魯 根 王 其 劉昌杰 郭超群

(1.東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海，201620;2.無錫百和織造股份有限公司，無錫，201101)

松緊帶作為服裝輔料，廣泛應(yīng)用于毛衣、內(nèi)衣、T恤、婚紗禮服、孕服、褲子、童裝、口罩等服裝產(chǎn)品。松緊帶是含有乳膠絲或橡膠絲的彈性織物，織物厚度和密度大，用于包括袖口、鞋襯、褲口、帽襯、領(lǐng)圈、褲腰等處，以一定的張力或壓力作用在人體上。當(dāng)人體出汗時(shí)，松緊帶處的汗液不易干燥，使人體產(chǎn)生不舒適的濕悶感，且很容易滋生、積累細(xì)菌和臭味，所以提高松緊帶的導(dǎo)濕性能，以提高其舒適功能性具有重要意義。本文通過建立高導(dǎo)濕針織松緊帶的芯吸高度模型，探索此類松緊帶的導(dǎo)濕性能變化規(guī)律，用于計(jì)算和預(yù)測(cè)此類高導(dǎo)濕松緊帶的芯吸高度和導(dǎo)濕性。

1 芯吸高度模型的建立

普通針織松緊帶的組織結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，1為緯紗，多為滌綸低彈絲;2為針織閉口編鏈線圈經(jīng)紗，多為滌綸低彈絲;3為高彈絲，多為乳膠絲。此類織物的導(dǎo)濕性較差。

圖1中的針織松緊帶所選用的緯紗1采用兩根150D/74f的竹炭滌綸絲，針織閉口編鏈線圈經(jīng)紗2采用150D/144f的十字截面滌綸低彈絲，乳膠絲分別采用23、30、32、37、42 號(hào)(直徑分別為1.10、0.85、0.79、0.69、0.60 mm)，編織 5 組針織松緊帶，織物經(jīng)過相同工藝的親水整理，可制成高導(dǎo)濕松緊帶。

從圖1中可以看出，松緊帶經(jīng)向由乳膠絲和針織編鏈線圈組成，所以松緊帶的經(jīng)向?qū)裥阅苤饕c乳膠絲以及針織編鏈線圈的導(dǎo)濕性能因子有關(guān)。對(duì)乳膠絲表面進(jìn)行滴水試驗(yàn)(圖2)發(fā)現(xiàn)，乳膠絲是完全拒水的，且乳膠絲為單絲，不形成毛細(xì)管，因而可以假設(shè)松緊帶的經(jīng)向?qū)裥阅芡耆舍樋椌庢溇€圈經(jīng)紗決定。

液態(tài)水在紗線中傳導(dǎo)時(shí)，由于紗線毛細(xì)管中液面彎曲將會(huì)產(chǎn)生一定的附加壓力p，壓力p導(dǎo)致毛細(xì)管內(nèi)部的液態(tài)水在沒有外力場(chǎng)的作用下同樣可以完成運(yùn)輸。這個(gè)附加壓力由氣液界面張力所引起［1］，其大小為

式中：p——附加壓力(Pa);

σ——?dú)庖航缑鎻埩?N/m);

θ——固液接觸角;

r——毛細(xì)管當(dāng)量半徑(m)。

當(dāng)毛細(xì)作用達(dá)到平衡時(shí)，附加壓力等于液體的重力［2］，即：

式中：ρ——液體的密度(1 ×103kg/m3);

g——重力加速度(9.8 m/s2);

H——經(jīng)紗導(dǎo)濕路徑長(zhǎng)度(m)。

由式(2)可以得到經(jīng)紗導(dǎo)濕路徑長(zhǎng)度H的計(jì)算式：

由圖1可知，經(jīng)紗導(dǎo)濕路徑主要是由針織編鏈線圈組成，假設(shè)每個(gè)針織編鏈線圈主要由兩個(gè)圈柱和一段延展線構(gòu)成，它們的長(zhǎng)度相等且均為l，所以經(jīng)紗導(dǎo)濕路徑H也可以用式(4)表示：

