新颖涤纶纤维开发及织物性能分析

    1前言

    中空异形涤纶纤维是具有吸湿排汗和保暖性能的新型涤纶纤维，它采用了全新的毛细管原是的纤维截面设计，使其织物能够快速导湿，扩散和挥发汗液，从而保持人体皮肤的干爽感，达到提高织物舒适性目的。具有吸湿干爽性和保暖性的异形三维卷曲中空涤纶纤维的研制，对涤纶纤维新品种的开发具有重要意义。对涤纶的改性主要通过化学和物理改性的方法赋予涤纶纤维较高的吸水性、输水性，以提高涤纶织物穿着的舒适感。其中物理改性方法有改变喷丝孔形状、原料共混纺丝和双组分复合纺丝3种。改变喷丝孔形状对于提高涤纶纤维导湿性是简单和行之有效的方法。世界各大化纤公司都相继开发出了异形截面涤纶纤维，主要通过在纤维侧壁开设沟槽来提高纤维材料在织物中的毛细管效应。如Du-pont公司的Coolmax纤维具有“+”字形截面，日本东洋纺的Tri-actor纤维具有“Y”形截面，我国仪征化纤股份有限公司的Coolbst纤维具有“H”形截面。由于纤维在纵向形成了许多沟槽，从而提高了纤维在织物中的毛细管效应，使织物由于纤维上或纤维间的毛细通道产生芯吸作用而具有干爽导湿性能。
    2 中空异形涤纶纤维截面分析及其产品开发的意义
由于纤维的截面形状与纤维的特性密切相关，借助于纤维截面形状的改变可获得人们所需要的各种特性。由于异形喷丝板加工技术不断发展和完善，喷丝板的种类不断增加，据不完全统计，到目前为止已有近百种，用于工业生产的主要有三角形、四叶形、三叶形、菱形、中空形和异形中空(见图1)等。制造具有与天然纤维相近截面的异形涤纶纤维的仿真方法已被广泛采用。这是因为异形纤维截面外观轮廓呈不规则状，使涤纶织物有蓬松感，改善了光泽效应和手感，提高了织物透气性、抗起毛起球性。中空纤维因纤维内部有连续的空腔，减小了纤维的质量，提高了织物的隔热保暖性。具有特殊意义的是，兼异形、中空、三维卷曲特征于一体的异形中空三维卷曲涤纶纤维，与圆中空纤维、异形纤维相比具有更多的优越性，用这种纤维制作的织物，其蓬松性较普通织物大15％-20％，并且耐磨性能比圆形纤维高2倍。此外，异形中空三维卷曲涤纶纤维因其结构特殊，还具有优异的弹性回复性能和隐污性能，故能广泛用作地毯纤维、被褥以及垫子类的填充用纤维和集保暖、吸湿于一体的服用纤维。
    3 中空异形涤纶织物的热、湿传递性能分析
实验用织物试样设计为平纹机织物。其中经纱均为锦纶纱，织物组织规格和所用纬纱见表1。
    3．1热传递性能分析
    3．1．1中空异形涤纶织物的保暖机理及测试结果 理论认为，在面料中保持相对静止的空气量越多，保暖能越好。但是空气对辐射热几乎没有阻挡作用，而纤维却能有效阻挡。因此，理想的保暖效果需要选择合适的纤维并保持面料中较多的静态空气含量。要达到这一目的，采用截面中空纤维来储存空气，并采用空气层组织是一种有效的途径。
由于中空异形涤纶纤维不但纤维内部有一定空气含量，而且有较好的膨松度，纤维间也有较多的空气含量，因此，可大大提高织物的保暖性。
使用YG606平板式保温仪，按照GB／TI 1048-89号标准测试表1中试样保暖率，结果见表2。
由以上测试结果看异形中空纤维织物的传热系数和克罗值均与Coolmax和Coolbst纤维织物相近，而保暖率却要优于Coolmax和Coolbst纤维织物。
    3.1.2 中空异形涤纶织物的透气性能测试 透湿汽性与透气性密切有关。织物的隔热性能主要取决于织物内所包含的静止空气，而该因素又受到织物结构的影响，所以织物的透气性与隔热性也有一定的关系。
织物的透气性常以透气率来表示，它是指织物在两边维持一定压力差的条件下，在单位时间内通过织物单位面积的空气量。按照GB5453-85标准采用Y561透气仪测定4种试样的透气性结果为(L／m2•s)：Coolmax纬纱248．9，Coolbst纬纱355．
