摘要：采用经纱为纯棉股线，纬纱依次为纯棉股线、汉麻/棉混纺纱股线、锦纶丝股线的原料，织造两组规格相同的织物，每组各含 3 类织物，探讨了纱线捻度、纬纱纤维种类及纬纱线密度不同对其表面性能和凉爽性能的影响规律。结果表明，纤维的吸湿、导湿、透湿等湿性能优异会促进织物导热性能的提高，增大纱线捻度是提高织物导热性能的重要手段，纬纱为汉麻/棉混纺纱股线的织物具有很好的 “凉”和“爽”的使用性能。
关键词：轻工业论文发表,纤维种类,纱线捻度,织物表面性能,导热性能,湿性能
Study on the Coolness Property of Summer Bed Fabric
Abstract： Two groups of fabric each with three kinds of fabric in same specifications were woven respectively with pure cotton ply-yarn， hemp/cotton blended ply-yarn and polyamide filament ply-yarn， and based on which， how will different twist as well as different fiber types and densities of weft yarn influence each fabric’s surface properties and coolness property was investigated. The results show that the excellent hydroscopicity， moisture penetrability and liquid permeability of the fiber can improve the heat conductivity of fabric， and the increase of yarn twist is an important means for improving the heat conductivity of fabric and the fabrics which use hemp/cotton blended ply-yarn as weft can provide the fabric with good “cool” and“fresh” performance.
Key words： fiber types; yarn twist; fabric surface properties; heat conductivity; moisture behavior
炎炎夏日里消费者对织物凉爽性能提出了更高的要求，为使消费者拥有清凉的感觉，织物需同时具备“凉”和“爽”两方面的性能。“凉”是指织物能对人体起到快速降温的作用，该性能主要由纤维的导热性能决定;“爽”即干爽，是指织物经芯吸、扩散、传输等方式将人体产生的气态汗、液态汗迅速排放到织物的外层进而蒸发，从而在人体皮肤表面与织物内侧形成干燥的微气候区。目前，国内外在这方面作了一些相关研究，研究多集中在开发高散热、低比热、高吸湿的凉爽纤维和异形截面吸湿排汗类纤维，以及凉爽羊毛织物的研发;但对服用中应用最为广泛的棉织物及棉纱与其它成分纱线交织而成织物的凉爽性能研究却较少。
织物的凉爽性能受多种因素的影响，其中纤维种类的影响尤为显著。纤维种类不同，其吸湿、导湿、透湿及导热能力也不同，这些性能都会影响到织物给人的凉爽感。因此，本文设计了两组各 3 类织物：纯棉类织物(经纬纱均为纯棉股线)、含汉麻类织物(经纱为纯棉股线，纬纱为汉麻/棉混纺纱股线)以及锦纶类织物(经纱为纯棉股线，纬纱为锦纶丝股线)，每组织物的规格参数基本相同;研究纬纱成分及纱线捻度不同对其导热系数、芯吸高度、透湿率等热湿舒适性指标的影响，并分析预测纬纱线密度对各指标的影响趋势，从而为凉爽织物设计、性能分析和试织提供理论依据。
1 实验部分
1.1 实验样品及其基本参数
本文设计织造样品的规格参数见表 1、表 2。表 2 为纯棉纱、棉/汉麻混纺纱及锦纶纱的单纱捻度。
1.2 实验测试项目及方法
1.2.1 纤维形态的观察
采用JSM-5610型扫描电子显微镜对棉纤维、汉麻纤维及锦纶纤维的横截面与纵向结构进行观测。
