超強吸濕速干復合功能運動面料開發

文 | 左凱杰 高妍 侯麗麗 董芳 張國成

“十三五”時期，隨著全民健身與全民健康意識的深度融合，戶外運動如登山、徒步、馬拉松等項目逐漸受到人們的喜愛，特別是各類跑步運動，如晨跑、夜跑以及半馬，幾乎吸引了各個年齡層次的運動愛好者。據統計，截至2021年底，全國戶外運動參與人數已超過4 億。同時，國家體育總局牽頭，會同相關部門在2022年10月發布了《戶外運動產業發展規劃（2022 — 2025年）》，為“十四五”期間戶外運動產業的發展指明了方向，因此戶外運動紡織品也迎來重要的發展機遇。在運動過程中，紡織品的熱濕舒適性對于穿著者而言非常重要，因此吸濕速干類功能織物應運而生。

目前市場上的吸濕速干類織物無外乎采用吸濕速干纖維和進行吸濕速干后整理兩大類，其中吸濕速干纖維主要是將滌綸或錦綸做成異形截面，如“十”字形、“Y”形、“H”形等，利用纖維表面的溝槽將內層汗液或濕氣快速傳導至外層蒸發，也有將纖維做成蜂窩狀結構的，原理和效用與異形截面基本類似；后整理則采用吸濕排汗整理劑如TF-620對滌綸針織物或吸濕快干整理劑如Hydroperm NPU liq對錦氨針織物進行整理，亦可達到吸濕速干要求，缺點是吸濕速干效果隨水洗次數的增加而逐漸降低，故其速干功能的持久性值得進一步研究。據柳永杰等對市場上速干衣類產品隨機抽測20個批次的結果來看，速干衣類產品存在大量不合格現象，其中不達標的前三大原因為透濕量、滴水擴散時間、透氣性指標不合格。因此，開發滿足標準要求的吸濕速干類運動面料非常重要。

針對上述問題，本文采用新型聚乙烯（PE）纖維與細旦高F數滌綸（PET）交織，通過組織結構設計與染整工藝優化，進行吸濕速干復合功能運動面料的開發。

1 試驗

1.1 材料及儀器

紗線：PE紗線，50 D/24 f FDY；滌綸紗線，75 D/144 f半消光加工絲。

染化料：分散黃棕Yellow Brown S-4R、分散醬紅Rubine HFW-4B、分散藏青Navy ECO 300%（江蘇德旺化工工業有限公司）；精練乳化劑SEN（江蘇信守化工有限公司）；高溫分散劑HP（江蘇合秦化工有限公司）；吸濕速干整理劑SR-631（無錫長盛精細化工有限公司）；冰醋酸、純堿、燒堿、保險粉，均為工業級。

儀器：50 kg高溫高壓溢流染色機（臺灣東庚染整機械有限公司）；耐洗色牢度試驗機SW-24AⅡ（溫州大榮紡織儀器有限公司）；摩擦色牢度試驗儀M238BB（上海鼎徽儀器儀表設備有限公司）。

1.2 織造工藝

采用SD-G-4A型雙面緯編大圓機織造，織造前徹底清洗機臺，并檢查織針狀況?；w長絲編織需特別注意保持送紗張力穩定，避免橫條、油針、針路等異常情況的產生，具體織造工藝參數如下：機號為28針/25.4 mm，筒徑為863.6 mm，路數為72路，總針數為2 988枚。

織造組織結構采用雙面鳥眼組織，即正面為平面組織，采用細旦高F數滌綸紗織造；背面為鳥眼面，采用PE紗線織造，既有天然涼感，又便于汗液快速傳導至正面，保持貼膚面的干爽。

1.3 染整工藝

依據紗線特性，制定的染整工藝流程為：前處理→染色→還原洗→成品定形。

1.3.1 前處理

前處理的配方及工藝如下。

純堿 1 g/L

精練乳化劑SEN 2 g/L

溫度 95 ℃

時間 30 min

浴比 1∶20

1.3.2 染色

染色處方及工藝如下。

精練乳化劑SEN 1.4 g/L

高溫分散劑HTA 1 g/L

還原防止劑OX 0.5 g/L

分散黃棕Yellow Brown S-4R 0.038%（o.w.f）

分散醬紅Rubine HFW-4B 0.031%（o.w.f）

分散藏青Navy ECO 300% 0.91%（o.w.f）

pH值調節劑 0.7 g/L

溫度 110 ℃

時間 30 min

浴比 1∶20

染色結束后，采取適度的堿性還原清洗可以去除表

面浮色，提升染色牢度，其處方及工藝如下。

燒堿（38 °Bé） 4.5 g/L

保險粉 3 g/L

溫度 85 ℃

時間 20 min

浴比 1∶20

面料整體的染色工藝曲線如圖1 所示。

圖1 染色工藝曲線

1.4 測試方法

1.4.1 抗起毛起球性能

抗起毛起球性能按照GB/T 4802.2 — 2008《紡織品織物起毛起球性能的測定 第 2 部分：改型馬丁代爾法》測定。

1.4.2 吸濕速干性能

滴水擴散時間、吸水率、芯吸高度、蒸發速率、透濕率按照GB/T 21655.1 — 2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第 1 部分：單項組合試驗法》測定。

