Dralon超细腈纶纤维运动面料开发与防水整理研究

于倩倩 陈慰来 王金凤

摘 要：以Dralon超细旦腈纶纤维、黏胶纤维和棉纤维为原料，选用舌针单面四针道圆纬机编织纬平针针织结构，探究纤维原料比例不同对运动面料耐用性和舒适性的影响，进行透气性、热湿舒适性、抗起毛起球等实验;并且为了应对户外的雨水天气，采用亨斯迈公司无氟防水剂，按照比例进行调配后将面料进行浸轧防水整理，探讨防水整理前后对织物性能的影响;运用模糊决策的数学分析方法，来判断元素综合效果，选取综合性能最佳的原料比例，优化运动面料的制备工艺。结果表明：经过防水整理之后面料防水效果达到4级以上，并且对面料的手感和基本性能影响不大，对织物透气和透湿性能略有影响;在水洗后仍具有良好的防水性，能有效地提升运动面料的使用性能，为运动面料的功能化提供了一种新思路。

关键词：超细旦腈纶;运动面料;无氟防水剂;热舒适性

中图分类号： TS156

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2021）06-0072-06

收稿日期：2020-09-28 网络首发日期：2021-04-15

基金项目：浙江理工大学研究生培养基金项目

作者简介：于倩倩（1996-），女，山东威海人，硕士研究生，主要从事针织新产品设计与开发方面的研究。

通信作者：王金凤，E-mail：wangjinfengwjs@163.com

Research on Development and Waterproof Finishing of Dralon UltrafineAcrylic Fiber Sports Fabric

YU Qianqian， CHEN Weilai， WANG Jinfeng

（College of Textile Science and Engineering（International Institute of Silk），Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： With Dralon ultrafine acrylic fiber， viscose fiber and cotton fiber as the raw materials， this paper selected a latch needle single-sided four-needle-way circular knitting machine to knit a weft plain-knitted structure， probed into the effects of different fibrous material ratios on the durability and comfort of sports fabrics， and experimented on air permeability， thermal comfort and anti-pilling performance， etc. In response to rainy weather outdoors， a fluorine-free waterproofing agent from Huntsman Corporation was also adopted. After being blended by a certain ratio， the fabric was subjected to padding and waterproof finishing. The effect of waterproof finishing on fabric properties was discussed， the integrated effect of elements was judged by using the mathematical analysis method of fuzzy decision. The proportion of raw materials with the best comprehensive performance was selected to optimize the preparation process of sports fabrics. The results suggested that the waterproof effect of the fabric could reach above Grade 4 after waterproof finishing， which had little impact on the hand feel and basic properties of the fabric， but a slight influence on the air permeability and moisture permeability of the fabric. It still has good water resistance after washing， which can effectively improve the performance of sports fabrics， and provides a new way of thinking for the functionalization of sports fabrics.

Key words： ultrafine acrylic fiber; sports fabric; fluorine-free waterproof agent; thermal comfort

最近幾年，户外运动深受大家的喜爱，成为人们缓解压力、释放身心的重要方式。对于应对户外雨雪的极端天气，国内户外防水透气面料的开发处于初级阶段，本文采用超细旦异形腈纶为原料，探究其与防水整理剂的结合，拓展户外运动服装产品的选择。

超细异形腈纶纤维采用德国干法纺丝技术形成，并且使用异形喷丝孔，改变了纤维的横截面[1]。超细异形腈纶纤维蓬松、柔软，是高档针织物的好原料，横截面呈哑铃状，纤维与纤维之间有空隙，提供了可以保暖的静止空气，从而能够达到更加保暖的效果，并且有较好的吸湿性能和可织可加工性能[2]。Dralon腈纶纤维在电子扫描显微镜下所得横纵截面如图1所示。

在服用方面，Dralon超细旦腈纶纤维手感柔软，热湿舒适性好，轻薄透气，并且制成的面料多次洗涤后性能优良[3]。采用吸湿性良好的黏胶纤维和棉纤维与Dralon超细异形腈纶纤维混纺，利用各组分的性能优势来开发腈纶在运动面料中的应用，对促进行业发展具有重要意义。采用无氟防水剂对实验面料进行防水整理，在具有保暖透气的前提下还可以防止雨水天气造成的不适。

