摘 要：為研發(fā)更符合市場(chǎng)需求的吸濕速干材料并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，詳述了吸濕速干材料的吸濕速干機(jī)理及對(duì)應(yīng)模型，并介紹了市場(chǎng)上常見的和新出現(xiàn)的吸濕速干纖維，闡述了吸濕速干纖維處理工序，分析了近幾年的吸濕速干機(jī)織物、針織物和非織造材料的研究成果和發(fā)展現(xiàn)狀，以及常見的吸濕速干材料的后整理技術(shù)。最后討論了目前吸濕速干材料的發(fā)展?jié)摿?，針?duì)當(dāng)前吸濕速干纖維和材料各方面的局限性，提出了可能的解決方案。

關(guān)鍵詞：吸濕速干材料；吸濕速干機(jī)理；非織造材料；吸濕速干纖維；吸濕速干后整理

中圖分類號(hào)：TH145.2；TS17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-265X（2024）04-0114-11

吸濕速干材料是指在接觸一定量液體的情況下可以迅速吸收液體，并且能夠?qū)⒁后w傳導(dǎo)至材料表面并快速揮發(fā)的材料。由于其吸濕速干性能，作為服裝面料可使人體穿著后保持干爽舒適狀態(tài)［1］。20世紀(jì)80年代，美國(guó)杜邦公司發(fā)明并生產(chǎn)了COOLMAX吸濕速干面料，隨后國(guó)內(nèi)外吸濕速干材料相關(guān)研究快速發(fā)展，其代表性面料主要有國(guó)外的GORE-TEX面料、MONY-DRY面料、ACTIVENT面料，國(guó)產(chǎn)有探路者公司開發(fā)的耐低溫透濕TIEF PRO系列面料等。吸濕速干材料因其優(yōu)越的吸濕能力和速干性，廣泛應(yīng)用于戶外運(yùn)動(dòng)市場(chǎng)，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等八個(gè)部門共同印發(fā)的《戶外運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2022—2025年）》中預(yù)計(jì)，到2025年戶外運(yùn)動(dòng)產(chǎn)業(yè)總規(guī)模將超過3萬億元人民幣，市場(chǎng)潛力巨大。

本文從吸濕速干機(jī)理、吸濕速干纖維、現(xiàn)有吸濕速干材料及吸濕速干材料的后整理技術(shù)4個(gè)方面進(jìn)行了綜述和分析，可為研發(fā)更好地滿足市場(chǎng)需求的吸濕速干材料提供理論依據(jù)和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)參考。

1 吸濕速干的機(jī)理與實(shí)現(xiàn)模型

吸濕速干材料的吸濕速干理論主要有：毛細(xì)流動(dòng)理論、擴(kuò)散理論以及蒸發(fā)冷凝理論。1907年，Buckingham［2］提出了毛細(xì)流動(dòng)理論，通過類比電勢(shì)與熱勢(shì)提出了毛細(xì)管勢(shì)能，闡明了非飽和毛細(xì)管滲透現(xiàn)象的機(jī)理。1921年，Lewis［3］提出了擴(kuò)散理論，材料與外界接觸面有一個(gè)由水蒸氣飽和度形成的平衡狀態(tài)，只有當(dāng)材料內(nèi)部的水分?jǐn)U散到表面時(shí)，才能使材料表面的水分突破平衡狀態(tài)開始蒸發(fā)。后來該理論成為水蒸氣傳輸?shù)闹饕?，研究人員以此為基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)研究。1943年，Edlefsen等［4］在毛細(xì)流動(dòng)理論的基礎(chǔ)上，研究發(fā)現(xiàn)水傳輸與水化學(xué)勢(shì)能梯度成正比。1952年，Gurr等［5］研究得出，當(dāng)系統(tǒng)受到溫度梯度影響時(shí)，即使在相對(duì)較高的孔隙飽和度下，水分遷移也完全發(fā)生在氣相（孔隙中），即蒸發(fā)冷凝理論成立?；谏鲜?個(gè)理論，可以通過差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)、梯度潤(rùn)濕結(jié)構(gòu)以及仿生蒸騰效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)材料的吸濕速干性能。

1.1 差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)

利用差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)設(shè)計(jì)材料時(shí)，一般從材料的內(nèi)層到外層所用的纖維原料是不同的，纖維形成的毛細(xì)管從內(nèi)層到外層也呈由粗到細(xì)的變化，則毛細(xì)管芯吸作用隨著毛細(xì)管半徑減小而逐漸增大，材料的內(nèi)外層界面就會(huì)逐步產(chǎn)生附加壓力差，毛細(xì)管曲面的附加壓力作用及液體表面的張力作用會(huì)引導(dǎo)液體自動(dòng)從內(nèi)層傳流到外層［6］，使材料獲得吸濕速干的功能。

