AIRCLAD吸湿速干冷感防晒面料的设计与开发

梁晓晞 王利君

摘 要：为提高夏季织物的吸湿速干性能和防晒性能，并使之具备良好的凉爽感，以AIRCLAD改性涤纶纱线为原料，设计并织造了9种不同组织、不同结构参数的针织面料，同时用普通涤纶纱线编织3种不同组织的针织面料作为对照组。利用PW-5P-AT2自动吸水速度测试仪、紫外分光计、KES-F7接触冷暖感测试仪等仪器测试他们的吸湿速干、接触冷感和防晒性能，采用斯皮尔曼等级相关分析和多元线性回归分析织物结构参数与性能之间的关系，并构建了吸湿速干、接触冷感、防晒性能和组织、结构参数之间的回归模型。结果表明：用AIRCLAD改性涤纶纱线织造的面料均具有良好的吸湿速干、冷感、防晒性能；织物厚度、纵密与防晒性能呈显著正相关；织物组织与接触冷感显著相关，纬平针组织的接触冷感性能最佳；织物透气率、面密度、厚度与吸湿速干性呈显著负相关，轻薄且透气率大的面料，吸湿速干性性能较好。

关键词：改性涤纶；抗紫外线；吸湿速干；接触冷感；组织结构

中图分类号：TS102.5

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2023）04-0139-09

收稿日期：2022－12－12

网络出版日期：2023－03－22

基金项目：国家自然科学基金项目（114712870）;浙江省服装工程技术研究中心省部级重点实验室开放基金项目（2019FZKF09）;中国纺织工业协会资助项目（J201801）;浙江理工大学科研启动基金项目（17072191-Y）

作者简介：梁晓晞（1998—），女，长沙人，硕士研究生，主要从事服装舒适性与功能服装开发方面的研究。

通信作者：王利君，E-mail： wanglijunhz@zstu.edu.cn

随着人们生活水平的提高，功能性纺织品备受消费者青睐，大众对服装的功能性需求越来越广［1-2］。随着大量品牌的兴起，纺织品销售中宣传的夏日功能性也日益变多，如防晒、接触冷感、吸湿速干等，与之对应的冰袖、防晒衣、皮肤衣、速干衣等也层出不穷。2021年，北京市消费者协会针对防晒冷感和吸湿速干两大类产品进行市场调研检测，其中71个品牌的80件样品，吸湿速干和防晒冷感不合格率高达33%［3-4］。可见，目前市场上功能性纺织品存在质量参差不齐［5］，功能性效果被夸大、合格率低等问题，因此纺织服装面料自身质量需要改善和提高［6］，夏季功能性面料应注重自身功能性如吸湿速干性、接触冷感性能［7］和防晒性能［8］。

目前实现面料的吸湿速干功能主要有3种方法［9］：通过物理方法改变纤维形态结构，使之借助毛细管效应改善其吸湿速干性能；通过织物结构和纱线配比，实现纺织品的吸湿速干功效；采用后整理技术（如涂层加工处理），赋予织物良好的吸湿速干性能。实现面料的接触冷感性能主要有两种方法［10-11］：纤维纺丝中添加具有凉感功能的云母粉、玉石粉等矿石颗粒，进行纤维改性；通过浸轧、浸溃、涂层方法将凉感整理剂（主要成分多为木糖醇、薄荷醇和丝素蛋白）中的凉感有效成分黏附于织物表面。实现面料的防晒性能主要有两种方法［12］：利用陶瓷粉末或金属氧化物等具有较高折射率的物质（如滑石粉、碳酸钙等），加入到纤维中对纤维进行改性；利用有机类紫外线吸收屏蔽剂，通过涂层加工处理，从而实现面料的防晒性能。部分化学纤维如腈纶、涤纶本身具有一定的抗紫外性能，但效果一般，无法满足高品质的防紫外产品，对他们进行本体改性处理可以有效改善纤维的抗紫外性能［13-14］。无论是吸湿速干、接触冷感还是防晒性能，对纤维直接改性后生产的纺织品比后整理法制得的纺织品具有明显的优势，耐洗耐烫、穿着舒适性更好［15-16］。

对纺织品进行多种功能复合能够有效提升纺织品的附加值［17］，未来纺织品将朝着功能复合化方向发展［18］。因此，开发功能复合的吸湿速干冷感防晒面料具有很好的市场前景。本文选择AIRCLAD改性涤纶纱线为原料，设计并织造了9种不同组织、不同结构参数的针织面料，通过分析组织结构、密度对面料的吸湿速干、接触冷感、防晒的影响，为吸湿速干冷感防晒面料开发提供参考。

