王凌宇 李艷梅

（上海工程技術(shù)大學(xué)紡織服裝學(xué)院，上海 201620）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對服裝的舒適性提出了更高的要求[1]。當(dāng)前，主動(dòng)調(diào)溫型服裝已經(jīng)成為紡織服裝領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，傳統(tǒng)服裝面料使用的是單向熱調(diào)節(jié)材料，不具有雙向調(diào)節(jié)的能力，采用的是被動(dòng)防護(hù)，這就使人體不能很好地適應(yīng)冷熱環(huán)境變化。

相變材料是一種新型智能材料，這種材料可以通過潛熱能的形式吸收存儲(chǔ)和釋放熱量，在環(huán)境溫度變化的過程中進(jìn)行固態(tài)與液態(tài)的相互轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)對外界溫度變化的緩沖，使溫度保持在一個(gè)舒適的范圍內(nèi)[2]。相變調(diào)溫纖維與其他纖維混紡交織能夠制備出調(diào)溫紡織品，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于內(nèi)衣、外套、鞋襪、床上用品等[1]。許多研究者也利用相變材料開發(fā)出了高科技功能紡織品，支超[3]等開發(fā)出調(diào)溫纖維/羊毛混紡紗和棉/調(diào)溫纖維混紡嗶嘰面料；王琳等[4]利用Outlast 腈綸型空調(diào)纖維與滌綸、腈綸、棉纖維混紡交織設(shè)計(jì)開發(fā)了一系列單面和雙面保暖針織面料，并采用溫度變化法評價(jià)面料的調(diào)溫性能，結(jié)果顯示，加入空調(diào)纖維的面料保暖性較好。陳紹芳等[5]使用調(diào)溫紗線在全電腦織襪機(jī)上編織出網(wǎng)眼船襪和毛圈中筒襪，測試結(jié)果顯示調(diào)溫襪保暖性和調(diào)溫性能良好。北京雪蓮羊絨股份有限公司[6]利用雙線道復(fù)合織造方式開發(fā)出桑蠶絲調(diào)溫服裝。BARTKOWIAK G 等[7]用調(diào)溫紗線制作了3 種含有微膠囊或PCM大顆粒的針織內(nèi)衣，對這3 種內(nèi)衣進(jìn)行了舒適性測試，與傳統(tǒng)棉針織內(nèi)衣相比，這3 種針織內(nèi)衣均能使人體表面皮膚溫度降低2～4 ℃，并保持衣內(nèi)舒適微氣候約50 min。

上述研究主要集中于開發(fā)織物，而對針織物結(jié)構(gòu)與性能的研究較少。本文以棉紗/相變調(diào)溫粘膠為原料，設(shè)計(jì)開發(fā)了不同比例、不同組織結(jié)構(gòu)、不同密度的棉紗/相變調(diào)溫粘膠交織針織物，研究了相變紗線含量、組織結(jié)構(gòu)與密度對織物調(diào)溫性能的影響。

2 試驗(yàn)部分

2.1 主要材料與儀器

材料，相變粘膠紗線，由北京宇田相變儲(chǔ)能科技有限公司提供，細(xì)度為10S，DSC 熱分析圖如圖1所示，由圖可知，相變纖維在10～17℃有向上的放熱峰，在25～34℃有向下的吸熱峰，說明相變纖維具有較好的溫度調(diào)節(jié)能力。為了使添加不同比例的相變紗編織的織物厚度一致，選取的棉紗細(xì)度與相變粘膠紗相同。

圖1 相變纖維DSC 熱分析圖

儀器SK280 編織機(jī)，MPLK-701 溫度控制儀，VC6801 熱電偶溫度儀。

2.2 棉紗/相變調(diào)溫粘膠織物的制備

（1）組織結(jié)構(gòu)的選擇

緯平針組織：緯平針組織是緯編織物編織過程中最簡單且最常用的單面組織。緯平針組織織物具有結(jié)構(gòu)簡單，手感柔軟，正面較反面整潔光滑，縱橫向延伸性好，透氣好等特點(diǎn)。

