防紫外凉爽面料的研制
王越平[1,2] 史丽敏[2] 李佳[2]周苏萌[2]
(1 四川大学 成都610065) (2 北京服装学院 北京100029)
收稿日期:2004-05-27
作者简介:王越平(1965-)女，四川大学在读博士，北京服装学院服装系副教授，主要从事纺织新产品开发、面料的服装加工性能研究。（本课题为北京市组织部优秀人才资助项目）
原载：《北京纺织》2004/6；33-35
[摘要]紫外防护性能和热湿舒适性能是夏季服用面料同时要求的两项性能。采用差别化原料、吸水性和吸湿性纤维的交并纱、合理的织物结构满足其热湿舒适性的要求;采用后整理法赋予织物紫外防护性能，最终通过各影响因素的分析使织物两方面的性能达到最佳，开发出双功能复合的夏季服用面料。
关键词:抗紫外线性;热湿舒适性;功能整理;面料开发
中图分类号：TS106.6 文献标识码: B 文章编号:1002-3348(2004)06-0032-03
夏日既是阳光暴晒的日子，也是人们大汗淋漓的季节，人们在防护自身免受紫外线侵袭的同时，又迫切需要穿着凉爽、舒适的服装。但是织物的紫外防护性能与热湿舒适性能在对织物结构上的要求是一对矛盾，后整理又往往会在提高紫外防护性能的同时降低热湿舒适性能，如何能够既满足紫外防护的要求，又具有良好的热湿舒适性，这正是本文要研究的内容[1][2][3]。
另外，随着人们生活水平的提高，对服装的要求越来越高，将多功能集于一身，这也是市场的需求。
1 底布设计
面料的热湿舒适性与其结构密切相关，因此，该面料采用轻薄的平纹组织、较疏松的结构设计而成。织物紧度不大，克重为110g/m2，属夏季轻薄型面料。
原料是影响热湿舒适性的最为重要的因素。该织物采用高吸湿、高透湿的棉纤维，以吸收人体排泄出的潜汗;采用带有侧孔的中空涤纶纤维，赋予织物良好的毛细效应，从而快速传导人体排泄出的显汗。另外，当中空涤纶长丝与棉纱交并时，由于增效作用，可大大提高该面料的热湿舒适性能[4]。
具体设计规格见表1。
表1 织物设计规格
|
名称 |
规格 |
|||||
|
纱支（tex） |
经向密度(根/10cm) |
纬向密度( 根/10cm) |
织物组织 |
覆盖系数(%) |
克重（g/m2） |
|
|
漂白涤棉 |
11.6+8.33 |
268 |
220 |
平纹缎 |
65.4 |
110 |
|
交并织物 |
(50S/75D) |
268 |
220 |
条小提花 |
65.4 |
110 |
2 后整理工艺设计
该织物的紫外防护功能是采用后整理法赋予的。为使织物经紫外防护整理后，既要达到较好的紫外防护效果，又不影响面料的热湿舒适性，这就需要在面料设计的基础上，确定合理的紫外防护整理工艺。本文对紫外防护整理中的主要助剂纳米级ZnO、分散剂及偶联剂(两者合用比单独使用效果佳[5])、粘合剂三因子的用量进行了摸索[6]。为了减少实验
次数，采用三因子、三水平的正交表进行实验设计，各种助剂的各水平安排如表2所示。
3 性能测试与评价
3·1测试方法
3·1·1织物抗紫外线性能测试[7]
测试仪器:美国 VARIAN公司 CARY50 PROBE抗紫外线测试仪 (由纺织科学院提供)
测试方法:采用澳大利亚/新西兰的测试标准
表2 正交设计实验表
|
编号 |
助剂用量 |
||
|
ZnO |
分散剂&偶联剂 |
粘合剂 |
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
6 7 8 6 7 8 6 7 8 |
3+1 3+1 3+1 2+2 2+2 2+2 1+3 1+3 1+3 |
20 25 30 25 30 20 30 20 25 |
测试指标: 在280-400nm波长各波段对紫外光的透射率(包括A波段透射率、 B波段透射率)，平均UPF值.
