王志辉，魏取福

（江南大学纺织科学与工程学院，生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡 214122）

随着生活质量的提高，工作压力的增大，户外运动受到越来越多人的青睐。而长时间的户外运动会使皮肤受紫外线的照射变黑，甚至出现炎症，故户外运动服装的抗紫外线性能是户外运动人群重点关心的问题。此外，面料的吸湿排汗性能有助于快速排走汗液，保持皮肤的干爽和舒适。基于此，本研究从抗紫外吸湿排汗功能纤维的选用、织物组织设计、染色及后整理等方面入手，综述了纤维结构与形态设计、织物中功能纤维的选配、染色工艺优化、功能后整理等提升户外运动服装面料应用性能的措施，为研发人员对户外运动服装面料的深入研究提供依据。

户外服装面料有户外运动服装面料和户外休闲服装面料之分。户外休闲服装面料侧重休闲、时尚，追求做工细致、穿着舒适和手感亲肤，如软壳抓绒衣面料［1］。而户外运动服装面料主要用于生产手感较硬挺，在恶劣环境下能保护人身安全的衣物，如登山服、冲锋衣、滑雪服等。户外运动服装面料有夏季面料和冬季面料之分，夏季面料强调轻薄快干，冬季面料注重保暖防风［2］。除了防风防水、吸湿排汗等常规性能外，人们对户外运动服装的功能性还有很高的要求，如抗紫外、抗菌、除臭等。在这种形势下，户外运动服装面料逐渐走向功能化和智能化。

1 户外运动服装面料的功能性

1.1 抗紫外性能

紫外线（波长400～180 nm）分为3 个波段：长波段紫外线（UVA，400～320 nm）、中波段紫外线（UVB，320～290 nm）、短波段紫外线（UVC，290～180 nm）。适量照射紫外线对人体有杀菌消毒的作用，但过量的紫外线照射会危害皮肤和人体免疫系统［3］。紫外线照射到面料上会出现3 种情况：反射、吸收和透过［4］。为了提高户外运动服装面料的抗紫外性能，要使面料尽可能多地反射或吸收紫外线。纳米粒子（如二氧化钛、二氧化硅和陶瓷粉等）可以通过反射和散射紫外线来实现抗紫外效果；含发色基团或助色基团的有机物质（如水杨酸、氰基丙烯酸酯类等）可以在吸收紫外线后进行能量转换，将能量以热能或其他形式释放或消耗［3］。

各国根据国情及市场需求设定评定织物抗紫外性能的方法［5］，如中国GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》规定抗紫外产品的紫外线防护系数应在40 以上，T（UVA）AV小于5%。织物抗紫外能力与纤维表面形态、分子结构、官能团的类型以及织物厚度、紧度、密度等因素有关［6］。

1.2 吸湿排汗性能

人们在户外运动时会大量出汗，若面料吸湿排汗性能差，会产生粘附感和闷热感，故户外运动服装面料应具有较好的吸湿排汗性能，在汗液产生后能迅速吸收转移，保持舒适和干爽的体感。

吸湿排汗主要利用纤维表面沟槽或毛细现象将汗水转移至织物表面并快速蒸发。依据GB/T 21655.1—2008《纺织品吸湿速干性的评定第1 部分：单项组合试验法》测定吸水率、滴水扩散时间和水分蒸发速率；参考FZ/T 0107—2008《纺织品毛细效应试验方法》测试芯吸高度；根据GB/T 12704.1—2009《纺织品织物透湿性试验方法第1 部分：吸湿法》得出织物透湿率［7］。纤维表面张力、纤维之间孔隙的形态和方向及纤维集合体的紧密程度等都是影响织物吸湿排汗性能的主要因素［8］。

