棉/罗布麻混纺织物水洗前后舒适性能的对比分析

王 莉,刘 磊,巩继贤

(1.阿勒泰戈宝茶股份有限公司,新疆 阿勒泰 836509; 2.新疆罗布麻工程技术研究中心(红麻),新疆 阿勒泰 836509;3.天津工业大学 纺织科学与工程学院,天津 300387)

罗布麻是夹竹桃科罗布麻属多年生草本或半灌木植物,我国是世界上罗布麻植物分布面积最大及品种最丰富的国家之一。我国罗布麻分布区域较广,其中新疆是罗布麻的主产区[1-2],拥有大量的可利用资源。罗布麻在药用、纺织及生态方面的应用价值较高[2],尤其在纺织方面,罗布麻具有良好的远红外、抑菌、抗紫外线及抗静电等性能,但罗布麻纤维长度整齐度较差,纤维抱合力差,细度不匀率较高,纯纺难度大,多与其它纤维进行混纺[3-4],以提高纱线品质及性能。研究表明,罗布麻混纺织物中罗布麻混比超过30%时[4-5],织物才能体现出一定的抗菌性及服用舒适性。此外罗布麻纤维价格较高,在控制生产成本的前提下,为了保证织物的综合服用性能,实际生产中多采用棉/罗布麻(60/40)进行混纺。

对于罗布麻的服用功能性已有很多研究,包括远红外、抗紫外线、抗静电、抑菌等[6],但对其服用舒适性探究的较少。本文对水洗前后的棉/罗布麻(60/40)混纺织物及纯棉织物进行芯吸作用、透气性和吸湿性等指标的比较分析,研究棉/罗布麻(60/40)混纺织物舒适性能,以期为罗布麻混纺面料的开发及使用提供参考。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

选择规格相近的棉/罗布麻(60/40)混纺织物以及纯棉织物,纱线线密度均为16.2 tex,织物组织结构均为纬平针组织,面密度为175 g/m2,织物基本参数见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 试验准备

参照GB/T 6529—2008《纺织品 调湿和试验用标准大气》,在特定标准大气温度为(20.0±2)℃,相对湿度为(65.0±4 )%的条件下,对试验面料进行调湿。

参照GB/T 8629—2017《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》,对试验面料采用洗涤程序4 N水洗5次,干燥程序按烘箱烘燥法进行。

1.2.2 芯吸高度测试

参照FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》,测试织物的芯吸高度。分别沿面料的横向及纵向各剪取3块大小为30.0 cm×2.5 cm的试验样品,将调湿平衡后的测试面料下端垂直放置于盛有蒸馏水的恒温容器中,恒温容器中的液体温度控制在27 ℃,实验时间30 min,得到每块测试面料的芯吸高度,结果取其平均值。

1.2.3 吸水率测试

参照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》,测试织物的吸水率。每个面料剪取5块试样,每块试样10 cm×10 cm,试样平整无褶皱,分别将调湿平衡后的5块试验面料放入三级水中,试验面料吸水后自然下沉,浸润5 min后取出,自然平展垂直悬挂,待试验面料不再滴水为止,取出试样称量计算吸水率,结果取其平均值。

1.2.4 滴水扩散时间测试

参照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》,每个面料剪取5块试样,每块试样10 cm×10 cm,试样平整无褶皱,分别将洗涤前后调湿平衡的5块试验面料放在试验平台上,将滴管吸入的三级水轻轻滴0.2 mL在试验面料上,记录水滴接触试验面料表面至完全扩散所需的时间,结果取其平均值。

1.2.5 水分蒸发速率测试

参照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》,将1.2.2节中水滴接触试验面料表面,至完全扩散后的试验面料称量后,自然平展垂直悬挂于标准大气中,每5 min称取一次质量,直至连续2次称取的质量变化率不超过1%。通过计算每个称取时刻的水分蒸发量,进行水分蒸发速率的计算,结果取其平均值。

1.2.6 透湿量

参照GB/T 12704．1—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第 1 部分:吸湿法》,每个面料剪取3块试样,每块试样直径为70 mm,将调湿后的试样放置于盛有干燥剂(经160 ℃、3 h干燥的无水氯化钙)的透湿杯上,并将透湿杯置于温度(38±2)℃、相对湿度(90±2)%、有持续稳定循环气流(气流流速为0.3～0.5 m/s)的密封环境中,根据特定时间内透湿杯质量的变化计算试样的透湿率,结果取其平均值。

1.2.7 透气性测试

参照GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》,剪取大于20 cm2的试验样品进行测试,测试压差100 Pa,气孔面积20 cm2,测试时保证试验面料无褶皱,且避开面料的边缘,在每块试样不同部位测试10次,分别记录试样面料的透气率,结果取其平均值。

1.2.8 生理舒适性测试

参照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)》,剪取大于4 cm2的3块调湿后的试验样品进行湿阻及热阻的测试,保持试验样品平整、无褶皱,至少测试10次,结果取其平均值。

