纯棉针织物吸湿排汗功能改进工艺研究

张雯琦，郭建生，王 华，陈大勇

（1.东华大学 纺织学院，上海 201620；2.诸城裕民针织有限公司，山东 潍坊 262218）

棉纤维具有良好的吸湿效果，纯棉织物作保暖内衣具有良好的舒适性与健康性，并且天然纤维环保，符合绿色发展理念。但是纯棉织物在湿热条件下导湿、放湿的速度缓慢，会影响人体皮肤与外界的湿热交换，使人体产生闷热感[1]。在寒冷的冬日，贴身内衣既需要具有一定的防寒保暖特性，又需要具有高透湿性，以保证在正常运动过程中汗液及时从人体皮肤侧向服装外部传递。因此，研究既有一定保暖特性、又具有良好吸湿排汗性的织物作为服装的原料非常有必要。单纯采用吸湿快干化学试剂对织物做处理尚可达到效果，但是其具有不耐水洗的局限性[2]。根据液态水在织物中的传湿机理[3]，若要使织物具有单向导湿性能，就要在织物正反两面构造湿度梯度差，形成差动毛细效应[4]。本文采用两步法。首先对部分棉纱做疏水处理，设计织制正反两面组织和表观不同的针织物[5-6]，其中正面均为针织平纹组织，反面分别为一隔一成圈、一隔三成圈和全部成圈的集圈组织。然后对所得的各织物样品做性能测试，分析比较各纯棉针织物样品的单向导湿能力、透湿性、显汗导湿性、干燥性与吸湿性[7]，得出最佳的吸湿排汗功能制备整理工艺。制备整理工艺如图1 所示。

图1 吸湿排汗功能针织物制备整理工艺

1 试验

材料：纯棉转杯纱12 Ne、纯棉针织物（12 Ne 纯棉转杯纱，克重170g/m2，幅宽165cm）。

药品：疏水处理剂，基本信息如表1 所示。

表1 疏水处理剂基本信息

仪器：电脑针织横编机、电子天平、水浴锅、小轧车、12 cm×12 cm 铝板、电热鼓风干燥机、透湿仪、接触角测定仪等。

2 产品设计与规格

2.1 处理剂选择方法

纯棉纱具有良好吸湿性能，在热湿条件下由于纤维吸湿溶胀变形和本身吸湿存湿的原因，会大大影响纯棉织物的吸湿排汗功能。为了开发吸湿排汗性能优良的保暖内衣用纯棉针织织物，原理上可通过疏水处理使纯棉纱变得具有较强的疏水性，减少棉纤维遇湿时的吸湿溶胀变形现象，再通过双层（多层）织物结构设计，构建较好的芯吸通道，使织物内外湿度梯度变大，促使汗液从贴近皮肤一侧通过芯吸通道向空气侧转移。因此首先需要选择效果最佳的处理剂。

2.2 疏水处理剂选择

选择3 种疏水处理剂分别处理纱线，测试疏水处理后纱线的接触角。选择使得纱线水接触角最大的疏水处理剂，用于后续针织面料样品的织制。分别将上述3 种试剂处理后的纱线样品编号为#1、#2、#3，做纱线水接触角测试。其测试结果如图2 和表2 所示。由图2 可见，纱样#1 的接触角最大；通过表2 也可知，纱样#1 的平均水接触角最大且测试结果最稳定，表明疏水整理剂A 疏水处理效果最佳。接触角越大，疏水性越好，该纱线拒水效果越好。故选择整理剂A 用于后续纯棉纱线的疏水处理。

图2 各纱样水接触角

表2 疏水处理后纱线接触角测试结果

2.3 纱线疏水处理

高疏水性纱样处理。将棉绞纱浸泡在4wt%～6wt%处理液的烧杯中，浴比为1∶50。将整个烧杯放在40℃水浴锅中加热30min，再将处理后的绞纱放入电热恒温鼓风干燥箱中烘燥45min，然后用冷水冲洗绞纱两遍，最后在140℃条件下高温焙烘[8]，处理简图如图3所示。所得纱线标记为纱样（1）。

图3 对绞纱疏水处理工艺流程简图

中疏水性纱样处理。控制疏水处理剂的浓度为2wt%～3wt%，用与（1）同样的方法对相同数量的绞纱做处理。所得纱线标记为纱样（2）。

低疏水性纱样。另外将未经处理的纯棉绞纱标记为纱样（3）。

三种处理所得纱样用于后续4 种组织的织物试样的设计织制。

2.4 织物组织结构设计

贴身保暖内衣的面料要求具有柔软、舒适的特性，针织物通过纱线成圈再相互串套，具有较好的延展性、舒适性。而机织物交织次数比较多，硬挺度大，不够柔软，不适合做贴身衣物，因此，本文采用纬编针织技术织制织物试样。

