桑蚕丝无缝针织物热湿舒适性能研究

谢松杨, 金子敏,b, 樊明山, 陶建伟

(1.浙江理工大学,a.材料与纺织学院；b.先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018；2.浙江棒杰数码针织品股份有限公司, 浙江 义乌 322009)



桑蚕丝无缝针织物热湿舒适性能研究

谢松杨1a, 金子敏1a,b, 樊明山2, 陶建伟2

(1.浙江理工大学,a.材料与纺织学院；b.先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室, 杭州 310018；2.浙江棒杰数码针织品股份有限公司, 浙江 义乌 322009)

摘要:采用牵伸倍数2.4的桑蚕丝包覆纱、牵伸倍数2.4和2.8的锦纶包覆纱为里纱,以2×23.3 dtex和3×23.3 dtex的桑蚕丝为面纱,以纬平针、1+1假罗纹、1+2假罗纹为组织结构设计试织了18块无缝针织物。对18块无缝针织物的热湿舒适性能进行测试分析,并研究织物的里纱、面纱、组织结构与织物热湿舒适性之间的关系。结果表明：以牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、组织结构为纬平针的无缝针织物的透湿性和透气性较好；以桑蚕丝包覆纱为里纱、3×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、组织结构为1+2假罗纹的无缝针织物的接触冷暖感较好；以锦纶包覆纱为里纱、3×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、组织结构为纬平针的无缝针织物的导热性能较好；以桑蚕丝包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、组织结构为纬平针的无缝针织物的热湿舒适性能较好。

关键词:桑蚕丝; 无缝针织物; 包覆纱; 组织结构; 热湿舒适性能

无缝针织技术近几年来发展迅速,具有广阔的市场前景[1]。无缝针织产品的特性是贴身、不紧绷。但是,目前的无缝针织物一般采用化学纤维作为原料,其无缝针织物产品的舒适性欠佳,难以满足消费者的需求。面对激烈的市场竞争,只有不断地进行差异化产品研发与创新,才能在竞争中脱颖而出。提高无缝针织物产品的舒适性,纤维材料的选用是关键。桑蚕丝是集轻、柔、细为一体的天然纤维,素有“人体第二皮肤”美誉之称,具有很好的亲肤性,桑蚕丝面料具有贴身保暖、蓬松轻柔、透气保健等特点[2-3]。将桑蚕丝应用到无缝针织领域中,制得的无缝针织产品不仅能体现无缝针织物的塑身效果和美观性,还使无缝针织物拥有桑蚕丝的亲肤舒适性特点。本文主要研究桑蚕丝无缝针织物的纱线规格、组织结构等规格参数与织物的热湿舒适性之间的关系[4],为研发具有良好热湿舒适性能的桑蚕丝无缝针织物提供一定的参考。

1　实　验

1.1材料与仪器

材料：桑蚕丝无缝针织物(棒杰数码针织品股份有限公司)、无水氯化钙(分析纯,浙江巨化新联化工有限公司)。

仪器：Y802型八篮恒温烘箱(无锡市三环仪器有限公司),TL-2型工业天平(上海西域机电有限公司),透湿杯(承德市科承试验机有限公司),烘箱(宁波赛茵仪器有限公司),YG601-I/II型织物透湿仪(宁波纺织仪器厂),YG461E型织物透气性测试仪(温州方圆仪器厂),KES-F7 THERMO LABOIIB型精密迅速热物性测试装置(凯恩喜科技有限公司)。

1.2方法

桑蚕丝无缝针织物样品的试识,分别从三个因素入手：因素A——里纱规格,包括牵伸倍数为2.4的桑蚕丝包覆纱(A1)、牵伸倍数为2.4的锦纶包覆纱(A2)、牵伸倍数为2.8的锦纶包覆纱(A3)；因素B——面纱规格,包括2×23.3 dtex桑蚕丝(B1)、3×23.3 dtex的桑蚕丝(B2)；因素C——组织结构,包括纬平针(C1)、1+1假罗纹(C2)、1+2假罗纹(C3)。18块试织织物的具体设计方案和试样分析得到的基本规格见表1。

1.3性能测试

1.3.1吸湿性能

按照GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定 烘箱干燥法》进行吸湿性能测试[5]。先把布样放在恒温恒湿环境中调湿24 h,用电子天平称的布样的湿重,再放入烘箱中烘干,然后每隔10 min测量一次,直到连续两次称的质量之差不大于后一次称的纱线质量的0.05%为止。

