劉 鵬，馮兆行，李艷清，祝成炎

(1.浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018)

PLA混紡織物散濕性能的研究

劉 鵬，馮兆行，李艷清，祝成炎

(1.浙江理工大學(xué) 先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310018)

為研究織物中纖維含量、組織系數(shù)及織物緊度對(duì)織物散濕性能的影響，以PLA/棉織物為對(duì)象，通過測(cè)試計(jì)算織物失重率及散濕斜率，探討了PLA/棉織物的散濕性能。結(jié)果表明，織物的散濕性能隨著織物中PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而有所提高，組織為2/2左斜紋的織物散濕性能較好，織物緊度的增加不利于織物散濕性能的提高。

散濕性能；失重率；纖維含量；緊度；組織系數(shù)

織物散濕性能的研究是導(dǎo)濕快干面料開發(fā)的重要部分，也是服裝舒適性能研究的一個(gè)主要方面。近年來，國內(nèi)外科研工作者在一些常規(guī)織物的散濕性能研究方面投入了相當(dāng)多的精力，并已得出了不少可供參考的結(jié)論[1-3]。

聚乳酸(PLA)也稱聚丙交酯，屬于脂肪族聚酯，是一種新型的環(huán)保纖維。PLA由可再生的植物資源(如玉米、甜菜等)所提取的淀粉制成，淀粉經(jīng)發(fā)酵生成乳酸，再通過化學(xué)合成轉(zhuǎn)換成聚乳酸，通常經(jīng)過溶液紡絲的方法得到PLA纖維，可加工成短維、單絲或復(fù)絲[4]。PLA機(jī)械性能良好，兼之在自然條件下可降解，因此廣泛用于加工各種產(chǎn)品，包括塑料制品、包裝食品、快餐飯盒、無紡布、工業(yè)用布等。

近年來，PLA纖維及其產(chǎn)品在生物降解性能方面得到了普遍深入研究，而有關(guān)PLA纖維及其織物在服用性能方面的研究與開發(fā)卻鮮見報(bào)道。因此，以PLA/棉織物為研究對(duì)象，通過對(duì)織物組織結(jié)構(gòu)、原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)及織物緊度等因素的控制，測(cè)試并探討PLA/棉織物的散濕性能，為PLA面料服用性能的研究及PLA快干面料的開發(fā)提供一定的參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試 樣

選用某企業(yè)織造的3個(gè)系列15種交織物為試樣。織造過程采用12號(hào)筘，每筘3穿入，經(jīng)密360根/10cm，門幅230 cm，其中邊紗組織為平紋，邊紗72根，總經(jīng)根數(shù)為8 280根?？棛C(jī)為GA731劍桿織機(jī)，配有常熟GT405電子多臂機(jī)。

為便于比較分析，所有織物經(jīng)紗均采用9.72 tex×2天絲短纖紗；緯紗采用3種不同的原料進(jìn)行織造，分別為：

甲緯：PLA/棉(60/40)混紡紗，9.72 tex×2；

乙緯：Cooldry長絲，16.67 tex，Cooldry纖維的十字溝槽截面使其具有優(yōu)異的吸濕快干性能；

丙緯：棉紗，18.22 tex。

改變織物中緯紗的投緯比例，以此控制織物中PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化。并在此基礎(chǔ)上，通過改變織物中各原料質(zhì)量分?jǐn)?shù)、組織結(jié)構(gòu)及織物緊度，分析對(duì)織物散濕性能的影響?？椢锏木唧w規(guī)格如表1所示。

表1 織物規(guī)格參數(shù)Tab.1 Specif i cation parameter of fabric

1.2 試驗(yàn)方法

織物散濕性能是指在一定的環(huán)境條件下，織物自然干燥速度的快慢，試驗(yàn)用織物失重率來表示。測(cè)試方法：將3個(gè)邊長為5 cm的試樣浸于蒸餾水中30 min充分潤濕；用J-LXJ350型離心甩干機(jī)將試樣中的水甩干至基本無水滴(時(shí)間為1 min)，然后稱質(zhì)量記為Wmax；將試樣放置在溫度為(20±2) ℃，相對(duì)濕度為(65±2)%的實(shí)驗(yàn)條件下干燥，在400 min內(nèi)按設(shè)定的時(shí)間間隔，使用PB303-N型電子天平稱織物質(zhì)量，并計(jì)算各個(gè)設(shè)定時(shí)刻織物的失重率。

失重率的計(jì)算按式(1)計(jì)算：

式(1)中：ε表示失重率，%；Wmax表示織物的起始質(zhì)量，g；Wi表示織物的實(shí)時(shí)測(cè)試質(zhì)量，g。

2 結(jié)果及分析

2.1 織物散濕曲線結(jié)果分析

根據(jù)織物失重率的計(jì)算方法，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，失重率為縱坐標(biāo)作圖，失重率取3塊織物測(cè)量結(jié)果的平均值。3個(gè)系列織物的散濕變化曲線分別如圖1～圖3。

