万爱兰， 缪旭红， 马丕波， 陈 晴， 陈方芳

(1. 江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

目前市场上针织牛仔产品所用原料大都为靛蓝纱、聚酯纤维和氨纶等，种类单一且档次低，满足不了消费者对舒适性和功能性的需求。聚酯作为纺织纤维应用最广的原料之一，其缺点是无亲水性基团，导致其在面料服用过程中不吸湿，夏季穿着闷热，冬季有接触凉感。功能性纤维可赋予面料弹性、防水、透湿、抗静电、防油污、免烫等良好的服用性。如一些异形截面纤维，因表面有众多微孔或沟槽[1-2]，具有较高的比表面积，利用毛细管芯吸效应，能够快速地吸收皮肤表面湿气和汗水，并排放到外层蒸发。其中，Coolmax®纤维导湿性好[3-5]，始终能够保持织物与皮肤间的微气候状态，提高穿着舒适性[6]。中空聚酯纤维因其特殊的异形中空结构[7]，具有保暖功能，手感柔软滑爽，制成的织物轻柔舒适，同时克服了传统保暖材料仅仅依靠织物厚度和密度来增加保暖性，符合现代消费审美观[8]。

由于Coolmax®纤维和中空聚酯纤维均为新型纤维，目前对以其为原料开发的具有吸湿和保暖功能的针织牛仔面料的服用性能研究较少。本文利用这2种功能性原料，通过对纬编斜纹牛仔面料的结构进行设计，分别开发了具有吸湿功能和保暖功能的纬编斜纹牛仔面料，并对功能性面料的吸湿性和保暖性进行表征，测试面料的断裂强力、耐磨性、悬垂性、透气性等指标，以期为功能性纬编牛仔面料的开发提供参考。

1 功能性纬编斜纹牛仔面料设计思路

根据整理方式和市场需求的不同，纬编牛仔面料可采用色织、匹染和印花等来实现布面的颜色效应。本文从结构角度进行纬编斜纹牛仔面料的开发，以Coolmax®纤维和异形中空聚酯纤维为原料，采用靛蓝棉纱色织的方法，分别设计具有吸湿和保暖功能的纬编斜纹牛仔面料，通过简单的定型工艺，实现短流程的针织面料开发。

1.1 原料选用

为使纬编牛仔面料在纵横方向上都具有较好的弹性及弹性回复性[9]，设计时通过氨纶导纱嘴将氨纶通过添纱的方式与靛蓝纱编织成圈。

选用线密度为8.3 tex的Coolmax®纤维(英威达纤维有限公司)、线密度为16.6 tex的中空异形聚酯纤维(苏州金辉纤维新材料有限公司)，并分别与其线密度相同的 2种普通聚酯编织织物进行对比，所用纱线规格见表1，其余原料均由江阴市恒亮纺织有限公司提供。

表1 纬编斜纹牛仔面料纱线规格Tab.1 Yarns specifications of weft-knitted twill denim fabrics

1.2 结构设计与编织工艺

为获得仿机织牛仔面料的斜纹外观效应，根据花型高度和宽度，斜纹的成圈系统循环路数设计为六路一循环[9]。棉纱、氨纶采用全成圈工艺，聚酯长丝通过以1针成圈和2针浮线复合组织形成斜纹[10]，编织完成后仿机织牛仔面料反面形成二上一下斜纹效应，工艺正面形成蓝白相间斜纹效应。

纬编斜纹牛仔面料的编织图如图1所示。穿纱方式为1、3、5路穿入聚酯长丝，2、4、6路以添纱的方式穿入靛蓝纱和氨纶丝。织造时，靛蓝纱覆盖住氨纶丝，显露在工艺正面；2、4、6路的聚酯长丝以1针出针成圈2针不编织形成浮线的复合组织，在工艺反面显露仿机织二上一下斜纹效应。

图1 纬编六路斜纹结构编织图Fig.1 Knitting diagram of twill structure with six cam systems for weft-knitted denim fabric

根据不同的原料搭配，结合组织结构设计，选用机号为E24和E28、筒径为76.2 cm的纬编大圆机(泉州佰源机械有限公司)，织造时根据工艺要求设置合理的线圈长度，并根据各原料的线圈长度调整弯纱深度，使织造时聚酯长丝张力维持在3.92 cN、棉纱张力维持在2.94 cN左右，开发吸湿和保暖纬编斜纹牛仔面料，下机后坯布的面密度如表2所示。

表2 纬编牛仔试样所用原料及坯布规格Tab.2 Materials and gray fabric specifications of weft-knitted denim fabrics

注：1#、2#试样使用的机号为E28；3#、4#试样使用的机号为E24。

1.3 后整理工艺

纬编斜纹牛仔面料在定型工序经过水槽时，加入柔软剂可改善面料手感。

定型采用ASMA503KP610-2401型定型机(江苏梅大纺织机械股份有限公司)，机架幅宽为 175 cm，烘箱温度为170 ℃，车速控制为12 m/min，超喂为22%～40%，定型后1#、2#幅宽为160 cm，3#、4#为155 cm。

