洪晴晴 孙丰鑫 卢雨正 高卫东

（江南大学，江苏无锡，214122）

导湿性能是服装舒适性的重要组成部分，是各类运动服和休闲服穿着舒适性的一个重要影响因素。良好的导湿性能显著提高服装的舒适性，将人体产生的汗液、湿气快速地传导至织物表面，减少汗液停留在皮肤上产生的湿冷感或织物黏贴在皮肤上产生的不适感［1］。与长丝织物相比，短纤纱织物因其短纤结构使得其导湿性能更强，穿着舒适度也更高。

目前市场常见的短纤纱纺纱方式有环锭纺、转杯纺和涡流纺。与转杯纺和涡流纺相比，环锭纺具有工序长、生产效率低、耗费人力多等缺点，但其适用原料广泛，应用范围广，目前仍然占据纱线产量的主流位置［2］。转杯纺和涡流纺都是借助气流的力量对纤维进行加捻成纱，转杯纺和涡流纺产量高，流程短，自动化程度高［3⁃4］。转杯纺和涡流纺均属于自由端纺纱，但成纱结构不同。转杯纺利用气流带动纤维旋转，在纱体表面形成类似包缠纱的结构；涡流纺利用涡流扭转作用，在纱体表面形成类似包芯纱的结构。三种纺纱方法的成纱结构不同，相应的导湿性也应有所差别。本研究对这三种纺纱方式所得纱线导湿性能进行研究，探究其导湿性能的优劣。

影响织物服用舒适性的因素有很多，导湿性能是影响织物舒适性非常重要的指标。由于人们越来越重视穿着服装的舒适性，目前国内外学者对织物导湿性能的关注和研究日益增加。朱凡凡等采用毛细芯吸法将集聚纺、赛络纺和集聚赛络纺纱的导湿性能进行对比［5］。ONOFREI E 等人探究了织物结构对两种具有热调节作用纱线所织织物的热湿性能的影响，利用水滴扩散面积和毛细芯吸法对织物的导湿性能进行了测试［6］。本研究为避免纤维本身吸湿带来的差异，选择纯涤纶纱线，探讨纱线结构对导湿性能的影响，保证测试结果更加准确科学。

1 试验部分

1.1 试样准备

采用1.33 dtex×38 mm 的涤纶短纤维生产28 tex 的环锭纱、转杯纱以及涡流纱，测试纱线的芯吸高度；用电脑横机以1.2 m/s 的机头速度将三种纱织成罗纹织物，对比织物的芯吸高度和水滴扩散面积。

1.2 试验仪器

TONGHE 518J 型细纱机，A8 型电脑横机，USTER TESTER 5 型条干仪 ，YG173A 型纱线毛羽测试仪，AGS⁃X 5KN 型电子万能试验机，VHX⁃5000 型超景深显微镜；YG（B）871 型毛细管效应测定仪。

1.3 纱线结构与性能测试

导湿性能与纱线结构密切相关，为了充分对比三种纱线的导湿性能，对三种纺纱方式所得纱线的成纱结构进行分析，测试了纱线的物理机械性能，并对毛细效应和水滴扩散面积进行了测试。

1.3.1 纱线成纱结构

用VHX⁃5000 型超景深显微镜观察纱线的纵向结构，设置放大倍数为1 000 倍。在此放大倍数下，可以清晰地看到三种纱线的纤维结构，为相关结论的解释提供辅助。

1.3.2 纱线的强力、条干和毛羽测试

采用AGS⁃X 5KN 型电子万能试验机，选择细纱测试模块测试纱线的强力，测试50 次，取平均值。采用YG173A 型纱线毛羽测试仪测试纱线毛羽，每管测试10 次，单次测试长度10 m；采用USTER TESTER 5 型条干仪测试纱线条干。

1.3.3 纱线导湿性测试

采用YG（B）871 型毛细管效应测定仪对纱线的导湿性能进行测试，观察在规定时间内，有色液体沿纱线长度方向上升的高度。试验参照FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应测试方法》，测试要求为：纱线长度300 mm，张力夹约200 mg，将玫瑰红色染色剂加入去离子水中得到有色液体，水位与标尺零位齐平，张力夹位于标尺零位以下（15±2）mm，测试温度（25±2）℃，相对湿度（65±2）%，测试时间 30 min，测试 10 次，蜂鸣器响时立刻将悬垂架升起，使张力夹脱离液体，用相机正对悬垂架拍下30 min 时液体的高度，量取高度并记录，取测试平均值。

