郭　晶，王建坤，郑　帼

(天津工业大学纺织学院，天津　300387)

0　前言

随着人们生活水平的提高，人们的消费观念正在发生巨大的变化，功能性纺织品越来越受到人们的喜爱，服装材料舒适性和功能性也成为人们谋求的目标。蓄热调温纤维是利用微胶囊技术将相变材料植入到纤维内，得到一种能够通过吸收和释放热量来实现对温度调节的新型纤维[1-2]，与传统保温织物相比，因其可双向调温的特点，在很大程度上改善了传统保暖制品厚重、穿着不舒适的特性，为纺织行业的发展带来了新的方向[3]。绢丝由蚕丝经纺纱工艺加工而成，它具有与蚕丝相同的特性。蚕丝是人们公认的“纤维皇后”[4-5]，主要是因为它具有润美的光泽、优良的悬垂性、柔软而有弹性的手感等特点[4-6]，被广泛的应用于高档奢华的面料。

本课题采用黏胶基蓄热调温纤维与绢丝的混纺纱开发智能调温功能性绢丝针织产品[7]，目的是为了将两种纤维的优良特性相结合，获得既能提供舒适性，又可以满足人们对外表美的追的针织产品，并对针织物产品的性能进行分析。

1　实验部分

1.1　蓄热调温/绢丝混纺针织物的设计开发

1.1.1织物纱线的选用

由于蓄热调温纤维纯纺纱线断裂强度低，在织造过程中容易出现断头、破洞等现象，不利于织物的大量生产，使产品开发受到了影响。同时，目前蓄热调温纤维的生产量少，产业化程度偏低，导致其价格昂贵，在满足调温性能的前提下，采用蓄热调温纤维与绢丝混纺纱，不仅降低材料成本，还提高产品的强度和光泽度。

本课题选用蓄热调温纤维含量为30%～70%的6种比例的蓄热调温绢丝混纺纱(18.4Tex)，由于单纱强力低，将两根纱合股成线(18.4×2 tex)。考虑到蓄热调温纤维与绢丝混纺纱静电现象较严重，织造有一定的困难，尤其是绢丝，因此选用了一组含有棉纤维的混纺纱，以降低静电现象带来的困难。实际上，蓄热调温纤维的静电现象远低于绢丝，因此选用了第二组混纺纱即采用蓄热调温纤维代替棉纤维。具体选用的混纺比为30/50/20、40/40/20、50/30/20、50/50/0、60/40/0和70/30/0蓄热调温纤维/绢丝/棉混纺纱作为1～6号针织物的纱线。

1.1.2织物参数的设计

本次课题所开发的针织物主要用于内衣等贴身衣物，为了使人体在穿着时感到舒适，除了要保证织物的保暖性外，还要求织物具有较好的柔软性和透气性，故我们织造纬平、罗纹两种基本针织物组织，此类组织织物具有单薄、柔软、贴身、透气性好等优点。

(1)基本参数设计与分析

织物的横密是指沿针织物横列方向规定长度内的线圈纵行数，纵密是指沿线圈纵行方向规定产度内的线圈横列数。织物的厚度是指垂直于织物方向的高度。本实验采用照布镜算出织物的横纵密，采用织物厚度测量仪测出织物的实际厚度，采用电子天平测出织物的每平方米克重，织物参数分析结果如表1所示：

表1　织物实际的基本参数

(2)织物结构示意图

图1　纬平针织物线圈图

图2　罗纹针织物线圈图

(3)上机工艺设计

织物采用机号GD-WJS型双针筒电脑提花织袜机织造。在织造过程中，应保持纱线张力基本稳定，保证织物表面线圈大小一致，考虑到纱线强力有限，为使织造能顺利进行，织机速度不宜设置过大。本次织造相同组织采用相同的上机工艺参数如表2。

表2　针织机器的技术规格

1.2　针织物性能测试

1.2.1织物的强伸性能测试

(1)实验仪器：YG026B型电子织物强力仪。

(2)实验材料：50mm×200mm各3块。

(3)实验标准：GB/T3923.1.2《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样发》。

(4)实验步骤：将仪器的夹持距离设定为20cm，把织物的两端分别夹持在夹持器的上下两夹持器，然后按下启动键，待织物被拉断，记下此时的拉力数值即为织物的断裂强力。每个比例织物测3次，取平均值作为最终测试结果。

