是不能忽略的。汗水能在织物中以液态方 式被纤维吸入，纤维的吸湿及放湿对服装的热湿性能有很大的影响i 冽。 如果纤维吸湿性能较强，皮肤分泌的汗液就可能由于织物纤维的毛细作用而 传输到服装外表面。这样，汗液不是直接在皮肤表面蒸发，而是在服装织物内部 或服装外表面蒸发。蒸发所需要的汽化热一部分来自人体，另一部分来自周围的 空气。经试验证明纤维在吸湿的过程中，吸湿过程可分为两个阶段【2 1 1 ，第一阶 段符合菲克第一定律，扩散系数为定值：第二阶段比第一阶段吸湿更慢，遵循指 数规律。 2 2 织物的拒水机理 2 2 1 接触角定义 液体在固体表面不能完全铺展时，则液体以一定形状停留于固体表面，在液、 固、气三相交界处，显示一定的角度0 ，此角称接触角( 如图2 - 3 所示) 1 2 2 1 。 s 图2 - 3 液滴在固体表面上的平衡状态 液滴在固体表面上受到下列平衡力的作用，液体和固体的表面张力( 分别表 示为t i j b 和1 ，s o f a 及液一固间的界面张力( 丫s l ) ，平衡时，三相交界点的合力为零， 如式( 2 - 1 ) 。 丫s l t s g + t l gc o s 0 = 0( 2 - 1 ) 式( 2 1 ) 是t y o u n g 于1 8 0 5 年提出的，常称y o u n g 公式。而1 8 6 9 年d u p r e 结合沽湿定义公式以粘附功定义用代数形式表达了类似的公式( 2 - 2 ) 。 w 。= 丫l g ( 1 + c o s 0 ) ( 2 2 ) 由此，只要测定液体表面张力r l g 和接触角0 ，就可以得到w 。当液滴确 定后，润湿与接触角大小有关。从上述公式中不难发现，接触角越小，润湿性能 越好。当0 为零时，上述公式不成立。当0 大于9 0 。时，则液体不润湿固体，此 第二章理论基础 时液体有易于在固体表面上移动和不能进入毛细孔的倾向。 漫润性是固体表面重要的特征之一，它是由表面的化学组成和微观几何结构 共同决定的。可依其，用来表示液体对固体的润湿性能i 墨之7 1 。当一滴液体滴在某 一固体表面上时，有可能会出现如下情况： 液体完全铺展在固体表面，形成一层液体膜层，在这种情况下，液体完全 润湿固体，如图2 - 4 ( a ) 所示；液体有可能成水滴状，在这种情况下当0 。 e 9 0 0 时，如图2 - 4 0 ) 所示，液体部分湿润固体；当9 0 。 0 1 8 0 。，如图2 - 4 ( c ) 所示， 液体不润湿固体。接触角越大，拒水拒油的能力就越强。 一0 - 0 每越9 0 6 = 1 8 0 o 8 9 0 。 ( 暑)( ” ( c ) 图2 4 液滴在固体表面的浸润状态 2 2 2 拒水拒油整理原理 目前常用的拒水整理剂主要有以下几种【嚣】：英国i c 公司的v e l a n p f ，是硬脂 酸酰胺亚甲基吡啶氯化物。在国内的商品名为防水剂p f 。这类产品没有明显的 拒油性能，也不符合环保要求。 汽巴公司的h a o b o t c x f t c 、f r g 及国产的a e g ，m d t ，m w z 等，是羟甲基 类拒水整理剂。此类产品没有明显的拒油性能，在整理过程中无有害物质释放， 但整理后的织物中残留大量甲醛，仍不符合环保要求。 石蜡铝皂类拒水整理剂符合环保要求，但不耐久，同时也没有明显的拒油 性能。 美 虱d o w c o m i n g 公司的s i l i c o n c c o n c v 、德国b a y e r 公司的p e f l i t s i s w 等是有 机硅类拒水整理剂。本类产品具有优良的拒水效果，但没有明显的拒油性能。 美国加州n a n o - t e x 公司的n a n o c a r e 是纳米型整理荆，具有较好的拒水拒油 性能 法国a t o c h e m 公司的f o r a p e l 、美国3 m 公司的3 5 8 9 、3 5 8 5 系列、美国d u p o n t 公司的t e f l o n 系列、德国h o e c h e s t 公司的n u v a 、日本旭硝子的a s a h i g u a r d a g 4 8 0 、 a g - 4 1 5 和a g - 7 1 0 、日本大金公司的t g 一4 1 0 、t g 一4 2 1 和t g 5 2 7 、日本日华的e c 5 0 、 深圳先进公司的w r s c 3 5 等都是有机氟型整理剂，具有良好的拒水拒油性能。 