实验所采用的无氟防水剂可以和面料之间形成氢键，附着在织物表面可以有效地降低织物的表面能，反应所产生的弹性膜附着在纤维表面，从而使织物获得防水性。

1 实 验

1.1 实验材料

选用纬编单面平针组织为基本组织，采用BY603型针织大圆机编织织物[4]，针号为28针，织成的织物基本参数如表1所示。

1.2 实验仪器与测试方法

1.2.1 基本测试

实验设备：YG461E型透气性测试仪（温州方圆

仪器有限公司），YG601-Ⅰ/Ⅱ型电脑式织物透湿仪（宁波纺织仪器厂），YG606E纺织品热阻测试仪（宁波纺织仪器厂），Y502型圆轨迹起毛起球仪（温州方圆仪器有限公司），Y089D全自动缩水率试验机（宁波大禾仪器有限公司）。

根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》进行透气性测定。

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》进行透湿性测定。

根据GB/T 11048-2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定（蒸发热板法）》进行保暖性测定。

按照GB/T 4802.1-2008《纺织品织物表面起毛起球性的测定第 1 部分：圆轨迹法》进行抗起毛起球性测试。

根据GB/T8629-2007《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》、GB/T8628-2013《纺织品测定尺寸变化的试验中织物试样的准备、标记及测量》、GB/T8630-2013《纺织品洗涤和干燥后尺寸变化的测定》的标准进行水洗尺寸稳定性测试。

1.2.2 防水整理

以实验中所用的5种纬平针织物为基布，选择

亨斯迈无氟防水剂，采用不含氟素的、从植物中提取的可再生原料制成[5]。

a）防水整理工艺

一浸一轧（带液率50%～60%）→预烘（90℃，3 min）→焙烘（150℃，30～90 s）→回潮待测。

b）防水性能测试

表面润湿性能：根据 GB/T4745-2012《纺织品 防水性能的检测和评价 沾水法》进行沾水等级测试。将试样剪成180mm×180mm的大小，在漏斗中添加蒸馏水，喷淋时间为25 s左右，然后确定防水等级[6]。

水接触角测试：使用 JY-82B 视频接触角测定仪，将一定量的去离子水滴到织物表面，然后记录水接触角[7]。

2 结果与分析

2.1 表面形貌

采用蔡司显微镜和电子扫描显微镜对整理前后试样进行观察，如图2所示。

从图2（a）和图2（b）来看，经过处理后，水珠可以圆润地停留在织物表面而不浸湿，并且与织物表面有较大水接触角，防水效果良好。

从图2（c）和图2（d）电镜图来看，织物在处理前纤维形态清晰，纵向有许多沟槽，表面不光滑，而处理之后的纤维表面交联成一层弹性膜，形成防水层，对水滴起到一定支撑作用[8]，弹性膜将每一根纤维包裹起来，整理均匀，纤维表面比较光滑。

2.2 防水性能测试

5种织物的防水等级如表2所示，由表2可知，经过无氟防水剂防水处理后的织物防水等级都可以达到4级以上，水接触角也都在130°以上，在防水处理之后织物的手感和硬挺度相差不大。

2.3 透气性

织物的密度是影响透气性的重要因素。织物整理前后透气率测试结果如图3所示，从图3中可以看出，1、2、4号织物透气性都比较好，差别小，而织物3和织物5的横密纵密都比较大，空气流动空间小，透气性不如其他组试样。防水整理后透气性略有下降，织物中部分位置形成了防水的结构，影响了织物孔隙之间水蒸气的流動[9]。

2.4 抗起毛起球性

由表3可以看出，5种织物的抗起毛起球性能都在4以上，表面只出现轻微起毛，符合纺织行业标准对运动面料的性能要求，而面料1、2、3的抗起毛起球等级低，原因可能是含有较多的黏胶纤维，黏胶短纤维本身抗起毛起球性能较差，织物4含有较多含量的棉纤维，抗起毛起球性能最好。

2.5 洗涤尺寸稳定性

将防水处理后的织物进行洗涤，实验结果绘制如图4。

从1号织物到4号织物，随着黏胶纤维含量的减少和棉纤维含量的增多，面料的尺寸变化率逐渐减小，黏胶纤维吸水率较大，在经过水洗之后就会产生严重的缩水，而4号织物尺寸稳定性比5号好的原因可能在于，4号织物中含有一定含量的腈纶，纤维吸水前后尺寸变化不大，在腈纶纤维都是20%～30%的情况下，棉纤维多、黏胶纤维含量少的织物保型性好;且面料的横向缩水率均比纵向缩水率大。

2.6 透湿性

由图5可知，1号织物的透湿量最大，厚度小于其他试样，并且密度也不大，水蒸气通过比较容易，黏胶和超细旦腈纶的总占比最大。1～4号织物防水整理前随着黏胶和超细旦腈纶的总占比下降，透湿量也呈现下降的趋势，黏胶的吸水性以及超细旦腈纶的芯吸效应使水蒸气更易通过。防水整理后透湿性略微下降，整理剂薄膜覆盖在纤维表面，织物中形成了防水的结构，影响了织物孔隙之间液体的流动[10]。