根据液态水在织物中的传湿机理，为使汗液快速吸附并转移到织物外表面，本文采用上述3 种疏水程度的纯棉纱，设计了4 种组织，制得吸湿排汗纬编针织物试样，并对其吸湿排汗性能进行测试分析。

2.4.1 组织一设计思路

组织一为单面针织物，第1 路和第3 路参与编织的纱线是经疏水处理后的纱样（1），织制形成织物反面（靠近人体皮肤一侧）；第2 路和第4 路参与编织的纱线是纱样（3），即未经处理的纯棉纱，织制形成织物正面（靠近外界空气一侧）。该组织所得织物正面显示为纬平针组织，靠近外界空气一侧；织物反面显示为一隔一集圈组织，靠近人体皮肤一侧，具有较强的疏水性，便于汗液从皮肤一侧向织物外表层转移。组织一编织图如图4 所示。

图4 组织一编织图

2.4.2 组织二设计思路

原来，两栖飞机在水面上滑行时，要想改变水中航向是一件比较困难的事情，而配备四台发动机的“鲲龙”AG-600想要在水里灵活转弯，只需要改变一侧发动机的推力即可轻松实现。同时，多台发动机的设计还可以提高它在风急浪高恶劣环境下起飞或者降落时的安全系数。

组织二同样为单面针织物，且第1 路和第3 路参与编织的纱线为纱样（1），织制形成织物反面；第2 路和第4 路参与编织的纱线为纱样（3），织制形成织物正面。与组织一不同的是，织物反面显示为一隔三集圈组织，形成许多有规律的立体结构，有效地增加了织物靠近皮肤侧的导湿面积；织物正面同样显示为纬平针组织，具有较强的吸湿和储湿性，便于吸纳从贴近皮肤一侧传递过来的潮湿水分。与此同时，织物正反两面吸湿性差异构成了吸湿梯度，也有利于汗液从织物内表面向外表面转移[9]，以增强织物吸湿排汗性。组织二编织图如图5 所示。

图5 组织二编织图

2.4.3 组织三设计思路

组织三同样为单面针织物，与组织一、二相同的是，第1 路和第3 路参与编织的纱线也是纱样（1），织制形成织物反面；第2 路和第4 路参与编织的纱线也是纱样（3），织制形成织物正面。虽然织物正反面均显示相同的纬平针组织，但反面具有较强的疏水性。与组织一不同的是，组织未采用集圈组织，织物没有浮线，孔隙更小，便于汗液从靠近皮肤的织物内层（反面）向织物外层（正面）转移。组织三编织图如图6 所示。

图6 组织三编织图

2.4.4 组织四设计思路

组织四同样为单面针织物，与组织三相同的是正面（靠近空气一侧）和反面（靠近空气一侧）表现与纬平针无异，且正面具有较强的亲水性，反面具有较强的疏水性。

组织四与组织一、组织二和组织三不同的是，编织进线时采用了三种纱线，即纱线（1）、纱线（2）和纱线（3），分别对应前文所描述的高疏水性纱、中疏水性纱和低疏水性纱。此种组织编织时按添纱组织结构编织的方式进线，形成了高疏水纱覆盖中疏水纱，中疏水纱又覆盖低疏水纱的添纱单面针织物，如图7 所示。

图7 组织四编织图

3 织物性能测试分析

结合生产实际与纯棉保暖内衣服用场景，对上述4 种组织结构的针织物（编号分别为#1、#2、#3 和#4）试样进行功能性测试，包括芯吸高度、显汗导湿性、毛细效应与透气性4 项测试，试样在测试前均采用相同的前处理条件，即：用皂粉和Na2CO3的混合溶液对样布进行4h 充分水洗，在流动水下充分冲洗两次，最后在空气中悬挂到自然晾干。

