Coolplus纤维织物吸湿性能测试研究

2015-01-05姚海伟

纺织科学与工程学报 2015年3期

姚海伟

(陕西工业职业技术学院化工与纺织学院，陕西咸阳712000)

1 Coolplus纤维的研究现状

据资料报道，开发具有吸湿排汗功能的产品，通常采用物理改性、化学改性或者是两者的结合，一般有以下一些方法［1］:(1)在合成聚合物原料时，采用向聚合物的成纤大分子中引入酰胺基、氨基、羧基、羟基等亲水性基团;(2)通过改变纺丝工艺条件和喷丝板孔型状，在纺丝时制成超细纤维、异形纤维、中空微多孔纤维;(3)将吸湿性物质固定于纤维表面，提高纤维的吸湿性;(4)利用对纤维表面进行处理及改性技术，增强织物及涤纶等合成纤维的表面吸湿性，使棉织物表面产生排水效果;(5)与亲水性聚合物共混纺丝;(6)与吸湿性聚合物复合纺丝;(7)运用生物酶分解等多种技术提高织物及纤维的吸湿排汗性等。

经济性、舒适性、功能性是未来服用织物的特色，健康、舒适是未来的方向发展，因此在运动、休闲领域有着广阔的发展前景，具有吸湿快、放湿快、蒸发快的独特功能性面料倍受青睐。

我国台湾省中兴纺织公司研发的Coolplus新型纤维，它具有良好吸湿排汗功能。利用四条细微纤维表面沟槽，产生“毛细现象”经芯吸、扩散、传输，通过织物使水滴瞬间排出体外，让肌肤充分感受清凉和干爽。其干燥效率较棉高10%～46%，湿气扩散能力较棉高11%～75%。

Coolplus纤维是普通聚酯纤维经过必要的改性而制成的，由台湾中兴纺织有限公司开发生产。由于其优良的吸湿排汗性能，自问世以来，被国内外的一些厂家纷纷采用，广泛应用于针织内衣、T恤衫、衬衫、运动服等领域中，深受消费者的欢迎，特别是在美、日、法等名牌运动服饰应用更广泛。

2 Coolplus织物吸湿排汗原理

Coolplus织物具有优异的吸湿排汗性能与纤维的“+”型截面形状和表面的无数微坑有密切关系。

2.1 纤维截面形状与吸湿排汗性能

Cooplus纤维生产时，利用异形孔喷丝板直接纺丝成“+”型截面，使纤维表面形成四条细微沟槽，异形纤维之间和异性纤维束之间形成的毛细管数量比相同细度的圆形纤维之间和圆形纤维束之间形成的毛细管数量多许多，织物毛细效应更加明显。

纤维异形化后，表面积增加，使液态水的传导面积和汽态水的蒸发面积增加，有利于水汽的传输;同时吸水面积增加，吸水性较其它纤维高。

且“+”型截面使Coolplus纤维蓬松、充实度降低，形成较多的孔隙，与皮肤的接触面积比圆形减小1/2，从而减少了湿感，增加了凉爽感，穿着更加舒适。

2.2 纤维表面结构与吸湿排汗性能

Coolplus纤维纺丝时，向普通聚酯中添加成孔改性剂，并在聚合物均匀分布，通过熔融纺丝，用碱在整理阶段溶解出来，纤维表面具有许多细微孔洞和沟槽。

Coolpus涤纶长丝是一种疏水性纤维，没有经过化学改性其本质与普通涤纶相同，但织物可以通过纤维上的孔洞和细微沟槽产生的毛细现象，将肌肤表层排出的汗水与汗汽，经由芯吸、扩散、传输等作用，瞬间排出体外，从而使肌肤保持干爽与凉快。汗液的吸收速度和扩散速度比棉还要快。

Coolpus纤维内的水分不像其它高吸水的天然纤维如棉纤维是水与其亲水基有化学结合，只是机械地保存在纤维内，因此蒸发同样的水分，Coolpus纤维需要较少的热量，能在很短的时间达到干燥状态。

Coolplus织物吸湿排汗示意图见图1。

图1 Coolplus纤维吸湿排汗原理

3 织物吸湿排汗性能的测试方法

有关织物吸湿排汗性能的测试方法并没有统一的标准，世界各国有不同的测试方法和评价指标，如美国杜邦实验室的滴液法、我国的透湿杯法等。现就各种测试方法做一介绍，为测试Coolplus织物吸湿排汗性能做准备。