表1　各无缝针织物设计方案及织物规格

1.3.2透湿性能

按照GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第1部分：吸湿法》进行透湿性能测试[6]。实验前首先要将称好的白色颗粒状无水氯化钙放入烘箱内,以160 ℃的温度烘3 h。同时将织物透湿仪调温调湿。然后把烘好的无水氯化钙装入透湿杯中,无水氯化钙上表面距离杯口约4 mm。将试样的测试面朝上放在透湿杯上,放上垫圈,拧好螺丝,在测试杯的侧面用胶带密封好,放入调温调湿好的透湿仪中平衡1 h,取出透湿杯,盖上杯盖放置硅胶干燥器中0.5 h后分别称其质量。之后将去掉杯盖的透湿杯再次放入透湿仪中平衡1 h后,取出、盖上杯盖,分别称其质量。两次平衡后称的质量之差就是织物在1 h内的透湿量。

1.3.3透气性能

按照GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》进行透气性能测试[7]。将试样放入恒温恒湿环境中调湿24 h,采用透气测试仪对每块布样的不同位置的透气量进行测试,读取数据,取平均值。

1.3.4接触冷暖感

把温度测试仪T-BOX合到BT-BOX上进行热传递,使T-BOX达到热平衡。然后将试样放到20 ℃的定温台上。最后把T-BOX放在试样上,读取最大瞬间流失的热量Qmax,得到接触冷暖感指标[8]。Qmax值越大,表明接触冷感越明显。

1.3.5导热性能

将试样放置在20 ℃的定温台上,然后将BT-BOX倒扣在实样上,此时30 ℃的BT-BOX上的热量开始向试样传递,BT-BOX的温度会因为损失热量而下降,需要调节仪器使BT-BOX的温度回到30 ℃,待其稳定1 min后,读取热传导率,得到试样的导热性能指标[9]。

2　结果与讨论

2.1吸湿性

各试样的回潮率实验测试分析结果见图1。图1(a)(b)都是面纱规格相同的情况下,三种不同里纱规格组织的回潮率与组织结构的关系。从图1(a)可以看出,回潮率的大小按照无缝针织物的里纱规格不同排列依次为：桑蚕丝包覆纱织物>牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱织物>牵伸倍数2.8的锦纶包覆纱织物。分析认为,桑蚕丝包覆纱的回潮率比锦纶包覆纱的回潮率要大；当面纱为2×23.3 dtex桑蚕丝时,同一种里纱的无缝针织物回潮率大小按照组织结构的排列依次为：纬平针>1+1假罗纹>1+2假罗纹。从图1(b)可以看出,当面纱为3×23.3 dtex桑蚕丝时,以桑蚕丝包覆纱为里纱的无缝针织物回潮率还是比锦纶包覆纱为里纱的无缝针织物高。但是织物回潮率受组织结构的影响不是很明显,即当面纱为3×23.3 dtex桑蚕丝时,织物回潮率的影响因素同时受织物的里纱和组织结构共同影响。结合图1(a)(b)可以得出,以桑蚕丝包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物回潮率相对较高。

图1　不同规格里纱的无缝针织物回潮率Fig.1　The moisture regain of seamless knitted fabric with different specifications of lining

2.2透湿性

各试样的透湿性能测试和分析结果见图2。图2(a)(b)都是面纱规格相同的情况下,三种不同里纱规格织物的透湿与组织结构的关系。结合两者可以看出,以牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱为里纱的无缝针织物透湿率均高于另外两种规格包覆纱为里纱的无缝针织物；以牵伸倍数2.8的锦纶包覆纱为里纱的无缝针织物透湿率低于桑蚕丝包覆纱为里纱的无缝针织物。从图2(b)还可以看出,织物透湿率的大小按照里纱规格不同排列依次为：牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱织物>桑蚕丝包覆纱织物>牵伸倍数2.8的锦纶包覆纱织物。分析认为,此时面纱也影响了织物的透湿率。结果表明,以牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物透湿性能相对较好。

图2　不同规格里纱的无缝针织物透湿率Fig.2　The moisture permeability of seamless knitted fabric with different specifications of lining

2.3透气性

各无缝针织物的透气率实验测试和分析结果见图3。从图3(a)可以看出,织物的透气率大小按照里纱规格的排列依次为：牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱织物>牵伸倍数2.8的锦纶包覆纱织物>桑蚕丝包覆纱织物；织物透气率大小按照织物的组织结构排列依次为：纬平针>1+2假罗纹>1+1假罗纹,但是相差不明显。从图3(b)可以看出,当面纱为3×23.3 dtex桑蚕丝时,以桑蚕丝为里纱的无缝针织物透气率最小,且1+1假罗纹为组织结构时的织物透气率最低。因为纬平针织物比较薄,而1+2假罗纹无缝针织物虽然厚,但是线圈之间的空隙比较大,也比较容易透气。比较图3(a)(b)可知,面纱的规格对织物的透气性影响也是较大的。结果表明,以牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物透气性能相对较好。

图3　不同规格里纱的无缝针织物透气率Fig.3　The air permeability of seamless knitted fabric with different specifications of lining