1.4.3 吸濕排汗性能

滲透面浸濕時間、滲透面吸水速率、單項傳遞指數按照GB/T 21655.2 — 2019《紡織品 吸濕速干性的評定第 2 部分：動態水分傳遞法》測定。

1.4.4 涼感性能

涼感性能按照GB/T 35263 — 2017《紡織品 接觸瞬間涼感性能的檢測和評價》測定。

2 結果與討論

2.1 面料品質

所開發面料的外觀品質及物理性能如表1 所示。從表1 可以看出，采用本工藝開發的超強吸濕速干面料外觀品質優良，布面平整且顏色均勻，無明顯染色異常，其中PE無法用分散染料染色，故面料正面為藍色，反面為白色；其正、反面抗起毛起球等級分別為 4 級、4 ～ 5級，表明抗起毛起球性能良好，主要是因為正反面所用紗線均為長絲，不易磨斷，故較短纖織物的抗起毛起球性能好，但正面采用高F數紗時，需注意因其單纖線密度低，長時間摩擦有可能導致起毛起球；從面料的物理性能看，其經、緯向縮率分別為-4%、-2%，滿足一般服裝面料縮率±5%的標準，同時其扭力僅為0.7%，表明該面料做成服裝后，收縮較小，且整體版型不會出現扭曲，影響穿著舒適性及美觀性。

表1 面料品質及物理性能

超強吸濕速干面料的耐摩擦色牢度如表2 所示。從表2 可以看出，超強吸濕速干面料的耐干、濕摩擦色牢度均達到 4 級及以上；耐水洗色牢度除尼龍沾色為 3 ～ 4級外，其余也均達到 4 級及以上。分析尼龍沾色較差的原因，主要是由于PE纖維不耐高溫，當溫度超過120 ℃時，纖維會軟化、變形，導致織物組織結構破壞，故染色溫度只能選擇110 ℃；由于降低了染色溫度，會對滌綸上色造成不利影響，故選擇分子量相對較小、易于上染的E型染料分散藏青Navy ECO 300%作為主色，但其缺點是色牢度稍差。

表2 面料耐摩擦色牢度及耐水洗色牢度 級

針上述問題，若面料的耐水洗色牢度要想達到 4 級以上，需要從纖維和染料兩方面著手：首先將細旦高F數普通滌綸更換為常壓低溫可染滌綸（ECDP）或迭代?滌綸（新型常壓分散染料可染滌綸和新型常壓陽離子染料可染滌綸均可），因為常壓低溫可染滌綸（ECDP）或迭代?滌綸染色溫度僅為98 ～ 100 ℃，染色溫度升高有利于提高上染率、改善牢度；染料方面則可選用SE或S型分散染料或高牢度陽離子染料染色，由于ECDP引入了第三單體、第四單體進行改性，玻璃化溫度降低，有利于大分子或高色牢度染料的上染。

2.2 復合功能性分析

2.2.1 吸濕速干性

面料的吸濕速干性能測試結果如表3 所示。從表3可以看出，超吸濕速干面料的吸濕速干性能優異，各項指標均通過測試。其中，滴水擴散時間在洗前、洗后分別為1.6和1.4 s，該指標主要考核的是面料對于液態水的吸收速度，而吸水率在洗前、洗后分別為244%和246%，該指標主要考核面料對于液態水的飽和吸收程度；滴水擴散時間和吸水率綜合反映出面料在人體出汗狀態下對于汗液的吸收能力。此外，面料在洗前、洗后的縱向芯吸高度分別為204和212 mm，橫向芯吸高度分別為176和192 mm，遠高于標準值（100 mm），表明水分在面料表面可以充分擴散，而擴散面積越大，越有利于水分的蒸發，這一點從蒸發速率也可以得到佐證，面料洗前、洗后的蒸發速率分別為0.38和0.29 g/h，超出標準值0.11 ～0.20 g/h。而透濕率模擬的是皮膚散發的濕氣透過織物向外傳導的能力，面料在洗前、洗后的透濕率也都超過標準要求，一般透濕率越高，服裝的穿著舒適性越好。

表3 面料的吸濕速干性能

吸濕和速干是一對辯證統一的概念，吸濕性增強必然導致速干性降低，唯有掌握兩者的平衡，才能滿足服用要求。一般來說吸濕性差，皮膚產生的汗液無法被織物及時吸收，服裝的穿著體驗感就會變差；但吸濕性增強，面料大量吸附的汗液若無法通過擴散、蒸發去除，達到面料的飽和吸附能力后會黏貼皮膚，穿著體驗同樣不佳。因此，在考核面料吸濕速干性能的同時，還需要關注水分從貼膚面到外表面的單向傳遞性能，保持貼膚面的干爽才能帶來較佳的穿著體驗感。