1.4 织物的导湿性测试

在纱线导湿性能测试的基础上，试验条件和测试方法不变，对织物进行芯吸试验，试样规格为250 mm×30 mm。在规定时间内水滴在布面上的扩散面积大，说明织物的导湿性能好，能够快速将汗液传导出去，保持皮肤干燥。参照GB/T 21655.2—2009《纺织品吸湿速干性的评定第二部分动态水分传递法》。将10 cm×10 cm 贴身布面朝上平放在试验台上，在布面上方1 cm 处，滴下玫瑰红色溶液0.2 mL；利用单反相机采集30 s时玫瑰红色溶液在布面上扩散的图像，在布面上方固定高度30 cm 处对布面拍照；利用Matlab 软件进行图像处理，编程计算出水分分别在三种织物上的像素面积［7］；以实际面积为 2 cm×2 cm 的卡纸作为参考物体，计算出其像素面积；最后，用比值法将三种织物上水滴的像素面积转化成实际面积，处理图片时各织物的图像面积和图像像素均保持一致，图像处理的过程：OTSU 阈值法二值化→中值滤波→最大连同域→像素量化→提取面积特征值（二值化）。

2 结果与分析

2.1 纱线成纱结构分析

三种纺纱方式所得28 tex 纱的纵向成纱结构如图1 所示。从图1（a）中可以看出，环锭纺纱的纱体较为平直，纤维排列较为紧密，但毛羽较多。从图1（b）中可以看出，纱体中纤维最为杂乱，其纱体是由芯纤维和包缠纤维组成，纱体中纤维毫无规则地缠绕在一起；从外观看，转杯纱纱线品质、光洁度较差。从图1（c）中可以看出，涡流纺纱体的表面最为光洁，涡流纺纱具有皮芯形结构，由纤维头端构成的纱芯和纤维尾端构成的包缠纤维组成，芯纤维平行排列，无捻度，包缠纤维均匀紧密地包裹在芯纱纤维的表面，纱体表面的毛羽大部分由包缠纤维构成。由于涡流纺纱的纤维头端和尾端都被包裹在纱体中，所以涡流纺纱线的毛羽值H值较低［8］。

图1 三种纱的纵向成纱结构（1 000 倍）

2.2 纱线质量指标分析

三种纱的力学性能及毛羽指标测试结果见表1。其中，线密度均为28 tex。

表1 纱线的强力、条干和毛羽指标

由表1 可知，涡流纺纱的毛羽值H值最小，环锭纺纱毛羽值是涡流纺纱毛羽值的近4 倍，转杯纺纱毛羽值是涡流纺纱毛羽值的两倍多。涡流纺纱的CVm 略低于环锭纺纱，转杯纺纱CVm 最大。虽然涡流纺纱的强力略低于环锭纺纱强力，但是其强力CV比环锭纺纱好。整体来看，涡流纺纱的质量比环锭纺纱好，转杯纺纱质量最差。转杯纺在成纱的过程中纤维在转杯内凝聚并合，转杯内的纤维须条一边添加纤维，一边加捻输出，并且在凝聚槽内的剥离点处有骑跨纤维，这种纤维在纱线输出的过程中不断包缠在纱体上，虽然转杯纺纱和涡流纺纱都是由芯纱和包缠纱组成，但是转杯纺纱纱体内弯曲、打卷、缠绕的纤维比较多，纱线质量相对较差［9］。

2.3 纱线的芯吸性能

纱线的芯吸性能主要受到两方面的影响，一是纤维本身吸水性，二是纱体结构对纤维排列的紧密度以及纤维与纤维之间的空隙导致的虹吸现象。由于三种纱采用的都是疏水性的涤纶，因此纱线的芯吸性主要受纱线结构对纱线芯吸的影响。测试了三种纺纱方式下纱线30 min 的芯吸高度，其中环锭纺纯涤纶纱芯吸高度4.89 cm，转杯纺纯涤纶纱芯吸高度2.77 cm，涡流纺纯涤纶纱芯吸高度3.74 cm。