2.4接触冷暖感

各无缝针织物的接触冷暖感测试和分析结果见图4。从图4(a)可以看出,当面纱为2×23.3 dtex桑蚕丝时,无缝针织物的Qmax值大小按照里纱规格不同依次排列为：牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱织物>牵伸倍数2.8的锦纶包覆纱织物>桑蚕丝包覆纱织物。分析认为,无缝针织物的里纱贴近人的皮肤,因此里纱的性能对织物Qmax值的影响较大；当织物的里纱规格相同时,可以看出织物的Qmax值大小按照织物组织结构排列为：纬平针>1+1假罗纹>1+2假罗纹,这是由于纬平针织物比1+1假罗纹和1+2假罗纹织物薄,对热传递阻碍能力较差。对比图4(a)(b)可知,面纱对无缝针织物的Qmax值的影响不是太大,接触冷感的变化规律基本一致。结果表明,以桑蚕丝包覆纱为里纱、3×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、1+2假罗纹为组织结构的无缝针织物的Qmax值最小,即接触冷感最不明显。

图4　不同规格里纱的无缝针织物Qmax值Fig.4　The Qmax value of seamless knitted fabric with different specifications of lining

2.5织物的导热性

各无缝针织物的导热性能测试和分析结果见图5。从图5(a)(b)可以看出,当面纱规格相同时,同一种规格里纱的无缝针织物导热率随着组织结构的变化依次排列为：纬平针>1+1假罗纹>1+2假罗纹。从图5(a)可以看出,当面纱为2×23.3 dtex时,三种里纱的无缝针织物导热率曲线几乎重合,这就说明此时织物的热传导率受组织结构的影响最大。从图5(b)可以看出,当面纱为3×23.3 dtex时,虽然三种里纱的无缝针织物热传导率还是依次为：纬平针>1+1假罗纹>1+2假罗纹,但此时以桑蚕丝包覆纱为里纱的无缝针织物导热率已经明显低于以锦纶包覆纱为里纱的无缝针织物。对比图5(a)(b)可知,两者只是面纱规格不同,因此面纱规格对无缝针织物的导热性也是有影响的。结果表明,以锦纶包覆纱为里纱、面纱为3×23.3 dtex桑蚕丝、组织结构为纬平针的无缝针织物的热传导率较大,即其导热性能相对较好。

图5　不同规格里纱的无缝针织物的热传导率Fig.5　The thermal conductivity of seamless knitted fabric with different specifications of lining

2.6无缝针织物热湿舒适性能的模糊综合评价

随着科技的发展和社会的进步,消费者对服装的要求不仅仅局限于保暖性,对服装的舒适性也越来越关注。服装的舒适性包括热湿舒适性、形态舒适性和心里舒适性,其中对热湿舒适性能的研究是把人体、服装和外界环境三者联系在一起,探讨织物的热湿传递指标、热传递机理和影响因素[10]。本文运用模糊综合评价的方法来评判桑蚕丝无缝针织物的热湿舒适性能[11]。模糊综合评判是以美国人Zadeh在1965年提出的模糊数学作为理论基础。

2.6.1建立复合物元矩阵

根据说描述的事物M、事物的特征C和事物的量值x,来建立物元矩阵R=(M,C,x)。如果量值x是具有模糊性的,就称为模糊物元。Rnm表示由m个事物的n维物元组合在一起的复合模糊物元。本文将18块桑蚕丝无缝针织物作为18个事物,将无缝针织物的热湿性能(吸湿性、透湿性、透气性、接触冷暖性和导热性)作为5个特征,构建一个复合模糊物元R18×5,为了使矩阵完整,将矩阵R18×5转置为矩阵R5×18,即：

2.6.2计算从优隶属度

在有不少于一个评价指标的情况下,从优隶属度指的是,当各单项评价指标所对应的模糊量值,从属于标准方案下个对应评价指标的模糊量值时的隶属度,由此建立的这个原则,称之为从优隶属度原则,用来评价事物的优劣或等级。从优隶属度的计算包括越大越优型评价指标和越小越优型评价指标：

(1)

(2)

式中：u(xij)为从优隶属度,xij表示第j个方案第i个指标相对应的量值；max(xij)和min(xij)分别表示个评价区域中的每一项评价指标所有量值中最大和最小值。

2.6.3建立标准模糊元和差平方复合模糊物元

Δij=(ui0-uij)

(3)

根据公式(3)计算可以得到差平方模糊物元矩阵R△。

2.6.4熵值法确定权重系数

第一步,将矩阵R18×5中的数据按照下式进行归一化处理得到矩阵R18×5。

(4)

(5)

第二步,按照下式计算18种织物5个评价指标的熵值Hi：

(6)