姚穆等［7-8］系統(tǒng)地建立了濕傳導(dǎo)理論研究模型，推導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下液體在纖維毛細(xì)管中的凝結(jié)、蒸發(fā)以及輸送的過程，給出了織物透濕過程中水蒸氣在人體與織物間的擴(kuò)散蒸發(fā)、在織物毛細(xì)管的凝結(jié)蒸發(fā)及液態(tài)水在毛細(xì)管的輸送等過程的理論方程；同時(shí)通過對(duì)織物吸濕、保水、蒸發(fā)等性能的實(shí)驗(yàn)，得到了吸濕速干材料的基本要求以及纖維選擇和材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則；并得出結(jié)論，認(rèn)為增大材料內(nèi)外層的差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)和材料表面的凹凸結(jié)構(gòu)是提高材料吸濕速干性能的途徑之一。

王發(fā)明［9］構(gòu)建了平行圓柱孔和圓球堆積兩種模型，通過推導(dǎo)發(fā)現(xiàn)在兩種模型中纖維的差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)作用效果取決于纖維的半徑、毛細(xì)孔的長(zhǎng)度和纖維的當(dāng)量半徑。王其等［10］對(duì)形成差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)的條件進(jìn)行研究，并建立了高導(dǎo)濕結(jié)構(gòu)模型，從理論上分析得出，材料外層的纖維及紗線相對(duì)于內(nèi)層更細(xì)、紗線捻度和伸長(zhǎng)量更大、密度更小，均有利于使差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)出現(xiàn)或獲得增強(qiáng)，進(jìn)而提高材料的吸濕速干性能。張艷［11］在單根毛細(xì)管垂直芯吸效應(yīng)模型的基礎(chǔ)上建立異形纖維束模型，推導(dǎo)得出了芯吸高度、芯吸速率等計(jì)算公式。

1.2 潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)

利用材料內(nèi)外層纖維親疏水性的不同可以設(shè)計(jì)材料的潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以使水分從疏水內(nèi)層穿透到親水外層的突破壓力遠(yuǎn)低于相反方向，因而在疏水內(nèi)層對(duì)水分的排斥作用驅(qū)動(dòng)下，兩側(cè)之間形成驅(qū)動(dòng)力，在不施加外力的條件下水分可以向外定向傳遞，反向則沒法實(shí)現(xiàn)［12］。

王濤［13］采用分子模擬方法，系統(tǒng)研究了水滴在固體表面的潤(rùn)濕及運(yùn)移現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水滴放置在潤(rùn)濕梯度表面上時(shí)，水滴的運(yùn)動(dòng)包括鋪展和收縮兩個(gè)過程，最終使其可以自發(fā)地由疏水端運(yùn)移到親水端，這就是利用了材料的潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)吸濕速干性能。

1.3 仿生蒸騰效應(yīng)

模擬植物葉片的蒸發(fā)張力，如在潤(rùn)濕作用下，植物葉片垂直方向上毛細(xì)管半徑逐漸減小，水平方向上毛細(xì)管數(shù)量逐漸增加，分層多孔結(jié)構(gòu)就會(huì)很明顯，可以設(shè)計(jì)多層結(jié)構(gòu)的纖維材料，利用材料內(nèi)層和外層的潤(rùn)濕性差異產(chǎn)生的壓力差來實(shí)現(xiàn)其吸濕速干性能，這就是材料的仿生蒸騰效應(yīng)［14］。利用仿生蒸騰效應(yīng)和差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)相結(jié)合，材料的疏水內(nèi)層可以汲取液體，通過纖維間毛細(xì)孔將水分快速傳遞到親水外層，同時(shí)水分在材料外層擴(kuò)散，增大與空氣接觸面積，最終快速蒸發(fā)到外界，從而為人體營(yíng)造舒適的穿著環(huán)境。

基于仿生蒸騰效應(yīng)，Woo等［15］進(jìn)行了非織造材料水分蒸發(fā)過程下材料含潮率變化的試驗(yàn)，并建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。Fohr等［16］建立了一個(gè)濕熱傳導(dǎo)模型分析了纖維的親/疏水改性、液體的吸附和解吸、自由水的冷凝和蒸發(fā)、水的擴(kuò)散（包括液體水、水蒸氣和吸附水）對(duì)濕熱傳導(dǎo)的影響。Fan等［17］用數(shù)學(xué)模型分析了材料內(nèi)氣態(tài)水的相變和液體的流動(dòng)對(duì)耦合濕熱傳導(dǎo)的影響，該模型考慮了水蒸氣分壓引起的水分運(yùn)動(dòng)、冷凝區(qū)的超飽和狀態(tài)、纖維材料的動(dòng)態(tài)吸濕以及液體冷凝后的運(yùn)動(dòng)。

2 吸濕速干纖維

為提升材料的吸濕性和速干性，可以通過選擇異形截面纖維或細(xì)旦纖維為原料來實(shí)現(xiàn)。異形截面纖維可以改變纖維橫截面形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提升纖維比表面積，擴(kuò)大液體的蒸發(fā)面積，導(dǎo)致材料的吸濕速干性能顯著提升，這種異形截面的纖維可以通過改變噴絲孔形狀、在紡絲過程加入功能性材料進(jìn)行表面刻蝕、接枝共聚等方法實(shí)現(xiàn)。細(xì)旦纖維的比表面積相對(duì)于普通纖維顯著增大，制備的材料能形成微細(xì)的凹凸結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于增加了無數(shù)個(gè)毛細(xì)管，毛細(xì)效應(yīng)和水分傳遞作用隨之增強(qiáng)，材料的透氣性和吸濕速干性能也有一定提高，細(xì)旦纖維可以通過雙組分紡絲、改善紡絲牽伸工藝等方法得到。

