單向?qū)襻槾谭强椩觳嫉闹苽浼捌湫阅苎芯?/h1>
2020-05-06 03:22江奇佳王泉邱長(zhǎng)利金肖克田偉祝成炎
現(xiàn)代紡織技術(shù) 2020年5期
江奇佳 王泉 邱長(zhǎng)利 金肖克 田偉 祝成炎
摘 要：為制備具有單向?qū)裥?yīng)的針刺非織造布，以滌綸纖維與黏膠纖維為原料，采用針刺加工工藝制備單種纖維的單層纖維網(wǎng)，并將兩層纖維網(wǎng)疊合后進(jìn)行針刺復(fù)合得到復(fù)合纖維網(wǎng)。在測(cè)試單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量，芯吸性能的基礎(chǔ)上，測(cè)試并分析復(fù)合纖維網(wǎng)的表面形貌、含水量變化、水分?jǐn)U散情況、水分單向傳遞指數(shù)，分析水分在復(fù)合纖維網(wǎng)中的傳輸機(jī)理。結(jié)果表明：水分在滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)中的擴(kuò)散同時(shí)具有選擇性與方向性;針刺的方向會(huì)引起纖維的層間轉(zhuǎn)移，對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)裥阅苡休^大影響;以吸濕性能差異大的兩種纖維為原料制備的針刺復(fù)合纖維網(wǎng)作為貼身服用面料能夠單向?qū)⑷梭w汗液排出，隔絕外部水分，實(shí)現(xiàn)單向?qū)瘛?/p>
關(guān)鍵詞：針刺加工;非織造;單向?qū)?復(fù)合纖維網(wǎng);潤(rùn)濕梯度
中圖分類(lèi)號(hào)：TS102.5
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1009-265X（2020）05-0013-08
Preparation of Unidirectional Water-transfer Needle-punchedNonwoven Fabric and its Properties
JIANG Qijia1， WANG Quan1， QIU Changli1，2，JIN Xiaoke1， TIAN Wei1， ZHU Chengyan1
（1.College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk）， Zhejiang Sci-Tech University，
Hangzhou 310018， China; 2.Shanghai Dirong Textile Co. Ltd， Shanghai 200000， China）
Abstract：In order to prepare needle-punched nonwoven fabric with unidirectional water-transfer effect， the single-layer fiber web of a single fiber was prepared with needle punching process by using polyester fiber and viscose fiber as raw materials， and two layers of fiber webs were superimposed for needling composite to gain the composite fiber web. On the basis of testing the weight and wicking properties of single-layer fiber web， the surface morphology， moisture content change， moisture diffusion， one-way transfer index of the composite fiber web were tested and analyzed， and the transmission mechanism of moisture in the composite fiber webwas analyzed. The results show that the diffusion of moisture in the polyester / viscose needle-punched composite fiber web is selective and directional at the same time; the direction of needle punching process will cause the inter-layer transfer of fibers， which has a great influence on the one-way moisture-transfer of the composite fiber web; the needle-punched composite fiber web prepared with two kinds of fibers with greatly different moisture absorption properties can discharge the sweat of human body unidirectionally and isolate external moisture to realize one-way moisture transfer.
Key words：needle punching process; non-woven; unidirectional moisture-transfer; composite fiber web; wetting gradient
單向?qū)窨椢锬M了自然界存在的一些水分單向傳輸?shù)默F(xiàn)象[1-6]，使織物在吸水時(shí)水分表現(xiàn)出在織物內(nèi)單向傳遞的特性，具體在服用領(lǐng)域表現(xiàn)為織物能夠?qū)⑷梭w表層汗液傳遞到外界環(huán)境，而外界水分不能通過(guò)織物進(jìn)入人體一側(cè)。單向?qū)窆δ艿膶?shí)現(xiàn)方法分為化學(xué)法與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法[7]?；瘜W(xué)法是利用化學(xué)試劑處理織物表面，使織物兩面對(duì)水有不同的親和性，由此產(chǎn)生潤(rùn)濕梯度，達(dá)到單向?qū)竦男Ч?，具體包括單面親水整理[8]、單面疏水整理[9]和親疏水雙面整理[10]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法是在設(shè)計(jì)織物結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)合理配置不同成分的纖維原料和織物結(jié)構(gòu)，使纖維依照不同的親水性排列在織物厚度方向上，使得水分能夠從疏水性的一側(cè)轉(zhuǎn)移到親水性一側(cè)，而不易逆向轉(zhuǎn)移。與化學(xué)法相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法不使用化學(xué)試劑，因此不存在試劑污染以及經(jīng)過(guò)水洗后效果變差的問(wèn)題，能夠直接與人體接觸并且長(zhǎng)久使用，通常應(yīng)用在吸濕排汗針織物[11-15]與機(jī)織物[16-18]的設(shè)計(jì)中。