2 户外运动服装面料的原料选择

目前，户外运动服装的纤维原料有涤纶、锦纶和黏胶纤维等［6］，户外运动服装面料的多种要求一般要通过纤维复合、织物交织或者功能整理来实现［9］。

当纤维分子结构中含苯环、芳香族氨基酸时，通常有较好的紫外线吸收性能，如涤纶、羊毛；而黏胶纤维、棉等不含苯环或芳香族氨基酸的纤维紫外线吸收能力较弱［10］；形态光滑的圆柱形截面纤维比其他截面形状的纤维有更高的紫外线反射率［11］，但是要使紫外线屏蔽率达90%，一般要加入紫外线屏蔽剂［12］。除对官能团、纤维截面进行选择外，还可以通过后整理植入、共混纺丝和复合纺丝等方法研发抗紫外纤维［13］。常用的共混纺丝法是在纺丝过程中混入具有紫外线屏蔽性能的无机离子。例如日本可乐丽株式会社开发的Esumo 纤维是在聚酯纤维原料中混入超微细氧化锌粒子，有优异的紫外线屏蔽率和热辐射遮蔽率［14］。再如使用单螺杆熔融纺丝机制备的抗紫外纤维，以聚对苯二甲酸乙二酯（PET）为基体材料，将双螺杆挤出机制得的抗紫外母粒与纯PET切片共混得到抗紫外纤维［15］。

在吸湿排汗方面，含大量亲水基团（羟基、羧基、氨基和酰胺基等）的纤维如棉、羊毛，吸湿性能优异，但排汗导湿性能略有不足［16］；合成纤维则相反。常用纤维均难以同时具备这两种性能。吸湿排汗纤维一般通过物理或化学方法开发。物理法有改变喷丝孔形状将纤维截面异形化、通过特殊喷丝板和配套工艺设计中空或多孔的纤维结构等，化学法有在纤维上接枝亲水基团、引入高吸湿聚合物等［17］。例如INVISTA 公司研发的COOLMAX 吸湿排汗纤维，截面设计成螺旋桨、十字、六叶或扇贝形，并在纵向设计一定转曲，表面增加微孔，实现吸湿排汗效果［18］。杨卫忠等［19］先以片状云母、氧化铝、氧化锌为基材制备纳米复合粉体，再以PET 为载体制备凉感母粒，并调整凉感母粒用量，使其与PET 切片共混熔融纺丝制得凉感纤维。王国德等［20］在聚酯分子链上先后引入亲水的磺酸盐基团和聚醚柔性链段，得到易醇解聚酯（COPET），并与常规切片共混纺丝后制得中空预取向丝（POY）；再经碱处理得到表面具有大量微孔的中空POY，吸湿排汗性能良好。宋厚春等［21］将聚乙二醇（PEG）加入到PET 中进行嵌段共聚，得到PETPEG 嵌段共聚物，再将其与阳离子可染涤纶（CDP）共混纺丝，得到的材料具有良好的吸湿和染色性能。这些基于高导热系数的过渡元素在凉爽面料中有很大的应用潜力。

3 户外运动服装面料的设计

在机织物设计中，为了增强对紫外线的反射，可采用缎纹组织，减少经纬纱交织次数，浮线相对较长，抗紫外性能较好；同时增加织物紧度和厚度，也有利于提升抗紫外性能［22］。当其他条件不变而紧度减小时，织物吸湿排汗性能增强。

针织物设计可选择使用电脑提花机，配置好花型等参数，使面料包含网孔等有利于吸湿透气的结构。具体包括：选用抗紫外纤维、亲水导湿纤维，结合罗纹组织或双罗纹组织等，编织成两面织物或多层结构织物等。常见的单向导湿双面针织面料一般内层采用疏水性纤维编织成密度较小的组织结构，外层采用亲水性纤维及抗紫外纤维，编织成高密组织；还可以在编织过程中直接选用抗紫外纤维和异形截面纤维，使面料同时兼具这两种性能［23］；也可以选择单层编织和双层编织结合的方式，在吸湿透气要求高的部位采用单层编织。例如探路者采用TiEF DRY技术研发出的双层微结构T 恤，为加速汗液排出皮肤表面，在内层设计气孔，在外层通过蜂巢六棱锁水层锁住水分，防止汗液回渗，实现单向导湿速干的功能；泉州海天轻纺集团开发出一款超轻导湿快干面料，采用Cooldry 吸湿排汗聚酯长丝、细旦聚酯长丝与细旦弹性聚酯长丝编织成双罗纹组织，单位面积质量约100 g/m2，具有良好的导湿快干性和穿着舒适性，还可进一步开发抗菌防臭及抗紫外等功能产品；耐克开发的Nike Vapor 球衣通过单双层编织结合的方式，在需要较好透气性的部位采用单层编织，达到更好的吸湿透气效果。