目前在吸濕速干材料中應(yīng)用較多的是異形截面纖維，包含天然纖維和化學(xué)纖維。

2.1 天然纖維

天然纖維如棉、毛、絲等，因親水基團(tuán)的作用可以直接吸收水分，具有良好的吸濕性；此外，還可以通過化學(xué)改性對(duì)天然纖維進(jìn)行處理，如Abidi等［18］采用NVD制備超親水/疏油棉材料，首先用三甲基鋁/水納米顆粒對(duì)棉纖維表面進(jìn)行粗化，然后用三氯硅烷功能化，以獲得吸濕速干的性能。

而亞麻纖維、竹原纖維等因結(jié)構(gòu)粗糙，橫截面可見具有多孔空腔，邊緣有裂紋等微細(xì)結(jié)構(gòu)，所表現(xiàn)的芯吸作用能使其獲得良好的吸濕、透氣和導(dǎo)濕性，但纖維均勻性差、卷曲度低，在短纖維傳統(tǒng)織物中應(yīng)用較少［19-20］。

2.2 化學(xué)纖維

用于吸濕速干材料的常見化學(xué)纖維包括聚酯（PET）纖維、聚酰胺（PA）纖維和復(fù)合纖維等。

聚酯纖維常見的有杜邦公司的COOLMAX系列異形聚酯纖維，包括同時(shí)提供濕氣管理和吸濕速干性的帶縱向轉(zhuǎn)曲和細(xì)小微孔的螺旋槳形截面纖維；具有速干性和保暖功能的中空（“O”形）、“C”形、“Y”形截面的混纖絲；具有優(yōu)越的吸濕速干性的十字、六葉或扇貝形截面纖維。還有海鹽海利環(huán)保纖維有限公司的三葉形再生聚酯纖維、上海德福倫新材料科技有限公司的十字形截面抗菌導(dǎo)濕聚酯纖維、臺(tái)灣中興紡織集團(tuán)的多微孔異形截面Sofemax聚酯纖維、日本帝人集團(tuán)的Sweatsensor多微孔四葉形截面聚酯纖維、浙江聚興化纖有限公司的環(huán)保型“W”型聚酯纖維、韓國(guó)曉星公司的“苜蓿草”四葉子形截面Aerocool聚酯纖維等等。

聚酯纖維還可以通過引入親水基團(tuán)得到具有吸濕速干性的纖維，如中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司的聚酰胺酯型儀綸纖維、蘇州金輝纖維新材料有限公司的“蕊棉”等，水分被親水基團(tuán)吸附后從纖維內(nèi)的空腔及纖維間的孔隙通過并傳輸至外界，實(shí)現(xiàn)毛細(xì)效應(yīng)水分傳遞。

聚酰胺纖維常見的有長(zhǎng)樂力恒錦綸科技有限公司的微細(xì)溝槽異形截面Coolnylon聚酰胺6纖維、北京大學(xué)科研開發(fā)部的凝水功能六芒星形聚酰胺6纖維、義烏華鼎錦綸股份有限公司的扁形溝槽涼感高芯吸能力聚酰胺纖維。

除單一纖維外還有一些復(fù)合纖維，如日本尤尼吉可集團(tuán)的Hygra纖維，是用聚酰胺包覆親水性聚合物的皮芯型纖維，具有3500%的吸水能力；可樂麗株式會(huì)社的Sophista為乙烯-乙烯醇共聚物和聚酯制成的皮芯型纖維，能夠快速吸收液體，具有優(yōu)異的吸濕速干能力和服用舒適性；浙江恒勝消防設(shè)備有限公司開發(fā)的共混包粘-熔融紡絲法制備的CaCO3/PP復(fù)合纖維，極大提升了PP纖維的吸水性和斷裂強(qiáng)度；南通華盛新材料股份有限公司的聚乳酸（PLA）/PET并列復(fù)合纖維，具有一定的可生物降解能力和良好的吸濕速干性能。

3 吸濕速干測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)現(xiàn)行吸濕速干測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 21655.1—2008《紡織品" 吸濕速干性的評(píng)定" 第1部分：?jiǎn)雾?xiàng)組合試驗(yàn)法》和GB/T 21655.2—2019《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定第2部分：動(dòng)態(tài)水分傳遞法》，其他國(guó)家及標(biāo)準(zhǔn)組織現(xiàn)有吸濕速干相關(guān)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)包括ISO 17617—2014 Textiles-Determination of moisture drying rate、AATCC 195—2009 Liquid Moisture Management Properties of Textile Fabrics、JIS-L 1096—1999《一般織物試験方法》等。