目前，對(duì)單向?qū)穹强椩觳嫉难芯看蠖嗖捎没瘜W(xué)法，王潔等[19]使用泡沫整理法對(duì)SMS非織造布分別進(jìn)行親水整理與拒水整理，潘虹等[9]對(duì)純棉水刺非織造布進(jìn)行單面拒水處理，任祺等[8]采用聚酯類(lèi)親水整理劑Hansi QS-CONC噴灑在聚丙烯SMS非織造布一側(cè)并進(jìn)行烘干處理，最終都能使材料獲得單向?qū)窆δ?。而?duì)采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法制備單向?qū)穹强椩觳嫉难芯枯^少，王偉等[20]對(duì)水刺單向?qū)穹强椩觳歼M(jìn)行了研究，選擇了親水性的黏膠纖維和不同卷曲度的滌綸纖維，比較了不同滌綸卷曲度下與不同復(fù)合方向下的滌/黏復(fù)合水刺布各項(xiàng)性能，制備出能夠?qū)崿F(xiàn)單向?qū)裥Ч乃谭强椩觳肌ｊP(guān)于針刺工藝非織造布的單向?qū)裥阅苎芯糠浅Ｓ邢?，因此本研究使用針刺加工工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法，對(duì)非織造布進(jìn)行單向?qū)窆δ茉O(shè)計(jì)，以黏膠纖維與滌綸纖維為原料，采用雙層纖維網(wǎng)針刺復(fù)合的方式制備得到黏膠/滌綸復(fù)合非織造布，分別測(cè)試了不同主刺方向下復(fù)合纖維網(wǎng)兩側(cè)的導(dǎo)濕性能，并分析了水分在針刺復(fù)合纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的傳輸機(jī)理。
1 實(shí) 驗(yàn)
1.1 原料選擇
滌綸纖維（1.67 dtex，38 mm，蘇州市寶思達(dá)化纖有限公司），黏膠纖維（1.67 dtex，38 mm，唐山三友遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司）。
1.2 試樣制備
1.2.1 單層纖維網(wǎng)制備
采用針刺非織造生產(chǎn)線制備單層纖維網(wǎng)，生產(chǎn)流程為開(kāi)包→開(kāi)松→梳理→交叉鋪網(wǎng)→預(yù)刺→主刺，分別制備120 g/m2的滌綸纖維網(wǎng)與100 g/m2的黏膠纖維網(wǎng)。
1.2.2 復(fù)合纖維網(wǎng)制備
將單層黏膠纖維網(wǎng)與單層滌綸纖維網(wǎng)疊合，將疊合后的雙層纖維網(wǎng)送入主刺機(jī)構(gòu)進(jìn)行針刺復(fù)合，主刺頻率為20 Hz，主刺輸出頻率為7.5 Hz。疊合順序包含滌綸纖維層面向針板方向與黏膠纖維層面向針板方向的兩種，依此順序分別命名為PV和VP，復(fù)合后的樣品規(guī)格見(jiàn)表1。
主刺過(guò)程如圖1所示，兩層纖維網(wǎng)疊合后經(jīng)壓網(wǎng)輥進(jìn)入剝網(wǎng)板與托網(wǎng)板之間接受刺針穿刺作用，最后通過(guò)牽拉輥輸出，得到復(fù)合后的纖維網(wǎng)。
1.3 性能測(cè)試
1.3.1 單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量測(cè)試
依照GB/T 24218.1—2009《紡織品非織造布試驗(yàn)方法第1部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》每組樣品測(cè)試5次。
1.3.2 單層纖維網(wǎng)芯吸性能測(cè)試
每組單層纖維網(wǎng)樣品裁剪5塊30 mm×250 mm的條形試樣，給予試樣一定張力垂直懸掛，一端浸于滴有紅墨水的試液中，調(diào)整試樣高度使試樣下端位于液面以下（15±2）mm處。等待試液在試樣上爬升高度穩(wěn)定后，測(cè)量并記錄芯吸高度值，若同一試樣上芯吸高度不一，取最高值記錄。
1.3.3 復(fù)合纖維網(wǎng)表面形態(tài)觀測(cè)
采用JSM-5610型掃描電子顯微鏡對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)表面及截面進(jìn)行觀測(cè)。
1.3.4 單向?qū)裥阅軠y(cè)試
采用SDL Atlas公司生產(chǎn)的M290液態(tài)水分測(cè)試儀依據(jù)GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕速干性的評(píng)定第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》測(cè)試織物的單向?qū)裥阅?，每組樣品裁剪5塊9 cm×9 cm的正方形試樣，分別以試樣正反兩側(cè)面對(duì)測(cè)試液滴下方向進(jìn)行測(cè)試，以面對(duì)測(cè)試液的一面為測(cè)試表層，另一側(cè)為底層，將試樣平整地放置于傳感器上，啟動(dòng)儀器后，在20 s內(nèi)向織物的表層滴入（0.2±0.01） g測(cè)試液，期間機(jī)器自動(dòng)記錄織物兩面120 s內(nèi)的含水量變化，并以含水量變化情況計(jì)算單向傳遞指數(shù)。
針刺復(fù)合纖維網(wǎng)層疊順序及測(cè)試方向表2。
1.3.5 復(fù)合纖維網(wǎng)表面滴水?dāng)U散觀察
分別向復(fù)合纖維網(wǎng)兩個(gè)表面滴0.4 mL的墨水，觀察墨水在織物兩側(cè)的擴(kuò)散情況，每組測(cè)試重復(fù)5次，并量取正反兩面墨水的最大擴(kuò)散直徑與最小擴(kuò)散直徑。
2 結(jié)果與分析
2.1 纖維網(wǎng)基本性能分析
2.1.1 纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量
每組樣品各裁剪5塊進(jìn)行稱(chēng)重，對(duì)稱(chēng)重后的數(shù)據(jù)求取平均值，結(jié)果如表3。
對(duì)比單層纖維網(wǎng)生產(chǎn)樣品時(shí)的理論平方米質(zhì)量與測(cè)試的平方米質(zhì)量可以看到，生產(chǎn)出來(lái)的纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量與理論值接近，且標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)平方米質(zhì)量變化不大，可以看做單層纖維網(wǎng)樣品整體分布均勻，各處性能相似。
復(fù)合纖維網(wǎng)VP與PV的平方米質(zhì)量均小于兩種單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量之和，因?yàn)閮蓪永w維網(wǎng)疊合后在主刺時(shí)，牽拉輥不斷產(chǎn)生一個(gè)向前的牽伸力，刺針停留在纖維網(wǎng)之間時(shí)與牽拉輥共同作用使纖維網(wǎng)經(jīng)向拉長(zhǎng)變薄，因此復(fù)合平方米質(zhì)量總小于單層平方米質(zhì)量之和。
2.1.2 單層纖維網(wǎng)芯吸性能
為了解黏膠纖維網(wǎng)和滌綸纖維網(wǎng)的吸濕性能，采用芯吸高度進(jìn)行表征，兩種試樣的平均芯吸高度如表4所示。
從表4中可知，每組單層纖維網(wǎng)芯吸高度的標(biāo)準(zhǔn)差很小，試樣吸濕性能穩(wěn)定。同時(shí)可知，黏膠纖維網(wǎng)的平均芯吸高度遠(yuǎn)大于滌綸纖維網(wǎng)的芯吸高度，可見(jiàn)黏膠纖維網(wǎng)的芯吸性能優(yōu)于滌綸纖維網(wǎng)，這為利用潤(rùn)濕梯度效應(yīng)設(shè)計(jì)單向?qū)裥Ч强椩觳继峁┝嘶A(chǔ)。
2.1.3 復(fù)合纖維網(wǎng)形貌分析
復(fù)合纖維網(wǎng)正反面表面形態(tài)如圖2（a）與圖2（b）所示，復(fù)合纖維網(wǎng)正面為疊合后的雙層纖維網(wǎng)面向針板進(jìn)行主刺的一面，可見(jiàn)明顯向里針刺的孔洞，反面則可以看到隨刺針運(yùn)動(dòng)從正面轉(zhuǎn)移的纖維。
