聚乳酸纤维吸湿排汗运动面料的制备与性能研究

肖云超, 刘淑强, 吴改红,2, 董 华, 郭红霞, 戴晋明

(1.太原理工大学 轻纺工程学院, 山西 晋中 030600; 2.东华大学 服装艺术设计学院, 上海 200051)

研究与技术

聚乳酸纤维吸湿排汗运动面料的制备与性能研究

肖云超1, 刘淑强1, 吴改红1,2, 董 华1, 郭红霞1, 戴晋明1

(1.太原理工大学 轻纺工程学院, 山西 晋中 030600; 2.东华大学 服装艺术设计学院, 上海 200051)

为了开发性能优良的聚乳酸吸湿排汗运动面料，对聚乳酸纤维的纵向表面和横截面进行分析，然后采用聚乳酸长丝与不同混纺比的亚麻/黏胶单纱直接并捻成复合纱线，分析复合纱线的结构，随后采用不同的织物组织(平纹、斜纹、缎纹)将并捻复合纱线织成织物。对织物的透湿性、透气性、毛细管效应及力学性能进行了测试分析，讨论织物组织和不同混纺比对织物吸湿排汗性能及力学性能的影响。试验结果表明：三种组织织物中吸湿排汗性能最佳的为缎纹；随着黏胶含量的增加(亚麻含量的减少)织物的毛细管效应和力学性能依次增大，而透湿性和透气性依次减小。

聚乳酸长丝; 亚麻/黏胶; 吸湿排汗; 透湿性; 透气性; 织物组织

服装舒适性历来是评价服装优劣的一个重要指标，其中热湿舒适性又是服装舒适性的一项重要内容。人在剧烈运动时会分泌大量的汗液，从热湿舒适性的角度出发，运动服装面料要满足快速吸收并转移汗液的基本要求，也就是说运动类服装面料要同时具备良好的吸湿性和优越的导湿性能。一般来说，天然纤维(如棉、丝)舒适性好，但当人体大量出汗时，汗液不能及时排出；合成纤维导湿性能较好，但吸湿性能普遍较差[1-2]。

聚乳酸(PLA)纤维是一种同时具有天然纤维和合成纤维优越性的新型可降解纤维[3]，具有导湿快干性，以及有益于皮肤的弱酸性和亲肤性[4-6]，特别适合开发运动类服装产品；但PLA纤维吸湿性差，无法单独实现面料吸湿排汗的性能要求，而亚麻/黏胶混纺单纱兼有亚麻纤维吸湿散湿快的优点和黏胶纤维优良的吸湿舒适性，因而试验将PLA长丝与亚麻/黏胶单纱并合加捻。本文采用并捻联合纺纱方法制备了PLA长丝与亚麻/黏胶复合纱线，观察和分析PLA纤维的结构与性能，并以此为基础分析复合纱线结构及织物的各项性能，讨论织物组织和不同混纺比的亚麻/黏胶纱对织物性能的影响。

1 试 验

1.1 材 料

聚乳酸长丝(线密度为166.66 dtex(150 D/72根)，断裂强度为3.71 cN/dtex，断裂伸长率27.58%，海宁新高纤维有限公司)；亚麻/黏胶(55/45)单纱(线密度为296.0 dtex，捻度为98.7捻/10 cm，断裂强度为6.8 cN/dtex,断裂伸长率为3.1%，山东蒙阴棉纺织有限公司)；亚麻/黏胶(30/70)单纱(线密度为296.1 dtex，捻度66.1捻/10 cm，断裂强度为11.9 cN/dtex,断裂伸长率为8.7%,山东蒙阴棉纺织有限公司)；亚麻/黏胶(15/85)单纱(线密度为299.1 dtex，捻度为65.9捻/10 cm，断裂强度为14.5 cN/dtex,断裂伸长率为11.4%,山东蒙阴棉纺织有限公司)。