(2)芯吸高度测试
利用YG(B)871型毛细管效应测试仪，参照标准FZ/T 01071 ― 2008《纺织品毛细效应试验方法》测试试样每间隔 5 min的芯吸高度，并直至芯吸高度不变时停止试验。每种织物经纬向各测试 3 块，取芯吸高度平均值来表征，每块试样尺寸为25 cm×3 cm。
(3)透湿量测试
采用YG601-II型电脑式织物透湿仪来测量织物的透湿量，按照GB/T 12704.1 ― 2009《纺织品织物透湿性试验方法第 1 部分：吸湿法》测试织物透湿率的方法进行，试样直径为70 mm。
1.2.5 织物导热性能的测试
利用PBW-25智能平板式织物保温仪，按照GB/T 11048 ― 2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》测定试样导热系数λ。试样尺寸为30 cm×30 cm。
纤维的形态结构直接影响到织物的导热、透气、导湿等性能。本文中采用的棉纤维、汉麻纤维、锦纶的纵横向形态特征如图 1 所示。
从图1(a)、(b)可以看到，棉纤维横截面近似为腰圆形，中腔呈干瘪状，纵向呈扁平带状，有天然转曲;图1(c)、(d)可以看到，汉麻单纤维横截面呈不规则椭圆形，有压扁的中腔，纵向平直无扭曲，表面粗糙，有麻节，且有缝隙和孔洞，并与纤维内腔相连;从图1(e)、(f)可以看出，锦纶纵向有明显沟槽，横截面呈三菱形，纤维间呈自由排列。 图 2 所示为各织物表面粗糙度(SMD)的测试结果，SMD值越大说明织物表面凹凸不平感越强。由图 2 可知，纬纱为锦纶丝时，织物的凹凸不平感最强;纬纱为纯棉时，织物的平整度最好。分析织物的经纬向紧度可知，经向紧度远大于纬向紧度，故这 3 类织物都为经支持面织物。对于锦纶类织物，其纬纱股线的捻度近似为170捻/m，单纱的捻度为183捻/m，且锦纶丝本身的初始模量较小，故纱线中的纤维松散，抱合力小，受外力作用时纱线易被压扁而产生变形，因此其对经纱的支撑作用变小，导致经纱弯曲程度变大，织物表面的凹凸不平感变强;而对于纯棉类织物，其纬纱股线捻度近似为250捻/m，单纱捻度为662捻/m，纱体较刚硬，对经纱的支撑作用较大，故经纱弯曲程度较小，织物的平整度较好;含汉麻类织物的纬纱股线捻度与纯棉类织物近似相同，单纱捻度为871捻/m，较大的捻度使得经纱的弯曲程度也较小，但纬纱中的汉麻纤维初始模量较大，与棉纤维混纺后导致纬纱表面的毛羽增多且刚性增大，纬纱表面的粗糙度变大，故其表面平整度较纯棉类织物差。由图 2还可发现，同类织物的比较中，随着纬纱线密度的增大，织物表面的凹凸不平感在增强，这可能与织物厚度增大导致测试探头行走的路径及阻力变大有关。
2.4.1 织物的吸湿性能
织物的吸湿性是指织物能够吸收空气中气态水的性能，可用回潮率进行表征。由图 4 各试样织物回潮率的测试结果可看出，含汉麻类织物的回潮率最高，纯棉类次之，锦纶类最小。在标准大气环境下，汉麻的回潮率为10% ～13%，棉为7% ～ 8%，锦纶为4.2% ～ 4.5%。分析可知，织物回潮率的变化规律与纬纱中纤维回潮率的变化规律一致，可见纤维材料的吸湿性能对织物吸湿性能的影响尤为显著。
2.4.2 织物的导湿性能
由于织物中存在大小和形状各异的空隙，容易形成毛细压差，因此织物就具有了芯吸效应，可用其来表征织物的导湿性能。各试样织物芯吸效应的测试结果见图 5 ― 图 8。
织物的芯吸效应过程较复杂，涉及到组织结构、纱线捻度、纤维及纱线间空隙及织物孔隙率等多种因素;但关系较为密切的仍是纤维本身，一般要求纤维本身具有吸湿性能，或者具有能使水分高效传输，即与吸湿性配套的微观结构。由图 5 ― 图 8 可以看出，锦纶类织物的芯吸高度最高，纯棉类最低。分析可知，织物的导湿性能受纤维内与吸湿性配套的微观结构及纱线捻度影响显著。锦纶类织物中的锦纶丝截面为三菱形，纵向形成的利于毛细传递导湿的沟槽比表面积大于棉纤维和汉麻纤维取向上的沟槽所形成的比表面积，使纤维更易形成毛细效应，且锦纶单纱的捻度远小于其它两类单纱，纤维间的缝隙较大，有利于水分传递上升，故其导湿能力较好。含汉麻类织物中的汉麻纤维纵向平直无扭曲，且有缝隙和孔洞，形成了利于水分芯吸传递的通道，但纬纱股线捻度和单纱捻度都较大，使得纤维抱合紧密，影响了纤维间隙间水分的传递上升，故其导湿能力低于锦纶类织物。而对于纯棉类织物，棉纤维良好的吸湿性使得纤维吸湿后径向膨胀明显，纤维间及纱线间的孔隙会进一步变小，导致水分在织物中的流量和传递速率下降，故其导湿能力最差。