式中：K1——修正系數(shù);

h——松緊帶芯吸高度(cm/10 min);

x——緯密(根/10 cm);

l——圈柱和延展線的長(zhǎng)度(m)。

將式(3)代入式(4)，從而可以得到松緊帶芯吸高度的表達(dá)式：

2 模型中各參數(shù)的確定

2.1 毛細(xì)管當(dāng)量半徑r的確定

150D/144f十字截面滌綸低彈絲中的單絲直徑d可以通過式(6)計(jì)算得到［3］：

式中：ND——單絲的旦數(shù);

γ——單絲的密度(1.39 g/cm3)。

通過式(6)計(jì)算得到的十字截面滌綸低彈絲中單絲直徑 d=10.3 μm。

假設(shè)十字截面滌綸低彈絲中單絲的排列如圖3所示，將十字截面滌綸低彈絲中單絲截面看成直徑相等的圓形截面，計(jì)算出以三個(gè)圓心為頂點(diǎn)所形成正三角形的面積，再近似成截面為圓形的毛細(xì)管的截面面積，從而可以計(jì)算出毛細(xì)管當(dāng)量半徑r=3.8 μm。

圖3 十字截面滌綸單絲排列

2.2 圈柱和延展線長(zhǎng)度l的確定

為方便描述，將含 23、30、32、37、42 號(hào)乳膠絲編織的5組松緊帶分別用 A、B、C、D、E表示，5組針織松緊帶的織物參數(shù)如表1所示。

表1 5組針織松緊帶的織物參數(shù)

2.2.1 圈柱和延展線理論長(zhǎng)度l理的確定

觀察圖1，可以假設(shè)針織編鏈線圈的圈柱與圈弧繞著乳膠絲和緯紗的相交點(diǎn)圍成一個(gè)橢圓，橢圓的長(zhǎng)半軸a、短半軸b以及圈柱與圈弧理論長(zhǎng)度l理分別可以用式(7)、式(8)和式(9)表示：

式中：d1——乳膠絲直徑(cm);

d2——緯紗直徑(0.05 cm);

K2——修正系數(shù)。

假設(shè)圈柱與圈弧的長(zhǎng)度l恰好為橢圓周長(zhǎng)的一半，即此時(shí)修正系數(shù)K2為1，從而計(jì)算得到5組針織松緊帶的橢圓長(zhǎng)、短半軸以及圈柱與圈弧理論長(zhǎng)度，如表2所示。

表2 5組松緊帶的橢圓長(zhǎng)、短半軸以及圈柱與圈弧理論長(zhǎng)度

2.2.2 圈柱和延展線實(shí)際長(zhǎng)度l實(shí)的確定

在5組松緊帶中分別隨機(jī)剪取10 cm長(zhǎng)度的樣品，拆下經(jīng)紗，量取其長(zhǎng)度L，從而可以計(jì)算得到圈柱和延展線實(shí)際長(zhǎng)度l實(shí)，如表3所示。

表3 5組松緊帶針織編鏈線圈中圈柱和延展線實(shí)際長(zhǎng)度

2.2.3 圈柱和延展線長(zhǎng)度l的表達(dá)式

根據(jù)測(cè)試以及計(jì)算的結(jié)果，用松緊帶針織編鏈線圈的圈柱和圈弧實(shí)際長(zhǎng)度與理論長(zhǎng)度的比值來計(jì)算得到修正系數(shù)K2：

通過計(jì)算得到的修正系數(shù)K2如表4所示。

表4 計(jì)算得到的修正系數(shù)K2

計(jì)算5組修正系數(shù)K2的算術(shù)平均值，得到實(shí)際的修正系數(shù)K2=0.607，代入式(9)，得到圈柱與圈弧長(zhǎng)度l的表達(dá)式：