各標(biāo)準(zhǔn)主要包括的性能指標(biāo)為：a）吸水率，即試樣在水中完全浸潤(rùn)后取出織物至無滴水時(shí)，所吸取的水分占試樣原始質(zhì)量的百分率；b）滴水?dāng)U散時(shí)間，即將水滴在試樣上，從水滴接觸試樣至完全擴(kuò)散并滲透至織物內(nèi)所需要的時(shí)間；c）芯吸高度，用于衡量實(shí)驗(yàn)材料的毛細(xì)效應(yīng)，即垂直懸掛的材料一段被水浸濕時(shí)，水通過毛細(xì)管作用，在一定時(shí)間內(nèi)沿材料上升的高度；d）干燥速率，即單位時(shí)間內(nèi)試樣中水分的蒸發(fā)量。此外，接觸角、抗靜水壓能力、透濕量和單向傳遞指數(shù)等性能指標(biāo)也可以用于輔助判斷吸濕速干材料功能的優(yōu)劣。

以中國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為例，吸濕速干性性能指標(biāo)分級(jí)如表1。

鄭園園［21］研究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)試樣的尺寸和形狀對(duì)結(jié)果的影響在8%之內(nèi)，因此當(dāng)成品取樣困難時(shí)，可以考慮材料取樣時(shí)對(duì)尺寸和形狀適當(dāng)做出改變以達(dá)到質(zhì)量把控的目的。姜遜等［22］發(fā)現(xiàn)測(cè)試材料蒸發(fā)速率的過程中，一方面難以精準(zhǔn)控制標(biāo)準(zhǔn)要求的每5 min稱重一次，另一方面稱重時(shí)會(huì)出現(xiàn)材料水分轉(zhuǎn)移到載物器皿上的問題，難免造成誤差，因此廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院研發(fā)出一套蒸發(fā)速率的自動(dòng)化檢測(cè)儀器來代替人工，提高了檢測(cè)精確度。

4 吸濕速干材料

使用不同的纖維原料，可以通過機(jī)織、針織或非織造等加工技術(shù)來制備不同的吸濕速干材料，具體的材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用到的吸濕速干機(jī)理如下。

4.1 機(jī)織物

單層機(jī)織物主要通過纖維配置和組織結(jié)構(gòu)等相結(jié)合實(shí)現(xiàn)其吸濕速干性能。纖維配置上采用不同親水性的經(jīng)、緯紗進(jìn)行配置，織物正反面交織點(diǎn)設(shè)計(jì)不同，在織物兩側(cè)形成面積不同的親水區(qū)域?qū)崿F(xiàn)單層機(jī)織物的吸濕快干；組織結(jié)構(gòu)上利用厚度方向上的潤(rùn)濕梯度變化實(shí)現(xiàn)織物的吸濕快干。但單層機(jī)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)種類較少較為局限，所能實(shí)現(xiàn)的吸濕速干性能稍遜于雙層多層機(jī)織物。［23］

雙層、多層機(jī)織物可以通過纖維配制、織物組織結(jié)構(gòu)選擇、內(nèi)外層紗線線密度設(shè)計(jì)、經(jīng)緯密度設(shè)計(jì)以及織物厚度設(shè)計(jì)等多種技術(shù)組合進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，以滿足內(nèi)外層孔隙不同的潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)要求，來制備吸濕速干織物。

鄔淑芳等［24］選用親水萊賽爾紗線為表緯，疏水萊賽爾紗線為里緯和經(jīng)紗，設(shè)計(jì)了緯二重組織吸濕速干機(jī)織物；用兩種紗線分別交織設(shè)計(jì)了接結(jié)雙層組織的吸濕速干機(jī)織物。研究發(fā)現(xiàn)兩種機(jī)織物由于外層親水和內(nèi)層拒水的結(jié)構(gòu)，使內(nèi)外層之間形成了潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了吸濕速干性，但緯二重組織親疏水性差異較弱，單向?qū)衲芰ο陆怠３喚€選擇與組織設(shè)計(jì)外，經(jīng)緯密的大小也會(huì)對(duì)吸濕速干性及服用性能產(chǎn)生影響。

陶鳳儀等［25］選用粘膠纖維和蜂窩微孔聚酯纖維為原料，通過改變纖維原料在織物厚度方向上的排列方式，使織物內(nèi)外兩層呈現(xiàn)不同的吸濕效果；因?yàn)樗衷诳椢镏袀鬟f和吸濕擴(kuò)散具有選擇性和方向性，疏水內(nèi)層作為貼膚面在潤(rùn)濕梯度效應(yīng)下能單向?qū)⑷梭w汗液排出，且能隔絕外界水分。

4.2 針織物

針織物和機(jī)織物一樣分為單層、雙層和多層針織物，吸濕速干性能的實(shí)現(xiàn)方法也基本相近。

廖師琴［26］基于仿生學(xué)原理，利用雙面集圈組織形成一點(diǎn)多分支的結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一款仿生樹形吸濕速干針織面料。在厚度相近時(shí)，芯吸能力主要取決于織物正反面線圈數(shù)量比例、表面網(wǎng)眼的數(shù)量、大小和分布等。

