透气凉爽丝麻面料的制备及其性能

摘 要：为了开发出在炎热条件下穿着舒适、透气性能好、触感凉爽的高端服用面料，采用桑蚕丝作为经纱，大麻（汉麻）纱作为纬纱，在相同的经密下，通过改变织物组织、纬密及经纬组织点等方法，设计并试织了A、B、C三个系列共24种织物，利用织物透气量仪和Hot Disk热常数分析仪分别测试织物的透气和导热系数，并通过模糊综合分析法对各项数据指标进行分析。结果表明：在经密为50根/（10 cm）、纬密为30根/（10 cm）、组织为8枚纬缎时，丝麻面料的透气性、凉爽性能最好；在经密不变、纬密增加时，丝麻面料的透气性、凉爽性下降；随着缎纹经组织点的个数的增加，丝麻面料的透气性、凉爽性会下降；当纬密增加且组织为平纹和斜纹时，丝麻面料的透气性、凉爽性会增加。研究结果可为进一步开发具有透气性、凉爽性高端功能服用面料提供一定的理论参考。

关键词：丝麻面料；透气；凉爽；织物组织；模糊综合评判

中图分类号：TS155.6

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2024）09-0019-09

收稿日期：2023-11-08

网络出版日期：2024-02-27

基金项目：企业横向合作项目（2023）

作者简介：颜云梦（1997—），女，江苏淮安人，硕士研究生，主要从事功能性纺织品开发方面的研究。

通信作者：鲁佳亮，E-mail：getljl@126.com

近年来，人们对服装面料的要求不再局限于保暖、美观等基本需求，希望有更多的功能，例如在希望夏季用面料具有凉爽的触感、透气舒适等性能，因此开发出具有透气良好、触感凉爽的面料成为织物开发的一个方向。目前市场上凉爽透气面料的开发主要有两个大类：第一大类是对化学纤维的物理化学改性，使纤维具有吸湿排汗效果，如Coolmax纤维^［1］、WELLKEY 纤维^［2］等的开发；第二类是对天然纤维性进行利用，如竹纤维、麻纤维等的利用。日本、美国的相关研究较早，已开发有系列具有透气和凉爽功能的面料，研发水平处于世界前列。国内在近几年也开始开发^［3-5］，并取得了一定的成果。

本文旨在开发一款具有良好透气性、触感凉爽的夏季高端服用面料。为迎合高端服用面料市场的天然环保要求，面料选用桑蚕丝作为经纱，大麻（汉麻）纱为纬纱，采用不同纬密、不同织物组织、不同经纬组织点比例进行织造实验，并对实验织物进行透气性和凉爽性能测试，通过模糊综合分析来确定最佳工艺参数，为后续开发凉爽面料提供参考。

1 实验

1.1 原料的选择

在夏季高端服用面料中，重视天然纤维的运用。在市场上相对成熟的天然纤维中，桑蚕丝具有优良透气性和凉爽性^［6］；麻纤维能够使皮肤保持长时间的干燥，且透气性好，但麻纤维普遍存在条干不匀，毛羽多等问题，舒适性相对丝、棉较差。大麻纤维是麻类纤维中比较细软的纤维，且抗菌性优于亚麻，因此本实验选择桑蚕丝和大麻纱分别作为经纱和纬纱。根据面料试织小样机的上机织造要求，保证织造的张力需求，选择4.67 tex（2/20/22D）桑蚕丝作为经纱，27.78 tex（36 N）大麻纱作为纬纱。

1.2 试织工艺方案

织物组织通过经纬纱线的交织形成，在相同循

环中经纬纱线屈曲不同、经纬密不同对织物透气和凉爽性能都有影响，为探索面料在保证良好的外观手感前提下影响透气和凉爽性能的因素，分别从组织结构、纬密、相同循环内经纬组织点比例3方面设计3个系列试样。

A系列试样：在同一纬密下采用不同的织物组织进行织造，为保证可对比性，所有组织为8×8循环；B系列试样：在织物组织确定的情况下采用不同的纬密进行织造，选择三原组织，每个组织分别3种纬密；C系列试样：改变纬面组织的经纬组织点比例。所有试样采用相同原料进行织造。