4 户外运动面料的染色与整理加工

面料的染整工艺流程一般为：坯布织造→坯布检验→配布→排缸→预定形→前处理→染色→中和皂洗→烘干→成品定形→成品包装入库。与一般的外衣面料相比，户外运动服装面料在染色牢度（耐日晒、耐汗渍等）方面有更高的要求。

为了提高户外运动服装面料的耐日晒色牢度，多选用含蒽醌结构的染料。在一定范围内，染色越深，面料的耐日晒色牢度越高［24］，对紫外线的吸收越强，蒽醌类、黄酮类、多酚类染料有较强的紫外线吸收能力。添加适量的耐日晒色牢度提升剂或紫外线吸收剂也可提高户外运动面料的耐日晒色牢度［25］，此类助剂直接吸收紫外线，可防止紫外光将染料氧化破坏［26］。例如在浸轧工艺或者染色同浴中使用Rayosan PES liq 耐日晒色牢度提升剂，可在不影响染料色光的前提下提高涤纶织物的耐日晒色牢度。

在染色工艺控制方面，吸湿排汗异形纤维染色需要注意：由于其表面积增大，上色速度大幅提升，上染率也有明显的提高，但异形截面纤维对光的反射强度比普通截面纤维大，色泽显色性降低，颜色变浅［27］。若要从视觉上获得相同的颜色深度，需增加染料用量，会提高染整成本［28］。

功能整理可以在染整加工过程的不同阶段进行，如在染色过程中同步进行，或在拉幅定形中加入功能助剂进行整理。具体来说，抗紫外面料的整理方法主要有涂层法、浸渍法、印花法和微胶囊整理法等［29］。为了减少对织物色彩效应的影响，功能整理需选用透明整理剂，如亨斯迈紫外线吸收剂UV-SUN CEL LIQ 可用于锦纶和纤维素面料的染色和印花［30］；还可以采用涂层法［31］，如在聚丙烯酸酯类（PA）或聚氨酯（PU）涂层胶中均匀加入抗紫外粉再进行涂层，使面料具有抗紫外功能。但PA 或PU 涂层无孔，吸湿排汗性能较差，无法排出汗气，导致穿着闷热感加重。为了提高舒适性，使用膨体聚四氟乙烯（e-PTFE）微孔薄膜［32］来代替PA 或PU 涂层，采用双向拉伸工艺，混入抗紫外粉，形成多微孔结构，对液态水起到过滤作用；通过干法和湿法工艺生产的织物被称为可呼吸多功能织物［33］。

5 存在的问题和发展方向

随着消费者需求的改变，具有单一功能的户外运动面料已无法满足人们的需求，而现有的多功能户外运动服装面料或多或少地存在缺点。新型纤维的开发应用、纺丝技术的不断发展、高分子复合材料的更替加快、织造工艺不断改进和新型染料及整理方式的开发促进户外运动服装面料朝着功能多样化、面料轻薄化、科技智能化、色彩自然化、生产绿色化、设计个性化方向发展。

针对存在的问题，研究者可以从纤维原料的选择、织造工艺的调节、染整和后整理工序以及服装细节的设计等方面入手，尝试多种新型纤维混纺，最大程度地提高面料的服用性和功能性；在抗紫外线纤维的基础上异形化，设置沟槽或微孔，在保证其抗紫外性能的前提下使单一的纤维具有吸湿排汗性能；从成衣染色、成衣整理的方向考虑，选择上染效果较好的染料，进行成衣抗皱整理，提高服装面料的质量，满足高品位市场的需求。