王玥等［27］采用綠色環(huán)保的天絲和再生滌綸，設(shè)計(jì)了加速氣液通過的新型三維導(dǎo)濕結(jié)構(gòu)雙面針織物，有效減小了織物與皮膚的接觸緊度，保證吸濕速干性能的同時(shí)提升了織物的輕薄感和舒適性。賀建國(guó)等［28］ 開發(fā)了一款舒適輕薄的吸濕速干針織面料，該面料以聚對(duì)苯二甲酸丁二酯長(zhǎng)絲和Cooldry長(zhǎng)絲為原料，通過兩種長(zhǎng)絲與十字截面纖維的組合和浮點(diǎn)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的吸濕速干性能，并能在濕態(tài)下保持彈性。尹昂等［29］對(duì)比多種經(jīng)編結(jié)構(gòu)織物得出，外層采用經(jīng)絨組織、內(nèi)層采用編鏈組織且紗線墊紗成圈織針數(shù)越少的結(jié)構(gòu)，越有利于增強(qiáng)材料的單向?qū)裥阅?，在此基礎(chǔ)上為了增強(qiáng)水分的傳導(dǎo)擴(kuò)散能力，還可以選用多孔眼的結(jié)構(gòu)來輔助實(shí)現(xiàn)。

金雪等［30］采用吸濕速干防紫外線功能性滌綸與錦滌復(fù)合導(dǎo)電絲交織，在24針的雙面圓緯機(jī)上，開發(fā)出速干、防紫外線、抗靜電的多功能鳥眼結(jié)構(gòu)雙面針織面料。楊世濱等［31］采用細(xì)旦再生聚酯纖維和異形截面再生聚酯纖維，通過面料組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、紗線的合理配置、織造工藝的優(yōu)化選擇以及染料助劑、染整工序和工藝的優(yōu)化選擇，制備出適合春夏服裝的吸濕速干針織材料。

黃旭等［32］使用防水低溫等離子體處理后的親水性差別化羊毛，將不同親水性的羊毛與水溶性維綸混紡的紗線做雙面組織面料的面紗、連接紗和底紗，實(shí)現(xiàn)材料的潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)，通過維綸的水解實(shí)現(xiàn)材料自內(nèi)而外間隙梯度變小，提高材料的單向?qū)衲芰?，具備了吸濕速干性?/p>

4.3 非織造材料

非織造材料方面，使用傳統(tǒng)非織造工藝，如針刺、水刺、熱風(fēng)等來直接制備具有吸濕速干性能的材料較為少見，近年來更常見的是使用靜電紡絲法制備以納米纖維膜為主體的吸濕速干非織造材料。

Song等［33］通過水刺技術(shù)制備了具有潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)的非織造材料，這種材料由疏水性殼聚糖纖維和親水性粘膠纖維組成，如圖1所示。即使當(dāng)90%的纖維是疏水性的，且疏水層厚度超過1.6 mm時(shí)，該材料仍然可以完成各向異性的水滲透，且在300次磨損循環(huán)后仍能保持良好的耐磨性和各向異性水滲透能力。同時(shí)，該復(fù)合非織造材料對(duì)環(huán)境友好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，可應(yīng)用于醫(yī)療保健領(lǐng)域。

Zhen等［34］通過針刺和熱風(fēng)固網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了具有潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)的PLA/VIS復(fù)合織物，如圖2所示。這種織物通過層壓5層不同質(zhì)量比的PLA/VIS纖網(wǎng)，獲得了潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)，并且在烘箱中使用多孔框架獲得了孔隙率為90%～96%的蓬松結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)潤(rùn)濕梯度指數(shù)值從0增加到1.5時(shí)，單向傳輸指數(shù)值從77.8%增加到165.6%。

Tang等［35］通過整合一種超親水MXene/殼聚糖改性聚氨酯（PU）納米纖維膜和一層具有串珠狀結(jié)構(gòu)的超薄疏水性PU/ 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）層，制備了一種具有潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)的納米纖維膜，如圖3所示。該納米纖維膜除了具備優(yōu)異的吸濕速干性能外，還因具備光熱轉(zhuǎn)換性、耐磨損、可清洗等優(yōu)點(diǎn)，適用于智能可穿戴設(shè)備。

Babar等［36］通過靜電紡絲制備了具有吸濕速干性能的膜，該膜由商用聚酯非織造材料（CNW）作為疏水層，將含銀聚酰胺（PA-Ag）紡絲溶液通過靜電紡絲噴覆在CNW上形成親水納米纖維膜層，如圖4所示。納米銀顆粒的引入不僅創(chuàng)建了親疏水層的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，還增強(qiáng)了聚酰胺納米纖維層的潤(rùn)濕性，最終獲得具有不同孔徑的潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)的CNW/PA-Ag膜，吸濕性達(dá)到1253%。