测试参数: 扫描速度15OOnm/min;扫描点数为4
3·1·2 透气性测试
测试仪器: YG461型织物中压透气量仪
测试方法: 参照国标GB5453-8织物透气性实验方法
测试指标: 单位面积上每秒钟通过的气体量。单位为L/s·m2
测试参数: 16#孔径
3·1·3 透湿性测试
测试指标: 透湿量即单位面积上单位时间内通过的水蒸汽量。单位为g/m2·d
测试方法: 参照ASTM，采用蒸发法测量，并按下式计算透湿量 WVY=24×Δm/st
WVY--每平米，每天(24h)的透湿量(g/m2·d)
Δm--同一实验组合体两次称重之差
(g)
s-- 试样实验面积 (m2)
t-- 试样放置时间 (h)
3·1·4 垂直吸水性能测试
服用织物芯吸效应是体现其吸水性的一个重要指标，它反映了材料对于液态水的传递性能。
测试仪器: 织物毛细效应测试仪
测试指标: 织物垂直状态下吸水，记录9Omin 时液面上升的高度。单位为cm
试样尺寸: 试样足够长，宽为2.5cm
测试参数: 试样张力夹重量为3g
3·1·5 扩散性能测试
面料的吸水扩散性也是反映织物对液态水的传递性能的指标，与垂直吸水性能不同的是，扩散实验测试的主要是液体沿织物水平方向传递水的性能。
测试指标: 液体在织物上的扩散面积，以cm2为单位。
测试方法: 将织物展开，悬空固定，用移液管在距离织物 5cm处向织物滴 0.04m1、3%的高锰酸钾溶液，3min后记录溶液的扩散面积，比较扩散面积的大小和扩散速度的快慢。 3·1·6 硬挺度测试 测试方法:
参照国家标准ZBW 04003-87织物硬挺度实验方法斜面悬臂法。
测试指标: 抗弯长度，表示织物抵抗弯曲的能力，可考察织物的硬挺程度。由于实验用底布一样，其重量基本相同，所以只考察其抗弯长度，没有计算抗弯刚度。
试样尺寸: 2.5×2Ocm2
以上所有实验的环境条件: 温度28℃;湿度 30%。
3·2 实验结果与分析
3·2·1抗紫外性能测试结果
3·2·2热湿舒适性能测试结果
表4中的数据是对整理后织物各样品的透气性、透湿性、芯吸效应、液滴扩散性能以及柔软度等舒适性能的测试结果。
3·2·3结果分析
根据表3紫外防护性能、表4热湿舒适性能的测试结果，进行极差分析，结果如表5所示。
表3 抗紫外性能测试结果
|
编号 |
助剂用量及指标 |
|||||
|
氧化锌(%) |
分散剂+偶联剂(%) |
粘合剂(%) |
Mean UPF |
YUVA |
TUVB |
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 |
6 7 8 6 7 8 6 7 8 0 |
3+1 3+1 3+1 2+2 2+2 2+2 1+3 1+3 1+3 0 |
20 25 30 25 30 20 30 20 25 0 |
15.758 15.028 16.251 18.051 17.787 16.166 16.141 17.262 16.179 10.803 |
6.421 6.731 6.248 5.581 5.676 6.241 6.094 5.860 6.259 9.585 |
6.243 6.531 6.111 5.407 5.487 6.050 9.077 5.631 6.027 8.800 |
注:o号样品为原样
表4 织物舒适性能测试结果
|
编号 |
性能指标 |
||||
|
透气量(L/m2·S) |
透湿量(g/m2·d) |
芯吸高度(cm) |
扩散面积(cm2) |
抗弯长度(cm) |
|
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
1868.3 2235.3 2077.0 2153.7 2186.3 2082.3 2308.3 2254.7 2413.3 |
1225.367 1091.808 1238.131 1340.245 1378.538 1212.603 1331.735 1140.272 1136.017 |
8.3 8.3 8.9 7.4 7.2 8.3 8.5 8.5 7.4 |
15.17 12.92 14.40 14.83 15.02 14.15 14.05 15.33 13.37 |
2.328 2.391 2.435 2.454 2.377 2.367 2.453 2.523 2.474 |
表5极差分析表
|
|
|
A因子(氯化锌) |
B因子(分散剂+偶联剂) |
C因子(粘合剂) |
主次顺序 |
优水平 |
|
抗紫外值 |
K1 |
16.650 |
15.697 |
16.395 |
B＞A＞C |
B2A2C3 |
|
K2 |
16.692 |
17.335 |
16.419 |
|||
|
K3 |
16.199 |
16.527 |
16.726 |
|||
|
R |
0.493 |
1.656 |
0.331 |
|||
|
透气量 |
K1 |
2110.1 |
2060.2 |
2068.4 |