2.2.2 吸濕排汗性

面料的吸濕排汗性能測試結果如表4 所示。從表4可以看出，超吸濕速干面料的吸濕排汗性能也很優異，其滲透面浸濕時間僅1.6 s，評級可達 5 級，滲透面吸水率為74.9%/s，評級為 4 級，這是由于滲透面由高F數異形截面滌綸組成，F數增加使得紗線的比表面積和纖維間隙均大大增加，有利于提高吸水率，而特殊的異形截面結構，使得水分能夠沿纖維截面溝槽迅速鋪展開，故使得浸濕時間和吸水速率均大幅提升；織物單向傳遞指數達到633.7，為標準值的 6 倍多，評級可達 5 級，表明本面料具有非常優異的單向傳遞效果，這是由于在面料結構設計中貼膚面采用的非親水性PE纖維具有“排水”作用，而滲透面采用的高F數異形截面滌綸具有強“吸水”作用，在一“排”一“吸”的推動作用下，水分快速從貼膚面傳遞到滲透面。此外，貼膚面采用的是50 D/24 f紗線，滲透面采用的是75 D/144 f紗線，在同樣的針數情況下，貼膚面的纖維間隙較大，也有利于水分向滲透面傳導。

表4 面料的吸濕排汗性能

2.2.3 涼感

面料的涼感性能測試結果如表5 所示。從表5 可以看出，超吸濕速干面料的Qmax為0.20 W/cm2，滿足國標對于織物涼感性的要求，據紗線廠商提供的基礎資料，PE纖維導熱系數為0.4 ～ 0.5 W/（m·℃），是常用合成纖維及天然纖維中導熱性能最好的，有利于將皮膚產生的熱量快速向外界傳導。此外在實際穿著過程中，同時伴隨著汗液由里及外的傳導，以及在織物表面的蒸發，也會帶走一定的熱量，故面料實際穿著時涼感效果更佳。

表5 面料的涼感性能

3 染整生產過程中常見問題及解決方案

3.1 面料手感發硬

面料手感發硬主要是因為PE不耐高溫導致的，此異常多發生在定形階段，因為目前印染廠大多使用的是直燃式定形機，在設定低溫時，定形機內的實際溫度比設定溫度普遍偏高，而一旦超過120 ℃，就會造成面料偏硬，因此建議采用110 ℃定形比較穩妥；此外，在定形過程中應嚴禁任何原因的停機，因為受熱時間過長也會導致布面發硬。

3.2 增加面料彈性困難

由于PE纖維不耐高溫，而氨綸的預定形溫度普遍在195 ℃以上，因此不能像普通面料一樣通過與氨綸交織增加彈性?？梢钥紤]以下兩種方案：（1）與非氨彈性纖維PBT或PTT（杜邦生產的商品名為Sorona?）交織，其染色溫度均在100 ～ 110 ℃，且無需預定形，彈性略低于氨綸；（2）與聚烯烴彈性纖維XLANCE?交織，聚烯烴彈性纖維的預定形溫度區間很寬泛，在110 ～ 200 ℃均可達到定形效果。

3.3 成品面料單向導濕效果差

此類面料的表現是在貼膚面開始呈拒水狀態，之后慢慢潤濕，直至有部分水接觸到滲透面的纖維，才會迅速將水滴吸入面料內。造成成品面料單向導濕效果差的主要原因是面料的組織結構設計不合理，貼膚面一般采用非親水性材料，若其結構過于緊密，則會形成拒水層，表面拒水導致水滴由貼膚面到滲透面的傳導時間被大大延長。

上述問題的解決方案為：（1）在組織結構設計中，貼膚面紗線的線密度可略低于滲透面紗線，且織造過程中貼膚面紗長宜略放長5%左右，使其結構稍松，纖維間隙增加，有利于水滴快速透過；（2）染整過程中添加滌綸用的吸濕排汗整理劑，可以降低貼膚面的拒水效應，以利于水滴透過，缺點是單向傳遞指數可能會略有降低。

4 結論

隨著各類功能性纖維在服裝面料中的應用越來越廣泛，在產品開發過程中需特別注意應根據纖維特性進行組織結構設計、織造工藝、染整工藝的調整。從超強吸濕速干復合功能針織面料開發實踐過程中，可以得出以下結論。

（1）在組織結構設計中，貼膚面結構不宜太緊密，保持一定的纖維間隙有利于提升單向導濕效果。

（2）PE與常規滌綸交織組成的面料染中淺色時，耐水洗色牢度可達 3 ～ 4 級以上，但客戶指定染深色時，常規滌綸需更換為常壓低溫可染滌綸。

（3）PE不耐高溫，染色、定形均需控制實際溫度不超過120 ℃，以設定在110 ℃為宜，避免織物發硬。