復(fù)合纖維網(wǎng)截面如圖2（c）所示，可見(jiàn)纖維網(wǎng)分為上下兩層，上層有部分纖維垂直穿過(guò)下層，可知在針刺過(guò)程中刺針的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)上層纖維向下層轉(zhuǎn)移，使得兩層纖維網(wǎng)的部分纖維互相糾纏，使兩層纖維網(wǎng)緊密結(jié)合成一個(gè)整體，此纏繞結(jié)構(gòu)增大了水分在兩個(gè)纖維層之間轉(zhuǎn)移時(shí)的接觸面積，有利于水分的傳遞。
2.2 復(fù)合纖維網(wǎng)含水量變化
含水量變化曲線反映了織物吸水過(guò)程中含水量動(dòng)態(tài)變化的情況，是研究織物吸水過(guò)程的重要參考數(shù)據(jù)，試樣VP與PV分別以黏膠纖維層與滌綸纖維層作為表層測(cè)試單向?qū)裥阅?，含水量與時(shí)間關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。
由圖3可知，在滴液階段（前20 s）所有試樣含水量迅速攀升，在停止滴液階段（20 s后）含水量基本保持穩(wěn)定。其中最上方兩條曲線分別為VP2底層與VP1表層含水量曲線，即試樣VP的黏膠纖維層含水量曲線，穩(wěn)定后的含水量大致在500%～600%。中間兩條曲線分別為PV2底層與PV1表層含水量曲線，即試樣PV的黏膠纖維層含水量曲線，穩(wěn)定后的含水量大致在400%～500%。最下方兩條曲線分別為VP2表層與VP1底層含水量曲線，即試樣VP的滌綸纖維層含水量曲線，穩(wěn)定后的含水量在300%左右。而PV1底層與PV2表層，即試樣PV的滌綸纖維層含水量極少，在圖3中無(wú)顯示。
根據(jù)圖3還可知，試樣VP無(wú)論水滴方向如何，最終的黏膠纖維層含水量都大于滌綸纖維層含水量，但是滌綸纖維層仍然會(huì)有水分存在，即試樣VP具有一定的單向?qū)裥阅埽切Ч焕硐?試樣PV無(wú)論測(cè)試方向如何，只有黏膠纖維層的含水量曲線上升，即復(fù)合纖維網(wǎng)中只有黏膠纖維層吸水。可見(jiàn)試樣PV無(wú)論是黏膠纖維層作為優(yōu)先吸水面還是滌綸纖維層作為優(yōu)先吸水面，始終只有黏膠纖維層吸水，滌綸纖維層都不參與吸水，單向?qū)裥Ч黠@。對(duì)比試樣VP與試樣PV可知，兩種試樣無(wú)論選擇哪一面作為優(yōu)先吸水面，黏膠纖維層的含水量總是更高，但是試樣VP的兩層纖維都會(huì)參與吸水，而試樣PV滌綸纖維層含水量極少，黏膠纖維層為主要吸水層。理想的單向?qū)窨椢镌谖髴?yīng)呈現(xiàn)出織物一側(cè)干燥的現(xiàn)象，顯然試樣VP更符合。
2.3 復(fù)合纖維網(wǎng)水分?jǐn)U散情況
為了更好地觀察復(fù)合纖維網(wǎng)中水分?jǐn)U散過(guò)程，使用注射器慢慢向復(fù)合纖維網(wǎng)表面滴4 mL墨水，觀察墨水在復(fù)合纖維網(wǎng)內(nèi)的擴(kuò)散情況。試樣VP與PV的墨水?dāng)U散情況見(jiàn)圖4與圖5。
從圖4中（a）、（b）、（c）可知，對(duì)試樣VP1黏膠纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，水分在黏膠纖維層迅速擴(kuò)散，同時(shí)由于針刺作用，上下纖維層纏繞結(jié)構(gòu)的存在，部分水分沿纏繞結(jié)構(gòu)擴(kuò)散至滌綸纖維層底部，但滌綸纖維層水分吸收極少;從圖4中（d）、（e）、（f）可知，對(duì)試樣VP2滌綸纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，水分在滌綸纖維層上有液滴直徑大小的高含水量水平擴(kuò)散區(qū)域，水分在接觸到黏膠纖維層后，在黏膠纖維層水平擴(kuò)散，滌綸纖維層也有點(diǎn)狀區(qū)域隨黏膠纖維層的水分?jǐn)U散而同步擴(kuò)散，滌綸纖維層水分吸收極少。圖4（b）與圖4（d）中深色點(diǎn)狀部分含水較多，主要由復(fù)合纖維網(wǎng)針刺時(shí)隨鉤刺轉(zhuǎn)移到滌綸纖維層的黏膠纖維引起，由針刺作用產(chǎn)生的上下纖維層纏繞結(jié)構(gòu)形成了導(dǎo)水良好的通道，使得滌綸纖維層不能完全隔絕水分。從圖4（c）、圖4（f）可以看到滌綸黏膠層與黏膠纖維層之間吸水存在分界，說(shuō)明兩種纖維吸濕性能差異明顯，產(chǎn)生了潤(rùn)濕梯度，水分從滌綸纖維向黏膠纖維轉(zhuǎn)移。
由圖5中（a）、（b）、（c）可知，對(duì)試樣PV1黏膠纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，水分在黏膠纖維層迅速水平擴(kuò)散，下層的滌綸纖維層基本不吸水。由圖5中（d）、（e）、（f）可知，對(duì)試樣PV2滌綸纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，可以觀察到水分在滌綸纖維層只擴(kuò)散了極小的范圍，在接觸到黏膠纖維層后，水分向下層的黏膠纖維層傳遞，而后在黏膠纖維層均勻水平擴(kuò)散，水分在滌綸纖維層幾乎沒(méi)有擴(kuò)散。圖5（a）與圖5（e）中存在吸水較少的白色點(diǎn)狀區(qū)域，主要是因?yàn)閺?fù)合纖維網(wǎng)針刺時(shí)隨鉤刺轉(zhuǎn)移到黏膠纖維層的滌綸纖維吸水較少的緣故。與圖4相似，試樣PV的兩層纖維網(wǎng)之間也存在明顯吸濕邊界，兩種纖維吸濕性能差異大，水分單向傳遞效果明顯。
分別比較圖4與圖5（b）、圖5（d）可知，針刺工藝中復(fù)合纖維網(wǎng)疊合順序，即上下纖維層的纏繞結(jié)構(gòu)對(duì)非織造布的導(dǎo)濕性有較大影響。圖4中VP1滌綸纖維層有點(diǎn)狀吸水層，圖5中PV1滌綸纖維層無(wú)明顯吸水痕跡。圖4中VP2滌綸纖維層存在水分水平擴(kuò)散，而圖5中PV2滌綸纖維層水分水平擴(kuò)散極少。可見(jiàn)水分在4組試樣中的擴(kuò)散具有明顯的選擇性，水分僅在黏膠纖維層或由黏膠纖維構(gòu)成的導(dǎo)濕通道擴(kuò)散。墨水在試樣中的擴(kuò)散面積見(jiàn)圖6。
2.4 復(fù)合纖維網(wǎng)單向?qū)裥阅?/p>
為了量化說(shuō)明復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)裥阅?，依?jù)GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕速干性的評(píng)定第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》，液態(tài)水從織物表層傳遞到底層的能力用單向傳遞指數(shù)表示，織物單向傳遞指數(shù)計(jì)算過(guò)程如式（1）：
O=∫UB-∫UTt（1）
式中：O為單向傳遞指數(shù);t為測(cè)試時(shí)間，s;∫UT為表層的吸水量（表層含水量曲線積分）;∫UB為底層的吸水量（底層含水量曲線積分）。
單向傳遞指數(shù)是指測(cè)試時(shí)間內(nèi)織物底層和表層含水量積分之差。單向傳遞指數(shù)是衡量織物單向?qū)裥阅茏钪匾彩亲钪庇^的指標(biāo)，指數(shù)越大，織物兩側(cè)含水量之差越大，說(shuō)明水分在織物內(nèi)部的擴(kuò)散存在更明顯的方向性，因此織物單向?qū)裥阅茉胶谩Ｓ墒剑?）可知，指數(shù)的正負(fù)表示水分傳遞方向，若為正值則底層含水量大于表層含水量，水分由表層（內(nèi)部）向底層（外部）傳遞，若為負(fù)值則反之。復(fù)合纖維網(wǎng)的單向傳遞指數(shù)如圖7所示，每種試樣均測(cè)試5次取平均值。
