本文摘要：摘要：总结实现织物吸湿速干功能的相关技术。分别梳理了基于纤维材料和基于纺织染技术实现织物吸湿速干功能的技术，包括采用改性化学纤维、特殊的纺纱技术、织物组织、染整技术等。介绍了各相关技术的研发进展和代表产品。结合企业实践，介绍了吸湿速干面料的实际研发
摘要：总结实现织物吸湿速干功能的相关技术。分别梳理了基于纤维材料和基于纺织染技术实现织物吸湿速干功能的技术，包括采用改性化学纤维、特殊的纺纱技术、织物组织、染整技术等。介绍了各相关技术的研发进展和代表产品。结合企业实践，介绍了吸湿速干面料的实际研发案例和功能效果。指出：吸湿速干织物研发需要融合材料创新、技术研发及产品设计多个领域的成果。认为：各项吸湿速干技术应根据市场定位或产品设计要求组合搭配应用。
关键词：纤维材料;异形截面纤维;丙纶;强捻纱;织物组织;吸湿速干织物;染整技术;芯吸高度
当前纺织品消费需求的迭代升级带动了产品创新，消费者更加关注产品内涵和使用体验。《中国纺织产品开发报告》中提到：假期消费形成庞大市场，炎热潮湿的天气将带动吸湿速干面料的惊喜呈现[1]。为使服装面料具有良好的吸湿速干功能，需要重点从织物影响汗液传递的角度考虑，运用织物吸水、透湿透汗、蒸发散热的原理进行设计。
其中，液态水分与织物的接触、润湿与吸收过程是影响面料吸湿功能的决定性环节，蒸发散湿过程则是影响面料速干功能的决定性环节，面料对液态水的输送、储存或保持过程相对次要[2]。本研究结合吸湿速干原理分析，从纤维材料和纺织染技术两个方面，结合实践案例综述吸湿速干织物的研究进展。
1基于纤维材料的吸湿速干功能
1.1天然纤维的吸湿速干功能
在天然纤维中，棉、麻等纤维素纤维大分子上有大量的羟基、羧基等亲水基团，因此具有良好的吸湿性。但棉纤维润湿后溶胀，纯棉织物对水的蒸发散湿能力较差，未经功能处理的纯棉面料达不到“速干”标准。亚麻、汉麻纤维纵向存在沟槽条纹，具有比棉纤维更好的导湿散湿效果。魏桥纺织股份有限公司(以下简称魏桥纺织)开发了汉麻长绒棉7.38tex混纺纱，该纱织的细特高密面料既具有明显优于纯棉面料的干爽散湿功能，又消除了原有麻类面料的刺痒感。
竹原纤维具有纵向表面凹槽、裂纹及横截面的空腔、多孔等微观结构，吸湿散湿效果均较好[3]。有研究表明：木棉纤维空腔率高，具备优秀的吸湿导湿性能，对水的吸湿率为115%，导湿率为99.13%，导湿率优于四通道吸湿排汗合成纤维[4]。牛角瓜纤维同样因其高达80%～90%的横截面空腔而具备优秀的吸湿导湿性能，其含水率和回潮率高于木棉纤维[5]。国内对竹原纤维、木棉纤维和牛角瓜纤维研究不少，但这三种纤维受可纺性、取材便利程度等制约，目前实际应用相对较少。
1.2化学纤维的吸湿速干功能
化学纤维可通过物理改性、化学改性和材质共混等实现导湿速干效果。物理改性是通过改变喷丝孔形状、表面刻蚀等方法制备。化学改性是通过接枝共聚，在纤维大分子结构内引入亲水集团。材质共混是在纺丝液中加入功能性粉末以及通过异形混纤、异质混纤等，实现吸湿速干性[6-7]。
采用异形喷丝孔物理改性的纤维即异形截面纤维，利用毛细效应实现纤维对水分的控制传导。纤维材料与水分的固液接触角小于90°时，液体能自动地进入到毛细管道内。一般常用的异形截面纤维是十字形截面纤维，包括Coolmax纤维、Coolplus纤维和CoolTeeh纤维等。其他异形截面纤维有Y形截面的Triactor纤维、苜蓿草形截面的Aerocool纤维、H形截面的Coolbest纤维等。