圖1 A系列織物散濕曲線Fig.1 Moisture gain curve of A series fabric

圖2 B系列織物散濕曲線Fig.2 Moisture gain curve of B series fabric

圖3 C系列織物散濕曲線Fig.3 Moisture gain curve of C series fabric

由圖1～圖3可見，織物達(dá)到散濕平衡的時(shí)間在90～100 min。在A系列織物中，織物A5中PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，對(duì)應(yīng)的最終失重率最低，由此可知，A5在經(jīng)機(jī)械甩干后織物殘余水分質(zhì)量最少，經(jīng)過同等散濕時(shí)間，織物的干燥速率最快。圖1失重率變化曲線表明：A系列織物的散濕性能隨PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加有不同程度的提高。PLA分子結(jié)構(gòu)式為：

由此可知，PLA為非極性分子，且不含有親水基團(tuán)。其疏水性在造成與水分子互相排斥的同時(shí)也使得處于PLA表面的水分子能夠迅速擴(kuò)散，從而使織物具備良好的散濕性能。因此，合理設(shè)計(jì)織物中PLA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有助于織物散濕性能的提高。

B系列織物中，織物B2最終失重率最低，達(dá)到散濕平衡所需時(shí)間最短；B3和B4的最終失重率相對(duì)較高?？梢缘弥?，斜紋織物的散濕性能相對(duì)較好，緞紋織物的散濕性能相對(duì)較差。

C系列織物中，織物的最終失重率由高到低的排列順序?yàn)镃5、C4、C3、C2、C1?？梢?，隨著織物緊度增加，織物的散濕性能反而有所下降。

2.2 織物散濕曲線斜率分析

通過失重率與散濕時(shí)間的關(guān)系來反映織物散濕性能，在整體上描述了織物在不同時(shí)間段的失重變化情況，但無法直觀地了解到織物在單位時(shí)間內(nèi)失重率變化快慢。為更加充分反映研究織物散濕性能，本研究通過計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)織物失重率變化即織物的散濕曲線斜率來進(jìn)一步描述。計(jì)算方法如式(2)所示。

式(2)中：K表示散濕斜率；ε表示某一時(shí)刻的失重率，%；Δt表示時(shí)間間隔。

在此分析中，選取有代表性的30、40、50 min失重率變化進(jìn)行比較分析對(duì)比，經(jīng)計(jì)算，得到各個(gè)系列織物對(duì)應(yīng)的散濕斜率如表2所示。

表2 不同時(shí)段織物散濕曲線斜率Tab.2 Slope of fabric moisture gain curve at different times

2.2.1 原料對(duì)織物散濕性能的影響

對(duì)A系列織物的散濕曲線斜率進(jìn)行回歸分析，得到曲線如圖4所示。

圖4 PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)與織物散濕曲線斜率的關(guān)系Fig.4 Relation of PLA mass fraction and the slope of fabric moisture gain curve

圖4中，不同時(shí)間點(diǎn)的散濕曲線斜率與PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系的回歸分析方程及相關(guān)系數(shù)如表3所示。

表3 不同時(shí)間點(diǎn)的擬合方程及相關(guān)系數(shù)Tab.3 Fitted equation and related coeff i cient at different point of time

由圖4可知，在30、40、50 min時(shí)，織物的散濕曲線斜率與PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系呈拋物線形式相關(guān)，且相關(guān)性很高。在本次試樣中，當(dāng)織物中PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于24 %時(shí)，織物的散濕速度隨著PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低；當(dāng)PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過24 %低于48 %時(shí)，織物的散濕速度隨著PLA質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高。

分析認(rèn)為，由于織物甲緯為PLA/棉混紡紗線，因此，當(dāng)甲緯混紡紗線比例增加時(shí)，織物中的PLA纖維與棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)同時(shí)增加，而棉纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加影響了織物的整體散濕性能。上文已敘及PLA纖維具有良好的散濕性能，隨著PLA纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，織物整體的散濕性能主要受到了PLA的影響，因此又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

另外，由圖4可知，30 min時(shí)織物散濕曲線的斜率在3個(gè)時(shí)間段中是最大的，隨著散濕時(shí)間的延長，散濕曲線斜率減小，織物散濕的速率也隨之減少，這符合織物散濕曲線的規(guī)律。

2.2.2 組織系數(shù)對(duì)織物散濕性能的影響

織物的組織系數(shù)可以根據(jù)式(3)、(4)計(jì)算得到[5]。

式(3)～(4)中：F為織物組織系數(shù)；nT，nW為完全組織內(nèi)的經(jīng)紗和緯紗數(shù)；t為在一個(gè)完全組織內(nèi)經(jīng)紗和緯紗的交織點(diǎn)數(shù)；tT為經(jīng)紗和緯紗在經(jīng)紗方向的交織點(diǎn)數(shù)；tW為經(jīng)紗和緯紗在緯紗方向的交織點(diǎn)數(shù)。