2.4.3 织物的透湿性能
透湿性通常是指织物将人体散发的汗液以水蒸汽的形式透过织物，并向周围环境扩散飘逸的能力，可用透湿率来表征。由图 9 各试样织物透湿率的测试结果可知，含汉麻类织物的透湿性能最好，锦纶类次之，纯棉类最差。众所周知，水汽透过织物主要是通过两种方式实现：一是通过纤维自身的吸湿能力，将高湿一侧空气中的水汽吸附，将其从织物的一侧输送到另一侧，并向低湿空气中释放;二是水汽直接通过纤维间或纱线间的孔隙进行透湿。由于两组试验所织造试样的紧度相近，因此可认为 3 类织物透湿性的差异主要是由纤维自身吸湿和排湿能力不同所致。
由上述织物回潮率测试可知，含汉麻类织物的吸湿性能最好，且汉麻纤维中的细长空腔与纤维表面分布着的裂纹和小孔相连又使其具有良好排湿性能，故其透湿性能最好;锦纶类织物中，锦纶纤维的三菱形截面使得每根纤维在轴向存在微型沟槽，为其导湿和排湿创造了条件，但此类织物的吸湿能力较差，故其透湿性能低于含汉麻类织物;对于纯棉类织物，虽然其吸湿性能优良，但纤维吸湿后径向膨胀使得纤维间及纱线间的孔隙进一步变小，故其排湿性能较差，水汽不能很好的输送到低湿侧，整体表现出的透湿率低于其它两类织物。从图 9 还可发现，同类织物的比较中，随着纬纱线密度的增大，织物透湿性能在降低。这是因为当纬纱变粗时，织物在变厚且纬向紧度也在增大，二者的综合作用增大了湿汽透过织物的阻力，因此织物的透湿性能变差。
2.5 织物的导热性能
作为纤维集合体的织物，其内部纤维之间、纱线之间的缝隙相对较小，且织物中的空气通常处于静止状态，对流传热极少，而纤维材料彼此又互相贴近，温差很小，辐射散热微不足道，故织物的热传递以纤维材料热传导为主。在温度为20 ℃的环境中，棉纤维的导热系数为0.071 ～ 0.073 W/(m?℃)，锦纶为0.224 ～ 0.337 W/(m?℃)，静止干空气为0.026 W/(m?℃)，纯水为0.697 W/(m?℃)。可见水的导热系数约为干纤维的几倍到一个数量级，且测试是在标准温湿度环境下进行的，故纤维回潮率的不同，对纤维导热系数的影响也是不同的。因此，织物的导热系数受纤维的结构与排列，纤维间、纱线间的空气含量及水分含量的影响。
由图10各试样织物的导热系数测试结果可以看出，含汉麻类织物的导热性能最好，纯棉类次之，锦纶类最差。由上述织物回潮率的测试可得，含汉麻类织物纬纱的股线捻度近似为250捻/m，单纱捻度为 871捻/m，纤维间抱合紧密，含气量小，织物的吸湿性能最好，且汉麻纤维中的细长空腔与纤维表面分布着的裂纹和小孔相连使其具有良好排湿性能，水汽的散湿蒸发会带走部分潜热，故其导热系数最高;对于纯棉类织物，纬纱中单纱捻度为662捻/m，含气量较含汉麻类织物高，尽管其吸湿能力较好，但导湿能力较差，故其导热系数低于含汉麻类织物;而对于锦纶类织物，纬纱中的锦纶丝由于其截面为三菱形，纤维间随机排列导致纤维间缝隙增大，且纬纱的股线捻度近似为 170捻/m，单纱捻度为183捻/m，远小于其它两类纱线的捻度，故其可容纳更多的空气，且锦纶类织物吸湿能力较差，故整体表现出导热系数最小。可见，纱线捻度及织物的吸湿导湿能力对其导热性能的影响显著。由图10还可发现，同类织物的比较中，随着纬纱线密度的增大，织物的导热性能普遍变好，这与纬纱变粗导致织物纬向紧度增大，织物中含气量降低有关。
(1)含汉麻类织物因其单纱、股线捻度最大，且吸湿导湿透湿性能优异，故其导热性能最强，说明织物的导热性能受纤维种类及纱线捻度变化的影响明显，增大纱线捻度及改变织物湿性能是提高织物导热性能的重要手段。
(2)锦纶类织物的吸湿性能较其它两类织物差，但其导湿性能较其它类织物优异，说明纤维种类对织物的湿性能影响显著，纤维所含亲水基团的多少及纤维的横截面形态、纵向排列状况在很大程度上决定织物的湿性能，说明改变化学纤维物理形态结构是改善织物湿性能的重要手段。
(3)同类织物的性能比较中发现，随着纬纱线密度的增大，织物的导热性能在趋好，但导湿透湿等湿性能趋差。
(4)对织物各项凉爽性能指标进行综合分析可得，经纱为纯棉股线，纬纱为汉麻/棉混纺纱股线的织物具有很好的“凉”和“爽”的使用性能。
参考文献
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