其中，CoolmaxAir纤维较有特色，采用带有纵向转曲和细小微孔的螺旋桨形截面，可提升面料的透气和速干性能。采用表面刻蚀或其他技术手段形成特殊表面的吸湿速干纤维也较多，如具有细小狭槽的SEO-A纤维、表面凹凸不平的Shirukku纤维、表面均匀分布微孔的Uerukii纤维等[8]。采用化学改性方式的吸湿速干纤维也比较多，如将蚕丝化合物接枝在涤纶上生产的吸湿排汗纤维、通过聚酯和聚酰胺大分子共聚生产的聚酰胺酯型合成纤维等。美国杜邦公司用辐射引发聚合，将亲水组分接枝共聚在锦纶66上获得了高吸湿性纤维。接枝聚合大多是非均相反应，通常接枝反应发生在非晶区，因此接枝后的纤维力学性能稍有变化，而吸湿性、可染性显著提升[9]。
仪纶是超仿棉的重要支撑产品，聚酰胺基团的嵌入使原有的聚酯纤维强度、模量、玻璃化温度等发生了较大变化，纤维的公定回潮率为0.8%，是普通涤纶的两倍，具有良好的吸湿性，同时具备速干性能。魏桥纺织与国家纺织产品开发中心合作，在中国流行面料技术创新联盟项目框架下共同开发的仪纶棉混纺系列面料兼具柔软手感和易洗速干特性[10]。
采用材质共混法制得的吸湿速干纤维相对较少。日本东洋纺将聚丙酸酯与涤纶原液共混纺丝制得了Ekslive吸湿速干纤维;CoolmaxAllSeason采用O形、C形和Y形截面纤维混纤，该纤维既可以把湿气带走，又具有一定的保暖效果。此外，有研究表明，竹浆纤维与普通粘胶纤维的吸湿、放湿曲线相似，但放湿初始阶段的水分蒸发速率明显高于普通粘胶纤维，说明其内部可能具有较多的空隙[11]。
2基于纺织染技术的吸湿速干技术
2.1纺纱技术
通过纺纱技术改善面料的吸湿速干性能方面，现有的技术主要关注纱线加强捻、多材质混纺、多材质合股或交缠等方式。通过对纱线或长丝加强捻可以提高织物的凉爽感，如日本钟纺公司的AZEI是由粗细不匀的纤维制得的强捻丝，用其所织的面料具有明显的凉爽感和自然外观。
一般导湿纤维的性能相对单一，难以同时兼顾吸湿、导湿、散湿的产品设计要求，可以采用将具备良好吸湿性能的纤维与具备良好导湿放湿性能的纤维共混纺纱、多层结构纺纱，实现织物的功能要求，也可将有良好吸湿性能的单纱或长丝与良好导湿放湿性能的单纱或长丝以合股、交缠等方式纺纱，获得兼顾吸湿、导湿、散湿性能的纱线。
2.2织物结构设计技术
织物的类型、规格及组织结构对面料的吸湿排汗功能有着重要的影响[12]。在面料类型方面，吸湿排汗织物一般以针织物为主。机织类的吸湿排汗面料在衬衣和休闲装领域得到了一定应用。在面料规格方面，吸湿速干面料一般以薄型面料为主[13]。织物结构越紧密、单位面积质量越高，越不利于水分的散发。织物内较小的孔隙有利于形成更显著的毛细效应。
多层织物中孔隙由大到小的梯度渐变也可以引导水分的传输，差异化毛细效应，即芯吸压力差形成差动效应，可以将水分由孔隙大的一层引导到孔隙小的一层，实现单向导湿效果。在此要说明两点：一是与纤维的异形截面形成毛细效应相似，织物间孔隙形成毛细效应的前提也是其材质应可以被水分所浸润，即固液接触角小于90°;二是根据液体通过织物内纱线间孔隙压力的分析，在固液接触角较大的情况下，纱线半径和纱线间距越小，其织物防透水性越好，用较细的纱线交织成较紧密的织物，具有较好的防透水性能。在面料组织结构方面，吸湿速干面料既可以是单面或单层织物，也可以是双面织物、多层结构织物或复合织物。