Miao等［37］通過靜電紡絲技術(shù)制備了3層納米纖維膜，其中，如圖5中聚丙烯腈（PAN）溶液加入二氧化硅顆粒（SO2）后通過靜電紡絲和堿處理得到HPAN納米纖維膜作為外層，疏水性PU膜作為內(nèi)層，水解PU-PAN納米纖維膜作為轉(zhuǎn)移層。轉(zhuǎn)移層賦予膜潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)，從而引導(dǎo)水從內(nèi)層滲透到外層，并防止反向滲透。所得膜具有16.1 cm H2O的穿透壓力和1021%的吸濕性。

根據(jù)仿生蒸騰作用，Mao等［14］制備了一種樹狀結(jié)構(gòu)的芯紗，棉纖維作為芯，靜電紡聚己內(nèi)酯（PCL）納米纖維作為皮層，如圖6所示。由于纖維尺寸差異產(chǎn)生的毛細(xì)管壓差可以實(shí)現(xiàn)水分在棉纖維和靜電紡PCL納米纖維之間的快速轉(zhuǎn)移，使得該芯紗制備的材料具備了1034.5%的高吸濕性。

Zhao等［38］基于仿生學(xué)原理，結(jié)合靜電紡絲技術(shù)，開發(fā)了一種由殼聚糖和聚乙烯醇（CTS-PVA）作親水外層，蜂膠和聚己內(nèi)酯（PRO-PCL）作疏水內(nèi)層的復(fù)合納米敷料，能有效抗菌，將人體表面多余的各類生物流體導(dǎo)向外層，同時(shí)該材料具有良好的抗氧化性能和有效止血的能力，是吸濕速干醫(yī)用敷料的理想材料。

5 吸濕速干材料的后整理

通過等離子體處理、光化學(xué)改性、靜電噴涂、激光加工等多種后整理方法，可以對(duì)材料表面進(jìn)行改性，使材料獲得親疏水性，從而改變潤(rùn)濕梯度結(jié)構(gòu)，最終具備吸濕速干性能。

5.1 等離子體

等離子體后整理是一種新發(fā)展的技術(shù)，其作用原理是在不影響纖維內(nèi)部成分的情況下，改變織物的潤(rùn)濕性。通過使用等離子體處理在親水織物上沉積低表面能材料，已經(jīng)制備了不同類型的Janus織物，主要應(yīng)用的低表面能材料包括六甲基二硅烷（HMDSO）和含氟聚合物等［39-40］。

Lao等［41］通過在疏水基底上創(chuàng)建梯度潤(rùn)濕性通道，制備了“類皮膚”織物，如圖7所示。通過將1H、1H、2H、2H-全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）/二氧化鈦（TiO2）納米顆粒涂覆到棉織物上，然后將等離子處理過的仿汗腺打孔膜覆蓋在棉織物上，以創(chuàng)建多孔親水性通道，制備超疏水織物。超疏水基底上的梯度潤(rùn)濕結(jié)構(gòu)用于賦予織物定向水轉(zhuǎn)移和拒水性。

Pu等［42］通過在棉質(zhì)非織造材料表面等離子體沉積六甲基二硅氧烷（HMDSO）制備了Janus織物。由HMDSO低表面能材料處理后的材料表面表現(xiàn)出接觸角為0°的親水性，未處理面接觸角則為150°。這種不對(duì)稱的潤(rùn)濕性使非織造材料具有定向水傳輸性能、良好的水蒸氣傳輸率和高透氣性。

5.2 光化學(xué)改性

光化學(xué)改性是指在太陽光或紫外線照射下，材料表面發(fā)生氧化、交聯(lián)、化學(xué)鍵斷裂等變化來進(jìn)一步提高材料表面的潤(rùn)濕性。在紫外光照射下，光響應(yīng)材料 TiO2 可以改變織物的潤(rùn)濕狀態(tài)。Wang 等［43］用浸漬涂布技術(shù)將 TiO2和雜化 SiO2溶液涂覆于滌綸織物表面，在織物表面就形成了一層薄型涂層，測(cè)得接觸角為 170°，顯示出超疏水性。隨后將改性后得到的超疏水織物的一側(cè)暴露在多波長(zhǎng)紫外線光束中，使受到輻照的一側(cè)表現(xiàn)出親水性，形成不對(duì)稱潤(rùn)濕性。紫外線照射 60 min后，改性后的滌綸材料將水從親水側(cè)傳遞到疏水側(cè)至少需要 18 cm H2O 的穿透壓力，而同一材料將水從疏水側(cè)傳遞到親水側(cè)只需要 2 cm H2O 的壓力，這表明了改性后的材料具有理想的單向輸水能力。

5.3 靜電噴涂

靜電噴涂，即在高電勢(shì)下從管中噴出帶電的涂料微粒，并使其沿著電場(chǎng)相反的方向定向運(yùn)動(dòng)，最終吸附在材料表面的一種噴涂方法。涂料微粒的大小和所帶電荷可以通過改變高壓靜電場(chǎng)的電壓和流速來控制，因此靜電噴涂可以控制涂層厚度，從而調(diào)節(jié)疏水層的厚度來改變材料的吸濕速干性能。目前，部分吸濕速干材料是通過在親水材料上靜電噴涂含氟聚合物或硅氧烷低表面能材料制成的 ［25，40］。