1 实 验

1.1 原料选择

选用16.6 tex/144 f AIRCLAD改性涤纶纱线。由上海嘉乐股份有限公司开发的AIRCLAD改性涤纶纤维，是将陶瓷和翡翠利用纳米技术达到纳米级颗粒，然后熔入涤纶纺丝熔体之中，经过纺丝加工而成，其纤维形态如图1所示。由于陶瓷颗粒可阻热并且抵挡紫外线，使得该产品具有优良的防晒功能，翡翠粒子的加入让其纱线达到接触冷感的效果。AIRCLAD纤维形态为管状中空，不仅促进吸水速干，同时还实现了素材轻量化。同时，选用16.6 tex涤纶纤维作为对照组。

1.2 实验设备与仪器

HJ-SMTH针织大圆机（绍兴鸿骏机械有限公司），Y511C织物密度镜（宁波纺织仪器厂），UV-2000F紫外分光仪（上海蓝菲光学仪器有限公司），YG（B）216-Ⅱ织物透湿量仪（温州大荣纺织仪器有限公司），KES-F7接触冷暖感测试仪（日本KATO TEKKO公司），XY300精密电子天平（东莞博莱德仪器设备有限公司）PW-5P-AT2自動吸水速度测试仪（日本大荣仪器制作所），FEI TecnaiTM透射电子显微镜（赛默飞世尔科技（中国）有限公司）。

1.3 试样制备

采用AIRCLAD涤纶纱线，针织大圆机的机号为28 针/25.4 mm，筒径为864 mm，转速为23 r/min，上机编织纬平针组织、双罗纹组织和双珠地组织3种组织结构，结构图如图2所示。纬平针织物轻薄，双罗纹织物尺寸稳定性好且不易脱散，双珠地织物硬挺透气，能满足不同消费者的需求，实验组采用3种不同编织密度，共制备9种试样，对照组采用3种不同组织，每种组织编织1种密度，试样结构参数见表1。

1.4 性能测试

1.4.1 防晒性能

参照GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》，测得紫外线防护值UPF、长波紫外线透过率值T（UVA）。将试样放在标准大气下调湿24 h后进行测试，每个试样测10次，求平均值。

1.4.2 接触冷暖感

参照GB/T 35263—2017《纺织品 接触瞬间凉感性能的检测和评价》，测得织物的接触冷感系数Qmax。将试样放在标准大气下调湿24 h后进行测试，每个试样测5次，求平均值。

1.4.3 吸湿速干性能

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》，测试滴水扩散时间、蒸发速率、吸水率、芯吸高度和透湿量，用其表征织物的吸湿速干性能，测试结果见表2。其中，滴水扩散时间、吸水率、芯吸高度是吸湿性的表征，扩散时间越快，吸水率越大，芯吸高度越高，吸湿性越好。吸水率W计算如式（1）：

W/%=m－m0m0×100（1）

式中：m0和m分别为试样干重和滴水湿重，g。

2 结果与分析

2.1 织物性能直观分析

根据GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》规定，当织物UPF大于40、T（UVA）小于5%，该产品便称为抗紫外线产品。由表2可得，实验组和对照组的面料均达到防紫外线产品要求，实验组AIRCLAD涤纶编织的面料平均UPF值为485.05，平均T（UVA）值为1.85，对照组普通涤纶编织的面料平均UPF值为125.57，平均T（UVA）值为2.66，實验组的防晒性能优于对照组。

根据GB/T 35263－2017《纺织品 接触瞬间凉感性能的检测和评价》规定，当样品接触瞬间凉感系数Qmax大于等于0.15 J/（cm2·s）时，判断其具有接触瞬间冷感。由表2可知，实验组中所有AIRCLAD涤纶编织的面料均具有接触瞬间冷感，而对照组中普通涤纶编织的面料均不具有接触瞬间冷感。

标准中规定当吸水率大于200%，滴水扩散时间小于3 s，芯吸高度大于100 mm，评定该织物具有吸湿性；当蒸发速率大于0.18 g/h，透湿量大于10000 g/（m2·24 h）时，评定该织物具有速干性。由表2可知，实验组AIRCLAD改性涤纶纱线编织的面料均具有吸湿速干性能，对照组中普通涤纶纱线编织的面料均不具有吸湿速干性能。