從圖7可以看到，VP1與PV1兩組向黏膠面滴水試樣的單向傳遞指數(shù)都為負(fù)值，VP2與PV2兩組向滌綸面滴水試樣的單向傳遞指數(shù)都為正值，即復(fù)合纖維網(wǎng)由黏膠纖維層向滌綸纖維層傳遞水分的能力較差，從滌綸纖維層向黏膠纖維層傳遞水分的能力較好，滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)在吸水時(shí)具有單向?qū)瘳F(xiàn)象;PV1的指數(shù)絕對(duì)值大于VP1的指數(shù)絕對(duì)值，PV2的指數(shù)絕對(duì)值大于VP2的指數(shù)絕對(duì)值，可見(jiàn)試樣PV內(nèi)外含水量相差更大，試樣PV單向?qū)裥詢?yōu)于試樣VP，與章節(jié)2.3所得結(jié)論一致，即滌綸纖維層面向主刺機(jī)構(gòu)制備復(fù)合纖維網(wǎng)的方式能夠制備出具有更好單向?qū)裥阅艿膹?fù)合纖維網(wǎng)。
針對(duì)水分在滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)中的傳遞特征，在將滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)應(yīng)用在服用領(lǐng)域時(shí)，宜將滌綸面作為貼近人體一側(cè)的隔水層，將黏膠面作為面向外部環(huán)境的吸水層，使得人體表面能夠保持干爽。
圖8模擬了復(fù)合纖維網(wǎng)吸收外部環(huán)境水分時(shí)的吸收過(guò)程，水分從外部環(huán)境接觸到人體前需經(jīng)過(guò)復(fù)合纖維網(wǎng)，在表層為吸水層、底層為隔水層的情況下，PV1與VP1的水分單向傳遞指數(shù)絕對(duì)值分別為248和182，正如章節(jié)2.3中所描述的，由于針刺中主刺工藝刺針的運(yùn)動(dòng)，穿透兩層纖維層所形成的纖維通道和特殊的纏繞結(jié)構(gòu)同樣會(huì)對(duì)其單向?qū)裰笖?shù)產(chǎn)生影響。VP1的吸水層吸水后，水分會(huì)通過(guò)試樣VP進(jìn)行主刺時(shí)形成的黏膠纖維纏繞結(jié)構(gòu)傳遞到隔水層，削弱了隔水層的隔水效果;PV1由于試樣PV主刺時(shí)形成的纏繞結(jié)構(gòu)由滌綸纖維構(gòu)成，水分在吸水層擴(kuò)散后不會(huì)通過(guò)吸水層中的滌綸纖維通道傳遞到隔水層接觸人體，由此達(dá)到了較好的隔水效果。
圖9模擬了復(fù)合纖維網(wǎng)吸收身體散發(fā)水分時(shí)的吸收過(guò)程，在水分從人體傳輸?shù)酵饨绛h(huán)境的過(guò)程中，以隔水層為吸濕表層、吸水層為吸濕底層時(shí)，PV2與VP2的水分單向傳遞指數(shù)分別為311和236，PV2和VP2的水分傳輸路徑如圖9所示。VP2的隔水層中分布著由針刺運(yùn)動(dòng)形成的黏膠纖維纏繞結(jié)構(gòu)，在隔水層接觸到水分后，水分不僅向吸水層傳遞擴(kuò)散，還會(huì)沿著隔水層中存在的黏膠纖維纏繞結(jié)構(gòu)在隔水層中水平擴(kuò)散，向外導(dǎo)濕效果不佳。
在測(cè)試單層纖維網(wǎng)芯吸性能時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，纖度為1.67 dtex的滌綸纖維制備的單層纖維網(wǎng)仍具備一定吸濕性，因此在PV2的吸水過(guò)程中，水分首先被隔水層捕捉并擴(kuò)散，在水分接觸到吸水層后隔水層停止水平方向上的擴(kuò)散，僅在接觸水分的隔水層區(qū)域保持一定含水量充當(dāng)導(dǎo)濕通道，水分向吸水層傳遞并擴(kuò)散，隔水層與人體表面保持干燥。試樣PV在進(jìn)行針刺時(shí)，滌綸纖維被帶到黏膠纖維層，而滌綸纖維層沒(méi)有黏膠纖維分布，在這一情況下，復(fù)合纖維網(wǎng)向外界傳遞水分的性能最佳，單向?qū)裰笜?biāo)最高。
綜上所述，在將單向?qū)襻槾谭强椩觳紤?yīng)用于貼身服用面料時(shí)，通過(guò)將高吸濕的黏膠纖維層配置在近外界環(huán)境一側(cè)，低吸濕的滌綸纖維網(wǎng)配置在近人體一側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)將人體汗液向外排出，并一定程度上將外界水分與人體隔絕，具有較好的單向?qū)衲芰?。在此基礎(chǔ)上，針刺復(fù)合時(shí)針刺方向?yàn)閺膬?nèi)側(cè)的滌綸到外側(cè)黏膠纖維時(shí)，能進(jìn)一步提高復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)衲芰Α?/p>
3 結(jié) 論
以滌綸纖維與黏膠纖維為原料，采用針刺工藝分別制備了單層纖維網(wǎng)，并將兩種單層纖維網(wǎng)按照不同層疊方式進(jìn)行針刺復(fù)合。在對(duì)單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量以及芯吸性能測(cè)試的基礎(chǔ)上，測(cè)試并表征了復(fù)合纖維網(wǎng)的微觀形貌、含水量變化、水分?jǐn)U散情況、單向傳遞指數(shù)，結(jié)合人體和外界環(huán)境間水分的傳輸路徑分析，對(duì)針刺復(fù)合非織造布利用潤(rùn)濕梯度效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單向?qū)裥ЧM(jìn)行了研究。得出了如下結(jié)論：
a）水分在滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)中的擴(kuò)散具有明顯的選擇性，水分僅在黏膠纖維層或由黏膠纖維構(gòu)成的導(dǎo)濕通道擴(kuò)散，由于兩種纖維存在明顯吸濕性能差異，黏膠纖維層與滌綸纖維層吸水邊界明顯。
b）滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)吸濕具有方向性，從任一側(cè)開(kāi)始吸收水分，水分最終都將傳遞到黏膠纖維層。當(dāng)水分首先接觸黏膠纖維層時(shí)，黏膠纖維層直接吸濕，滌綸纖維層不參與吸濕過(guò)程;當(dāng)水分先接觸滌綸纖維層時(shí)，水分在滌綸纖維層擴(kuò)散至滌-黏交界面后，黏膠纖維層開(kāi)始吸濕并迅速擴(kuò)散水分，滌綸纖維層停止水分水平擴(kuò)散，只保留初始吸濕區(qū)域。
c）采用針刺工藝復(fù)合兩種吸水性能存在差異的單層纖維網(wǎng)時(shí)，針刺的方向會(huì)引起纖維的層間轉(zhuǎn)移，最終對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)裥阅苡休^大影響。以吸濕性較差的纖維層疊合在吸濕性較好的纖維層之上的方式送入主刺機(jī)構(gòu)制備而成的復(fù)合纖維網(wǎng)具有更好的單向?qū)裥阅堋?/p>
d）在將單向?qū)襻槾谭强椩觳紤?yīng)用于貼身服用面料時(shí)，通過(guò)以高吸濕的黏膠纖維層為近外界環(huán)境一側(cè)，低吸濕的滌綸纖維網(wǎng)為近人體一側(cè)，采用針刺工藝將兩種吸濕性能差異大的纖維網(wǎng)復(fù)合而成的非織造布，能夠?qū)崿F(xiàn)將人體汗液向外排出，并一定程度上將外界水分與人體隔絕的功能，具有較好的單向?qū)衲芰?。?dāng)針刺方向?yàn)閮?nèi)側(cè)的滌綸纖維層方向向外側(cè)黏膠纖維層方向進(jìn)行針刺時(shí)，能進(jìn)一步提高復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)衲芰Α?/p>
e）針刺非織造布被廣泛地應(yīng)用于土工布、建筑材料、過(guò)濾材料、汽車(chē)內(nèi)飾、服裝內(nèi)襯等領(lǐng)域，對(duì)針刺非織造布進(jìn)行單向?qū)窆δ茉O(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步拓寬針刺非織造布的應(yīng)用范圍。對(duì)單向?qū)襻槾虖?fù)合非織造布的制備工藝進(jìn)行了初步地研究，主要分析了層疊方式對(duì)復(fù)合非織造布導(dǎo)濕效果的影響，為后續(xù)的單向?qū)襻槾虖?fù)合非織造布研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。
