针织凉感面料的性能相关影响因素分析

褚北斗，林 聆，顾学峰，陈慰来

(1.浙江理工大学纺织科学与工程学院(国际丝绸学院)，杭州 310018；2.宁波马菲羊纺织科技有限公司，浙江宁波 315700)

为了减少二氧化碳的再排放，生产纺织面料需遵从绿色环保的理念[1]。推动具有凉感和高舒适性凉感面料的开发生产，不仅可以满足织物服用性能多元化的需求，而且符合低碳的衣着生活需求。

凉感面料的开发一般从原材料、面料和后整理3方面进行考虑[2]。凉感纤维原料的利用在国内起步较晚，2006年中国首次研发出具有凉感的玉石聚酯纤维[3]。凉感原材料是指选取具有较好凉感性能的纤维，目前主要通过物理改性和化学改性两种方法使纤维长丝具有凉感性能。物理改性是把玉石研磨至次微米等级，经由混练技术添加入纤维中，透过异形断面吸湿排汗的纤维结构，使得热量从织物与人体接触面导向织物与外部接触面，产生良好的凉感作用[3]。化学改性是通过改变原子团种类与大分子链的原子，还可以通过共聚和交联等改变原子间的结合方式[4]。针织凉感面料具有较好的服用性能和热湿舒适性能，并且轻薄柔软，织造过程中可以选择纬平针和罗纹组织结构，从而使针织物具有更好的凉感性能[5]。针织凉感面料的后整理是在助剂中添加ICECOATL-20[6]等凉感成分，凉感成分通过与黏合剂(树脂)附着在针织面料上，从而使面料具有凉感性能。

纤维的接触凉感系数和导热系数越高，其凉感性能越好[7]，即能够将身体产生的热量快速排至外界环境，使织物穿着时具有良好的舒适性和清凉感。因此，本文选取采用物理改性方法获得的涤纶凉感纤维，同时选择纬平针和四角网眼组织织造织物，使织物具有良好的透湿及其他服用性能。参考相关文献中的研究方法[8-10]，通过测试针织物的透气率、透湿率、面密度、热阻、克罗值和热导率，分析影响针织物接触凉感系数的相关因素。

1 实 验

1.1 实验材料和测试方法

纱线优选华楙生技股份公司生产的8.3 tex凉感涤纶长丝和腾达纺织公司生产的8.3 tex普通涤纶长丝。使用XL-2型纱线强伸仪测试，依据标准GB/T14344—1993《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》，分别测量凉感纤维与普通纤维的断裂强力、断裂伸长率和断裂强度值。采用JSM-5600LV型扫描电镜取得凉感涤纶纤维的横截面以及其纵向形态图。

1.2 凉感织物的制备方法

针织凉感面料可选用珠地网眼、纬平针等多种组织。纬平针织物轻薄，珠地网眼组织织物硬挺透气，能满足不同消费者的需求。纬平针组织是单面纬编针织物中的原组织，正面圈柱，反面圈弧，虽然织物易脱散，但是纬平针织物有良好的透气性，其横向拉伸时延伸线较高，适合开发运动服、无缝内衣和合身短袖等。以下是纬平针组织的编织图，其中“o”表示纱线成圈，“│”表示织针。针织试样的编织结构如图1所示。

图1 针织面料结构编织图Fig.1 Structureweave diagrams of knitted fabric

本文基于不同针织物组织的特点，选用上述结构组织，编织亲肤舒适和轻薄凉爽的凉感针织面料。实验共设计织造了9种不同类型的凉感涤纶针织物，以满足不同厂商和消费的的实际需求。采用针织大圆机织造，成圈系统路数为112，针织面料的基本参数如表1所示。

表1 针织面料的基本规格参数Tab.1 Specification parameters for knitted fabric

1.3 凉爽评价指标定义与原理

在皮肤温度高于穿着的凉感织物的温度时，皮肤上的热量会被迅速传到外界环境，造成皮肤温度的瞬间下降，再通过皮肤表面上的神经元传送到人体大脑中，让人产生瞬间凉爽的感觉[11]。

接触凉感系数(Qmax)是将温度高于试样规定温度的热检测板以一定压力与试样接触，热检测板与试样接触后热量传递过程中热流密度的最大值[12]。

当人体皮肤表面与所穿着针织物存在温差时，人体皮肤表面的热量会传递到外界环境中，引起体表温度的下降，使人产生瞬间凉爽的感觉，通常用Qmax表示，即针织试样与人体皮肤接触时最大的热量传递值。Qmax值越大，表明织物的凉感性能越好。

2 结果与分析

2.1 纤维性能分析

使用XL-2型纱线强伸仪测试纱线力学性能结果如表2。通过比较可以得出凉感纤维断裂强力为267 cN低于普通纤维断301 cN，但是其断裂伸长率为27.6%高于普通纤维的25.5%，具有较好的拉伸变形能力，可知凉感纤维符合基本的力学性能。

表2 纤维基本力学性能Tab.2 Basic mechanical properties of fiber

使用SM-5600LV型扫描电镜在3000倍放大倍数下取得普通涤纶长丝和凉感涤纶纤维的横截面以及其纵向形态图，如图2所示。由图2可发现，凉感涤纶长丝的表面有一些微小的颗粒状物质。这是因为凉感涤纶长丝在纺丝过程中加入了一定次微米级玉石颗粒。

图2 普通涤纶与涤纶凉感长丝形态Fig.2 SEM morphology of the common polyester filament and cool feeling polyester filament