2.2 结构参数与织物性能的相关性分析

斯皮尔曼等级相关分析方法是分析两个或两个

以上变量间相互依存关系的统计方法，适用于总体分布未知的数据资料。进一步分析织物结构参数和防晒、接触冷感、吸湿速干性能之间的关系，运用该方法对织物组织结构、面密度、厚度、纵密、横密和UPF、T（UVA）、Qmax、透湿量、滴水扩散时间、纵向芯吸高度、横向芯吸高度、蒸发速率之间的相关性进行分析，结果如表3所示。

由表3可知，在防晒性能中，UPF与织物组织呈显著相关，UPF与厚度呈显著正相关，T（UVA）与厚度呈高度负相关；在接触冷感性能中，Qmax与织物组织呈显著相关；在吸湿速干性能中，透湿量与厚度呈高度负相关，滴水扩散时间与面密度呈显著正相关，纵向芯吸高度与纵密、横密呈显著负相关，横向芯吸高度与横密呈高度负相关，蒸发速率与面密度、厚度呈显著负相关，吸水率与厚度呈显著正相关。

2.3 结构参数对织物防晒性能的影响

根据相关性分析，以UPF为因变量，以组织结构为自变量，构建了回归模型，以UPF为因变量，以厚度为自变量，构建了回归模型，以T（UVA）为因变量，以厚度为自变量，构建了回归模型如表4所示。

双罗纹组织的UPF值显著低于纬平针组织

（P<0.05），双罗纹组织的UPF值比纬平针组织的低28.247。双珠地组织的UPF值显著高于纬平针组织（P<0.05），双珠地组织的UPF值比纬平针组织的高168.737。

记UPF值为Y，厚度为X，建立回归方程Y=415.374X+63.680，在该模型中，调整判定系数R2=0.771，说明厚度解释UPF值变化的77.1%，该

模型的拟合优度良好。记T（UVA）为Y，厚度为X，建立回归方程Y=-0.394X+2.250，在该模型中，调整判定系数R2=0.941，说明厚度可以解释T（UVA）变化的94.1%，该模型的拟合优度较好。

2.4 织物结构参数对接触冷感的影响

根据相关性分析，以Qmax为因变量，以组织结构为自变量，构建了回归模型，如表5所示。

双罗纹组织的Qmax值显著低于纬平针组织（P<0.05），双罗纹组织的Qmax值比纬平针组织的

低0.072。双珠地组织的Qmax值显著低于纬平针组织（P<0.05），双罗纹组织的Qmax值比纬平针组织的低0.065。组织结构与Qmax具有显著相关性，不同组织结构中，纬平针组织结构的面料，由于表面比较光滑，织物结构紧密，其与皮肤实际接触面积大，接触瞬间冷感较好。

2.5 织物结构参数对吸湿速干的影响

根据相关性分析，以透湿量为因变量，以厚度为自变量，构建了回归模型，以滴水扩散时间为因变量，以面密度为自变量，构建了回归模型，以纵向芯吸高度为因变量，以横密、纵密为自变量，构建了回归模型，以横向芯吸高度为因变量，以横密为自变量，构建了回归模型，以蒸发速率为因变量，以厚度、面密度为自变量，构建了回归模型，以吸水率为因变量，以厚度为自变量，构建了回归模型，如表6所示。

记透湿量Y，厚度为X，建立回归方程Y=-364.108X+1056.701，在该模型中，调整判定系数R2=0.958，说明厚度可以解释透湿量变化的95.8%，该模型的拟合优度较好。记滴水扩散时间为Y，面密度X，建立回归方程Y=0.002X+0.387，在该模型中，调整判定系数R2=0.794，说明面密度可以解释透湿量变化的79.4%，该模型的拟合优度良好。记纵向芯吸高度为Y，横密为X，纵密为Z，建立回归方程Y=-1.1X-0.085Z+244.874，调整判定系数R2=0.946，说明横密和纵密可以解释纵向芯吸高度变化的94.6%，该模型的拟合优度较好。记横向芯吸高度为Y，横密为X，建立回归方程Y=-1.149X+232.731，在该模型中，调整判定系数R2=0.800，说明横密可以解释横芯吸高度变化的80.0%，该模型的拟合优度良好。记蒸发速率为Y，厚度为X，面密度为Z，建立回归方程Y=-0.241X-0.002Z+0.922，在该模型中，调整判定系数R2=0.985，说明厚度和面密度可以解释蒸发速率变化的98.5%，该模型的拟合优度较好。记吸水率为Y厚度为X，建立回归方程Y=66.248X+206.906，在该模型中，调整判定系数R2=0.915，说明厚度可以解释吸水率变化的91.5%，该模型的拟合优度较好。