得到的熵值Hi=(0.869,0.930,0.911,0.926,0.909)。

第三步,计算各项指标的权重Wi：

(7)

得到的权重Wi=(0.288,0.153,0.195,0.163,0.201)。

2.6.5欧式贴近度和综合评价

表示被评价样品与标准样品两者相互贴近的程度称为欧式贴近度,其值越大表示两者越贴近,表示性能越好；反之则表示两者相离较远,表示性能越差。所以,可以根据欧式贴近度的大小来对织物的综合性能进行排序,根据欧式贴近度模糊物元公式来计算各样品的贴近度：

(8)

计算得到欧式贴近度：

根据计算结果可以得出贴近度的排列顺序，从大到小依次为：M1,M6,M4,M12,M7,M9,M5,M2,M3,M11,M18,M15,M10,M13,M16,M8,M14,M17。由于贴近度大,被评价织物样品与标准织物越贴近,即热湿舒适性能越好。因此,这18块样品中,第1块样品的热湿舒适性能最好,第17块样品的热湿舒适性能最差。

从欧式贴近度综合评价来看,以桑蚕丝包覆纱为里纱的无缝针织物热湿舒适性要优于以锦纶包覆纱为里纱的无缝针织物；当无缝针织物的里纱和面纱规格相同时,组织结构为纬平针的无缝针织物热湿舒适性比1+1和1+2假罗纹的无缝针织物好；当无缝针织物的里纱和组织结构相同时,面纱为2×23.3 dtex的无缝针织物比3×23.3 dtex的热湿舒适性好。因此,以桑蚕丝包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物热湿舒适性较好。

3　结　论

1) 以桑蚕丝包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物回潮率最高；当面纱规格和组织结构相同时,以牵伸倍数2.4的锦纶包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物透湿性能相对较好；以里纱为牵伸倍数2.4锦纶包覆纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物透气性相对较好；以桑蚕丝包覆纱为里纱、3×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、1+2假罗纹为组织结构的无缝针织物的Qmax值最小,即接触冷感最不明显；以锦纶包覆纱为里纱、3×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物的导热性能相对较好。

2) 通过模糊数学综合评价,可以看出热湿舒适性能相对较好的是以桑蚕丝包覆纱为里纱、2×23.3 dtex桑蚕丝为面纱、纬平针为组织结构的无缝针织物。

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DOI:10.3969/j.issn.1001-7003.2016.03.002

收稿日期:2015-11-05; 修回日期:2016-01-11

基金项目:浙江省重大科技专项和成果转化工程项目(2013T103)；浙江省重点科技创新团队项目(2011R50004)

作者简介:谢松杨(1990),男,硕士研究生,研究方向为纺织材料与纺织品设计。通信作者：金子敏,教授,kivenjin@163.com。

中图分类号:TS101.923

文献标志码:A

文章编号:1001-7003(2016)03-0009-07引用页码:031102

Study on thermal-wet comfort performance of mulberry silk seamless knitted fabric

XIE Songyang1a, JIN Zimin1a,b, FAN Mingshan2, TAO Jianwei2

(1a.College of Materials and Textiles; 1b.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology, Ministy of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2.Zhejiang Bangjie Digital Knitting Share Co., Ltd., Yiwu 322009, China)

Abstract:In this paper, 18 seamless knitted fabrics were weaved by mulberry silk covered yarn with 2.4 draft multiple, chinlon covered yarn with 2.4 and 2.8 draft multiple as the lining, 2×23.3 dtex and 3×23.3 dtex mulberry silk as surface yarn as well as weft plain stitch, 1+1 false rib and 1+2 false rib as weave structure.Thermal-wet comfort performance of 18 seamless knitted fabrics were tested and analyzed.Meanwhile, the relationship among lining, surface yarn, weave structure and thermal-wet comfort performance was investigated.The results indicate that, the seamless knitted fabric has good moisture-penetrability and moisture-penetrability when chinlon covered yarn with 2.4 draft multiple serves as the lining, 2×23.3 dtex mulberry silk serves as the surface yarn and weft plain stitch serves as the weave structure; the seamless knitted fabric has good contact temperature feeling when mulberry silk covered yarn serves as the lining, 3×23.3 dtex mulberry silk serves as the surface yarn and 1+2 false rib serves as the weave structure; the seamless knitted fabric has good heat-conducting property when chinlon covered yarn serves as the lining, 3×23.3 dtex mulberry silk serves as the surface yarn and weft plain stitch serves as the weave structure; the seamless knitted fabric has good thermal-wet comfort performance when mulberry silk covered yarn serves as the lining, 2×23.3 dtex mulberry silk serves as the surface yarn and weft plain stitch serves as the weave structure.

Key words:mulberry silk; seamless knitted fabric; covered yarn; weave structure; thermal-wet comfort performance