智能调温羊绒双层针织物的开发与性能研究

蒋晓东，王建坤，郭 晶

(天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387)

0 前言

蓄热调温纤维是将相变储热材料与纤维和纺织品制造技术相结合开发出的高新技术产品。蓄热调温纤维能根据外界环境温度的变化，伴随纺织品中所包含的相变材料发生液相与固相之间的可逆转换，从环境中吸收热量储存于纺织品内部，或放出纺织品中储存的热量，在纺织品周围形成温度基本恒定的微气候，从而实现温度调节功能[1]。传统保温织物主要是通过绝热方法来避免皮肤温度降低过多实现保温的，是单向、不可逆的调节。蓄热调温制品的出现，在很大程度上改善了传统保暖制品厚重、穿着不舒适的特性[2]。因此，蓄热调温织物具有无可比拟的优越性。

羊绒是名贵的纺织纤维，具有“滑、柔、糯”的特点，但羊绒纤维产品受地域和季节的限制。目前功能性调温羊绒产品从织造方法上分两类，一类是单层结构，一类是双层结构。采用单层结构编织而成的功能性羊绒产品，一般采用羊绒和其他功能纤维混纺的纱线进行单面编织而成。但是织物手感较纯羊绒产品手感差，为提高织物羊绒风格，可以采用单层但具有双面效果的组织—双罗纹组织和添纱组织等，或者采用双层结构如空气层组织，使织物一面具有羊绒纤维的特性，另一面具有功能纤维的功能性，同时在两层织物中间形成了空气层效应。

本文设计集圈式双层针织组织结构，该组织外层使用纯羊绒纱线，里层使用蓄热调温纤维/羊绒混纺纱，中间连接线使用纯蓄热调温纱线，使织物在最大程度上既满足羊绒风格又兼具调温性能。

1 实验部分

1.1 智能调温羊绒双层针织物的制备

1.1.1 蓄热调温纤维的制备

实验纺制三种纱线，即智能调温羊绒混纺纱、纯蓄热调温纱线、纯羊绒纱线。按照标准采用30%质量分数以上蓄热调温纤维与其他纤维进行混纺所纺制的混纺纱就能达到调温功能的要求[3]。实验采用蓄热调温纤维与羊绒纤维进行混纺，为保证纱线既具有羊绒风格又兼具调温效果，采用蓄热调温纤维含量为40%与羊绒纤维进行混纺研制了智能调温羊绒纱。各道工序定量、捻系数见下表1所示。按照以上工艺，采用相同的工艺参数，分别纺制了环锭纺蓄热调温纤维/羊绒(40/60)混纺纱、纯蓄热调温纱线、纯羊绒纱线和紧密纺蓄热调温纤维/羊绒(40/60)混纺纱。

表1 纺纱各工序定量及捻系数

1.1.2 织造工艺设计

表2 上机参数设计表

实验设计了集圈双层针织物，里层纱线使用混纺智能调温羊绒纱，外层使用纯羊绒纱，中间连接线使用纯蓄热调温纤维，连接点为12.5%(质量分数)。使用机号为12 针/25．4 mm的电脑横机进行织制，并使用金龙龙星设计系统设计上机组织图及工艺参数如图1所示，并以文件形式存储到电脑横机的系统中，织造工艺设计参数如表2所示。

图1 上机组织设计图

表3 6种不同针织物的组成

采用相同的上机工艺，实验织制了双层和单层紧密纺混纺纱与环锭纺混纺纱6种不同的织物进行性能测试实验，如表3所示，织物编号1、2、3为双层织物，4、5、6 为单层织物。

1.2 织物风格测试

实验仪器: KES织物风格测试仪

实验参数：温度20℃,相对湿度60%，试样大小20cm×20cm。

原理：分别对试样进行表面摩擦、压缩、弯曲、拉伸剪切测试，通过得到织物的拉伸性能、剪切变形性能、弯曲性能、压缩性能和摩擦性能，并根据织物用途在KN-201-LDY 的标准下来评价出织物的基本风格和综合风格。

1.3 织物透气、透湿性测试

(1)织物透气性测试

实验仪器:Y461-B织物中低压透气量测试仪

测试参数：Φ8孔径，风压100mm水柱，风量1.25m3/min测量次数3次。

原理：根据不同织物，选用相应的口径，单位时间内通过织物的空气量越多，织物的透气性越强。

(2)织物透湿性测试

织物的透湿性能用透湿杯法测试，分吸湿法和蒸发法两种，本实验选项用蒸发法。

实验原理：把盛有水并封以织物试样的透湿杯放置于规定温度和湿度的密封环境中，根据一定时间内透湿杯(包括试样和水)质量的变化，计算出透湿量[4]。

实验环境：温度25℃,相对湿度控制在20%，循环气流速度为0.3m/s～0.5m/s。

实验试样：直径70mm，透湿杯内径60m,杯深22mm。

计算公式：

WVT=△m/(A*t)