单面或单层织物一般采用吸湿速干纤维纯纺或混纺织制，水分在织物内可以快速扩散，有利于透湿透汗以及水分的相变蒸发与散热，但单层织物的水分传导可以认为是二维的平面铺展，没有纵向垂直于布面的传递转移。双面织物、多层结构织物或复合织物则可借助内外层不同材质及结构的亲疏水或吸放湿差异，将内层结构疏水性、导湿性和与外层结构的吸湿速干性能相结合制得单向导湿面料。
单向导湿面料内层结构负责将水分或汗液迅速由体表传导至面料表层，保持皮肤接触面的干爽舒适;外层结构则需要将导出的水分或汗液尽快挥发，同时确保导出的水分或汗液不会重新进入面料内层。此外，在设计织物组织时，要考虑面料不应与人体皮肤紧密接触，在两者之间要留出一定的微气候区，可以采用绉组织或其他有微观凹凸肌理效果的组织设计，使皮肤与面料之前形成点接触，实现更加凉爽的穿着体验。
人体剧烈运动后大量汗液排出带来的湿黏感往往会影响运动状态，单向导湿功面料可以保持面料的皮肤接触面干爽，但其材质和设计往往影响穿着舒适性，如何实现面料瞬间导湿、内层干爽、外层速干性能，并改善面料内层材质的皮肤触感，是单向导湿面料技术研发关注重点。魏桥纺织在研究现有单向导湿产品的基础上，开展多因素交叉对比测试，优选方案，研发了多款单向导湿舒适面料，可以概括为三个方面。
一是内外层材质梯度优化及纤维细特化。细特丙纶具有独特的疏水导湿性能，其导湿能力随纤维线密度下降而上升，而且细特纤维的手感、亲肤性均优于普通纤维。针对面料内层材质，测试了丙纶细特化效果，而外层材质则对比了不同线密度的涤纶长丝，表明采用超细特涤纶长丝效果良好，可形成显著的毛细管内外差动效应。此外，为扩大内外层材质疏水与亲水性质的梯度，外层材料还测试了纯棉纱线方案。经验证，单向导湿效果好，但散湿性能较差。
二是组织结构优化。为使水分在面料里层能迅速吸收，而面料外层锁住水分不内渗，组织结构设计也是关键因素。通过对比测试多个方案，确定采用双层组织结构，上下层实现一种材质对另一种材质的全覆盖，内层相对平整，有利于吸水，但并不黏贴皮肤，保持良好触感;外层呈现出类似网状的立体结构，扩大面料外层与空气的接触面，利于水分的快速蒸发，增强面料的透气性。
三是优化亲水整理方案。要实现面料良好的单向导湿效果，亲水整理剂的用量也是关键。剂量偏少，内层亲水性不好，纤维材质与水分达不到足够的浸润效果，容易形成细小的水珠，影响水分的向外传导;剂量偏多，容易导致内层面料沾水或反向渗水，影响内层面料的干爽程度。通过对比测试不同剂量方案，获得了相对均衡的效果。以单向导湿影响因素测试研究为基础，通过开展多因素交叉对比试验，优选设计方案，所研制的系列面料实现了良好的单向导湿效果，并且改善了现有产品的皮肤触感。
2.3染整技术
通过染整技术可以改善面料的吸湿速干功能，即对面料进行亲水整理。该方法特别适合于合成纤维材质的织物，不仅能够消除或减小面料的静电，而且能提高纤维的导湿能力[14]。原理是通过亲水整理将具有亲水基团的化合物固着在纤维表面，使面料被水润湿的能力得到改善，水分可以在织物上以更快的速度铺展开，既有利于吸湿，也有利于散湿。此外，利用亲疏水双面异效整理技术可以使织物表里两面形成显著的吸湿性能差异，如美国棉花公司的TransDRY导湿速干技术可以使纯棉织物实现单向导湿效果，使汗水从织物的内层向外层传递，提高水分蒸发速率。