3.1 透气性

根据《中华人民共和国国家标准－纺织品织物透气性的测试(GB/T 5453 －1993)》［2］试验方法，使用织物透气仪测定在一定压力差条件下，织物单位时间内通过的空气量，测试织物的透气性能。

3.2 毛细效应法

织物毛细效应测试方法参照《中华人民共和国国家标准－纺织品毛细效应试验方法(FZ/T 01071－1999)》执行。毛细效应法在测试环境为20℃、65%RH时，沿织物经向在左、右、中等部位各剪尺寸为30cm×2.5cm试样条各1条，将其一端夹在毛细效应测试仪的装置上，另一端夹一质量为3g的张力夹，布条下端浸入加有红墨水的水中，放置30min后，测水在织物上的上升高度，并以此高度作为织物对液态水传递性能指标［3］。

3.3 比利时UCB倒置法

比利时UCB公司推出的两种测试方法［4］属于干燥剂法，其中一种方法为倒置法。另一测试方法与美国的ASTME 96法基本相同。

首先吸湿杯中放入150g干燥剂，称量其重量为m1，将裁取好的面积为100cm2圆形试样固定于吸湿杯上，且面向外以胶带固定，将测试装置倒置在已达吸湿饱和的海绵垫上，经5h后将试样去除，并称重内装有干燥剂的吸湿杯得m2，将m1、m2代入下式，得出测试结果:

式中:M.V.P——透湿量(g/m2·24h)

S——试样的被测面积(m2)

T——测试时间(h)

3.4 杜邦公司滴液法

根据美国杜邦公司实验室滴液法测试标准［4］，裁取5×13cm大小的试样1块，平放在水平面上(注意正面向上)，下铺上白色滤纸一张，将一滴0.05ml的水珠滴在试样的左半部分，按下秒表，记录所需要的时间，(注意是水珠完全渗入织物内部)，或者测定30min后达到的最大扩散位移。一般选取代表性的经向、纬向、45°来表征织物导湿性能。

3.5 水分蒸发率

为了既简便又准确地测量织物的导湿性能，我国台湾省纺拓协会TTF0007《吸湿速干纺织服饰品》［5］提出了一个简便易行的方法，不需要很多的设备，也不需要专业的技术就可操作，但是却能很准确地反映织物的导湿性能。匝紧一块6×6cm试样在烧杯口部，试样经纬纱没有扭曲且表面平整。将其放置在标准环境状态下静置24h，然后置于电子天平上(精确度为0.001g)，在滴定管口距试样1cm处将一滴0.05ml水滴于试样表面，测试12min后该水滴的水分蒸发率。

3.6 透水性

根据文献测试方法，在织物的一面连续增加水压，到织物另一面出现水渍时，测量水柱的高度，从而确定织物的透水性能。实验时，裁取直径20cm的试样一块，当织物一面连续增加水压，到织物另一面出现水渍时，测定水柱的高度(厘米液柱，1cm=98Pa)。

3.7 透湿杯法

织物的透汽性能可以透湿量来衡量。参照我国国家标准《GB/T 12704－1991织物透湿量测定方法》［6］，测试中采用非接触法，因此透湿量主要反映了织物的透汽性能，透湿量越大，透汽性越好。测试方法包括以下两种:

3.7.1 吸湿法

吸湿法又叫干燥剂法，是指在一定湿度、温度下，通过测定干燥剂一定时间内所吸收的水蒸气量，从而获得此条件下单位时间内透过试样单位面积的水汽量，常用的评价指标为蒸发率。

3.7.2 蒸发法

蒸发法又包括正杯法(正相杯法)和倒杯法(反相杯法)，它们是测定在一定的风速、温度和湿度下单位时间内透过试样单位面积的水蒸气量，一般用一天通过1m2的织物所透过的水蒸气的质量(单位:g/m2·24h)来表示。

正杯法与倒杯法的根本区别在于前者织物测试面与水面保持一定的距离，而后者则使被测织物测试紧帖水面。正杯法的测试条件与人体在少量运动或静止状态下织物的透湿性相近，人体排出的汗液较少，这时皮肤与织物间有一定的空隙，且较大水汽浓度的空气存在。倒杯法的测试条件和人体在剧烈运动状态下的透湿性相近，在这种状态下，人体排除的汗液急剧增多，织物与人体皮肤上的汗液直接接触。