2.2 针织面料性能分析

测量凉感针织物的面密度、透气率、透湿率、热阻、克罗值、热导率和接触凉感系数，如表3。

表3 针织物试样性能测试结果Tab.3 Performance test results of knitted fabric samples

通过SPSS数据分析软件，研究凉感针织物的接触凉感系数与针织物的热湿舒适性能指标的相关性[13]。根据表4可知，针织凉感织物的接触凉感系数与织物的热阻、透湿率、透气率和面密度有关系。凉感针织物接触凉感与面密度和热导率有明显的正相关，与凉感针织物的透气率、克罗值和热阻成明显的负相关，透湿率在一定程度与织物的接触凉感系数呈正相关。

表4 接触凉感系数与针织物性能指标相关性Tab.4 Correlation between Qmax and performance index of cool fabric

通过散点图及拟合方程研究影响织物接触凉感系数与织物的面密度、透气率、透湿率、热阻、克罗值和热导率关系。拟合结果如图3，由图3可知接触凉感指数与织物的面密度、透气率、透湿率、热阻、克罗值和热导率有线性关系。

图3 接触凉感系数与面密度、透气率、透湿率、热阻、热导率和克罗值相关性Fig.3 The correlation between contact cool feeling coefficient and property parameters of surface density, air permeability, moisture permeability, thermal resistance, thermal conductivity, and CLO value

2.3 多元线性分析

多元线性回归分析通过回归方程的形式讨论多个自变量与因变量之间是否有线性依赖关系，是一种较为广泛应用的统计分析方法。本文主要分析接触凉感系数与影响接触凉感系数的多个参数之间的关系。

2.3.1 多元线性回归模型

采用多元线性回归模型建立接触凉感系数(被解释量)与面密度、热阻、透湿率、透气率、热导率和克罗值(解释变量)之间的线性数学模型数量关系式，即有许多个不同变量参数的多元线性回归模型。

Y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+…+βpxp+ε

(1)

式(1)是多元线性回归模型，模型有p个解释变量。线性回归方程中被解释的变量(接触凉感系数)的变化部分由两部分组成：第一部分是由透湿率、面密度等解释变量引起的线性变化的结果，即Y=β0+β1x1+β2x2+β3x3+…+βpxp；第二部分是指其它随机因素造成的随机误差，即ε。所建立回归方程中ε、β0、β1、β2、…βp的值都是未知值，通常把β1、β2、…βp称之为回归系数。

2.3.2 多元线性回归分析结论

凉感针织物的凉感系数与针织物的面密度、透气率、透湿率、热阻、克罗值和热阻在一定程度上呈现不同的线性相关性，以接触凉感指数为因变量，以面密度、透气率、透湿率、热阻、克罗值和透湿率为自变量，并进行多元线性回归分析。通过表5可得出调整R2为0.681，因为其值不接近于1，可以认定为回归方程的拟合度较低，即接触凉感值可以被模型其他参数解释的较少，回归方程不显著。

表5 多元线性回归分析结果1Tab.5 Multiple linear regression analysis results 1

由表6多元线性回归分析结果进行回归系数显著性检验，如果假设显著性水平a为0.05，可知透气率、面密度、透湿率、热阻、克罗值和热导率回归系数显著性t检验的概率p值均大于显著性水平a，即可确定它们与接触凉感系数是不显著的线性关系，因此建立的多元回归模型是不可用的。由表7选取透气率和面密度为解释变量，可以知道检测统计量F的值是11.649，同时概率p值为0.006，因为0.006小于0.05，认为接触凉感系数与其他影响变量是显著的线性关系，即可建立线性模型。

表6 多元线性回归分析结果2Tab.6 Multiple linear regression analysis results 2

表7 多元线性回归分析结果3Tab.7 Multiple linear regression analysis results 3

由表8、表9多元线性回归分析可知，容差(tolerance)值为0.950，0.950，可知方差膨胀因子(VIF)的值为1.052，1.052，值均较小，条件指数(condition index)的第1、2、3为1.000、4.217、5.460均小于10，说明被解释变量和解释量共线性很弱，即建立的线性模型是恰当的,说明针织织物的接触凉感系数与织物的透湿率、热阻和克罗值存在相关性。最终确立的方程如下，Qmax=0.00039+0.001*G+0.00026*Qv可以用于接触凉感系数的预测，其中：Qmax表示织物的接触凉感系数，G表示织物的面密度，Qv表示织物的透气率。

表8 多元线性回归分析结果4Tab.8 Multiple linear regression analysis results 4

表9 多元线性回归分析结果5Tab.9 Multiple linear regression analysis results 4

3 结 论

本文原材料选取的是凉感涤纶长丝，并在针织物织造的过程中选用纬平针和四角网眼组织。对涤纶长丝的拉伸性能和凉感织物的面密度、热阻、热导率、透气性、克罗值和透湿性进行测试，最后通过相关分析和多元线性回归分析得到以下结论：

a)凉感涤纶长丝断裂强力和断裂强度比普通纤维较小，但是断裂伸长率优于普通纤维，使凉感纤维具有较好的拉伸弹性和基本的服用性能。

b)针织物的面密度和热导率与接触凉感系数有正相关关系，即针织物的面密度和热导率的值越高，针织物的接触凉感系数就越大，凉感性能就越好；针织物的热阻值、透气率和克罗值与接触凉感系数有负相关关系，即织物的热阻值、透气率和克罗值越小，针物接触凉感系数就越大，凉感性能就越好。

c)使用多元回归分析，并建立多元线性回归模型，Qmax=0.00039+0.001*G+0.00026*Qv，针织物的接触凉感系数可以通过面密度和透气率计算得出。