羅紋組織：羅紋組織是編織雙面組織時(shí)最常用的基本組織，組織結(jié)構(gòu)是前后針床1 隔1 出針編織，前后針為一個(gè)基本單元，如此往復(fù)循環(huán)編織得到整個(gè)織物。羅紋組織最大的特點(diǎn)是彈性和延伸性較好，通常用來制作內(nèi)衣、襪子和服裝下擺等對彈性要求較高的部位。

添紗組織：由添紗組織編織成型的織物，正反兩面所形成的線圈分別由面紗和地紗組成，當(dāng)使用不同顏色和性質(zhì)的紗線分別作面紗和地紗時(shí)，可以改變織物的外觀和服用性能。在試驗(yàn)中，以相變調(diào)溫紗線作地紗，可以使調(diào)溫紗與皮膚較充分地接觸，最大程度發(fā)揮調(diào)溫性能。

（2）織物的制備

以棉紗和相變調(diào)溫粘膠紗線為原料，在SK280 編織機(jī)上制備調(diào)溫針織物，共制作兩組樣品，分別用于單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)研究。單因素試驗(yàn)組制備5 種不同比例的針織物，編織時(shí)，采用4 股紗線，通過加入不同數(shù)量的調(diào)溫紗線調(diào)節(jié)比例，5 塊織物所添加的相變紗比例分別為0、25%、50%、75%、100%，組織結(jié)構(gòu)為緯平針組織，織機(jī)密度設(shè)定為3，具體規(guī)格見表1。

表1 織物規(guī)格表

正交試驗(yàn)組按照L16（45）制備16 塊針織樣品，組織結(jié)構(gòu)選用添紗組織、單羅紋、雙羅紋和四平針組織，相變粘膠紗所占含量分別為0、25%、50%、75%，4 種含量，由于相變材料成本較高且全部使用相變粘膠紗線進(jìn)行編織會(huì)影響織物的透氣性與舒適度，因此試驗(yàn)中未選取100%相變粘膠編織的織物進(jìn)行研究，織機(jī)密度選用1++、2+、3、3++四種密度，因素水平表見表2。

表2 織物升降溫試驗(yàn)因素水平表

2.3 升降溫試驗(yàn)測試

（1）測試方法

試驗(yàn)測試在溫度為24℃，濕度為50%的恒溫恒濕氣候倉內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)前將試樣裁剪成合適大小，放在大氣條件下靜置24h。打開溫度控制儀，調(diào)至50℃，待平板溫度穩(wěn)定后，將試樣放置在熱平板上，用VC6801 型熱電偶測溫儀測量織物表面的溫度，每隔10s 記錄1 次，共計(jì)25 次。升溫試驗(yàn)測試完成后，將試樣從熱平板儀上取下，用測溫儀測試織物表面的溫度，每隔10s 記錄1 次，共計(jì)25 次。

（2）評價(jià)指標(biāo)

用織物的升降溫速率來評價(jià)織物的調(diào)溫性能，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算試樣的升溫速率Vt=（32-T0）/T，降溫速率Vt=（T0-24.5）/T，速率越低說明織物表面的溫度變化越慢，調(diào)溫性能越好。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同比例織物升降溫試驗(yàn)結(jié)果分析

針織物升降溫速率試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 針織物升降溫試驗(yàn)結(jié)果

不同比例的棉紗/相變粘膠紗交織針織物的升溫曲線見圖2。由圖可知，相同的組織結(jié)構(gòu)，相變紗添加比例越大的織物，升溫速率越慢，當(dāng)棉紗/相變粘膠紗交織針織物表面的溫度變化到相變點(diǎn)附近時(shí)，相變材料開始發(fā)生相變，由固體轉(zhuǎn)化成液體，吸收熱量，此時(shí)曲線的變化程度趨于平緩。以織物wpz-50 為例，初始溫度為24℃，當(dāng)外界環(huán)境溫度不斷升高時(shí)，織物表面的溫度隨之升高，當(dāng)溫度達(dá)到34 ℃時(shí)，棉紗/相變粘膠紗交織針織物與純棉針織物的溫差最大，差值為2.9℃。在這個(gè)過程中，不同相變紗添加比例的織物升溫曲線有所差異，原因是相變纖維中的微膠囊隨著外界環(huán)境溫度的升高而不斷吸熱，相變材料由固態(tài)變成液態(tài)，降低了織物的升溫速率[9]。