1.3 试样制备

试样选用江阴通源SGA598全自动剑杆织机进行织造，经线为4.67 tex（2/20/22D）桑蚕丝，纬线为27.78 tex（36 N）大麻纱。

A系列试样组织分别设置了平纹组织及其加强组织、3/1斜纹组织及其加强组织、8枚3飞纬面缎纹及其加强组织，用于研究在同一纬密下不同的织物组织对试样透气凉爽性能的影响。A系列织物规格参数见表1。

B系列试样用于研究在织物组织确定的情况下不同的纬密对试样透气凉爽性能的影响。织物组织采用了常用的平纹组织、3/1斜纹组织、8枚3飞纬面缎纹，每个组织分别采用纬密是30根/（10 cm）、33根/（10 cm）、35根/（10 cm）。B系列织物规格参数见表2。

C系列试样采用织物组织结构相同，均为8枚纬面缎纹，设计不同的经纬组织点比例（分别在经向和纬向上加强组织点的个数为1、2、3），研究织物组织点对试样透气凉爽性能的影响。C系列织物规格参数见表3。

1.4 织物实际规格

织物完成织造后，测试织物的厚度和平方米质量，测试结果见表4。

厚度和平方米质量会影响到织物的透气和凉爽等性能^［7-8］，从表4中可以看出同一系列的试样厚度存在一定的差异，织物的厚度指标计算如式（1）所示。

B=|A-v|v（1）

式中： B为织物厚度指标差异， %；A为织物厚度，mm；v为织物厚度的平均值，mm。

通过计算试样厚度指标差异均小于5%，因此可忽视试样厚度对面料透气凉爽带来的影响。

2 试样织物性能测试

2.1 试样织物透气性能测试

试样透气根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，采用YG461D型数字式织物透气量仪进行测试，样品尺寸为20 cm²，压强为100 Pa。测试3次，取平均值。

2.2 试样织物导热性能测试

试样根据GB/T 10295—2008《绝热材料稳态热阻及相关特性的测定 热流计法》，采用Hot Disk热常数分析仪测出织物的导热系数，探头7280半径为29.40 mm。样品需要表面光滑无粗糙，每次试验需要直径15 cm圆形测试样2块，且两块样品的厚度大小一样，测试3次，取平均值。根据织物的导热系数计算织物的热阻和克罗值，热阻反映了纤维传递热量的能力，克罗值反映了织物的隔热程度的高低。织物的热阻和克罗值计算如式（2）—（3）所示：

R=dλ（2）

clo=6.45R（3）

式中：R为织物的热阻，m²·℃/W；d为织物的厚度，mm；λ为织物的导热系数，W/（m·℃）；clo为织物的克罗值。

3 结果与讨论

3.1 织物结构参数对试样透气性的影响

3.1.1 不同织物组织对试样透气的影响

参考文献［9-10］，用2.1实验方法测得不同的织物组织的透气量见图1。由图1可知：A系列的透气量范围是2575.03～4081.38 mm/s，透气量最大的是A6，达到4081.38 mm/s，透气量最小的是A1，达到2575.03 mm/s，因此透气量最好的是8枚纬面缎纹（A6）。这是因为在织造的过程中，缎纹组织的经纬纱交织次数少，经纱点是不连续的，间隙大，孔隙多，从而导致气体通过织物的量大，所以比起其他组织的透气量，缎纹组织的透气量较好。由图1也可以看出，平纹组织的透气量是2557.03 mm/s ，平纹加强组织的透气量是2612.5 mm/s，比起其他织物组织的透气量，A1和A2的透气量是最小的。因此平纹组织及其加强组织织物的透气量最小（A1、A2）。产生这种现象的主要原因，一方面是平纹组织中经纱和纬纱交织次数多，浮长短，纱线可位移性差；另一方面是纱线间的排列紧密程度不同，平纹组织及其加强组织紧度大于其他组织，织物越紧，织物的空隙面积越小，因此平纹组织及其加强组织织物的透气量不如其他组织织物的透气量。