2 结果与分析

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》,织物的吸湿性以吸水率、滴水扩散时间和芯吸高度进行评定,织物的速干性以蒸发速率、透湿量作为评定指标。该标准规定针织类吸湿速干产品,洗涤前后吸水率≥200%,滴水扩散时间≤3 s,芯吸高度≥100 mm,蒸发速率≥0.18 g/h,透湿量≥10 000 g/(m2·d)。

2.1 吸湿性能

2.1.1 芯吸高度

依据GB/T 21655.1—2008测试,棉/罗布麻混纺织物及纯棉织物的芯吸高度测试结果见表2。水洗前棉/罗布麻(60/40)混纺织物的芯吸高度为111 mm,纯棉织物为102 mm。经5次水洗之后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物芯吸高度为114 mm,纯棉织物为10 mm。水洗前,棉/罗布麻(60/40)混纺织物及纯棉织物均达到了GB/T 21655.1—2008中针织品所要求的芯吸高度≥100 mm的标准值。水洗前后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物的芯吸高度均优于纯棉织物。其中,水洗后棉/罗布麻(60/40)混纺织物的芯吸高度略有增大,纯棉织物降低。

表2 不同织物水洗前后的吸湿性能Tab.2 Moisture absorption property of the different fabrics before and after washing

因罗布麻纤维独特的沟槽及中空形态结构使织物内部形成大小不一的孔隙[6],这些孔隙所产生的毛细压差,形成了织物的毛细效应,使得棉/罗布麻混纺织物的芯吸作用优于纯棉织物。研究表明,织物的芯吸性能与织物的密度呈负相关的关系[7],即织物密度越大,织物的芯吸性能越差。棉纤维的回弹性使纯棉织物在水洗之后因收缩而变的更加紧密,从而使纯棉织物经水洗后芯吸高度降低。

2.1.2 吸水率

依据GB/T 21655.1—2008测试,棉/罗布麻(60/40)混纺织物及纯棉织物的吸水率测试结果见表2。水洗前棉/罗布麻(60/40)混纺织物吸水率为202%,纯棉织物为210%。经5次水洗后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物为201%,纯棉织物为212%。水洗前后,2种织物均达到了GB/T 21655.1—2008中针织品所要求的吸水率≥200%的标准值。水洗前后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物的吸水率小于纯棉织物;水洗后,2种织物的吸水率变化不明显。

罗布麻纤维表面的裂纹及沟槽使纤维表面发生了芯吸作用[8],良好的芯吸作用使棉/罗布麻(60/40)混纺织物具有较好的导湿性能,因此,其吸水率较低;棉纤维表面比较光滑,无沟槽,使其吸水率较罗布麻纤维要高。

2.1.3 滴水扩散时间

依据GB/T 21655.1-2008测试棉/罗布麻(60/40)混纺织物及纯棉织物的滴水扩散时间测试结果见表2。水洗前棉/罗布麻(60/40)混纺织物滴水扩散时间为12.2 s,纯棉织物为230.6 s,经5次水洗后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物为5.9 s,纯棉织物为264.1 s。水洗前后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物及纯棉织物均不符合GB/T 21655.1—2008针织品所要求的滴水扩散时间≤3 s的标准要求。水洗前后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物的滴水扩散时间均优于纯棉织物;水洗后棉/罗布麻混纺织物的滴水扩散时间缩短,纯棉织物的有所延长。

因罗布麻纤维较棉纤维表面具有较多的微孔结构,使其更有利于水滴的吸附,因此,棉/罗布麻(60/40)混纺织物的滴水扩散时间优于纯棉织物。水洗后罗布麻纤维中的木质素及果胶等疏水性物质有部分脱落,更利于水分的扩散。棉/罗布麻(60/40)混纺织物的内应力较纯棉织物小[9],而棉纤维较好的回弹性,使水洗后的纯棉织物内应力得以释放,织物变的更加紧密[10],吸湿能力受阻,而使滴水扩散时间延长。

2.2 织物的速干性能

织物的速干性能是指织物中的水分在大气中失去的能力,即汗液在织物中的蒸发散失能力。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》,织物的透湿量及水分蒸发速率越大,织物的速干性越好。

2.2.1 透湿量

棉/罗布麻(60/40)混纺织物、纯棉织物的速干性测试结果见表3。织物透湿量测试结果得到,水洗前棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透湿量为6 780 g/(m2·d),纯棉织物为10 100 g/(m2·d);水洗后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物为7 610 g/(m2·d),纯棉织物为10 200 g/(m2·d);棉/罗布麻(60/40)混纺织物水洗前后的透湿量均不符合GB/T 21655.1—2008针织品透湿量的技术标准≥10 000 g/(m2·d),但纯棉织物符合标准。水洗前后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透湿量均小于纯棉织物,经5次水洗之后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透湿量增加显著,纯棉织物变化不明显。

表3 不同织物水洗前后的速干性Tab.3 Quick-drying property of the different fabrics before and after washings