本文实验采用酵素洗，其工艺为：首先将纬编斜纹牛仔面料在50 ℃加入2 g/L渗透剂EHC、1.5 g/L 中性酵素保温20 min，然后于 70 ℃热水洗 5 min、50 ℃温水洗 3 min、60 ℃皂洗10 min，常温过2遍清水3 min。经后整理后成品面料的参数如表3 所示。

表3 纬编斜纹牛仔试样成品参数Tab.3 Finished fabrics parameters of weft-knitted denim fabrics

2 纬编斜纹牛仔面料性能测试

针织物的线圈结构使其更易发生形变且回复性差，从面料的外观风格和服装的穿着舒适性角度出发进行设计，可利用浮线来减小面料纬向的延伸性，使面料具有较好的结构稳定性。本文主要考察2种功能性纬编斜纹牛仔面料的保暖性、吸湿性，及面料的服用性能，包括拉伸断裂性能、耐磨性、悬垂性、透气性等。

2.1 保暖性测试

实验仪器为YG606型织物保温性试验仪，参照GB/T 11048—2008《纺织品 生理舒适性 稳定条件下热阻和湿阻的测定》进行保暖性测试。每个面料取 30 cm×30 cm试样3块，要求实验板、保护板、底板的温度上限为36 ℃，下限为35.9 ℃，预热时间为 30 min，循环次数为5次，实验结果取算术平均值。试样为设计的保暖性面料及其对比面料，即面料1#、2#。

2.2 吸湿性测试

实验仪器为YG(B)871型毛细管效应测定仪，参考FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》，在(20±2)℃温度和(65±2)%相对湿度下进行垂直芯吸实验。将尺寸为25 cm×3 cm的样品沿着线圈横列和线圈纵行剪下，底部垂直悬浮在装有蒸馏水的容器上。每个试样的底端夹一个1.2 g的夹子确保底端浸泡在垂直深度为10 mm的水中。测量 30 min内吸水的垂直高度，分别记录1、5、10、20、30 min 时试样的芯吸高度。试样为设计的吸湿性面料及其对比面料，即面料3#、4#，每种面料各取横纵方向后 3块，共6块试样，结果取算术平均值。

2.3 拉伸断裂性能测试

实验仪器为HD026NS型电子织物强力仪，参照GB/T 3923.1—1997《织物拉伸性能 断裂强力和断裂伸长率的测定》测试试样的拉伸断裂强力。试样尺寸选用250 mm×50 mm，夹持方法为剪切条样法，断裂伸长率小于或等于75%的织物，隔距长度为200 mm；断裂伸长率大于75%的织物，隔距长度为100 mm。由于试样面密度均大于200 g/m2而小于500 g/m2，预加张力设定为5 N，拉伸速度为100 mm/min，面料1#～4#的横列、纵行方向各测试 5组，实验结果取算术平均值。

2.4 耐磨性能测试

实验仪器为Y522型织物耐磨仪，参照GB/T 21196.2—2007《纺织品 马丁代尔法织物耐磨性的测定 第2部分：试样破损的测定》测定试样的耐磨性能。进行耐磨性能测试时，给试样选用适当的压力，加压重锤选择250 g，磨料选择中型A150的炭化砂轮。根据标准，评定方法为每摩擦 5次观察试样出现破损则作为摩擦终点，即经过磨损后，试样中某根纱线断裂造成外观上的破洞，记录试样破损前累积的摩擦次数即耐磨次数。出现破洞越早，即所耐受的摩擦次数越少，说明织物的耐磨性能越差。面料1#～4#各测试5块试样，实验结果取算术平均值。

2.5 悬垂性测试

实验仪器为YG811E型织物悬垂性试验仪，参考FZ/T 01045—1996《织物悬垂性试验方法》进行悬垂性测试。面料1#～4#各裁成直径为24 cm的圆形 1块，转动速度设定为30 r/min，对动静状态下的织物进行悬垂性测试。

2.6 透气性测试

实验器材为YG(B)461E型数字式织物透气性能测定仪，参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》进行透气性实验。测试面积选择20 cm2，测试压差设定为100 Pa，面料1#～4#各取不同的位置测量10次，结果取算术平均值。

以上所有实验均在恒温恒湿实验室(温度为(20±2) ℃，相对湿度为(65±3)%)调湿24 h后进行。

3 结果与讨论

3.1 保暖功能性牛仔面料的性能分析

功能性纬编斜纹牛仔面料的保暖性测试结果如表4所示。

表4 保暖纬编斜纹牛仔面料保暖性实验结果Tab.4 Heat retention of weft-knitted denim fabrics with special-shaped hollow polyester

保温率越高、导热系数越小、克罗值越大，织物的保暖性越好。由表4可知，使用异形中空聚酯纤维的面料2#的保温率比使用普通聚酯纤维的试样1#的高3.31%，提高了23.4%，导热系数比普通聚酯纤维的低21 W/(m·℃)，克罗值高0.02，可见，中空异形聚酯蓄静止空气能力强，面料2#比1#的保暖性能好。