3.1.2 纬密对试样透气的影响

织物在不同纬密下所测的透气性见图2。由图2可知：B系列的透气量范围是2146.72～4081.38 mm/s，透气值最大的是B7，达到4081.38 mm/s，透气值最小的是B2，达到2146.72 mm/s，因此透气值最好的是纬面缎纹（B7），纬密是30根/（10 cm）。产生这种现象的主要原因，一方面是纬密增加时，纬纱根数增大，纱线之间的空间减少，从而导致透气率减少；另一方面是纬密增加时，织物的紧度也会增加，织物在织造时纱线根数会增加，导致织物的表面填充空间增大，气体通过纱线之间的通道变小，使得空气透过织物的黏滞阻力增大，导致透气性减少。随着纬密增加，缎纹组织的透气性大于斜纹，斜纹大于平纹。由图2中也可以知道，随着纬密增加，平纹组织和斜纹组织的透气性增加，缎纹组织的透气性会下降。原因是纬密增大，平纹组织和斜纹组织受气流冲击影响后，纱线间的距离增大，孔隙面积增大^［11］，因此平纹织物和斜纹织物的透气性会增加；缎纹组织中经纬纱交织空隙减少，气体通过织物间的黏滞阻力增大，织物的孔径减少，因此缎纹织物的透气性减少。

3.1.3 缎纹组织中不同的经纬组织点比例对试样透气的影响

缎纹组织^［12］在纬密是30根/（10 cm）下经纬组织点的不同所测的透气性见图3。由图3可知：C系列的透气量范围是2575.03～4081.38 mm/s，透气量最大的是C1，达到4081.38 mm/s，透气量最小的是C6，达到2575.03 mm/s，因此透气量最好的是纬面缎纹组织（不加组织点）。原因是缎纹组织（不加组织点）经纱和纬纱交织次数少，纱线间空隙大，透气性好。由图3也可以看出随着组织点的增加，经向加强缎纹组织的透气性会增加，纬向加强缎纹组织的透气率下降。这个跟织物的松紧程度有关。织物交织越少，织物内部越疏松，产生的空隙大，空气越容易进入织物中，所以织物的透气性好。

3.2 织物结构参数对试样导热性能的影响

3.2.1 不同织物组织对试样导热性能的影响

不同组织的试样热阻^［13］和导热系数^［14-15］的结果见图4。由图4可知：A系列热阻值范围是0.00582～0.00876 m²·℃/W，导热系数值范围是0.0264～0.0412 W/（m·℃），导热系数值最大的是A6，达到0.0412 W/（m·℃），导热系数值最小的是A7，达到0.0264 W/（m·℃），因此8枚纬面缎纹的凉爽性较好。原因是热阻和织物的厚度有关，缎纹组织面料的厚度小于斜纹组织面料和平纹组织面料。当织物组织的厚度减少时，织物中的通道长度变短，热量的传送路程变短，空气中的热阻大于面料的热阻，导致织物的热阻随着织物厚度增大而增加。因为平纹织物的组织点多，经纬纱交织次数多，纱线的屈曲程度大。当经纬密相同时，缎纹组织及其加强组织热阻最小，平纹组织及其加强组织组织的热阻最大。对于不同的组织来说，当织物中的纱线孔隙变小，纤维含量增加，热量会寻找最优路径传递。

3.2.2 不同纬密对试样导热性能的影响

三原组织在不同的纬密^［16］下导热系数和热阻的结果见图5。由图5可知：B系列热阻值范围是0.00559～0.00876 m²·℃/W，导热系数值范围是0.0313～0.0453 W/（m·℃），热阻值最大的是B1，达到0.00876 m²·℃/W，热阻值最小的是B9，达到0.00559 m²·℃/W，导热系数值最大的是B9，达到0.0453 W/（m·℃），导热系数值最小的是B8，达到0.0313 W/（m·℃），因此纬密为33根/（10 cm）、织物组织为纬面缎纹的试样凉爽性较好。原因是缎纹组织的纱线空隙大，不利于储存更多的静止空气，热流穿过织物的阻力小。由图5也可以看出当组织相同，纬密^［17］增加时，平纹组织和斜纹组织的热阻会下降，缎纹组织的热阻会上升。产生这种现象的主要原因，一方面是织物中纤维所占的比例增加，由蚕丝结构可以知道，蚕丝结晶度大，取向度大，纤维内部大分子排列较整齐，更有利于热量的传递；另一方面，织物空隙小，织物中静止空气较少，影响织物的热阻。