1.2 仪器与设备

DSTw-01型数字式小样并捻联合机(天津市嘉城机电设备有限公司)，ASL-2000剑杆小样织机(天津市嘉城机电设备有限公司)，JX-203正置/透反射金相显微镜(郑州南北仪器设备有限公司)，佳能7D单反数码相机，YG501型透湿试验箱(南通宏大试验仪器有限公司)，YG(B)461D型数字式织物透气量仪(温州大隆纺织仪器有限公司)，YG871毛细管效应测定仪(南通宏大试验仪器有限公司)，YG(B)026D-500型电子织物强力机(温州大荣纺织标准仪器厂)。

1.3 方 案

首先对聚乳酸纤维的结构和性能进行测试和分析，然后采用小样数字并捻机将一束PLA长丝与一根亚麻/黏胶单纱进行并合加捻成复合纱线，随后将并捻复合纱线应用剑杆小样织机织造5块不同的织物，最后对这5块织物进行性能的测试分析。5块织物的规格如表1所示。

表1 织物的基本参数

1.4 性能表征

1.4.1 PLA纤维的表面形态和结构

通过金相显微镜对PLA纤维纵向表面形态和横截面形态进行观察并拍照。

1.4.2 纱线结构

采用单反数码相机对并捻复合纱线进行微距拍摄。

1.4.3 织物性能

1.4.3.1 织物的透湿性

根据国际标准ISO 14956干燥剂倒杯法测试要求，采用透湿试验箱测定织物的透湿率，试验时间120 min。试验指标：透湿率=透湿质量(g/24 h·m-2)。

1.4.3.2 织物的透气性

根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性测试方法》，利用织物透气量仪对织物进行透气性测试。织物测试面积20 cm2，试样压差100 Pa，测试指标透气率R(mm/s)。

1.4.3.3 织物的毛细管效应

根据FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细管效应测试方法》，利用毛细管效应测定仪测定织物经纬向的芯吸高度，试验时间30 min。

1.4.3.4 织物的力学性能

利用电子织物强力机，根据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定 条样法》测试标准对织物的拉伸断裂强力、顶破强力等力学性能进行测试。

2 结果与讨论

2.1 PLA纤维的结构与性能

聚乳酸纤维纵向表面和横截面如图1所示。

图1 聚乳酸纤维纵向表面和横截面Fig.1 Longitudinal surface and cross section of PLA fiber

由图1可以看出，PLA纤维纵向平直，纵向表面存在条纹和斑点；这些无规律的斑点及不连续的条纹可能是由于聚乳酸在空气中长时间暴露，使得非结晶区中大分子链在水、氧气、细菌等得作用下发生了部分分解。PLA纤维的横截面近似圆形并且表面带有部分斑点，纤维结构比较疏松，PLA纤维疏松的内部结构有利于热湿的传递和扩散，缝隙和沟槽形成的毛细管效应使得聚乳酸纤维具有优越的芯吸导湿性能。

2.2 复合纱线性能

2.2.1 复合纱线的规格参数

表2为相同并捻纺纱工艺条件下PLA长丝与不同混纺比亚麻/黏胶复合纱线的基本规格参数。

2.2.2 复合纱线的结构

试验采用并捻联合纺纱方法，将PLA长丝与亚麻/黏胶单纱并合加捻成复合纱线，并对复合纱线进行了拍照分析，结果如图2所示。由图2可以看出，复合纱线以PLA长丝为纱芯，亚麻/黏胶单纱在外层螺旋包覆，纱线结构比较疏松；这种松式纱线结构使得PLA长丝与亚麻/黏胶单纱之间及复合纱线之间充满缝隙、网孔，有利于热湿水汽的传输扩散；另外，复合纱线以PLA长丝为纱芯，使得亚麻/黏胶单纱吸收的水分能够通过PLA长丝优越的芯吸导湿性能快速转移，从而促进了亚麻/黏胶单纱的吸湿散湿作用，同时由于亚麻/黏胶单纱的外层包覆，加强了内层PLA纤维对水分的疏导，也很大程度上增强了复合纱线的吸湿导湿性能。