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江奇佳 王泉 邱長(zhǎng)利 金肖克 田偉 祝成炎
摘 要：為制備具有單向?qū)裥?yīng)的針刺非織造布，以滌綸纖維與黏膠纖維為原料，采用針刺加工工藝制備單種纖維的單層纖維網(wǎng)，并將兩層纖維網(wǎng)疊合后進(jìn)行針刺復(fù)合得到復(fù)合纖維網(wǎng)。在測(cè)試單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量，芯吸性能的基礎(chǔ)上，測(cè)試并分析復(fù)合纖維網(wǎng)的表面形貌、含水量變化、水分?jǐn)U散情況、水分單向傳遞指數(shù)，分析水分在復(fù)合纖維網(wǎng)中的傳輸機(jī)理。結(jié)果表明：水分在滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)中的擴(kuò)散同時(shí)具有選擇性與方向性;針刺的方向會(huì)引起纖維的層間轉(zhuǎn)移，對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)裥阅苡休^大影響;以吸濕性能差異大的兩種纖維為原料制備的針刺復(fù)合纖維網(wǎng)作為貼身服用面料能夠單向?qū)⑷梭w汗液排出，隔絕外部水分，實(shí)現(xiàn)單向?qū)瘛?/p>
關(guān)鍵詞：針刺加工;非織造;單向?qū)?復(fù)合纖維網(wǎng);潤(rùn)濕梯度
中圖分類(lèi)號(hào)：TS102.5
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1009-265X（2020）05-0013-08
Preparation of Unidirectional Water-transfer Needle-punchedNonwoven Fabric and its Properties
JIANG Qijia1， WANG Quan1， QIU Changli1，2，JIN Xiaoke1， TIAN Wei1， ZHU Chengyan1
（1.College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk）， Zhejiang Sci-Tech University，
Hangzhou 310018， China; 2.Shanghai Dirong Textile Co. Ltd， Shanghai 200000， China）
Abstract：In order to prepare needle-punched nonwoven fabric with unidirectional water-transfer effect， the single-layer fiber web of a single fiber was prepared with needle punching process by using polyester fiber and viscose fiber as raw materials， and two layers of fiber webs were superimposed for needling composite to gain the composite fiber web. On the basis of testing the weight and wicking properties of single-layer fiber web， the surface morphology， moisture content change， moisture diffusion， one-way transfer index of the composite fiber web were tested and analyzed， and the transmission mechanism of moisture in the composite fiber webwas analyzed. The results show that the diffusion of moisture in the polyester / viscose needle-punched composite fiber web is selective and directional at the same time; the direction of needle punching process will cause the inter-layer transfer of fibers， which has a great influence on the one-way moisture-transfer of the composite fiber web; the needle-punched composite fiber web prepared with two kinds of fibers with greatly different moisture absorption properties can discharge the sweat of human body unidirectionally and isolate external moisture to realize one-way moisture transfer.
Key words：needle punching process; non-woven; unidirectional moisture-transfer; composite fiber web; wetting gradient
單向?qū)窨椢锬M了自然界存在的一些水分單向傳輸?shù)默F(xiàn)象[1-6]，使織物在吸水時(shí)水分表現(xiàn)出在織物內(nèi)單向傳遞的特性，具體在服用領(lǐng)域表現(xiàn)為織物能夠?qū)⑷梭w表層汗液傳遞到外界環(huán)境，而外界水分不能通過(guò)織物進(jìn)入人體一側(cè)。單向?qū)窆δ艿膶?shí)現(xiàn)方法分為化學(xué)法與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法[7]?；瘜W(xué)法是利用化學(xué)試劑處理織物表面，使織物兩面對(duì)水有不同的親和性，由此產(chǎn)生潤(rùn)濕梯度，達(dá)到單向?qū)竦男Ч?，具體包括單面親水整理[8]、單面疏水整理[9]和親疏水雙面整理[10]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法是在設(shè)計(jì)織物結(jié)構(gòu)時(shí)，通過(guò)合理配置不同成分的纖維原料和織物結(jié)構(gòu)，使纖維依照不同的親水性排列在織物厚度方向上，使得水分能夠從疏水性的一側(cè)轉(zhuǎn)移到親水性一側(cè)，而不易逆向轉(zhuǎn)移。與化學(xué)法相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法不使用化學(xué)試劑，因此不存在試劑污染以及經(jīng)過(guò)水洗后效果變差的問(wèn)題，能夠直接與人體接觸并且長(zhǎng)久使用，通常應(yīng)用在吸濕排汗針織物[11-15]與機(jī)織物[16-18]的設(shè)計(jì)中。