通過式(11)計(jì)算得到5組松緊帶針織編鏈線圈中圈柱與圈弧的長(zhǎng)度，如表5所示。

2.3 松緊帶理論芯吸高度的確定

假設(shè)松緊帶的導(dǎo)濕路徑完全是由針織編鏈線圈的圈柱與圈弧提供，則此時(shí)修正系數(shù)K1為1。20℃水的氣液界面張力為0.072 5 N/m，一般經(jīng)過親水劑整理后的織物幾乎是完全親水的，所以取接觸角θ為0°。再將毛細(xì)管當(dāng)量半徑r以及式(11)代入式(5)，從而計(jì)算出松緊帶的理論芯吸高度h理，如表6所示。

表5 5組松緊帶針織編鏈線圈中圈柱與圈弧的長(zhǎng)度

表6 5組松緊帶的理論芯吸高度

2.4 松緊帶的實(shí)際芯吸高度

在5組針織松緊帶中分別隨機(jī)取5個(gè)樣品，模擬松緊帶應(yīng)用于衣著上的實(shí)際使用規(guī)律，在伸長(zhǎng)20%的情況下測(cè)試10 min內(nèi)的芯吸高度h實(shí)，結(jié)果如表7所示。

表7 5組松緊帶的實(shí)際芯吸高度

2.5 修正系數(shù)K1的確定

由于A類針織松緊帶所用的23號(hào)乳膠絲直徑比較大，經(jīng)紗繞著乳膠絲時(shí)彎曲比較大，因而所受張力較大，其所形成的毛細(xì)管被擠壓得較嚴(yán)重，從而導(dǎo)致其導(dǎo)濕能力較差，所以這里將排除A類針織松緊帶的計(jì)算。根據(jù)測(cè)試以及計(jì)算的結(jié)果，用松緊帶實(shí)際芯吸高度h實(shí)與理論芯吸高度h理的比值來計(jì)算得到修正系數(shù)K1：

通過式(12)計(jì)算得到的修正系數(shù)K1如表8所示。

表8 計(jì)算得到的修正系數(shù)K1

計(jì)算4組修正系數(shù)的算術(shù)平均值，得到實(shí)際的修正系數(shù)K1=0.349。

將計(jì)算的修正系數(shù)K2、水的密度ρ、重力加速度g、氣液界面張力σ、毛細(xì)管當(dāng)量半徑r、織物緯密x、接觸角θ以及式(11)代入式(5)，整理得到針織松緊帶的芯吸高度計(jì)算式為：

為了觀察松緊帶芯吸高度的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的偏差大小，引入偏差百分率w的計(jì)算式［4］：

人為約定w≤5.0%時(shí)，模型可用于實(shí)際的計(jì)算與預(yù)測(cè);反之，需要重新修正。根據(jù)式(14)計(jì)算得到的針織松緊帶芯吸高度的偏差百分率如表9所示。

表9 偏差百分率

由表9可知，采用式(13)來計(jì)算針織松緊帶的芯吸高度，其偏差百分率都小于5%，因此該式可以用來計(jì)算和預(yù)測(cè)此類松緊帶的芯吸高度。

3 結(jié)語

本文建立了高導(dǎo)濕針織松緊帶的芯吸高度模型，得到了松緊帶芯吸高度的計(jì)算式，在一定范圍內(nèi)可用于計(jì)算和預(yù)測(cè)高導(dǎo)濕針織松緊帶的芯吸高度和導(dǎo)濕性。

［1］王其，馮勛偉.大豆纖維針織物導(dǎo)濕透氣性研究［J］.紡織學(xué)報(bào)，2001，22(3)：148-150.

［2］朱方亮，張艷，莊毅.異形聚酯纖維束芯吸效應(yīng)的分析［J］.合成纖維工業(yè)，2006，29(3)：7-9.

［3］于偉東.紡織材料學(xué)［M］.北京：中國(guó)紡織出版社，2006.

［4］牛曉會(huì)，王其.針織松緊帶彈性回復(fù)率模型研究［J］.國(guó)際紡織導(dǎo)報(bào)，2013(11)：43-46.