圖2 針織物升溫曲線圖

不同比例的棉紗/相變粘膠紗交織針織物的降溫曲線見圖3。由圖可知，相變紗添加比例越大的織物，降溫速率越慢，降溫曲線圖越平緩，當(dāng)棉紗/相變粘膠紗交織針織物表面的溫度降到27℃左右時(shí)，相變材料開始發(fā)生相變，由液體轉(zhuǎn)化成固體，釋放熱量，此時(shí)曲線的變化程度趨于平緩。以織物wpz-50 為例，初始溫度為33.5℃，當(dāng)外界環(huán)境溫度不斷降低時(shí)，織物表面的溫度隨之降低，當(dāng)溫度降至25℃時(shí)，相變材料全部由液體變成固體，調(diào)溫過程結(jié)束，此時(shí)棉紗/相變粘膠紗交織針織物與純棉針織物的溫差最大，差值為2℃。

圖3 針織物降溫曲線圖

3.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

棉紗/相變粘膠紗交織針織物升溫正交試驗(yàn)及結(jié)果分析如表4 所示。通過對織物升溫速率的極差分析得出：影響織物升溫速率的因素從主到次依次為交織比例（A）、組織結(jié)構(gòu)（B）、織機(jī)密度（C），得到的最優(yōu)搭配為A4B1C2，即相變紗與棉紗的交織比為75: 25，組織結(jié)構(gòu)為添紗組織，織機(jī)密度為2+。

表4 升溫正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

棉紗/相變粘膠紗交織針織物降溫正交試驗(yàn)及結(jié)果分析如表5 所示。通過對織物降溫速率的極差分析得出：影響織物降溫速率的因素從主到次依次為交織比例（A）、組織結(jié)構(gòu)（B）、織機(jī)密度（C），得到的最優(yōu)搭配為A4B1C2，即相變紗與棉紗的交織比為75: 25，組織結(jié)構(gòu)為添紗組織，織機(jī)密度為2+。可以發(fā)現(xiàn)，降溫和升溫試驗(yàn)結(jié)果都顯示最優(yōu)搭配為A4B1C2。

表5 降溫正交試驗(yàn)及結(jié)果分析

4 結(jié)語

相變材料作為新型功能材料，已廣泛應(yīng)用于紡織品領(lǐng)域，用于改善紡織品的舒適性。本文首先通過對不同比例的調(diào)溫針織物的溫度變化趨勢進(jìn)行分析，再安排正交試驗(yàn)，最終確定出了棉紗/相變粘膠紗交織針織物的最優(yōu)搭配方案，最終得到以下結(jié)論：

（1）在升溫過程中，在織物組織結(jié)構(gòu)相同的條件下，相變紗添加的比例越大，升溫速率越慢，棉紗/相變粘膠紗交織針織物在相變點(diǎn)附近時(shí)，曲線的變化程度較純棉織物曲線緩和，說明相變材料對溫度的緩沖效果顯著，減緩了升溫速率。

（2）在降溫過程中，棉紗/相變粘膠紗交織針織物的溫度變化速率較純棉針織物小，其中最大降溫溫差為2℃，曲線走勢隨相變紗線含量的增加而變得緩和。

（3）影響織物升降溫速率的因素從主到次依次為交織比例（A）、組織結(jié)構(gòu)（B）、織機(jī)密度（C），得到的最優(yōu)搭配為A4B1C2，即相變紗與棉紗的交織比為75: 25，組織結(jié)構(gòu)為添紗組織，織機(jī)密度為2+。