Wang等［44］通過兩步靜電噴涂方法制備了吸濕速干材料，首先在棉織物上雙面靜電噴涂丙烯酸全氟烷基酯涂層，然后再單面按一定圖案靜電噴涂超疏水材料。與無圖案定向輸水材料相比，有超疏水圖案的材料具有1.89倍的累積單向傳遞能力指數(shù)。Wang等［45］通過在親水性棉織物上電噴射一薄層疏水性聚偏二氟乙烯-六氟丙烯/氟化硅基烷來制備吸濕速干材料，當(dāng)疏水層厚度在9.0～23.9 μm范圍內(nèi)時(shí)，材料表現(xiàn)出單向水傳輸性能，這證明親水層的孔徑對(duì)吸濕性能有關(guān)鍵影響，較小的孔徑顯示出較大的吸濕性。

5.4 激光加工

激光加工作為一種新技術(shù)，因其精確、靈活、高效和環(huán)保等特性，在表面微納米制造中引起了廣泛關(guān)注［46］。表面微/納米結(jié)構(gòu)影響材料的表面潤(rùn)濕性，因此，激光加工被廣泛應(yīng)用于制備各種表面潤(rùn)濕性材料，包括超親水性和超疏水性材料［47］。

近年來，潤(rùn)濕梯度表面材料的研究引起了廣大科研人員的重視，其中通過具有低能表面改性的激光方法實(shí)現(xiàn)水的定向轉(zhuǎn)移技術(shù)備受關(guān)注［48］。例如，Dai等［49］受鳥喙中的定向水輸送的啟發(fā)，制備了一種疏水/超親水PET/硝化纖維（NC）紡織材料，該材料具有不對(duì)稱錐形微孔陣列，用于通過激光穿孔和隨后的等離子體改性進(jìn)行定向液體輸送。過量的液體可以通過毛細(xì)管力驅(qū)動(dòng)的不對(duì)稱錐形微孔從內(nèi)層有效地轉(zhuǎn)移到外層，以保持皮膚干燥和涼爽。PET/NC織物顯示出1246%的高吸濕性，并保持人體溫度不受外界影響。Yang等［50］使用一步飛秒激光方法制造了親水/疏水材料，該方法處理后的表面顯示出微/納米結(jié)構(gòu)和親水性，能快速將多余的液體從疏水層轉(zhuǎn)移到親水層，并表現(xiàn)出比傳統(tǒng)材料低2 ℃的降溫功能。

6 結(jié)論與展望

上述分析和研究表明，對(duì)于吸濕速干材料來說，纖維原料的選擇至關(guān)重要，不僅對(duì)材料吸濕速干機(jī)理有影響，而且對(duì)其成型加工方式和結(jié)構(gòu)形成也有很大的影響；同時(shí)，材料的加工方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也非常重要，最終影響材料的吸濕速干性能。

在纖維原料方面，應(yīng)圍繞以下4個(gè)方面進(jìn)一步展開研究：a）親水纖維吸水后發(fā)生潤(rùn)脹，會(huì)減小纖維間的孔隙或?qū)喚€的穩(wěn)定性造成影響，從而導(dǎo)致不利于水分的傳輸與水蒸氣的蒸發(fā)，后續(xù)應(yīng)該重點(diǎn)研究親水纖維的吸濕潤(rùn)脹問題；b）吸濕速干材料對(duì)內(nèi)、外層所用纖維的吸濕性和速干性要求不同，應(yīng)重點(diǎn)研究纖維與水分子結(jié)合的作用力對(duì)材料單向?qū)竦挠绊?，以及高溫等極端環(huán)境下內(nèi)外層纖維對(duì)水分子的吸收、傳輸和蒸發(fā)是否發(fā)生變化；c）吸濕速干材料所應(yīng)用的異形截面纖維溝槽的深度與數(shù)量對(duì)差動(dòng)毛細(xì)效應(yīng)的具體影響程度尚無研究結(jié)論，對(duì)實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)作用未見體現(xiàn)；d）隨著綠色可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，纖維原料的開發(fā)應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)向綠色環(huán)保纖維，因此應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)可降解竹原纖維等原料在吸濕速干材料方面的應(yīng)用研究。

在吸濕速干材料方面，應(yīng)圍繞以下2個(gè)方面進(jìn)一步展開研究：a）大多數(shù)吸濕速干材料由兩層組成，不同的層由不同的纖維制成，制備方法十分復(fù)雜，各層的厚度很難控制，僅限于在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，應(yīng)開發(fā)一些簡(jiǎn)單、高效的方法來實(shí)現(xiàn)吸濕速干材料的低成本工業(yè)化生產(chǎn)；b）許多后整理方法需要使用化學(xué)整理劑到達(dá)疏水的表面效果，但整理劑可能會(huì)對(duì)人體不利或輕微污染環(huán)境，且在后續(xù)應(yīng)用時(shí)不耐反復(fù)洗滌，因此需要不斷探索各類兼具綠色環(huán)保性能、良好機(jī)械性能和穩(wěn)定高效的吸濕速干材料的后整理技術(shù)，將其與吸濕速干材料的制備更加緊密地結(jié)合在一起。