2，常规涤纶纬纱188．2，异形中空纬纱168．6。
    由以上测试结果看，异形中空涤纶纤维织物的透气性不仅比Coolmax和Coolbst差，比常规涤纶也略差。这与异形中空涤纶纤维的截面形状有直接的关系：由于异形纤维截面是在常规圆形的基础上多出两个齿角，在纺纱过程中齿角间相咬合，使得纤维间更易于紧密排列，从而使最终织物的透气性下降。
    3．2湿传递性能分析
    3．2．1织物湿传递的基本原理
    当织物中纤维形成的毛细管处于水平位置时，虽然没有外力场的势能差，但由于毛细管弯曲面附加引力的作用，能自动引导液体流动，这就是“芯吸”。芯吸是一种维持毛细管内流体迁移的性能，是使水分子沿纤维表面形成的毛细管上升、并从另一端析出水珠的性能。当人体出汗时，汗液以液态水的形态分布在皮肤表面，通过纱线和织物的芯吸作用，将液态汗水从织物的一面传递到另一面，并散发到空气中，以促进热量的散失，对织物的穿着舒适性起着十分重要的作用。
    织物中毛细管内液态水的运输，可以在没有外力场条件下完成。这是因为毛细管中液面的弯曲有一定的附加压力，这些附加压力由液固界面张力引起。
    3.2.2 织物透湿汽性能测试用烘箱模拟恒温恒湿条件，用水皿法测试试样透汽量，温度50℃，时间2h，水皿面积32．75cm2，将织物固定在盛有水的杯上，并将其放在烘箱中，杯子中的水气不断地通过织物传输到外界，因此杯中水量逐渐减少。通过周期性地称量杯内水的质量，得到该织物对水汽的穿透阻碍作用的大小。透湿汽量的试验结果为：Coolmax纬纱2．035g，Coolbst纬纱1．732g，常规涤纶纬纱1．749g，异形中空纬纱1．596g。
    由测试结果看，异形中空涤纶纤维织物的透湿汽性能要逊于Coolmax、Coolbst和常规涤纶纤维，这在前面的透气性探讨中也可明显看出。
    3.2.3织物导湿性能测试模拟人体出汗过程，在织物内表面滴一滴水，测试1min后另一面的导湿面积，根据导湿面积计算导湿体积和导湿量如表3。
    由于织物的厚度不同，可以计算织物的导湿体积：
    导湿体积=导湿面积×织物厚度
    由于织物的孔隙率不同，可以计算织物的导湿质量：
    导湿质量=织物的导湿面积x织物的面密度
    由于试样厚度、面密度等指标不同，为了准确评价试样的导湿性，利用三项指标图将导湿面积A、体积B、质量C进行指标综合，三项指标按照同一数量级参与运算，三项指标综合值
Z=0．5(AB×10-2+BC×10-3)
    几个纬纱试样的导湿面积、导湿体积、导湿质量、指标综合值见表3。
由以上测试结果看：异形中空涤纶纤维导湿扩散面积略好于Coolbst纤维，但差于Coolmax纤维。
    4结语
    中空异形纤维织物的传热系数和克罗值均与Coolmax和Coolbst纤维织物相近，而保暖率却要优于Coolmax和Coolbst纤维织物；透气性比Coolmax和Coolbst差，比常规涤纶略差；透湿汽性能要逊于Coolmax、Coolbst和常规涤纶纤维；芯吸高度略高于Coolbst纤维，却远低于Coolmax纤维；导湿扩散面积略大于Coolbst纤维，但不及Coolmax纤维。
    综上所述，中空异形涤纶纤维保暖性能突出，但是透气性能和透湿汽性能都较差，这说明中空部分有益于保暖性的提高，但是异形部分对导湿性能的提高不大，经分析可能是由于其长丝中毛细管数量较少，毛细流量小的缘故，截面中相互突出的部位大部分重叠是由于纺纱过程中的各种随机因素而引起。所以对中空异形涤纶纤维截面中突出部分之间的角度进行进一步分析，可得出一个比较合理的角度值，并在纺纱生产过程控制其纱线最佳捻度，以利于其毛细管数量的增加，从而可提高其导湿性能。