3.1 芯吸高度

测试结果如图8 所示。由图8 可知，在第10 分钟的时候，芯吸高度从大到小的排列顺序为#2＞#4＞#3＞#1，可见在短时间内样品#2 的润湿能力更强；在第20分钟的时候，芯吸高度从大到小的排列顺序为#2＞#1＞#3＞#4，且样品#2 的芯吸高度明显高于样品#1、#3、#4的芯吸高度，说明在前20 分钟内组织二织造所得样布的润湿能力领先于组织一、组织三、组织四。在第30 分钟的时候，样品#1 和样品#2 的芯吸高度已经保持一致，二者的芯吸高度高于样品#3、#4，说明在半小时的时候，样品#1 和样品#2 均有较强的芯吸润湿能力。综合比较各个时刻样品的芯吸高度指标，样品#2 的芯吸能力更为优异。这可能与四种组织结构紧密程度有关[10]。

图8 各种组织针织物试样透湿率

3.2 显汗导湿效果测试

测试装置如图9 所示：铝板、织物共两层，铝板中央有一个5cm×5cm 区域，织物尺寸为8cm×8cm，铝板尺寸为12cm×12cm。实验开始前先对棉布进行称重，将0.3mL 纯净水均匀滴在水区域，再将织物覆盖到12cm×12cm 铝板上，然后将织物用双面胶固定在铝板上以保证织物接触水的面积相同，5min 后对棉布进行称重，利用公式（1）求得织物的透湿速率。

图9 显汗导湿效果测试示意图

各种组织针织物试样显汗导湿效果如图10 所示。由图10 可知，组织一织物试样显汗的散失效果明显高于其他三种组织，组织二次之，这可能是因为组织一与组织二同时拥有集圈组织所导致，通常当织物中的集圈组织数量增加时，织物会变得疏松多孔，而组织一是一隔一集圈，组织二是一隔三集圈，相比于组织一，组织三的浮线更长，浮线组织中浮线自由浮在已有旧线圈的背面增加了织物厚度，阻碍了显汗从织物内层向织物外层传递，显汗散失效果降低。

图10 各种组织针织物试样显汗导湿效果

3.3 织物吸湿性能的测试

测试方法：分别裁剪面料#1（对应组织一）、面料#2（对应组织二）、面料#3（对应组织三）、面料#4（对应组织四）10 cm×10 cm 大小用作样品，在100℃下干燥2 h,然后放入干燥器内平衡24 h，再放在温度和湿度都相对稳定的环境中（室温20℃，湿度65%）自然吸湿，每隔一定时间称取一次各样品重量，以此来计算织物的含湿率随时间的变化。参照公式（2）计算。

各种组织针织物试样吸湿性能测试结果如图11所示。由图11 可知，在织物试样吸湿达到稳定以后，组织二试样的含湿率最大，说明在短时间内，组织二的吸湿性更好。分析组织二的结构可知，组织二是一隔三集圈组织，拥有更长的浮线，交叉浮线组织针织物的面密度高于单面平针组织针织物，使其比普通针织物更疏松且易于储存水分，短时间内吸湿效果更好，织物含湿率更高。而组织四由于织物结构紧密，短时间内织物无法吸收大量水分，故其含水率更低，吸湿性更差。

图11 各种组织针织物试样吸湿性能测试结果

3.4 干燥性能

测试方法：分别裁剪面料#1（对应组织一）、面料#2（对应组织二）、面料#3（对应组织三）、面料#4（对应组织四）10 cm×10 cm 大小用作样品，先将样品浸泡在蒸馏水中，待饱和吸水以后，用轧车对织物做浸轧，每个织物的轧液率保持在（75±5）%，然后将各样品放置于温度和湿度都相对稳定的环境中（室温20℃，湿度65%）等待它们自然干燥，每隔10min 称取一次各样品的重量，计算出织物在各个时刻的含水率，参照公式（3）计算。

各种组织针织物试样干燥性能测试结果如图12所示。由图12 可知，组织三试样的含水率变化在前30min 内明显快于另外3 种组织，在第80min 时4 种组织含水率均趋于稳定，且含水率低于10%，说明在较短时间内，高疏水性纤维与皮肤的接触面积越大，织物的干燥速度也随之提高。这可能是由于织物中部分高疏水性纤维的存在降低了织物吸收液态水之后的溶胀[11]，促进了织物中所吸收水分的挥发，加快了织物自我干燥的速度，从而达到快干的效果。

4 结语

综合考虑织物透湿性、显汗导湿性、吸湿性与干燥性，由于组织三试样的干燥性最佳且其透湿性与吸湿性较好，组织三织物可在保暖针织内衣中使用，改善纯棉针织内衣具有高吸湿却不易排汗从而影响舒适度的现状。另外再结合实际生产情况，组织三织物结构简单，在生产活动中应用更加广泛，生产工艺相对简单，生产条件成熟，能更快投产。