保暖纬编斜纹牛仔面料沿纵、横向拉伸断裂实验结果见表5。试样1#和2#所用原料、面密度、纵横密均接近，稍有不同的是试样2#的聚酯纤维含量略高于试样1#，故表现为试样2#的横向断裂强力略高于试样1#。

表5 保暖纬编斜纹牛仔面料拉伸断裂强力Tab.5 Tensile breaking strength of weft-knitted twill denim fabrics with special-shaped hollow polyester

纬编斜纹牛仔面料耐磨性测试数据如表6所示。可以看出，由于试样2#中聚酯纤维的含量高于试样1#，试样2#的耐磨次数比1#高。故在设计纬编斜纹牛仔时，适当增加聚酯纤维的比例，可提高面料的拉伸断裂强力和耐磨性。

表6 保暖纬编斜纹牛仔面料服用性能Tab.6 Wearability of weft-knitted twill denim fabrics with special-shaped hollow polyester

由表6保暖纬编斜纹牛仔面料悬垂性测试结果可知，1#、2#面料悬垂系数差异不明显，说明设计的保暖纬编斜纹牛仔面料的悬垂性基本一致。由于试样1#的棉纱含量高，聚酯纤维含量低，故2#的透气性比试样1#略差。

3.2 吸湿功能性牛仔面料的性能分析

功能性纬编斜纹牛仔面料吸湿性实验结果如图2 所示。可知：在织物的纵、横方向上，加入 Coolmax® 纤维的试样4#在速度和数值上都比试样3#的吸湿性好，随着时间的增长，吸湿速率均变缓；针对同一块试样，横列方向的吸湿性优于纵行方向，这是由于针织物纱线沿横向编织所决定的。在第1 min内，几组试样纵横方向上的吸水性能差异不大，但在1～10 min 阶段，由于纤维毛细管内外压差太大，毛细管吸水效率高，芯吸高度提升了4～10倍，试样4#纵行方向的芯吸高度甚至超过了试样3#横列方向，表明Coolmax®纤维使面料的吸湿性能得到了提升，适合作为运动服装面料。

图2 垂直芯吸实验芯吸高度对比Fig.2 Vertical core suction height contrast

吸湿纬编斜纹牛仔面料沿纵、横向拉伸断裂试验结果见表7。

表7 吸湿纬编斜纹牛仔面料拉伸断裂强力Tab.7 Tensile breaking strength of weft-knitted twill denim fabrics with Coolmax® fibers

表7中数据显示断裂强力沿横列方向大于纵行方向，说明针织物编织方向对织物的强力有显著的影响。试样3#、4#面密度接近，试样4#断裂强力大，其对应的纵密最高，而4#横密虽比试样3#略低，但因纵密显著高于3#，且试样4#中的线圈小于试样3#，结构更紧密，横向拉伸时面料不易断裂破坏。此外，对比表5、7中数据可知，3#、4#面料断裂伸长率显著大于1#和2#，主要是因为试样3#和4#采用的是线密度为7.8 tex的氨纶，比试样1#和2#的4.4 tex氨纶粗；虽然试样1#、2#采用的是线密度为 16.6 tex聚酯纤维，但试样1#、2#的断裂强力并没有高于3#、4#，表明织物密度比聚酯纤维粗细对织物的强力影响大。

吸湿纬编斜纹牛仔面料耐磨性及悬垂性测试数据如表8所示。可知，试样3#耐磨性好，可能与其面料面密度大有关，与试样4#相比，3#织物纵密和横密差异小，织物结构均匀，故耐磨性好。

表8 吸湿纬编斜纹牛仔面料服用性能Tab.8 Wearability of weft-knitted twill denim fabrics with Coolmax® fibers

吸湿纬编斜纹牛仔面料悬垂性测试结果表明，试样3#、4#的悬垂系数差异不明显，说明设计的吸湿纬编斜纹牛仔的悬垂性基本一致。

由表6、8中数据可知，纬编斜纹牛仔面料透气性最差的是试样4#，透气率只有90 mm/s，因为其纵向密度最大，单个线圈小，织物紧密，孔隙率小。

4 结 论

1)结合市场需求和生产实际，本文利用中空异形聚酯纤维和Coolmax®纤维结合纬编六路斜纹结构分别设计了面密度为320 g/cm2左右的保暖纬编斜纹牛仔面料和270 g/cm2左右的吸湿纬编斜纹牛仔面料，并分别用相同线密度的普通聚酯纤维以相同结构作为性能对比样。

2)与普通聚酯纬编斜纹牛仔面料相比，异形中空聚酯纬编斜纹牛仔面料的保温率提高了23.4%，Coolmax®纬编牛仔斜纹面料在1～10 min内横列方向芯吸高度提升了4～10倍。

3)线密度大的氨纶会提高纬编斜纹牛仔面料的拉伸断裂伸长率；织物密度尤其是纵密会增加面料的拉伸断裂强力和耐磨性；织物透气性受其密度、原料比例及线圈长度的影响，棉纱线圈长度大及含量高会提高织物的透气性，织物密度与透气性成负相关。