公式中：WVT为每平方米每天(24h)的透湿量(g/m2.d)，t为试验时间(h)，Δm为同一实验组合体2次称重之差(g)，A为试样实验面积[5]。

1.4 织物保温性测试

对于评价织物的保暖性能，平板法是一种国内外运用最早也最广泛，理论和实践上都比较成熟的方法。平板法是在基本无风速(风速小于10cm/s)、设定标准状态(模拟体表温度36℃)情况下测试织物的保温率。

实验试样：30cm×30cm，每种试样各取3块。

实验环境：温度20℃±2℃，相对湿度65%±2%。

实验步骤：将试样覆盖在平板式织物保暖仪的试验板上,试验板底板以及周围的保护板都用电热控制相同的温度并通过通、断电保持恒温,使试验板的热量只能通过试样的方向散发。通过测定试验板在一定的时间保持恒温所需要的加热时间来计算织物的保暖指标—保暖率、传热系数和克罗值。保暖率Q是指无试样时的散热量Q1和有试样时的散热量Q2之差与无试样时的散热量Q1之比的百分率[7]。该值越大,试样的保暖性越好。公式为：

Q=(Q1-Q2)/Q1×100%

公式中：Q为保温率(%)，Q1为无试样散热量(W/℃)，Q2为有试样散热量(W/℃)

2 结果与分析

2.1 织物风格测试结果与分析

2.1.1 织物组织对织物风格的影响分析

表4 织物风格性能16个指标测试结果

从表4中可以看出，双层织物单位克重下的拉伸比功和拉伸回复率都比单层组织单位克重下的拉伸比功和拉伸回复率小，剪切刚度2HG/G、单位克重弯曲刚度都比单层织物的剪切刚度2HG/G和单位克重弯曲刚度大，以上各项指标说明双层织物的柔软性低于单层织物的柔软性；但是双层织物单位克重下的压缩比功比单层织物单位克重下的压缩比功大，说明双层织物的丰满度和蓬松度要比单层织物的丰满度和蓬松度好。另外，双层组织中的连接线会在织物表面形成灯芯点，增加了织物表面的粗糙度，使得双层织物的摩擦性能MMD/SMD的值比单层织物的MMD/SMD值大[6]。

2.1.2 纤维性状和纱线性状对织物风格的影响分析

比较双层织物1、2、3，单层织物4、5、6，从表4中可以看出混纺纱织物的单位克重拉伸比功和拉伸回复率都比纯羊绒织物的单位克重拉伸比功和拉伸回复率大，而且紧密纺混纺纱织物的单位克重拉伸比功和拉伸回复率要比环锭纺混纺织物的单位克重拉伸比功和拉伸回复率大。这是因为纱线的拉伸性能不同导致的，紧密纺混纺纱的拉伸性能比环锭纺混纺纱和纯羊绒纱的拉伸性能都好。另外，紧密纺混纺纱毛羽较少，更光洁，使纱线间相互作用力较小。

混纺纱织物的单位克重弯曲刚度及剪切刚度2HG/G要比纯羊绒织物的单位克重弯曲刚度及剪切刚度2HG/G大，混纺纱织物的柔软性不如纯羊绒织物的柔软性好，其中紧密纺混纺纱织物的柔软性要比环锭纺混纺纱织物的柔软性好。这是因为纤维初始模量是织物刚柔性的决定因素，羊绒纤维初始模量较小，羊绒纱线蓬松柔软，因此纯羊绒纱织物柔软性较好。另外，紧密纺纱线毛羽较少，光洁，纱线间相互作用力较小，使得紧密纺混纺纱织物的柔软性比环锭纺混纺纱织物的柔软性较好。同时，混纺纱织物的单位克重压缩比功比纯羊绒纱织物的单位克重压缩比功小，混纺纱织物的摩擦性能MMD/SMD值比纯羊绒纱织物的摩擦性能MMD/SMD值大，说明混纺纱织物的丰满度、蓬松性、滑糯性不如纯羊绒纱织物。