构成织物的纤维及织物结构是影响织物透湿量的关键因素,织物的透湿量与纤维、织物空隙相关[10],纤维吸湿性越好,传递到织物表面的水分速率就越快,织物透湿舒适性越好。罗布麻纤维较短,棉/罗布麻(60/40)混纺纱的毛羽相比纯棉纱线较多。因此,棉/罗布麻(60/40)混纺织物纱线间较小的空隙率,阻碍了水汽的传递,使棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透湿性较纯棉织物的小。因罗布麻纤维较短,部分纤维毛羽随水洗脱落,有利于水汽通过织物,至使水洗后的织物透湿量增大;而棉纤维较长,纤维随水洗脱落的较少,因此,水洗后,纯棉织物的透湿量变化不大。

2.2.2 水分蒸发速率

棉/罗布麻(60/40)混纺织物、纯棉织物的速干性测试结果见表3。织物水分蒸发速率测试结果得到,水洗前棉/罗布麻(60/40)混纺织物的水分蒸发速率为0.20 g/h,纯棉织物为0.13 g/h;水洗后棉/罗布麻(60/40)混纺织物为0.15 g/h,纯棉织物为0.09 g/h。水洗后2种织物的水分蒸发速率均有所降低,均不符合GB/T 2655.1—2008针织品速干性的技术标准≥0.18 g/h。由于棉/罗布麻(60/40)混纺织物较纯棉织物的吸水性大,当水被吸附于织物表面时,与纤维大分子上的亲水基团结合,逐步充满纤维内的孔隙,这些孔隙与中腔相连[11],使水分子能够快速吸附传递,进而达到蒸发水分的作用。棉纤维具有较好的回弹性,水洗后纯棉织物的内应力释放,使织物变的更加紧密,水分蒸发速率降低。

2.3 织物的生理舒适性能

织物的生理舒适性能指织物在人体与环境的热湿传递间维持和调节人体体温稳定及微环境湿度适宜的性能。通过对织物热阻及湿阻的测定,对棉/罗布麻(60/40)混纺织物及纯棉织物的生理舒适性能进行比较,测定结果如表4所示。

表4 不同织物的生理舒适性指标Tab.4 Physiological effects of the different fabrics

由于罗布麻纤维纵向无扭转,纤维抱合力差,使得纱线之间的孔隙较大,易于空气的流通,热量易于流失,而棉纤维细度较均匀且有天然的扭转,纱线中纤维之间的抱合力较大,对纤维中的空气流动性阻力较大[12],有利于空气的存储。因此,棉/罗布麻(60/40)混纺织物的热阻小于纯棉织物。由于罗布麻纤维表面的竖纹及横节,棉/罗布麻(60/40)混纺织物具有很好的导湿性能,使得棉/罗布麻(60/40)混纺织物的湿阻明显小于纯棉织物。

2.4 织物的透气性能

织物的透气性能指气体分子通过织物的能力,即人体排出的汗汽通过织物向大气中扩散的性能,织物的透气性越好,气体分子向大气中扩散的速度就越快,人体的舒适感越好。棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透气性为357.5 mm/s,纯棉织物为175.1 mm/s,即棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透气性是纯棉织物的2倍。

罗布麻纤维具有的纵向裂纹、沟槽及中空形态,易于透气;罗布麻纤维表面不均匀,使纤维之间形成一定的空隙,而棉纤维截面常为腰圆形,中腔呈干瘪状,又有天然的转曲,不利于空气的流通[12-13]。纤维的透气性与比表面积成反比[13],罗布麻纤维呈椭圆形或多边形,横截面积大于棉纤维,比表面积相对较小,可增强棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透气性。

3 结 论

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》对棉/罗布麻(60/40)的混纺织物及纯棉织物的吸湿速干性指标进行了测试。经测试,2种织物的吸湿速干性指标值均随着水洗有所变化。水洗前棉/罗布麻(60/40)混纺织物的芯吸高度为111 mm,吸水率为202%,滴水扩散时间为12.2 s;5次水洗后棉/罗布麻(60/40)混纺织物的芯吸高度为114 mm,吸水率为201%,滴水扩散时间为5.9 s;水洗前后,棉/罗布麻(60/40)混纺织物芯吸高度、吸水率均符合标准,其中,水分蒸发速率在水洗之前符合标准,水洗之后达不到标准要求,而滴水扩散时间水洗前后均不符合标准。

棉/罗布麻(60/40)混纺织物的透气性为357.5 mm/s,热阻为0.018 2(m2·K/W),湿阻为1.63(m2·Pa)/W。棉/罗布麻(60/40)混纺物及纯棉织物在组织结构相同,厚度、面密度、纵横向密度相近的条件下,棉/罗布麻(60/40)混纺织物芯吸高度、水分蒸发速率略高于纯棉织物,热阻、湿阻、滴水扩散时间、透气率远优于纯棉织物。棉/罗布麻(60/40)混纺织物相较于纯棉织物综合性能有所提高,适合于夏季面料及贴身内衣、袜子等日常用品的开发应用。