B＞C＞A |
B3C2A2 |
|
K2 |
2225.4 |
2140.8 |
2267.4 |
|||
|
K3 |
2190.9 |
2325.4 |
2190.5 |
|||
|
R |
115.3 |
265.2 |
199.0 |
|||
|
透湿量 |
K1 |
1299.116 |
1185.102 |
1192.747 |
C＞B＞A |
C3B2A1 |
|
K2 |
1203.539 |
1310.462 |
1189.357 |
|||
|
K3 |
1195.584 |
1202.675 |
1316.135 |
|||
|
R |
130.532 |
125.360 |
126.778 |
|||
|
芯吸高度 |
K1 |
8.067 |
8.500 |
8.367 |
B＞C＞A |
B1C1A3 |
|
K2 |
8.000 |
7.633 |
7.700 |
|||
|
K3 |
8.200 |
8.133 |
8.200 |
|||
|
R |
0.200 |
0.867 |
0.667 |
|||
|
扩散面积 |
K1 |
14.683 |
14.163 |
14.883 |
C＞A＞B |
C1A1B2 |
|
K2 |
14.423 |
14.667 |
13.707 |
|||
|
K3 |
13.973 |
14.250 |
14.490 |
|||
|
R |
0.710 |
0.504 |
1.176 |
|||
|
抗弯刚度 |
K1 |
2.406 |
2.385 |
2.406 |
B＞C＞A |
B1C1A1 |
|
K2 |
2.430 |
2.399 |
2.440 |
|||
|
K3 |
2.425 |
2.477 |
2.416 |
|||
|
R |
0.024 |
0.092 |
0.034 |
通过极差分析知，对于紫外防护性能来说，分散剂与偶联剂因子对其影响最大，因为它直接影响到氧化锌的分散情况，从而影响到紫外防护性能; 氧化锌因子的影响作用次之，而且并非随着氧化锌用量的增多呈线性提高;粘合剂对紫外防护性能影响较小，即B＞A＞C。以上结论与常规织物的紫外整理效果有所不同，因为织物结构的疏松，使得氧化锌的作用显得较微弱，特别是当氧化锌达到其极限值时。相反，分散剂与偶联剂因子对氧化锌有着良好的分散作用，故对紫外防护效果的提高反而更明显。对于热湿舒适的各项性能来说，氧化锌因子对它们的影响都是非主要因素，因此影响甚小；粘合剂因子和分散剂与偶联剂因子对其性能影响的主次排名如下：粘合剂因子得2个第一、3个第二;分散剂与偶联剂因子得3个第一、1个第二、1个第三，鉴于透湿性与横向扩散的吸水性在热湿舒适性能中更为重要，因此对其影响最大的粘合剂因子成为主要因素；分散剂与偶联剂因子成为次主要因素；氧化锌因子影响最小，即C＞B＞A。根据以上结果，尽管紫外防护性能与热湿舒适性之间存在着许多对立之处，但从各自的主要影响因素出发，仍可保证两个性能均保持最佳。
同时，三因子的各个水平对性能影响也不同。抗紫外防护性能的优水平为B2A2C3；对于热湿舒适性能来说，粘合剂因子的1水平选中三次，2水平选中一次，3水平选中一次，分散剂与偶联剂因子2水平选中二次，1水平选中二次，3水平选中次，氧化锌因子的1水平选中三次，2水平选中一次，3水平迭中一次，综合两个性能，最终三因子的最优水平是B2A2C1，即氧化锌用量7%，分散剂与偶联剂用量分别为2%+2%，粘合剂用量20%。
4 结论
(1) 对于紫外防护性能来说，分散剂与偶联剂、氧化锌、粘合剂三因子的作用依次减弱。该结论适合于结构较疏松的织物。
(2) 对于热湿舒适性能来说，粘合剂。分散剂与偶联剂、氧化锌三因子的作用依次减弱。
(3)
对于夏季薄型织物，采用原料的组合搭配，使织物获得良好的热湿舒适性。通过后整理，可以提高织物的紫外防护性能。从各个性能的主要影响因素出发进行面料设计，确定后整理工艺，可保证总体性能的要求。
参考文献
[1]周秀会、曹晓英，防紫外织物新进展[J]国外纺织技术， 2000，(2)；30-32
[2]G·Reinert F.Fuso.and UV-Protection Properties of Textile Fabrics and their Improvement[J]Textile Chemist and Colorist.1997，(12);36-43
[3]Theresa A Perenich.Textiles as preventive measures for skin cancer[J]Colourage,1998，(45):75-77
[4]王越平等，高吸水、高透湿功能性涤纶面料的开发[J]中国个体防护装备，2002，(1)
[5]王越平等，轻薄面料的防紫外整理工艺研究[J]陕西纺织，2003，(2)
[6]吴建华，抗紫外纤维及其织物的加工技术[J]合成纤维，30(5)；22-24
[7]吴雄英，纺织品抗紫外线辐射性能的测试方法比较[J]印染，2000，No2，38-40