3.8 水皿法

文献介绍的水皿法测试的是织物透湿汽性能，实验中用烘箱模拟恒温恒湿条件测试试样透汽量。杯子中的水汽通过织物不断传输到外界，所以杯中水量逐渐减少，通过多次杯内水的质量称量，得到该织物对水汽的穿透阻碍作用的大小。

3.9 日本工业标准JISL－1099

测试原理［7］是:用醋酸钾作为干燥剂。将PTFE薄膜用橡皮环箍在塑料杯上制成一个水蒸气通透杯子。在将薄膜包覆在杯子上之前，将充足的醋酸钾溶液(占杯子容积约2/3)放入到水蒸气通透杯子中。在每一织物上取出20×30cm的样品3块，放置在测试支撑架上。所有涂层或层压织物用橡皮环固定在支撑架上，并涂层或层压面朝外。样品支撑系统的安装以能够漂浮在23℃水温的水槽中为准。在薄膜朝上方向测试包括试样、干燥剂和薄膜杯质量后，将测试杯迅速倒过来并放入样品支撑架中。这一装配方式被放置在恒温30±2℃装置中。15min后，将测试杯取出恒温装置，将其倒置过来并测其重量。

3.10 红外光法

用SC69－02型水分快速测定仪，在托盘上放入8ml水，将130mm×110mm的织物覆盖在托盘上，打开红外光源，在读数窗读出数据，即为失水重量，以此计算导湿率。实验环境为20°C、35%RH。此法的测试状态更接近于夏季服装的穿着状态，测试速度快，每次只需10min。操作方便，所需仪器及附件少，仪器成套性好，成本低，更有实际意义。

3.11 LYSSY法

丹麦PBI Dansensor Lyssy公司提出的该测试方法以电阻式阻抗检测器在温度为28℃，相对湿度为90%的条件下测定一定时间内水蒸气透过单位面积试样的质量［8］，因此也可以将其视为蒸发法中的一种。由于其测试时间较短，且测试结果是电脑自动换算后，再经打印机直接打印出来，故为众多之测试方法中最为省时的一种测试方法，缺点为不能同时测试多块试样。

3.12 ISO11092热盘法

热盘测试法，也称皮肤模型法，是通过测试模拟紧贴皮肤所发生的传热过程的方法［9］。从测试原理来看，出汗热盘测试方法属于蒸发热转移阻抗法，是用于测量不同类型织物对水蒸气的阻抗(水蒸气阻抗是指织物两侧的蒸气压力差值除以压力梯度方向单位面积总的蒸发热流量)。蒸发阻抗越低，则透水汽性能越好，即出汗热盘法测试的是蒸气热传递阻力。蒸发阻抗越高，织物的呼吸性越差。

3.13 假人法

出汗假人法的假人有点像热盘法，用来模拟典型人体的形状和尺寸。假人测试比出汗热盘测试更具有实际意义，因为它可以考虑更多的变量，包括服装覆盖人体的表面积、纺织品的层数和人体表面空气层的分布、松还是紧配合、人体不同部分的皮肤温度差异、身体的位置和运动状态等。由于出汗假人法复杂、昂贵，使得假人测试费用比热盘法高。

3.14 垂直吸水法

垂直吸水法是将织物一端浸入水中，另一端吊在称重仪器上，测量一定时间内织物的吸水量。垂直吸水法测量织物液态水传递能力时，不同试样宽度方向同时吸水的纱线(或毛细管)根数必须相等，称重仪器必须能连续测量。此法称重仪器和试样准备要求高。

3.15 保水率法

将试样放在25℃、相对湿度65%的环境中平衡后，在蒸馏水深50mm下浸渍30min，提出水面后悬挂，在基本不滴水后称重。再用离心脱水机(加速度1900m/s2，即重力加速度的194倍)脱水3min(周边加吸水层防止容器内壁剩水被织物吸回)称重。烘干后称得干重。由此计算平衡回潮率、饱和回潮率(相当于空气相对湿度100%条件下的吸水率)、保水量、吸水量从而求得保水率。