3.2.3 缎纹组织中不同的经纬组织点比例对试样导热性能的影响

试样在纬密是30根/（10 cm）下不同经纬组织点的热阻和导热系数^［18］的结果见图6。由图6可知：C系列热阻值范围是0.00686～0.00582 m²·℃/W，导热系数值范围是0.0263～0.0413 W/（m·℃），热阻值最大的是C6，达到0.00686 m²·℃/W，热阻值最小的是C1，达到0.00582 m²·℃/W，导热系数值最大的是C1，达到0.0413 W/（m·℃），导热系数值最小的是C4，达到0.0263 W/（m·℃），因此C1试样的凉爽性较好。原因是交织点少，纱线之间的空隙大，不利于储存更多的静止空气，热流穿过织物的阻力小。且随着组织点增加，经向加强缎纹组织的热阻会增加，纬向加强缎纹组织的热阻无明显变化。

4 综合分析

为了能更系统地分析出具有最佳透气凉爽的织物组织，采用模糊数学综合评价^［19］对A、B、C 3个系列试样的透气、导热性能进行综合评价，从中选择最佳透气凉爽试样的织物组织。

4.1 建立指标集U和评价集V

选取织物的透气率、热阻值、导热系数、克罗值这4个评价因子作为评价指标集U={u、u、u、u}，A系列有A1—A8共8个试样，则相应的评判集V={v、v、v、v、v、v、v、v}；B系列有B1—B9共9个试样，则相应的评判集V={v、v、v、v、v、v、v};C系列有C1—C7共7个试样，则相应的评价集V={v、v、v、v、v、v、v}。

4.2 指标评价矩阵

试样综合性能的各项评价因素中，透气率、导热系数这两个值越大越好，计算如式（4）：

r=U-UU-U（4）

热阻值和克罗值越小越好，计算如式（5）：

r=U-UU-U（5）

式中：U是该系列试样中某一指标的数值；U是该系列试样中的最小值；U 是该系列试样中的最小值。由此可以得出A、B、C系列试样的评判矩阵。

A系列因素评价矩阵R：

R=00.020.290.0040.671.000.780.11

0.530.040.180.150.471.000.720.77

00.720.920.810.841.0000.91

00.040.160.150.471.000.720.77；

B系列因素评价矩阵R

R=0.2200.430.450.010.751.000.740.45

00.080.040.040.130.460.931.000.97

0.210.620.330.410.470.790.7101.00

00.100.390.390.170.460.931.000.98；

C系列因素评价矩阵R

R= 10.660.680.780.5300.12

10.7600.220.500.500.34

10.990.9700.870.870.91

10.7700.210.500.500.33。

4.3 确定权重A

本课题参考织物模糊综合评判的相关文献，给出了透气凉爽测试数据的权重值，权重系数矩阵A=（0.26 0.24 0.28 0.22），计算结果见表5。权重计算如式（6）：

W=V∑ni=1V（6）

式中：V为第i项指标的变异系数；W为第i项指标的权重；

4.4 综合评判矩阵B的确定

本文采用“加权平均型”综合评判作为B的算子，因为这种算法对每个评价因素按权重大小均衡兼顾。在加权平均算法中按普通矩阵乘法计算权重向量与评价矩阵的乘积，计算如式（7）：

B=AR（7）

评判值越大，整体效果越好。经计算得出：

A系列试样综合评判矩阵

B=（0.13 0.22 0.41 0.30 0.63 1 0.53 0.64）

B系列试样综合评判矩阵

B=（0.12 0.21 0.30 0.33 0.20 0.63

0.89 0.65 0.85）

C系列试样综合评判矩阵

B=（1 0.80 0.45 0.30 0.61 0.47 0.44）

由模糊综合评价结果可知，A系列试样透气凉爽性能由优到良依次为A6、A8、A5、A7、A3、A4、A2、A1。即：A系列试样中8枚纬缎织物综合性能最好，8枚纬向加强缎纹织物（加强3个组织点）次之，1/1方平织物最差。B系列试样透气凉爽性能由优到良依次为B7、B9、B8、B6、B4、B3、B2、B5、B1。即B系列试样中8枚纬面缎纹（纬密是30根/（10 cm））织物综合性能最好，8枚3飞纬面缎纹（纬密是35根/（10 cm））织物次之，1/1平纹（纬密是30根/（10 cm））织物最差。C系列试样透气凉爽性能由优到良依次为C1、C2、C5、C6、C3、C7、C4。即C系列试样中8枚纬缎织物综合性能最好，8枚经向加强缎纹织物（加强1个组织点）次之，8枚经向加强缎纹织物（加强3个组织点）最差。