目前，對(duì)單向?qū)穹强椩觳嫉难芯看蠖嗖捎没瘜W(xué)法，王潔等[19]使用泡沫整理法對(duì)SMS非織造布分別進(jìn)行親水整理與拒水整理，潘虹等[9]對(duì)純棉水刺非織造布進(jìn)行單面拒水處理，任祺等[8]采用聚酯類(lèi)親水整理劑Hansi QS-CONC噴灑在聚丙烯SMS非織造布一側(cè)并進(jìn)行烘干處理，最終都能使材料獲得單向?qū)窆δ?。而?duì)采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法制備單向?qū)穹强椩觳嫉难芯枯^少，王偉等[20]對(duì)水刺單向?qū)穹强椩觳歼M(jìn)行了研究，選擇了親水性的黏膠纖維和不同卷曲度的滌綸纖維，比較了不同滌綸卷曲度下與不同復(fù)合方向下的滌/黏復(fù)合水刺布各項(xiàng)性能，制備出能夠?qū)崿F(xiàn)單向?qū)裥Ч乃谭强椩觳肌ｊP(guān)于針刺工藝非織造布的單向?qū)裥阅苎芯糠浅Ｓ邢?，因此本研究使用針刺加工工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法，對(duì)非織造布進(jìn)行單向?qū)窆δ茉O(shè)計(jì)，以黏膠纖維與滌綸纖維為原料，采用雙層纖維網(wǎng)針刺復(fù)合的方式制備得到黏膠/滌綸復(fù)合非織造布，分別測(cè)試了不同主刺方向下復(fù)合纖維網(wǎng)兩側(cè)的導(dǎo)濕性能，并分析了水分在針刺復(fù)合纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的傳輸機(jī)理。
1 實(shí) 驗(yàn)
1.1 原料選擇
滌綸纖維（1.67 dtex，38 mm，蘇州市寶思達(dá)化纖有限公司），黏膠纖維（1.67 dtex，38 mm，唐山三友遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司）。
1.2 試樣制備
1.2.1 單層纖維網(wǎng)制備
采用針刺非織造生產(chǎn)線制備單層纖維網(wǎng)，生產(chǎn)流程為開(kāi)包→開(kāi)松→梳理→交叉鋪網(wǎng)→預(yù)刺→主刺，分別制備120 g/m2的滌綸纖維網(wǎng)與100 g/m2的黏膠纖維網(wǎng)。
1.2.2 復(fù)合纖維網(wǎng)制備
將單層黏膠纖維網(wǎng)與單層滌綸纖維網(wǎng)疊合，將疊合后的雙層纖維網(wǎng)送入主刺機(jī)構(gòu)進(jìn)行針刺復(fù)合，主刺頻率為20 Hz，主刺輸出頻率為7.5 Hz。疊合順序包含滌綸纖維層面向針板方向與黏膠纖維層面向針板方向的兩種，依此順序分別命名為PV和VP，復(fù)合后的樣品規(guī)格見(jiàn)表1。
主刺過(guò)程如圖1所示，兩層纖維網(wǎng)疊合后經(jīng)壓網(wǎng)輥進(jìn)入剝網(wǎng)板與托網(wǎng)板之間接受刺針穿刺作用，最后通過(guò)牽拉輥輸出，得到復(fù)合后的纖維網(wǎng)。
1.3 性能測(cè)試
1.3.1 單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量測(cè)試
依照GB/T 24218.1—2009《紡織品非織造布試驗(yàn)方法第1部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》每組樣品測(cè)試5次。
1.3.2 單層纖維網(wǎng)芯吸性能測(cè)試
每組單層纖維網(wǎng)樣品裁剪5塊30 mm×250 mm的條形試樣，給予試樣一定張力垂直懸掛，一端浸于滴有紅墨水的試液中，調(diào)整試樣高度使試樣下端位于液面以下（15±2）mm處。等待試液在試樣上爬升高度穩(wěn)定后，測(cè)量并記錄芯吸高度值，若同一試樣上芯吸高度不一，取最高值記錄。
1.3.3 復(fù)合纖維網(wǎng)表面形態(tài)觀測(cè)
采用JSM-5610型掃描電子顯微鏡對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)表面及截面進(jìn)行觀測(cè)。
1.3.4 單向?qū)裥阅軠y(cè)試
采用SDL Atlas公司生產(chǎn)的M290液態(tài)水分測(cè)試儀依據(jù)GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕速干性的評(píng)定第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》測(cè)試織物的單向?qū)裥阅?，每組樣品裁剪5塊9 cm×9 cm的正方形試樣，分別以試樣正反兩側(cè)面對(duì)測(cè)試液滴下方向進(jìn)行測(cè)試，以面對(duì)測(cè)試液的一面為測(cè)試表層，另一側(cè)為底層，將試樣平整地放置于傳感器上，啟動(dòng)儀器后，在20 s內(nèi)向織物的表層滴入（0.2±0.01） g測(cè)試液，期間機(jī)器自動(dòng)記錄織物兩面120 s內(nèi)的含水量變化，并以含水量變化情況計(jì)算單向傳遞指數(shù)。
針刺復(fù)合纖維網(wǎng)層疊順序及測(cè)試方向表2。
1.3.5 復(fù)合纖維網(wǎng)表面滴水?dāng)U散觀察
分別向復(fù)合纖維網(wǎng)兩個(gè)表面滴0.4 mL的墨水，觀察墨水在織物兩側(cè)的擴(kuò)散情況，每組測(cè)試重復(fù)5次，并量取正反兩面墨水的最大擴(kuò)散直徑與最小擴(kuò)散直徑。
2 結(jié)果與分析
2.1 纖維網(wǎng)基本性能分析
2.1.1 纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量
每組樣品各裁剪5塊進(jìn)行稱(chēng)重，對(duì)稱(chēng)重后的數(shù)據(jù)求取平均值，結(jié)果如表3。
對(duì)比單層纖維網(wǎng)生產(chǎn)樣品時(shí)的理論平方米質(zhì)量與測(cè)試的平方米質(zhì)量可以看到，生產(chǎn)出來(lái)的纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量與理論值接近，且標(biāo)準(zhǔn)差相對(duì)平方米質(zhì)量變化不大，可以看做單層纖維網(wǎng)樣品整體分布均勻，各處性能相似。
復(fù)合纖維網(wǎng)VP與PV的平方米質(zhì)量均小于兩種單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量之和，因?yàn)閮蓪永w維網(wǎng)疊合后在主刺時(shí)，牽拉輥不斷產(chǎn)生一個(gè)向前的牽伸力，刺針停留在纖維網(wǎng)之間時(shí)與牽拉輥共同作用使纖維網(wǎng)經(jīng)向拉長(zhǎng)變薄，因此復(fù)合平方米質(zhì)量總小于單層平方米質(zhì)量之和。
2.1.2 單層纖維網(wǎng)芯吸性能
為了解黏膠纖維網(wǎng)和滌綸纖維網(wǎng)的吸濕性能，采用芯吸高度進(jìn)行表征，兩種試樣的平均芯吸高度如表4所示。
從表4中可知，每組單層纖維網(wǎng)芯吸高度的標(biāo)準(zhǔn)差很小，試樣吸濕性能穩(wěn)定。同時(shí)可知，黏膠纖維網(wǎng)的平均芯吸高度遠(yuǎn)大于滌綸纖維網(wǎng)的芯吸高度，可見(jiàn)黏膠纖維網(wǎng)的芯吸性能優(yōu)于滌綸纖維網(wǎng)，這為利用潤(rùn)濕梯度效應(yīng)設(shè)計(jì)單向?qū)裥Ч强椩觳继峁┝嘶A(chǔ)。
2.1.3 復(fù)合纖維網(wǎng)形貌分析
復(fù)合纖維網(wǎng)正反面表面形態(tài)如圖2（a）與圖2（b）所示，復(fù)合纖維網(wǎng)正面為疊合后的雙層纖維網(wǎng)面向針板進(jìn)行主刺的一面，可見(jiàn)明顯向里針刺的孔洞，反面則可以看到隨刺針運(yùn)動(dòng)從正面轉(zhuǎn)移的纖維。