2.6 吸湿速干冷感防晒织物性能模糊综合评价

单一指标对织物性能的评价不够全面，因此采用能对多个相关因素作全面评判的模糊数学综合评价法。首先，确定评判对象的因素域和评判等级集，再确定各个因素的模糊评价等级和各评价因素的重要程度即权重，最后建立模糊评价矩阵。该评价对象的模糊评价结果用模糊集B表示，B=A×R，以对织物的性能进行评价。

本文研究织造的面料主要注重吸濕速干性、接触冷感和防晒性的复合功能，故选择其相关的10个指标进行评价。织物性能的评判域U={透气率，透湿率，滴水扩散时间，纵向芯吸高度，横向芯吸高度，蒸发速率，吸水率，UPF，T（UVA），Qmax}，透气率、透

湿率、纵向芯吸高度、横向芯吸高度、蒸发速率、吸水率、UPF、Qmax这8个指标都是越大越好，采用式（2）计算：

rij=Xij－XiminXimax－Ximin，（2）

滴水扩散时间、T（UVA）指标越小越好，采用式（3）计算：

rij=Ximax－XijXimax－Ximin，（3）

式中：rij为R中的元素；Xij为第j个试样的第i项指标的测试值；Ximax为第i项指标的最大值，i为指标编号1～11；Ximin为第i项指标的最小值，i为指标编号1～10。将10个性能指标代入式（2）和式（3），得到模糊性能的评价效果与指标的模糊关系：

R′=589.000609.000618.0001003.0001030.0001182.000653.000682.000701.00010153.90010164.50010176.10010273.40010282.30010291.70010137.30010144.70010152.7000.9200.8800.8700.9100.9000.8600.9700.9400.900135.400148.200150.200114.600125.300129.900129.100138.200150.500123.400135.500147.400112.100112.400123.400131.200137.100143.7000.2610.2890.3120.3010.3310.3710.1980.2130.256281.000276.000267.000265.000261.000257.000291.000287.000282.000467.520432.340414.810428.230403.420398.280617.720602.460600.7001.8001.8201.8901.9001.9401.9501.7601.7801.8100.0800.1000.1000.0900.1100.1300.0800.0800.1400.2500.2230.2100.1640.1520.1510.1690.1610.157

得出：

R=0.000.030.050.700.741.000.110.160.190.110.180.250.880.941.000.000.050.100.450.820.910.550.641.000.000.270.640.580.940.990.000.300.430.400.661.000.320.661.000.000.010.320.540.710.900.640.470.340.40.230.001.000.910.660.710.560.290.240.120.001.000.880.740.320.160.080.140.020.001.000.930.920.790.680.320.260.050.001.000.890.741.000.730.600.130.010.000.180.100.06

各性能的权重系数集A={α1，α2，α3，α4，α5，α6，α7，α8，α9，α10}，其中α1，α2，α3，α4，α5，α6，α7，α8，α9，α10分别表示透气率，透湿率，滴水扩散时间，纵向芯吸高度，横向芯吸高度，蒸发速率，吸水率，UPF，T（UVA），Qmax。

本文采用优序图法判定各项指标的权重系数，计算见式（4）

αi=∑nk=1Cikn（n－1）2+0.5n（4）

式中：i=1，2，3，…，n；k=1，2，3，…，n。

本文研究织造的面料主要为吸湿速干性、接触冷感和防晒性的复合功能，考虑到后续织造制作成户外防晒服、运动服居多，代入式（4）得出织物各项指标的权重系数。即A=（0.080，0.080，0.080，0.080，0.080，0.080，0.080，0.190，0.160，0.008），则B=A×R=（0.491，0.490，0.419，0.300，0.252，0.299，0.609，0.619，0.635）