2.7 热阻

由图6可知，1到4号织物的热阻都大于5号对照组的全棉织物，这说明Dralon腈纶纤维与黏胶纤维和棉混纺，生产出的产品保暖性能更佳，随着超细旦腈纶和黏胶含量的比例下降。除了3号织物其他织物热阻大致呈现下降趋势，3号织物虽然黏胶/超细腈纶含量不如1、2号高，但是由于织物密度以及厚度略大，所以影响了保暖性，使热阻高于其他织物，防水整理前后织物热阻没有太大波动，在误差范围内，可以理解为整理对织物热阻没有明显影响。

2.8 耐水洗性

衣物在洗涤过程中有可能出现磨损的情况，而防水面料表面的防水结构也会随着洗涤次数的增多而受到破坏，因此针对面料日常使用中遇到的洗涤问题对整理后的织物进行耐久性测试，将试样洗涤20次后结果如表4。

从表4中看出，织物在进行20次水洗之后防水等级都略有降低，水接触角减小，这是因为水洗时织物表面的防水结构部分脱落，纤维表面暴露在外面，但仍有部分防水结构包裹纤维，保持着良好的整体性，结果表明，经水洗后，织物1、3、4的防水等级能达到4，虽然等级降低，但仍具有一定的防水性能。

3 模糊综合评价

选取这7个因素作为综合评判的性能指标，建立因素集 U：u1=防水性能;u2=透气性;u3=水洗尺寸变化率;u4=透湿性;u5=热阻;u6=抗起毛起球;u7=耐水洗性。为了将各种性能指标数据化，并能够明显突出各因素的影响，现将水洗尺寸变化性表示为经纬向变化率的绝对值之和，防水性用防水等级来表示，水洗20次后的防水等级表示耐水洗性能[11]。

模糊综合评判的步骤如下：

a）选取研究的因素集U

U={防水性能、透气性、水洗尺寸变化性、透湿性、抗起毛起球等级、热阻、耐水洗性}={u1，u2，u3，u4，u5，u6，u7}

b）建立综合评判变换矩阵

选择不同原料与纤维含量的集V

由于织物的性能有些是数值越大越好，比如防水性能、透气性、透湿性、抗起毛起球等级、热阻、耐水洗性;有些是数值越小越好，比如水洗尺寸变化性，所以按两种公式进行计算。第一种情况按照式（1）求 rij，第二种情况按照式（2）求 rij。

由计算评价指标矩阵R。

c）综合评判

权系数向量A中的值是通过相关的资料调查以及专家咨询两者综合得出，为性能的综合评价提供合理的依据。得出的权系数向量A：

根据公式B=A·R计算B值。

根据数值的排列顺序为A1>A3>A4>A2>A5，性能最佳为本实验中的织物1，其综合性能优于实验中的其他样品。所以结果表明，在原料比例为70/30黏胶/超细旦腈纶的情况下综合性能是最佳的。

4 结 论

为研究Dralon超细腈纶纤维运动面料的防水性能，以Dralon超细旦腈纶纤维、黏胶纤维和棉纤维为原料，选用舌针单面四针道圆纬机编织纬平针针织结构，探究纤维原料比例不同对运动面料耐用性和舒适性的影响，并对织物防水整理前后性能进行对比，运用模糊决策的数学分析方法判断元素综合效果，优化运动面料的制备工艺，得到的主要结论如下：

a）采用不同原料比例的超细旦腈纶、黏胶、棉纤维进行编织，探究纤维原料比例不同对运动面料耐用性和舒适性的影响，进行结构参数、热湿舒适性能等测试分析。

b）为了应对户外的雨水天气，将面料采用亨斯迈公司的无氟防水剂进行浸轧防水整理，采用蔡司显微镜和场发射扫描电子显微镜观察织物表面形貌，发现大颗粒状的聚集，并且经过防水处理后的织物防水等级都可以达到四级以上，水接触角也都在130°以上，防水效果明显。

c）为测试实验组和参照组5块面料织物的性能优劣性，利用模糊决策对织物综合性能进行排序。得出性能最佳为原料比例为70/30黏胶/超细旦腈纶的织物。

d）对实验组和参照组进行防水整理后的性能测试分析。发现试样的透气性和透湿性略有下降，热阻没有明显差別，水洗20次后织物1、3、4的防水等级仍然在4左右，水接触角略有减小。因此在水洗后仍具有良好的防水性，能有效的提升运动面料的使用性能，为运动面料的功能化提供了一种新的思路。

参考文献：

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