可以看出，环锭纱的芯吸高度最大，涡流纱次之，转杯纱最小。环锭纱中纤维呈螺旋排列，纱体中纤维虽然较为紧密，但是纤维较易出现一端捻入纱体一端暴露在纱条外面形成毛羽构成无效纤维的现象，环锭纱纱体中平直纤维相对较多，所以其芯吸高度是最大的；由于涡流纱由芯纱和包缠纱构成，纱芯内纤维平行顺直没有捻度，包缠纤维在芯纱外层包缠均匀紧密，有利于纱线的导湿性，但是其包缠纤维所占比重较大，约60%，纤维间形成的水分子通道较短，垂直芯吸受到影响，因此涡流纱的纵向导湿性能要稍差于环锭纺纱［10］；转杯纱纱体中纤维更加杂乱无序，各种弯曲、打卷、外包、缠绕等不规则形态的纤维约占纱体的一半，阻塞了水分子的传导，因此转杯纱的导湿性能最差［11］。

2.4 织物的芯吸性能

织物的芯吸试验所涉及的影响因素较多，包括纤维材料、纱线结构和织物结构。本研究采用的纤维材料和织物结构相同，其芯吸高度主要受到纱线结构的影响。由于织物最终的用途是服用，因此对织物进行芯吸试验是非常必要的。试验结果表明：环锭纺纱织物芯吸高度1.63 cm，转杯纺纱织物芯吸高度0.10 cm，涡流纺纱织物芯吸高度7.17 cm。

可以看出，织物的芯吸效果与纱线的芯吸效果大为不同。涡流纱织物的芯吸高度明显大于环锭纱织物芯吸高度和转杯纱织物芯吸高度，与纱线毛羽H值的变化规律一致。因此可以认为，织物的芯吸效应主要受纱线表观结构的影响，与纱线内部结构相关性较低。

2.5 织物的水滴扩散试验

织物的水滴扩散面积本质上与纱线的特性有关。除了对纱线进行纵向导湿性能测试外，还对纱线横向导湿性进行测试。将三种不同的纱织成相同结构的织物，测试水滴在织物上的实际扩散面积，具体图像如图2 所示。

采用二值化图像分割后获得图片如图3所示。

图2 三种织物的水滴扩散面积照片

图3 三种织物水滴扩散面积二值图像

统计二值化图像中白色像素点个数，每种织物测试10 次，结果取平均值，将统计结果转化为实际面积。其中，环锭纱织物水滴扩散面积0.40 cm2，转杯纱织物水滴扩散面积0.41 cm2，涡流纱织物水滴扩散面积2.03 cm2。由图2 和图3 可以看出，涡流纱织物的水滴扩散面积最大。结合实测数据可知，涡流纱织物的水滴扩散面积分别是环锭纱织物和转杯纱织物的5.1 倍和4.95 倍。

虽然涡流纱的纵向导湿性略低于环锭纱，但在水滴扩散试验中可以看出，其水滴扩散面积远大于其他两种纱。这进一步验证了织物导湿性能测试的结论，涡流纱与其他两种纺纱方式相比，其最大的特点是毛羽少，其毛羽H值只有1.36，远低于其他两种纱。将其织成织物后，纱线之间相互挤压，织物的吸湿性能除了受到纱线自身的芯吸作用以外，还受到纱线之间的芯吸作用。涡流纱毛羽少，纱线之间的芯吸通道较为通畅，促进了水分的传导；而环锭纱和转杯纱毛羽较多，织成织物后，纱线间的通道充斥着杂乱的毛羽，不利于水分传导，因而出现后两者在水滴扩散面积上的劣势。

3 结论

（1）对比三种纺纱方式所得纱的成纱纵向结构、条干、毛羽、强力等可知，相同线密度的纱，涡流纱的条干和毛羽最好，其强力虽然不及环锭纱，但强力CV低。

（2）三种纺纱方式所得纱的纵向芯吸高度结果显示，环锭纱的芯吸高度最大，涡流纱次之，转杯纱最差。造成这种结果的原因是纱线的结构，环锭纱中纤维纵向螺旋排列，而涡流纱结构特殊，由芯纱和包缠纱构成，转杯纱中纤维杂乱无章。

（3）三种纱所得织物的纵向芯吸高度和水滴扩散面积趋势一致，涡流纱织物的导湿性有明显优势。造成这种结果的原因可能是因为涡流纱毛羽少，有利于水分从纱线间隙中传导，进而表现出优越的水滴扩散性能。

综上所述，短纤纱成纱结构对其织物的导湿性有明显影响，除了纱线本身的芯吸性能之外，纱线表面的毛羽分布情况对织物的导湿性能也存在一定的影响。涡流纱自身的结构在单根纱线芯吸上没有明显优势，但其表面较少的毛羽对于提升织物导湿性有显著影响，因此利用涡流纺纱技术开发导湿性纱具有较好的发展前景。