1.2.2织物的透气性能测试

(1)实验仪器：YG461-B型织物中低压透气量仪。

(2)测试参数：Φ12、Φ16孔径，压差100Pa。

(3)实验标准：GB/T5453-1997《纺织品织物透气性的测定》。

(4)实验原理：在规定的压差条件下，测量一定时间内垂直通过式样给定面积的气流量，计算出透气率。

1.2.3织物的透湿性能测试

(1)实验环境：室温20℃,相对湿度50%左右，实验室内气流速度为0.3m/s～0.5m/s。

(2)实验器材：织物式样70mm×70mm，透湿杯直径82mm，杯深22mm，电子天平。

(3)实验标准：GB/T 12704.2-2009《纺织品 织物透湿性试验方法第2部分：蒸发法》

(4)实验过程：将织物覆盖在盛水的透湿杯上，并将实验组放置在设定好的环境中，记录一定时间(24h)透湿杯(包括式样和水)质量的变化，计算出织物的透湿量。

透湿量计算公式：

式中：WVT—每平方米每天(24 h)的透湿量(g/m2·d)；

m—实验前实验组合体重量 (g)；

m′—试验后实验组合体重量 (g)；

A—有效实验面积 (m2)；

t—试验时间 (h)。

1.2.4织物的热调节性能测试

1.2.4.1织物的保温性测试

织物保温性的测试方法是平板法，平板法测试的条件是在风速小于10cm/s(基本无风)、温度为36℃(接近人体体温)。

(1)实验式样：30cm×30cm各一块。

(2)实验仪器：织物保温性测试仪。

(3)实验标准：GB11048-89 《纺织品保温性能试验方法》。

(4)实验步骤：将试样平铺在平板式织物保暖仪内的实验板上，预热30min，然后按下开始键，每隔一段时间记录累计加热时间和实验总时间，共记下5组数据。

(5)实验环境：温度20℃左右，相对湿度60%左右。

保温率计算公式：

式中：Q—保温率(%)；

Q1—无试样散热量(W/℃)；

Q2—有试样散热量(W/℃)；

N— 试验板电热功率(W)；

t1′、t1—有无试样累计加热时间(s)；

t2′、t2—有无试样试验时间(s)；

Tp—试验板平均温度(℃)，此试验中为36 ℃；

Ta′、Ta—有无试样罩内空气平均温度(℃)，此试验中为23 ℃。

Q值越大，表明织物的保暖性越好。

1.2.4.2织物热常数测试

导热系数：在物体内部垂直于导热方向两个相距1m，面积为1m2的平行平面，若两个平面的温度相差1k，则在1s内从一个平面传导大另一个平面的热量(k)。

热扩散系数：α=K/Pc，分母是单位体积的物体温度升高1℃所需的热量，α越大，表示物体内部温度扯平的能力越大，材料中温度传播越迅速。

比热：单位质量的物质，温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量。Q=CM·ΔT。

本实验对上述6种不同蓄热调温纤维含量的织物进行导热系数测试，目的是分析蓄热调温纤维含量对织物导热系数的影响。

(1)实验仪器：2500S型热常数分析仪

(2)实验条件：室温20℃，相对湿度65%

(3)实验标准：ISO22007-2.2008 《塑料-导热率和热扩散率的测定：第二部分》

2　结果与分析

2.1　蓄热调温纤维含量、织物组织对织物强力的影响

分别对使用不同混纺比混纺纱的针织物的断裂强力和断裂伸长率进行测试，结果如表1和表2所示。

表1　织物的断裂强力

表2　织物的断裂伸长率

由表1和表2可知，相同比例的蓄热调温纤维织物中，罗纹织物的断裂强力和断裂伸长率均大于纬平组织，同时随着蓄热调温纤维比例的提高，两种组织的断裂强力和断裂伸长率均减少，说明罗纹组织的强伸性由于纬平组织；当绢丝含量一定时，不含有棉纤维的织物断裂强力大于含棉纤维织物断裂强力，这是由于蓄热调温纤维强力大于棉纤维。

2.2　蓄热调温纤维含量、织物组织对织物透气性的影响

分别对使用不同混纺比混纺纱的针织物的透气性进行测试，结果如表3所示。

表3　织物的透气性

由表3可以看出，随着蓄热调温纤维含量的增加，两种织物的透气率均提高，并且纬平织物的透气率高于罗纹织物；当绢丝比例一定时织物中加入棉会增加织物的透气率，说明织物中加入棉纤维有利于提高织物的透气性。

2.3　蓄热调温纤维含量、织物组织对织物透湿性的影响

分别对使用不同混纺比混纺纱的针织物的透气性进行测试，结果如表4所示。

表4　织物的透湿性

由表4可以看出，随着蓄热调温纤维含量的增加，织物的透湿量逐渐升高。这是因为纤维的回潮率对织物的透湿性有影响，当纤维回潮率高时，织物的透湿量增强。上述三种纤维中，蓄热调温纤维(粘胶13%)>绢丝(11%)>棉(8.5%)，混合纱线回潮率计算公式为：

W=P1W1+P2W2+P3W3

式中Pn为纤维比例，Wn为纤维公定回潮率。蓄热调温纤维含量从70%至30%的纱线的回潮率依次为12.4%、12.2%、12%、11.5%、11.3%、11.1%，因此随着蓄热调温纤维含量的增加，织物的透湿量逐渐升高。同时可以看出，纬平组织的透湿量高于罗纹组织。

2.4　蓄热调温纤维含量、织物组织对织物透湿性的影响

(1)分别对使用不同混纺比混纺纱的针织物的散热量和保温率进行测试，结果如表5所示。

表5　织物的保暖性

由表5可知，织物中蓄热调温纤维比例越多，织物的保暖率越大，相同蓄热调温纤维比例的织物，罗纹组织织物保温性优于纬平组织。这是因为蓄热调温纤维中的相变材料受到温度变化的影响而发生相变，产生吸热或放热现象，具有调节织物温度和延缓织物温度变化的作用。

(2)分别对使用不同混纺比混纺纱的针织物的热常数进行测试，结果如表6所示。

表6　织物的热常数

由表6可以看出，随蓄热调温纤维含量的增加，织物的导热率和热扩散率都降低，即织物的保暖性增加。总体来看，罗纹织物的导热率和热扩散率稍低于纬平织物，即罗纹织物的保暖性由于纬平织物，与织物的保暖性测试结果相吻合。

3　结论

(1)织物性能测试结果显示，随蓄热调温纤维含量的增加，针织物的调温效果显著增强，织物的透气性和透湿性提高，保暖效果也增强，但是织物的断裂强度下降。

(2)不同的织物组织对织物性能有一定的影响，罗纹组织的强伸性和保暖性优于纬平组织，但透气、透湿性较差。

(3)本课题认为蓄热调温纤维为60%、绢丝为40%时，织物的性能最好。这个比例混纺纱的织物具有强力较高、保暖性好、透气透湿性好的优势，同时具有较好的悬垂性，可以满足人们对蓄热调温服装的性能要求。

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