第二章理论基础 由此可见其中性能最佳的为有机氟聚合物，它可以把织物表面能降低到油、 水、和污渍不能浸润和穿透纤维的程度。这种作用的最佳整理效果体现在有机氟 聚合物能够形成看不见的保护膜，这层膜把纤维包裹起来。有机氟聚合物在膜成 型时在纤维表面扩展开来，含氟侧链在干燥处理时的热作用下伸直取向。同时， 聚合物通过反应基团与纤维牢固结合。 拒水拒油整理是在织物上施加一种低表面能的整理剂，牢固地附着于纤维上 或与之形成化学结合，使织物的临界表面张力远小于水或油类等液体的表面张 力，不再被水和油类所润湿。同时要求，织物经整理后应该仍保持良好的透气、 透湿性，不影响织物的手感和风格i 。 织物含氟整理剂具有优异的防污性能，这与氟原子特性有关。氟原子是元素 周期表中电负性最强的元素，碳氟键( c f ) 键距短，键能高，表面能低，因而表 现出优异的疏水疏油性。氟原子的共价半径为o 粥4 舳略大于氢原子，相当于碳 碳键( c c ) 键长i 1 3 l n 啪一半，可将碳链有效屏蔽以使其高度稳定，因此含氟整 理荆耐热性和耐药品性好p 0 i 。此外，含氟整理剂具有“低浓高效”的特点，只 需使用很低浓度的整理剂就可获得优良效果 3 1 】。 2 2 3 拒水透气原理 当液态水存在于织物表面时，若液态水在织物两侧存在压差，则其可能通过 毛细管透过，水在毛细管中的附加压力a p 的大小和方向直接影响到织物的透水 性。当附加压力大于零时，将驱使水进入毛细管，透过织物；当附加压力小于零 时，将阻止水的进入。a p 可p b y o u n g - l a p l a c e 公式计算： a p = ( 2 1 l c o s o ) r ( 2 3 ) 在此假设毛细管为半径相同的圆形直管，其半径为r 。 由式( 2 3 ) 可知：丫l 为液体的比表面能，液体固定时是一个常数，当液体为水 时，其表面能为7 2 8m j m 2 。当接触角0 。 0 9 0 。时，c o s 0 大于零，p 大于零， 外界对水滴施加的压力和毛细管附加压力方向相反，水就能顺利通过织物形成的 毛细管而透过织物。一般来讲，毛细管愈细，毛细管附加压力愈大，水透过织物 的推动力增加，由于水的流动阻力与毛细管半径的四次方成反比，总结果是水的 透过速率降低。 当接触角9 0 0 刮浆厚度；影响织物透气的主次因子次序为刮浆厚度 整理剂 增稠剂；影响织物接触角的主次因子次序为整理剂 刮浆厚度 增稠 剂。由以上各指标可知整理剂的用量对试验结果的影响最为显著，其次为刮浆厚 度，增稠剂的影响次之。 3 1 8 1 o 8 8 1 6 伪m抛必啪啪m m 8 1 8 4 2 9 3 8 0 伽 饥 似 懈 姗 栅姗 榴 蝌 第四章结果与讨论 墨! 垩皇查堇坌堑 方差来源平方和s自由度f均方和sf 值 显著性 a b c 8 6 8 6 2 4 4 3 0 3 3 6 5 5 7 9 0 4 4 32 8 9 5 4 1 31 4 3 4 4 5 31 8 5 9 6 8 l 2 0 2 7 1 0 0 4 1 3 0 2 0 显著 显著 高度显著 !竺! ：兰竺i ! ! ! ：塑 注：f l - o 0 1 ( 3 ，3 ) = 2 9 5 f 1 - 0 0 5 ( 3 ，3 ) = 9 2 3 f 1 o l o ( 3 ，3 ) = 5 3 9 表4 - 5 接触角方差分析 方差来源平方和s自由度f 均方和sf 值显著性 a1 3 9 1 2 9 34 6 3 7 61 6 0 7高度显著 b 68 1 0 0 32 70 9 4无影响 c 68 8 3 63 2 9 4 51 0 2无影响 e9 0 2 533 0 0 8 e 62 5 9 6 19 2 8 8 5 注：f 1 0 0 1 ( 3 ，9 ) = 6 9 9 f 1 o 0 5 ( 3 ，9 ) = 3 8 6 f 1 0 1 0 ( 3 ，9 ) = 2 8 1 由表4 3 ，表4 4 ，表4 5 的方差分析表可知，整理剂用量对织物性能的影响高 度显著，增稠剂的影响较为显著。