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Research progress in moisture-absorbing and quick-drying materials

ZHANG" Yuexuan，" LIU" Ya，" ZHUANG" Xupin，" QIU" Mengying

Abstract： "The market size of moisture-absorbing and quick-drying materials is increasing day by day. To develop moisture-absorbing and quick-drying materials that better meet market demand and expand their application fields， we analyzed moisture-absorbing and quick-drying materials from several aspects. Firstly， we made a detailed introduction to the mechanisms of moisture-absorbing and quick-drying materials， including differential capillary effect， wetting gradient structure， and biomimetic transpiration， and listed corresponding models developed in recent years. Then， we divided the common moisture-absorbing and quick-drying fibers in the market into natural fibers and chemical fibers， and stated the characteristics， advantages， disadvantages， and application scope of different fibers. Additionally， we listed the current moisture-absorbing and quick-drying standards of common countries and standard organizations， as well as the main performance grading of moisture-absorbing and quick-drying materials in China′s moisture-absorbing and quick-drying standards， and listed some problems in the standards and operational plans that can be implemented.

We divided moisture-absorbing and quick-drying materials into moisture-absorbing and quick-drying woven fabrics， knitted fabrics， and non-woven materials. We introduced the research achievements and development status of various materials in recent years， including： woven fabrics prepared by Tao Fengyi et al. by using viscose fibers and honeycomb microporous polyester fibers as raw materials， and changing the arrangement of fiber materials in the thickness direction of the fabric to present different moisture-absorbing effects on the inner and outer layers of the fabric. Wang Yue et al. used green and environmentally friendly Tencel and recycled polyester to design a new type of three-dimensional moisture conductive double-sided knitted fabric that accelerates the passage of gas and liquid， effectively reducing the contact tightness between the fabric and the skin， ensuring moisture absorbing and quick drying， and improving the lightness and comfort of the fabric. Finally， we summarized the existing problems and possible solutions of moisture absorption and rapid drying based on the post-processing technology. In terms of non-woven materials， in addition to arranging and combining various new environmentally friendly fibers with traditional non-woven processes such as water spunlace， needle punching， and hot air to obtain moisture-absorbing and quick-drying materials， there are various materials produced by electrospinning technology. For example， Song et al. prepared a non-woven material with a wetting gradient structure composed of hydrophobic chitosan fibers and hydrophilic adhesive fibers through water spunlace technology. When 90% of the fibers are hydrophobic and the hydrophobic layer exceeds a high thickness of 1.6 mm， the material can still achieve anisotropic water penetration and has high wear resistance and environmental friendliness.

We summarized and classified the moisture-absorbing and quick-drying finishing processes into plasma treatment， photochemical treatment， electrostatic spraying， and laser processing. By depositing low surface energy materials on hydrophilic fabrics， the material surface underwent oxidation， cross-linking， chemical bond breakage， etc. under sunlight or ultraviolet radiation. Under high potential， very fine droplets were sprayed from the tube to control the coating thickness. Laser processing was used to change the micro nano scale morphology and other finishing processes， which can accurately change the moisture-absorbing and quick-drying rate of the material.

Finally， we explored the development potential of current moisture-absorbing and quick-drying materials. In response to the current situation of moisture-absorbing and quick-drying fibers， we proposed three problems to be solved from the perspective of fibers and two problems to be solved from the perspective of materials， and provided possible solutions. There is no complete conclusion on the study of the interaction between fibers and water molecules， the influence of the depth and quantity of irregular cross-section fiber grooves used in moisture-absorbing and quick-drying materials on the differential capillary effect， and the application should shift towards the development of green and environmentally friendly fibers， as well as more research and development of natural fibers with high moisture-absorbing and quick-drying performance. In terms of materials， simple and effective methods should be developed to achieve low-cost industrial production of moisture-absorbing and quick-drying materials. In the meanwhile， various post-processing technologies that combine green environmental protection performance， good mechanical performance， and stable and efficient moisture-absorbing and quick-drying performance should be more closely combined with the preparation of moisture-absorbing and quick-drying materials.

Keywords： moisture-absorbing and quick-drying materials; moisture-absorbing and quick-drying mechanism; nonwovens; moisture-absorbing and quick-drying fiber; moisture-absorption and quick-drying after finishing

收稿日期：2023-08-09 網(wǎng)絡(luò)出版日期：2023-11-23

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52273059）;天津科委項(xiàng)目（22JCYBJC01030）

作者簡(jiǎn)介：張?jiān)螺妫?999—），女，碩士研究生，主要從事水刺非織造材料方面的研究。

通信作者：劉 亞（1974—），E-mail：liuya8353@163.com