復(fù)合纖維網(wǎng)截面如圖2（c）所示，可見(jiàn)纖維網(wǎng)分為上下兩層，上層有部分纖維垂直穿過(guò)下層，可知在針刺過(guò)程中刺針的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)上層纖維向下層轉(zhuǎn)移，使得兩層纖維網(wǎng)的部分纖維互相糾纏，使兩層纖維網(wǎng)緊密結(jié)合成一個(gè)整體，此纏繞結(jié)構(gòu)增大了水分在兩個(gè)纖維層之間轉(zhuǎn)移時(shí)的接觸面積，有利于水分的傳遞。
2.2 復(fù)合纖維網(wǎng)含水量變化
含水量變化曲線反映了織物吸水過(guò)程中含水量動(dòng)態(tài)變化的情況，是研究織物吸水過(guò)程的重要參考數(shù)據(jù)，試樣VP與PV分別以黏膠纖維層與滌綸纖維層作為表層測(cè)試單向?qū)裥阅?，含水量與時(shí)間關(guān)系曲線見(jiàn)圖3。
由圖3可知，在滴液階段（前20 s）所有試樣含水量迅速攀升，在停止滴液階段（20 s后）含水量基本保持穩(wěn)定。其中最上方兩條曲線分別為VP2底層與VP1表層含水量曲線，即試樣VP的黏膠纖維層含水量曲線，穩(wěn)定后的含水量大致在500%～600%。中間兩條曲線分別為PV2底層與PV1表層含水量曲線，即試樣PV的黏膠纖維層含水量曲線，穩(wěn)定后的含水量大致在400%～500%。最下方兩條曲線分別為VP2表層與VP1底層含水量曲線，即試樣VP的滌綸纖維層含水量曲線，穩(wěn)定后的含水量在300%左右。而PV1底層與PV2表層，即試樣PV的滌綸纖維層含水量極少，在圖3中無(wú)顯示。
根據(jù)圖3還可知，試樣VP無(wú)論水滴方向如何，最終的黏膠纖維層含水量都大于滌綸纖維層含水量，但是滌綸纖維層仍然會(huì)有水分存在，即試樣VP具有一定的單向?qū)裥阅埽切Ч焕硐?試樣PV無(wú)論測(cè)試方向如何，只有黏膠纖維層的含水量曲線上升，即復(fù)合纖維網(wǎng)中只有黏膠纖維層吸水。可見(jiàn)試樣PV無(wú)論是黏膠纖維層作為優(yōu)先吸水面還是滌綸纖維層作為優(yōu)先吸水面，始終只有黏膠纖維層吸水，滌綸纖維層都不參與吸水，單向?qū)裥Ч黠@。對(duì)比試樣VP與試樣PV可知，兩種試樣無(wú)論選擇哪一面作為優(yōu)先吸水面，黏膠纖維層的含水量總是更高，但是試樣VP的兩層纖維都會(huì)參與吸水，而試樣PV滌綸纖維層含水量極少，黏膠纖維層為主要吸水層。理想的單向?qū)窨椢镌谖髴?yīng)呈現(xiàn)出織物一側(cè)干燥的現(xiàn)象，顯然試樣VP更符合。
2.3 復(fù)合纖維網(wǎng)水分?jǐn)U散情況
為了更好地觀察復(fù)合纖維網(wǎng)中水分?jǐn)U散過(guò)程，使用注射器慢慢向復(fù)合纖維網(wǎng)表面滴4 mL墨水，觀察墨水在復(fù)合纖維網(wǎng)內(nèi)的擴(kuò)散情況。試樣VP與PV的墨水?dāng)U散情況見(jiàn)圖4與圖5。
從圖4中（a）、（b）、（c）可知，對(duì)試樣VP1黏膠纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，水分在黏膠纖維層迅速擴(kuò)散，同時(shí)由于針刺作用，上下纖維層纏繞結(jié)構(gòu)的存在，部分水分沿纏繞結(jié)構(gòu)擴(kuò)散至滌綸纖維層底部，但滌綸纖維層水分吸收極少;從圖4中（d）、（e）、（f）可知，對(duì)試樣VP2滌綸纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，水分在滌綸纖維層上有液滴直徑大小的高含水量水平擴(kuò)散區(qū)域，水分在接觸到黏膠纖維層后，在黏膠纖維層水平擴(kuò)散，滌綸纖維層也有點(diǎn)狀區(qū)域隨黏膠纖維層的水分?jǐn)U散而同步擴(kuò)散，滌綸纖維層水分吸收極少。圖4（b）與圖4（d）中深色點(diǎn)狀部分含水較多，主要由復(fù)合纖維網(wǎng)針刺時(shí)隨鉤刺轉(zhuǎn)移到滌綸纖維層的黏膠纖維引起，由針刺作用產(chǎn)生的上下纖維層纏繞結(jié)構(gòu)形成了導(dǎo)水良好的通道，使得滌綸纖維層不能完全隔絕水分。從圖4（c）、圖4（f）可以看到滌綸黏膠層與黏膠纖維層之間吸水存在分界，說(shuō)明兩種纖維吸濕性能差異明顯，產(chǎn)生了潤(rùn)濕梯度，水分從滌綸纖維向黏膠纖維轉(zhuǎn)移。
由圖5中（a）、（b）、（c）可知，對(duì)試樣PV1黏膠纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，水分在黏膠纖維層迅速水平擴(kuò)散，下層的滌綸纖維層基本不吸水。由圖5中（d）、（e）、（f）可知，對(duì)試樣PV2滌綸纖維層進(jìn)行滴液時(shí)，可以觀察到水分在滌綸纖維層只擴(kuò)散了極小的范圍，在接觸到黏膠纖維層后，水分向下層的黏膠纖維層傳遞，而后在黏膠纖維層均勻水平擴(kuò)散，水分在滌綸纖維層幾乎沒(méi)有擴(kuò)散。圖5（a）與圖5（e）中存在吸水較少的白色點(diǎn)狀區(qū)域，主要是因?yàn)閺?fù)合纖維網(wǎng)針刺時(shí)隨鉤刺轉(zhuǎn)移到黏膠纖維層的滌綸纖維吸水較少的緣故。與圖4相似，試樣PV的兩層纖維網(wǎng)之間也存在明顯吸濕邊界，兩種纖維吸濕性能差異大，水分單向傳遞效果明顯。
分別比較圖4與圖5（b）、圖5（d）可知，針刺工藝中復(fù)合纖維網(wǎng)疊合順序，即上下纖維層的纏繞結(jié)構(gòu)對(duì)非織造布的導(dǎo)濕性有較大影響。圖4中VP1滌綸纖維層有點(diǎn)狀吸水層，圖5中PV1滌綸纖維層無(wú)明顯吸水痕跡。圖4中VP2滌綸纖維層存在水分水平擴(kuò)散，而圖5中PV2滌綸纖維層水分水平擴(kuò)散極少。可見(jiàn)水分在4組試樣中的擴(kuò)散具有明顯的選擇性，水分僅在黏膠纖維層或由黏膠纖維構(gòu)成的導(dǎo)濕通道擴(kuò)散。墨水在試樣中的擴(kuò)散面積見(jiàn)圖6。
2.4 復(fù)合纖維網(wǎng)單向?qū)裥阅?/p>
為了量化說(shuō)明復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)裥阅?，依?jù)GB/T 21655.2—2009《紡織品吸濕速干性的評(píng)定第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》，液態(tài)水從織物表層傳遞到底層的能力用單向傳遞指數(shù)表示，織物單向傳遞指數(shù)計(jì)算過(guò)程如式（1）：
O=∫UB-∫UTt（1）
式中：O為單向傳遞指數(shù);t為測(cè)試時(shí)間，s;∫UT為表層的吸水量（表層含水量曲線積分）;∫UB為底層的吸水量（底層含水量曲線積分）。
單向傳遞指數(shù)是指測(cè)試時(shí)間內(nèi)織物底層和表層含水量積分之差。單向傳遞指數(shù)是衡量織物單向?qū)裥阅茏钪匾彩亲钪庇^的指標(biāo)，指數(shù)越大，織物兩側(cè)含水量之差越大，說(shuō)明水分在織物內(nèi)部的擴(kuò)散存在更明顯的方向性，因此織物單向?qū)裥阅茉胶谩Ｓ墒剑?）可知，指數(shù)的正負(fù)表示水分傳遞方向，若為正值則底層含水量大于表層含水量，水分由表層（內(nèi)部）向底層（外部）傳遞，若為負(fù)值則反之。復(fù)合纖維網(wǎng)的單向傳遞指數(shù)如圖7所示，每種試樣均測(cè)試5次取平均值。