但在透气的方差分析表中，刮浆厚度高度显著， 3 9 第四章结果与讨论 其原因可能是刮浆厚度影响整理剂的加工深度，从而影响纤维和织物的表面形 态，最终显著影响了织物的透气效果。 综合以上的正交试验分析结果，并使浆料在织物单面形成交联，不渗透到织 物的另一面，增稠剂选用3 较合适。即得涂层机对织物单面整理的最优工艺为： 整理剂用量为5 0 9 l ，增稠剂用量为3 ，刮浆厚度为2 5 m m ，低温交联剂f k - l _ 4 为6 9 l ，m g c l 2 月j 量为0 1 9 l 。 4 1 5 耐久性能的测试 4 1 5 1 耐摩性 表4 - 6 整理后织物的耐摩性 由表4 - 6 p t 以看出，整理织物经干摩擦处理后的接触角，与整理后织物相比 几乎没有下降。湿摩擦处理后其接触角虽有所下降，但下降幅度不大，所以整理 后织物的干湿摩擦牢度均较理想。 4 1 5 2 耐洗性 表4 7 整理后织物的耐洗性 由表4 7 可知，整理织物经五次、十次洗涤后，其接触角下降小于3 ，说明 整理织物有很好的耐洗涤性。 4 1 6 小结 经过对织物透湿、透气、接触角的测试分析，可以得到用涂层机对织物单面 整理的最优工艺为：整理剂用量为5 0 9 l ，增稠剂用量为3 ，压力为2 5 m m ，低 温交联剂f k l 4 为6 9 l ，m g c l 2 用量为0 a g l 。 织物的耐摩擦性和洗涤性测试分析可以看出，整理后织物的拒水耐久性能很 好。且整理织物的透气性与整理剂的用量无关。 第四章结果与讨论 第二节印花机整理工艺的优化 4 2 1 刮浆速率的影响 声0 1 2 工 y 。 粤o 粤 轻。 昌。0 4 坯 o 0 2 0 10123456 7b91 0” 速度( 档) 图4 - 1 0 刮浆速率对织物毛细效应的影响 10123456 7891 01 速度( 档) 图4 1 1 刮浆速率对织物散湿工效的影响 8 7 6 5 4 3 2 1 o 一8一巡眶督均 第四章结果与讨论 3 0 2 5 2 0 o 嚣1 5 旧 轻 辖1 0 5 10123 4 s67891 0 速度( 档) 图4 1 2 刮浆速率对织物扩散面积的影响 织物进行单面整理时，刮浆速率越快，整理剂透过织物的量越少，对织物拒 水整理的深度就越浅。织物的芯吸高度越高，对汗液的传递能力就越强；放湿扩 散能力越强，汗液在织物上的停留时间就越短，蒸发快，人体就越舒适。 从图4 1 0 可以看出，整理织物的芯吸高度比原布降低了，但随着刮浆速率的 增大。芯吸高度上升。织物由于经过整理剂处理后，在其一面形成了非连续状的 拒水图案，影响了液态水的传导。而刮浆速率增大，在织物上的整理深度变浅， 影响减弱，芯吸高度有所上升。 由图4 - 1 1 可知，整理织物的散湿工效比原布稍差，这可能是因为原布两面都 是亲水表面，所带的自由水多，蒸发快。刮浆速率越快，整理深度越浅，散湿工 效慢，可能是因为织物经整理后带液少，蒸发也快。 由图4 1 2 可见，水滴在整理织物上的扩散面积与原布相比差别不大，这是因 为控制了织物的整理深度，织物背面仍保持优良的亲水性，水滴通过整理面的导 湿窗口向背面扩散、蒸发。 通过对织物芯吸、数湿工效、扩散性能的分析可知，刮浆速率控制在8 档， 其各项性能都相对较优。 第四章结果与i , j - 论 4 2 2 刮浆压力的影响 盆0 1 2 县0 0 8 凝o ” 蓦n o i 轻 压力( 档) 图4 - 1 3 刮浆压力对织物毛细效应的影响 压力( 档) 图4 1 4 刮浆压力对织物散湿_ 效的影响 8 7 6 5 4 3 2 1 o 一目。