从以上可知，9#样品的综合吸湿速干冷感防晒性能最好，其次为8#，7#，1#，2#，3#，4#，6#，5#。

3 结 论

本文制备了9种AIRCLAD吸湿速干冷感防晒针织面料和3种普通涤纶针织面料作为对照，运用斯皮尔曼等级相关分析和多元线性回归分析织物结构参数与性能之间的关系，得到以下结论：

a）设计制备的9种AIRCLAD改性涤纶纱线针织物，均具有吸湿速干、冷感、防晒性能。普通涤纶织物具有防晒性能，但不具备吸湿速干和冷感性能。

b）防晒性能与厚度呈显著正相关，即织物越厚，紫外线越不易透过。

c）接触冷感与织物组织显著相关，纬平针组织优于双珠c）地组织和双罗纹组织。

d）透湿量、蒸发速率与厚度呈负相关，织物越轻薄，越有利于水蒸气的通过；纵、横向芯吸高度与织物密度呈负相关；吸水率与厚度呈正相关，织物越厚，吸水率越好，并得到了它们之间的回归模型。

e）制备的9种织物中，7#吸湿速干冷感防晒织物性能最好，结构参数为横密、纵密为80/5 cm、123/5 cm，面密度为209.7 g/cm2，织物组织为双珠地组织。

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Design and development of AIRCLAD moisture-absorbing， quick-drying and sunscreen fabrics with cold feeling

LIANG Xiaoxia，b， WANG Lijuna，b，c

（a.School of Fashion Design & Engineering; b. Zhejiang Provincial Research Center of Fashion Engineering Technology;

c.MOC Key Laboratory of Silk Culture Heritage and Product Design Digital Technology， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

In order to improve the moisture absorption， quick drying and sun protection performance of the fabric in summer， and make it cool， AIRCLAD modified polyester yarn was used as the raw material， and AIRCLAD modified polyester fiber， a fiber made of ceramics and jadeite， was used to obtain nano particles via nanotechnology， and then the polyester spinning melt was obtained. The tubular hollow fiber has moisture absorption， quick drying， cold feeling and sun protection function. Three kinds of fabric structures， namely， flat stitch fabric， double rib fabric and double bead fabric， were woven on a knitting machine， and nine kinds of samples were prepared by using three different knitting densities. Meanwhile， three kinds of knitted fabrics with different tissues were woven with common polyester yarns as the control group. The PW-5P-AT2 automatic water absorption speed tester， ultraviolet spectrometer and other instruments were used to test their moisture absorption， drying speed， cool sense on contact and sun protection performance. The Spearman rank correlation analysis and multiple linear regression were used to analyze the relationship between fabric structure parameters and performance， and the optimal fabric parameters were selected by comprehensive fuzzy evaluation.

The results show that knitted fabrics made of AIRCLAD modified polyester yarns have good moisture absorption， quick drying， cold feeling and sun protection properties; common polyester fabrics have sunscreen properties， but they do not have moisture absorption， quick drying and cool sense on contact. From the analysis of fabric sunscreen performance， the regression equation of sunscreen performance and thickness is Y=415.374X+63.680， and the regression equation of T（UVA） and thickness is Y=-0.394X+2.250. The thickness is significantly positively correlated with the sunscreen performance， that is， the tighter and thicker the fabric is， the more difficult it is for ultraviolet rays to penetrate. Specifically， the double bead weave fabric is thicker than the other two weave fabrics， so its UV resistance is the best. From the analysis of cool sense on contact of the fabric， the fabric structure is significantly related to the sense on contact， and the sense on contact of weft plain stitch is better than that of double bead weave and double rib weave. The tighter the fabric is， the larger the contact surface between the fabric and the skin is， so the better the sense on contact of the fabric is. From the analysis of fabric moisture absorption and drying speed， the regression equation of moisture permeability and thickness is Y=-364.108X+1056.701， and the regression equation of evaporation rate and thickness and density is Y=-0.241X-0.002Z+0.922. The moisture permeability and evaporation rate are negatively related to the thickness. The thinner the fabric is， the smaller the density is， and the higher the porosity is， which is conducive to the passage of water vapor. The regression equation among longitudinal wicking height， transverse density， and longitudinal density is Y=-0.241X-0.002Z+0.922， and that between transverse wicking height and transverse density is Y=-1.149X+232.731. There is a negative correlation between longitudinal and transverse wicking height and fabric density. The regression equation between water absorption and thickness is Y=66.248X+206.906. The water absorption is positively related to the thickness. The thicker and tighter the fabric， the better the water absorption. Under the experimental conditions， it is concluded that the best performance of moisture absorption fast drying cold feeling sunscreen fabric is 7 #， the structural parameters are horizontal density， vertical density of 80 pieces/5 cm， 123 pieces/5 cm， surface density of 209.7 g/cm2， and the fabric texture is double bead texture.

Keywords：

modified polyester; UV resistance; moisture absorption and quick drying; cool sense on contact; organizational structure