根據(jù)式(3)和式(4)，計(jì)算得到B系列織物的組織系數(shù)如表4所示。

表4 B系列織物的組織系數(shù)Tab.4 Weaving coeff i cient of B series fabric

結(jié)合表4中織物對(duì)應(yīng)的組織系數(shù)，對(duì)B系列織物的散濕曲線斜率進(jìn)行分析，可得到圖5所示的織物組織系數(shù)與散濕曲線斜率關(guān)系。

圖5 組織系數(shù)與織物散濕曲線斜率的關(guān)系Fig.5 Relation of weaving coeff i cient and the slope of fabric moisture gain curve

由圖5可知，在常用的平紋、斜紋、緞紋3種基礎(chǔ)組織中，平紋和斜紋的散濕速率優(yōu)于緞紋組織，2/2斜紋的散濕速率最好。透孔組織的散濕性能要比試驗(yàn)中的緞紋織物要好,這是由于透孔組織特殊的構(gòu)成原理及帶有小孔的織物風(fēng)格能夠使水分能夠更好地通過紗線間的孔隙散發(fā)出去，使得透孔組織比組織系數(shù)接近的緞紋組織的散失速率要更快一些。

2.2.3 緊度對(duì)織物散濕性能的影響

對(duì)C系列織物的散濕曲線斜率進(jìn)行分析，可得到如圖6所示的織物緊度與散濕曲線斜率關(guān)系。

由圖6可知，織物的散濕曲線斜率與織物緊度類似呈指數(shù)形式相關(guān)，織物的散濕曲線斜率隨織物緊度的增加而下降，下降趨勢(shì)逐漸變緩。當(dāng)織物緊度大于70.79 %小于75.25 %范圍內(nèi)時(shí)，織物散濕曲線斜率隨著織物緊度的增加而明顯下降，當(dāng)織物緊度超過75.25 %小于82.10 %時(shí)，織物散濕曲線斜率變化逐漸趨于平緩。這是因?yàn)?，?dāng)織物緊度較小時(shí)，織物表面紗線排列狀態(tài)松散，紗線間空隙較大，水分子較容易通過織物間空隙，因此織物的散濕性能較好。

同時(shí)，隨著織物緊度的不斷增加，織物的散濕速率幾乎不發(fā)生變化，這是由于織物的緊度增加到一定范圍時(shí)，織物中的紗線數(shù)量增加，纖維的吸濕、放濕作用增強(qiáng)，而此時(shí)織物的散濕性能主要受原料的影響而與織物的緊度相關(guān)不大。

圖6 緊度與織物散濕曲線斜率的關(guān)系Fig.6 Relation of compactness and the slope of fabric moisture gain curve

3 結(jié) 論

1)PLA纖維具有良好的散濕性能，增加織物中PLA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有助于織物散濕性能的提高。

2)在試驗(yàn)選用的幾種組織中，平紋和斜紋的散濕速率優(yōu)于緞紋組織，斜紋的散濕速率最快。

3)織物的散濕性能隨著織物緊度的增加而降低，但超過一定范圍時(shí)，織物的散濕性能不再隨著織物緊度的變化而變化。

[1]何瑤.織物散濕曲線細(xì)探[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，16(4)：1-4.

[2]姚穆.液態(tài)水在織物中的吸收、傳遞與蒸發(fā)的研究[J].西北紡織工學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，10(2)：63-66.

[3]熊杰.薄型織物顯汗傳遞性能研究[J].浙江絲綢工學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，12(2)：10-14.

[4]馬運(yùn)，吳佩云.聚乳酸纖維的性能與應(yīng)用前景[J].國外絲綢，2004(3)：3-5.

[5]姚穆，周錦芳.紡織材料學(xué)[M].2版.北京：中國紡織出版社，2000：331-338.

Study on moisture gain of PLA/cotton fabrics

LIU Peng, FENG Zhao-hang, LI Yan-qing, ZHU Cheng-yan
(Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018, China)

In this paper, both weight-loss ratio and slope of moisture gain were tested in order to give an explanation of the influences which were left on the performance of moisture gain of fabrics by the three elements including the content of PLA, compactness of fabric and weaving coefficient. The result shows that moisture gain of the fabric is fairly relevant to the elements mentioned above respectively. The moisture gain improves as the growth of the increased content of PLA, 2/2 left hand twill performs better than other weaves,and the compactness of fabric plays a negative way in influencing on the performance of moisture gain.

Moisture gain of fabric; Weight-loss ratio; Content of fiber; Compactness of fabric; Weaving coefficient

TS101.923

A

1001-7003(2011)02-0024-04

2010-07-21；

2010-10-01

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2007BAE28B03)；浙江省重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2008C11071-2)；長江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(IRT0654)

劉鵬(1986－ )，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代紡織技術(shù)及新產(chǎn)品開發(fā)。通訊作者：祝成炎，教授，cyzhu@zstu.edu.cn。