越担瞽均 第四章结果与讨论 2 - 1m神 2 - 4 2 5 压力( 档) 图4 1 5 刮浆压力对织物扩散面积的影响 织物进行单面整理时，刮浆压力越大，整理剂在织物上的渗透越多，对织物 的拒水整理就越充分。 由图4 1 3 可知，整理织物的芯吸高度低于原布，且随着刮浆压力的增大，织 物的芯吸高度有下降的趋势。可能是整理剂在织物的单面形成了非连续状的拒水 图案，影响了液态水的传导。 从图4 1 4 可以看出，整理织物的散湿工效低于原布，随刮浆压力的增大而增 强，可能是因为对织物整理的深度加大，织物上所带的汗液量就少，蒸发也就快 了。 从图4 1 5 可知，水滴在整理织物上的扩散面积与原布相比下降不多，汗液在 织物背面的扩散面积越大，其与空气的接触面积就大干燥的也快。 综合以上三图分析可以看出，选择压力2 3 档织物的各项性能都较好。 器 幅 伯 o o 一、b一器匣箍辆 第四章结果与讨论 4 2 3 织物整理面积的影响 4 2 3 1 整理面积比对织物热阻莉泣畦酌爵晌 表4 - 8 整理面积比对织物热阻和湿阻的影响 表4 8 中删布为同等条件下处理的织物，即原布。从表4 8 可以看出，经拒水 拒油整理剂处理后的织物，热阻和湿阻均比原布小，说明整理后的织物更有利于 热、湿的传递。 织物的热阻主要取决于面料中纤维本身的热阻、织物的厚度、织物组织结构 和织物所含的空气。经整理后织物的热阻比原布要低，可能是由于整理剂与纤维 发生了交联，使纤维热阻下降，从而织物热阻也降低。 随着织物整理面积比的增加，织物的湿阻呈下降趋势，但当整理面积比达到 5 0 后其下降幅度不大，并趋于稳定。分析其原因可能是：经整理后的织物，其 外层是亲水性纤维、内层是疏水性纤维时，由表面化学的有关原理会产生附加压 力差a p ，即形成差动毛细效应，有利于从织物里层向外层输送水分，降低织 物湿阻。 综上分析，织物的整理面积比在5 0 以上，其热阻和湿阻为优。 第四章结果与讨论 4 2 3 2 整理面积比对织物透气量的影响 02 04 06 0 整理面积比( ) 图4 1 6 整理面积比对织物透气量的影响 由图4 - 1 6 可以看出，整理织物的透气量与原布相比有下降的趋势，随着整理 面积比的增大，其下降最多为2 8 。 透气主要取决于织物的密度、厚度、表面形状及弹性和柔软性等。整理后织 物透气下降，可能是整理剂和纤维发生交联，或织物上残留的增稠剂对织物产生 一定影响的结果，当整理面积比不超过7 5 时，透气量的下降不超过1 0 。由此， 为了保证透气量，整理面积比选择在5 0 7 0 为好。 4 2 3 3 整理面积比对织物芯吸的影响 名 。 燃 挺 督 均 02 04 06 08 0 整理面积比幅) m 4 - 1 7 整理面积比对织物芯吸高度的影响 图4 1 7 表明，织物整理后的拒水性增强，芯吸高度呈下降趋势。这可能是由 吞； 卿 蜘 渤 啪 (u冒1一捌旷霉 o 9 8 7 6 5 4 第四章结果与讨论 于整理的图案，引起织物芯吸的非连续造成的。整理的相对面积越大，芯吸高度 越低，但影响不是很大，选择整理面积比在6 0 一7 0 。 4 2 3 4 整理面积比对织物散湿工效的影响 嚣1 8 占 ：1 6 岛1 4 1 2 罾o 黎。 6 02 04 06 08 01 0 0 整理面积比( ) 图4 - 1 8 整理面积比对织物散失率的影响 注：散湿工效= ( 浸润后质量一散湿后质量) ( 测试面积散湿时间试样1 1 1 2 重量) m 由图4 1 8 可以看出，整理后织物的散湿工效有所下降，且随整理面积比的增 大，散失工效增强。可能是因为整理面积多，同样条件下，织物所带汗液少，蒸 发就快。 4 2 4 小结 通过对印制织物的各项性能测试，可以看出整理后织物的热湿舒适性得到了 改善和提高，透气量略有下降但并不明显。经优化所得印花机整理工艺：刮浆棒 直径为8 m m ，速率为8 档，压力为2 3 档，平网的整理面积比为在6 0 7 0 。 第四章结果与讨论 第三节织物结构对排汗导湿的影响 4 3 1 织物组织对织物热阻和湿阻的影响 表4 - 9 结构设计对织物热阻和湿阻的影响 分