图2 复合纱线结构示意Fig.2 The structure of composite yarns

2.3 织物性能

2.3.1 织物的透湿性

根据测得的织物的透湿率，绘出5种织物的透湿率对比图，如图3所示。

图3 织物透湿率对比Fig.3 Comparison of moisture penetrability

对比图3中织物1、2、3的透湿率可以看出：3种织物的透湿性比较接近，织物2最好，织物1次之，织物3最差。这是因为织物的透湿性与织物的厚度和纤维间的接触点[7]有很大关系，织物越厚，纤维间的接触点越多，织物的透湿性就越差；由于织物3的厚度最大，水气在织物3中的传递通道[8]最长，对传递水分子的阻碍作用也最大，因而织物3的透湿性最差。对于织物1和2而言，织物1为平纹，交织次数多，纤维间的接触点多，对水分传递的阻碍作用自然更大一些，因而织物1的透湿性不如织物2。

对比图3中织物3、4、5的透湿率可以看出：织物3、4、5的透湿率依次减小。这是由于3种织物的厚度依次变大，水分的传递通道变长，织物的透湿性变差；另外，结合亚麻吸湿散湿快的特点，可以认为织物的透湿率随着亚麻含量的减少而逐渐减小，3种织物中的亚麻含量逐渐减少，因而织物3、4、5的透湿率依次减小。

2.3.2 织物的透气性

根据试验测得的织物的透气率，绘出5种织物的透气率对比图，如图4所示。

图4 织物透气率对比Fig.4 Comparison of air permeability

对比图4中织物1、2、3的透气率可以看出：3种织物的透气性相差较大，织物3(缎纹)的透气性最好且明显优于织物1和2。这主要是因为织物3的浮长线最长，纱线交织次数最少，织物结构松软，纱线间相互作用力最小，纱线能够发生相对滑移形成孔隙，使纱线间气体通道增多，气体通过织物的粘滞阻力[9]减小，因而织物3的透气性最好。

对比图4中织物3、4、5的透气率可以看出：织物3、4、5的透气率依次减小。这是由于亚麻纤维模量高，纤维硬挺[10-11]，在亚麻黏胶混纺单纱中，亚麻含量越高，纱线中纤维间的缝隙就越多，织物通透性就会越好，织物3、4、5中的亚麻含量依次减少，因而对应织物的透气率逐渐降低。

2.3.3 织物的毛细管效应

根据试验测得的5种织物的经纬向芯吸高度，绘出织物的芯吸高度对比图，如图5所示。

对比图5中织物1、2、3的经纬向芯吸高度可以得出：三种组织的织物在经向和纬向表现出相同的芯吸规律，织物3的芯吸高度略高于织物2，织物1明显偏小。这主要是因为平纹织物交织次数最多，织物结构紧密，水分不易扩散传导，而缎纹织物浮长线最长，织物结构松软，水分更易传输。

图5 织物芯吸高度对比Fig.5 Comparison of wicking height

对比图5中织物3、4、5的经纬向芯吸高度可以得出：织物3、4、5的经纬向芯吸高度依次增大。这是因为织物的芯吸高度与织物本身的吸湿性有很大关系[12]，随着黏胶含量的增加，织物的吸湿性逐渐增强，表现为芯吸高度依次增大。