2.1.3 织物基本手感测试结果分析

表5 织物基本手感测试结果

从表5中可以看出，织物组织不同时，双层织物的柔软性和滑爽性不如单层织物，但是双层织物的硬挺度、平展度、丰满度都比单层织物好，且硬挺度的值小于5，仍然具有较好的柔软性，并与单层织物相比具有一定的身骨。织物组织相同时，纯羊绒纱织物的柔软性、丰满性、滑爽性比混纺纱织物的柔软性、丰满性、滑爽度好。其中紧密纺混纺纱织物的柔软性、滑爽性比环锭纺混纺纱织物的柔软性、滑爽性好。

2.2 织物透气、透湿性测试结果分析

表6 织物透气、透湿性测试结果

2.2.1 织物组织对织物透气、透湿性的影响分析

从表6中可以看出双层织物的透气量和透湿量都比单层织物的透气量和透湿量小。这是因为双层织物厚度大，且纱线之间连接点较多，织物空隙较小，气体和湿气从织物到外界的通道较长。因此，双层织物的透气、透湿性较差，保温性较好。

2.2.2 纤维性状和纱线性状对织物透气、透湿性的影响分析

比较双层织物1、2、3以及单层织物4、5、6，可以看出不管是双层织物还是单层织物，纯羊绒纱织物的透气性比混纺纱织物的透气性略小，其中紧密纺混纺纱织物的透气性最好；但是纯羊绒纱织物的透湿性却比混纺纱织物的透湿性好，其中紧密纺混纺纱织物的透湿性比环锭纺混纺纱织物的透湿性好。

2.3 织物保温性能测试结果分析

表7 织物保暖性测试结果

2.3.1 织物组织对织物保暖性的影响分析

从表7中可以看出，双层织物的保暖率比单层织物的保暖率大，这是由于织物组织结构不同会引起织物厚度和单位重量不同。而织物越厚，单位克重越大，样品的保暖性就越高，这是因为静止空气的导热系数远远小于纤维材料，纺织品的保暖性主要取决于面料纤维层中所包含的静止空气的含量，纤维层厚度越大，静止空气的含量就越高，其保温率就越大。双层织物的厚度与单位克重均比单层织物的厚度与单位克重大，所以双层织物的保暖性比单层织物的保暖性好。

2.3.2 纤维性状和纱线性状对织物保暖性的影响分析

从表7中可以看出，织物中蓄热调温纤维的含量越多，其平方米克重保暖率越大。这是因为蓄热调温纤维能灵敏的感应到温度变化而激发相变，提供或吸收热量，具有调节温度、延缓温度变化的作用，蓄热调温纤维的含量越多，织物的相变焓值越大，调节温度的能力越大。此外，当织物组织与蓄热调温纤维含量均相同时，紧密纺混纺纱织物和环锭纺混纺纱织物的保暖率略有差异，这是由于不同成纱方法纺制的混纺纱中两种纤维的转移情况不同，紧密纺混纺纱比环锭纺混纺纱羊绒纤维更多的分布在纱线结构的外层，而羊绒纤维的导热系数较小，保暖性较好[8]。

3 结论

(1)对于不同组织结构的织物，双层织物的密实度、硬挺度、平整度、丰满度比单层织物的密实度、硬挺度、平整度、丰满度要好；织物组织相同时，羊绒纤维含量越多，织物的滑糯性、柔软性、丰满度越好；织物组织与羊绒纤维含量相同时，紧密纺混纺纱织物的柔软性、滑爽性比环锭纺混纺纱织物的柔软性、滑爽性好。

(2)对于不同组织的织物，双层织物的透气、透湿性比单层织物的透气、透湿性差；织物组织相同时，羊绒纤维含量越多，织物的透气性较差，透湿性较好。织物组织和羊绒含量相同时，紧密纺混纺纱织物的透气、透湿性比环锭纺混纺纱织物的透气、透湿性好。

(3)对于不同组织结构的织物，双层织物的保暖性比单层织物的保暖性好；对于相同单位克重的织物，蓄热调温纤维的含量越多，织物的保暖性越好；织物组织与蓄热调温纤维含量相同时，紧密纺混纺纱织物保暖性比混纺纱织物的保暖性好。

(4)智能调温羊绒双层针织物充分发挥两种纤维的优异特性，最大程度的满足了羊绒风格和调温功能，该织物在一定条件下具有良好的自动调温功能，织物轻薄，却能保暖，产品虽厚，也感凉爽，穿着舒适，季节与地域适应性好，拓宽了羊绒产品的应用领域，在将来会有很大的发展。