從圖7可以看到，VP1與PV1兩組向黏膠面滴水試樣的單向傳遞指數(shù)都為負(fù)值，VP2與PV2兩組向滌綸面滴水試樣的單向傳遞指數(shù)都為正值，即復(fù)合纖維網(wǎng)由黏膠纖維層向滌綸纖維層傳遞水分的能力較差，從滌綸纖維層向黏膠纖維層傳遞水分的能力較好，滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)在吸水時(shí)具有單向?qū)瘳F(xiàn)象;PV1的指數(shù)絕對(duì)值大于VP1的指數(shù)絕對(duì)值，PV2的指數(shù)絕對(duì)值大于VP2的指數(shù)絕對(duì)值，可見(jiàn)試樣PV內(nèi)外含水量相差更大，試樣PV單向?qū)裥詢?yōu)于試樣VP，與章節(jié)2.3所得結(jié)論一致，即滌綸纖維層面向主刺機(jī)構(gòu)制備復(fù)合纖維網(wǎng)的方式能夠制備出具有更好單向?qū)裥阅艿膹?fù)合纖維網(wǎng)。
針對(duì)水分在滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)中的傳遞特征，在將滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)應(yīng)用在服用領(lǐng)域時(shí)，宜將滌綸面作為貼近人體一側(cè)的隔水層，將黏膠面作為面向外部環(huán)境的吸水層，使得人體表面能夠保持干爽。
圖8模擬了復(fù)合纖維網(wǎng)吸收外部環(huán)境水分時(shí)的吸收過(guò)程，水分從外部環(huán)境接觸到人體前需經(jīng)過(guò)復(fù)合纖維網(wǎng)，在表層為吸水層、底層為隔水層的情況下，PV1與VP1的水分單向傳遞指數(shù)絕對(duì)值分別為248和182，正如章節(jié)2.3中所描述的，由于針刺中主刺工藝刺針的運(yùn)動(dòng)，穿透兩層纖維層所形成的纖維通道和特殊的纏繞結(jié)構(gòu)同樣會(huì)對(duì)其單向?qū)裰笖?shù)產(chǎn)生影響。VP1的吸水層吸水后，水分會(huì)通過(guò)試樣VP進(jìn)行主刺時(shí)形成的黏膠纖維纏繞結(jié)構(gòu)傳遞到隔水層，削弱了隔水層的隔水效果;PV1由于試樣PV主刺時(shí)形成的纏繞結(jié)構(gòu)由滌綸纖維構(gòu)成，水分在吸水層擴(kuò)散后不會(huì)通過(guò)吸水層中的滌綸纖維通道傳遞到隔水層接觸人體，由此達(dá)到了較好的隔水效果。
圖9模擬了復(fù)合纖維網(wǎng)吸收身體散發(fā)水分時(shí)的吸收過(guò)程，在水分從人體傳輸?shù)酵饨绛h(huán)境的過(guò)程中，以隔水層為吸濕表層、吸水層為吸濕底層時(shí)，PV2與VP2的水分單向傳遞指數(shù)分別為311和236，PV2和VP2的水分傳輸路徑如圖9所示。VP2的隔水層中分布著由針刺運(yùn)動(dòng)形成的黏膠纖維纏繞結(jié)構(gòu)，在隔水層接觸到水分后，水分不僅向吸水層傳遞擴(kuò)散，還會(huì)沿著隔水層中存在的黏膠纖維纏繞結(jié)構(gòu)在隔水層中水平擴(kuò)散，向外導(dǎo)濕效果不佳。
在測(cè)試單層纖維網(wǎng)芯吸性能時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，纖度為1.67 dtex的滌綸纖維制備的單層纖維網(wǎng)仍具備一定吸濕性，因此在PV2的吸水過(guò)程中，水分首先被隔水層捕捉并擴(kuò)散，在水分接觸到吸水層后隔水層停止水平方向上的擴(kuò)散，僅在接觸水分的隔水層區(qū)域保持一定含水量充當(dāng)導(dǎo)濕通道，水分向吸水層傳遞并擴(kuò)散，隔水層與人體表面保持干燥。試樣PV在進(jìn)行針刺時(shí)，滌綸纖維被帶到黏膠纖維層，而滌綸纖維層沒(méi)有黏膠纖維分布，在這一情況下，復(fù)合纖維網(wǎng)向外界傳遞水分的性能最佳，單向?qū)裰笜?biāo)最高。
綜上所述，在將單向?qū)襻槾谭强椩觳紤?yīng)用于貼身服用面料時(shí)，通過(guò)將高吸濕的黏膠纖維層配置在近外界環(huán)境一側(cè)，低吸濕的滌綸纖維網(wǎng)配置在近人體一側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)將人體汗液向外排出，并一定程度上將外界水分與人體隔絕，具有較好的單向?qū)衲芰?。在此基礎(chǔ)上，針刺復(fù)合時(shí)針刺方向?yàn)閺膬?nèi)側(cè)的滌綸到外側(cè)黏膠纖維時(shí)，能進(jìn)一步提高復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)衲芰Α?/p>
3 結(jié) 論
以滌綸纖維與黏膠纖維為原料，采用針刺工藝分別制備了單層纖維網(wǎng)，并將兩種單層纖維網(wǎng)按照不同層疊方式進(jìn)行針刺復(fù)合。在對(duì)單層纖維網(wǎng)平方米質(zhì)量以及芯吸性能測(cè)試的基礎(chǔ)上，測(cè)試并表征了復(fù)合纖維網(wǎng)的微觀形貌、含水量變化、水分?jǐn)U散情況、單向傳遞指數(shù)，結(jié)合人體和外界環(huán)境間水分的傳輸路徑分析，對(duì)針刺復(fù)合非織造布利用潤(rùn)濕梯度效應(yīng)實(shí)現(xiàn)單向?qū)裥ЧM(jìn)行了研究。得出了如下結(jié)論：
a）水分在滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)中的擴(kuò)散具有明顯的選擇性，水分僅在黏膠纖維層或由黏膠纖維構(gòu)成的導(dǎo)濕通道擴(kuò)散，由于兩種纖維存在明顯吸濕性能差異，黏膠纖維層與滌綸纖維層吸水邊界明顯。
b）滌/黏針刺復(fù)合纖維網(wǎng)吸濕具有方向性，從任一側(cè)開(kāi)始吸收水分，水分最終都將傳遞到黏膠纖維層。當(dāng)水分首先接觸黏膠纖維層時(shí)，黏膠纖維層直接吸濕，滌綸纖維層不參與吸濕過(guò)程;當(dāng)水分先接觸滌綸纖維層時(shí)，水分在滌綸纖維層擴(kuò)散至滌-黏交界面后，黏膠纖維層開(kāi)始吸濕并迅速擴(kuò)散水分，滌綸纖維層停止水分水平擴(kuò)散，只保留初始吸濕區(qū)域。
c）采用針刺工藝復(fù)合兩種吸水性能存在差異的單層纖維網(wǎng)時(shí)，針刺的方向會(huì)引起纖維的層間轉(zhuǎn)移，最終對(duì)復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)裥阅苡休^大影響。以吸濕性較差的纖維層疊合在吸濕性較好的纖維層之上的方式送入主刺機(jī)構(gòu)制備而成的復(fù)合纖維網(wǎng)具有更好的單向?qū)裥阅堋?/p>
d）在將單向?qū)襻槾谭强椩觳紤?yīng)用于貼身服用面料時(shí)，通過(guò)以高吸濕的黏膠纖維層為近外界環(huán)境一側(cè)，低吸濕的滌綸纖維網(wǎng)為近人體一側(cè)，采用針刺工藝將兩種吸濕性能差異大的纖維網(wǎng)復(fù)合而成的非織造布，能夠?qū)崿F(xiàn)將人體汗液向外排出，并一定程度上將外界水分與人體隔絕的功能，具有較好的單向?qū)衲芰?。?dāng)針刺方向?yàn)閮?nèi)側(cè)的滌綸纖維層方向向外側(cè)黏膠纖維層方向進(jìn)行針刺時(shí)，能進(jìn)一步提高復(fù)合纖維網(wǎng)的單向?qū)衲芰Α?/p>
e）針刺非織造布被廣泛地應(yīng)用于土工布、建筑材料、過(guò)濾材料、汽車(chē)內(nèi)飾、服裝內(nèi)襯等領(lǐng)域，對(duì)針刺非織造布進(jìn)行單向?qū)窆δ茉O(shè)計(jì)能夠進(jìn)一步拓寬針刺非織造布的應(yīng)用范圍。對(duì)單向?qū)襻槾虖?fù)合非織造布的制備工藝進(jìn)行了初步地研究，主要分析了層疊方式對(duì)復(fù)合非織造布導(dǎo)濕效果的影響，為后續(xù)的單向?qū)襻槾虖?fù)合非織造布研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。
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