3改善现有织物吸湿速干功能的实践
魏桥纺织结合用户需求及资源条件，研发了一些改善现有产品吸湿速干性能的技术，包括采用水溶材质包芯或低比例混纺改善纯棉纱及纯棉面料的吸湿速干功能、通过纺纱前纤维预处理改善纯丙纶纱及纯丙纶面料的吸湿速干功能等。
3.1改善纯棉面料吸湿速干功能的实践
对纯棉类面料来说，一般情况下吸湿量达到21%时触摸会有潮湿感，而羊毛类面料的吸湿量达到33%以上时才会有潮湿感。目前纯棉类面料只适合于制作无感出汗条件下的内衣或休闲服装，而难以适用于有感出汗时穿着的贴身休闲装或运动装[15]。通过采用水溶性材质，依托新型短纤维与非弹长丝包覆式复合纺纱技术，结合特殊的染整加工工艺，可制得中空结构的纯棉纱。该纱的中空结构可使所织面料在同等紧度下质量明显减轻，实现产品轻量化，而且更加蓬松柔软。
因为纱线内部空隙增大，面料更易吸水，也改善了纯棉面料的速干功能，与同规格的普通纯棉面料相比，实测中空面料毛细效应提升了70%，蒸发速率提升了37%。以中空纱线制成的面料具有轻柔舒适、吸水速干、保暖性好等特点[16]。
此外，还可以采用棉与水溶性短纤包芯方式制得中空棉纱，或者以棉与水溶性短纤混纺的方式制得棉纱，这两种方式所织面料的吸水率、滴水扩散时间、芯吸高度、蒸发速率与普通纯棉产品相比均有所提高。分别进行洗前、洗后对比，洗后中空纱及水溶材质混纺纱的吸水率、滴水扩散时间、芯吸高度指标更优异，洗前中空纱及水溶材质混纺纱的蒸发速率指标更优异[17]。
3.2改善纯丙纶面料吸湿速干功能的实践
丙纶公定回潮率为0%，即完全疏水，具有较好的导水效果，与水分的润湿接触角为52°至81°。通过纺纱前对丙纶进行预处理，可进一步降低该纤维对水分的润湿接触角，提升其导湿性能。魏桥纺织公开了“一种丙纶短纤纯纺纱线及生产方法”的发明专利，该方法通过采用含有硅油、抗静电剂、和毛油和亲水整理剂等组分的混合预处理液对丙纶短纤维进行特殊预处理，并改进各工序纺纱工艺，结合局部设备改造。
可实现丙纶短纤维的纯纺顺利纺纱。用该纱所制得的面料与细特涤纶面料对比，该面料具备更好的吸湿速干功能和透气性能，其蒸发速率是对比面料的1.33倍，芯吸高度是对比面料的1.95倍，滴水扩散时间只有对比面料的28.6%，可达到GB/T21655.1—2008《吸湿速干性的评定第1部分：单向组合试验法》吸湿速干功能技术要求[18]。
4结语
随着运动功能类及运动休闲类服装服饰的产品升级和市场细分，由终端需求带动了吸湿速干功能纺织品的技术研究与产品开发，相关成果在行业内得到了充分关注和广泛应用。随着此类市场需求的专业化和多元化发展，单一功能的吸湿排汗类产品已难以满足消费者的需要，为进一步提升吸湿速干类纺织品的功能效果和消费体验，各项吸湿速干技术往往不是单独应用，而是根据市场定位或产品设计要求，将相应的技术手段以类似模块化的方式进行组合搭配应用。
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作者：赵春梅1吕治家2
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