2.3.4 织物的力学性能

根据试验测得的5种织物的顶破强力、拉伸强力，绘出织物的力学性能对比图，如图6所示。

图6 织物力学性能对比Fig.6 Comparison of mechanical property

由图6可以看出，5种织物的顶破强力和拉伸强力呈现相同的变化趋势：织物1、2、3的顶破强力和拉伸强力差异并不明显，说明织物组织对织物的力学性能影响不大；而织物3、4、5的顶破强力和拉伸强力呈线性增大的趋势。这是因为织物的顶破强力主要与经纬纱线的性能差异有关[13]，当经纱与纬纱的断裂伸长率相近时，经纱和纬纱同时发挥承担外力的最大作用，此时的顶破强力最大；织物3、4、5中随着复合纱线中黏胶纤维含量的增加，经纬纱线断裂伸长率的差异逐渐变小，使得织物的顶破强力逐渐增大。同样，由于黏胶纤维含量的增加，织物3、4、5中的经纬纱线拉伸断裂强力都逐渐增大，因而对应的织物拉伸强力依次增大。

综合上述5种织物的性能测试结果可以看出：平纹、斜纹和缎纹三种织物的透湿性相差不大，从织物的透气性和芯吸高度来看，缎纹织物的透气性和芯吸高度要明显优于平纹和斜纹，因而确定缎纹为最佳组织。织物3、4、5的毛细管效应和力学性能依次增大，而透湿性和透气性依次减小，结合织物的吸湿、排汗、透气及穿着的舒适性(织物4中的复合纱线条干不匀率和纱线毛羽指数最小)综合分析认为织物4即亚麻/黏胶(30/70)织物的性能最佳。

3 结 论

1)采用PLA长丝束与亚麻/黏胶单纱直接并合加捻，克服了PLA纤维吸湿性差的缺点，对织物性能的测试结果分析表明平纹、斜纹、缎纹三种织物的吸湿排汗性能：缎纹>斜纹>平纹；从不同配比的三种缎纹织物性能测试结果可以看出：随着黏胶含量的增加(亚麻含量的减少)织物的毛细管效应和力学性能依次增大，而透湿性和透气性依次减小。

2)并捻复合纱线以PLA长丝束为纱芯，亚麻/黏胶单纱在外层螺旋包覆，内层PLA长丝的导湿快干性会促进外层包覆的亚麻/黏胶纱对水分的吸收，同时亚麻/黏胶纱的吸水性又会加强PLA长丝对湿热水气的疏导，从而实现快速吸湿排汗；试验采用的并捻联合纺纱方法，简单易行，可获得性能优良的并捻复合纱线，可应用于相关课题和实际生产中。

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Preparation and Properties of PLA Fiber Sportswear Fabric with Moisture Absorption and Sweat Discharging Properties

XIAO Yunchao1, LIU Shuqiang1, WU Gaihong1,2, DONG Hua1, GUO Hongxia1, DAI Jinming1

(1. College of Textile Engineering, Taiyuan University of Technology, Jinzhong 030600, China; 2. Fashion & Art Design Institute,Donghua University, Shanghai 200051, China)

To develop PLA sportswear fabric with moisture absorption and sweat discharging properties with good performance, this paper analyzes the longitudinal surface and cross section of PLA fiber, makes composite yarns through direct doubling and twisting of PLA filament and flax/viscose single yarn with different blending ratios, analyzes the structure of composite yarns and weaves composite yarns into fabrics with different fabric weaves (plain weave, twill weave and satin weave). In addition, this paper conducts test and analysis on the moisture penetrability, air permeability, capillary effect and mechanical property of fabrics and discusses the influence of fabric weave and different blending ratios on moisture absorption and sweat discharging and mechanical property. The test result shows that satin weave has the best moisture absorption and sweat discharging property; with the increase of viscose content (the decrease of flax content), the capillary effect and mechanical property of fabrics increase successively and moisture penetrability and air permeability decrease successively.

PLA filament; flax/viscose; moisture absorption and sweat discharging property; moisture penetrability; air permeability; fabric weave

doi.org/10.3969/j.issn.1001-7003.2015.05.002

2014-11-13;

2015-01-31

山西省青年科学基金项目(2014021020-2)；山西省高等学校大学生创新创业训练项目(2013067)；太原理工大学校青年团队基金项目(2013T020，2013T021，2013T023)

TS159

A

1001-7003(2015)05-0006-05 引用页码: 051102