5 结论

本文从市场对纯天然丝麻面料的性能需求出发，选择桑蚕丝和大麻纤维，通过织物组织、纬密及经纬纱组织点的比例3个工艺参数的变化试织了3个系列24块面料，研究了这些丝麻面料的透气、凉爽性能，为丝麻高端面料市场开发作出了探索。得出主要结论如下：

a）面料的透气凉爽与织物组织变化有关。当经纬密相同、织物组织不同时，8枚纬缎织物综合性能最好；当织物组织一定时，随着纬密增加，面料的透气凉爽性会下降。

b）当经纬密相同、组织为缎纹时，面料的透气凉爽随着经纬组织点的比例变化而变化，具体表现为随着加强组织点个数的增加而下降。

c） 通过模糊综合分析，3个系列中的8枚纬缎织物（纬密是30根/（10 cm））是透气凉爽效果最佳的试样。

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Preparation of breathable and cool silk and linen fabrics and their properties

YAN Yunmeng¹， WANG Guofu²， LIU Fuchang¹， LU Jialiang^1，3， XU Zheng⁴

（1.College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk）， Zhejiang Sci-Tech

University， Hangzhou 310018， China; 2.Jiaxing Texin Weaving Co.， Ltd.， Jiaxing 314000， China;

3.Shengzhou Innovation Research Institute Co.， Ltd.， Zhejiang Sci-Tech University， Shaoxing 312300，

China; 4.China National Silk Museum， Hangzhou 310018， China）

Abstract： In order to develop high-end fabric that is comfortable to wear under hot conditions， has good air permeability and cool touch， this paper used mulberry silk as the warp yarn and hemp yarn as the weft yarn. Under the same warp density， by changing the fabric weave， weft density and warp and weft weave points， a total of 24 kinds of fabrics in A， B and C series were designed and tried. The air permeability and thermal conductivity of the fabrics were measured by fabric air permeability meter and Hot Disk thermal constant analyzer， and the data indexes were analyzed by fuzzy comprehensive analysis method. According to the variable process parameters of fabric design， fabric weave is formed through the interweaving of warp and weft yarns. In the same cycle， the varied buckling of warp and weft yarns and the different changes in warp and weft density have an impact on the air permeability and cool properties of fabric. To explore the factors affecting the air permeability and cool properties of fabrics under the premise of ensuring good appearance and feel， three series of samples were designed from three methods： weave， weft density and the proportion of warp and weft points in the same cycle. A series of samples were woven with different fabric weaves at the same weft density. To ensure comparability， all weaves were circulated in 8*8 cycles. The samples of B series were woven with different weft densities when the fabric weave was determined. The three original weft densities were selected， and each fabric had three kinds of weft densities. For C-series samples， the ratio of warp and weft points of the weft surface was changed. Specifically， the weaves of A series of samples were divided into plain weave and its reinforcing weace， 3/1 twill weave and its reinforcing weave， and 8-piece 3-fly weft satin weave and its reinforcing weave， which were used to study the influence of different fabric weaves on the permeability and cooling properties of the samples under the same weft density. The B series of samples were used to study the influence of different weft densities on the permeability and cooling properties of the samples when the fabric weave was determined. The fabric was made of common plain weave， 3/1 twill weave and 8-piece 3-fly satin weave. The weft density of each weave was 30 （thread/10 cm）， 33 （thread/10 cm） and 35 （thread/10 cm） respectively. The C series of samples were made of the same fabric weave， with 8-piece weft satin patterns. Different proportions of warp and weft points were designed （the number of reinforcing points in the warp and weft direction was 1， 2 and 3， respectively） to study the influence of fabric points on the breathability and coolness of the samples. The results show that when the warp density is 50 （piece/10 cm）， the weft density is 30 （piece/10 cm） and the fabric is 8-piece weft satin， the air permeability and cool performance of the silk and linen fabric are the best. When the warp density is unchanged and the weft density is increased， the air permeability and coolness of the silk and linen fabric decrease. With the increase of the number of warp and weft points， the air permeability and coolness of the silk and linen fabric will decrease. When the weft density increases and the fabric is plain and twill， the permeability and coolness of the silk and linen fabric will increase. The experiment provides a theoretical basis for further development of high-end functional fabrics with air permeability and coolness.

Keywords： silk and linen fabric; breathable; cool; fabric weave; fuzzy comprehensive evaluation