高导湿针织松紧带的芯吸高度模型研究

鲁 根 王 其 刘昌杰 郭超群

(1.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海，201620;2.无锡百和织造股份有限公司，无锡，201101)

松紧带作为服装辅料，广泛应用于毛衣、内衣、T恤、婚纱礼服、孕服、裤子、童装、口罩等服装产品。松紧带是含有乳胶丝或橡胶丝的弹性织物，织物厚度和密度大，用于包括袖口、鞋衬、裤口、帽衬、领圈、裤腰等处，以一定的张力或压力作用在人体上。当人体出汗时，松紧带处的汗液不易干燥，使人体产生不舒适的湿闷感，且很容易滋生、积累细菌和臭味，所以提高松紧带的导湿性能，以提高其舒适功能性具有重要意义。本文通过建立高导湿针织松紧带的芯吸高度模型，探索此类松紧带的导湿性能变化规律，用于计算和预测此类高导湿松紧带的芯吸高度和导湿性。

1 芯吸高度模型的建立

普通针织松紧带的组织结构图如图1所示，1为纬纱，多为涤纶低弹丝;2为针织闭口编链线圈经纱，多为涤纶低弹丝;3为高弹丝，多为乳胶丝。此类织物的导湿性较差。

图1中的针织松紧带所选用的纬纱1采用两根150D/74f的竹炭涤纶丝，针织闭口编链线圈经纱2采用150D/144f的十字截面涤纶低弹丝，乳胶丝分别采用23、30、32、37、42 号(直径分别为1.10、0.85、0.79、0.69、0.60 mm)，编织 5 组针织松紧带，织物经过相同工艺的亲水整理，可制成高导湿松紧带。

从图1中可以看出，松紧带经向由乳胶丝和针织编链线圈组成，所以松紧带的经向导湿性能主要与乳胶丝以及针织编链线圈的导湿性能因子有关。对乳胶丝表面进行滴水试验(图2)发现，乳胶丝是完全拒水的，且乳胶丝为单丝，不形成毛细管，因而可以假设松紧带的经向导湿性能完全由针织编链线圈经纱决定。

液态水在纱线中传导时，由于纱线毛细管中液面弯曲将会产生一定的附加压力p，压力p导致毛细管内部的液态水在没有外力场的作用下同样可以完成运输。这个附加压力由气液界面张力所引起［1］，其大小为

式中：p——附加压力(Pa);

σ——气液界面张力(N/m);

θ——固液接触角;

r——毛细管当量半径(m)。

当毛细作用达到平衡时，附加压力等于液体的重力［2］，即：

式中：ρ——液体的密度(1 ×103kg/m3);

g——重力加速度(9.8 m/s2);

H——经纱导湿路径长度(m)。

由式(2)可以得到经纱导湿路径长度H的计算式：

由图1可知，经纱导湿路径主要是由针织编链线圈组成，假设每个针织编链线圈主要由两个圈柱和一段延展线构成，它们的长度相等且均为l，所以经纱导湿路径H也可以用式(4)表示：

式中：K1——修正系数;

h——松紧带芯吸高度(cm/10 min);

x——纬密(根/10 cm);

l——圈柱和延展线的长度(m)。

将式(3)代入式(4)，从而可以得到松紧带芯吸高度的表达式：

2 模型中各参数的确定

2.1 毛细管当量半径r的确定

150D/144f十字截面涤纶低弹丝中的单丝直径d可以通过式(6)计算得到［3］：

式中：ND——单丝的旦数;

γ——单丝的密度(1.39 g/cm3)。

通过式(6)计算得到的十字截面涤纶低弹丝中单丝直径 d=10.3 μm。

假设十字截面涤纶低弹丝中单丝的排列如图3所示，将十字截面涤纶低弹丝中单丝截面看成直径相等的圆形截面，计算出以三个圆心为顶点所形成正三角形的面积，再近似成截面为圆形的毛细管的截面面积，从而可以计算出毛细管当量半径r=3.8 μm。

图3 十字截面涤纶单丝排列

2.2 圈柱和延展线长度l的确定

为方便描述，将含 23、30、32、37、42 号乳胶丝编织的5组松紧带分别用 A、B、C、D、E表示，5组针织松紧带的织物参数如表1所示。

表1 5组针织松紧带的织物参数

2.2.1 圈柱和延展线理论长度l理的确定

观察图1，可以假设针织编链线圈的圈柱与圈弧绕着乳胶丝和纬纱的相交点围成一个椭圆，椭圆的长半轴a、短半轴b以及圈柱与圈弧理论长度l理分别可以用式(7)、式(8)和式(9)表示：

式中：d1——乳胶丝直径(cm);

d2——纬纱直径(0.05 cm);

K2——修正系数。

假设圈柱与圈弧的长度l恰好为椭圆周长的一半，即此时修正系数K2为1，从而计算得到5组针织松紧带的椭圆长、短半轴以及圈柱与圈弧理论长度，如表2所示。

表2 5组松紧带的椭圆长、短半轴以及圈柱与圈弧理论长度

2.2.2 圈柱和延展线实际长度l实的确定

在5组松紧带中分别随机剪取10 cm长度的样品，拆下经纱，量取其长度L，从而可以计算得到圈柱和延展线实际长度l实，如表3所示。

表3 5组松紧带针织编链线圈中圈柱和延展线实际长度

2.2.3 圈柱和延展线长度l的表达式

根据测试以及计算的结果，用松紧带针织编链线圈的圈柱和圈弧实际长度与理论长度的比值来计算得到修正系数K2：

通过计算得到的修正系数K2如表4所示。

表4 计算得到的修正系数K2

计算5组修正系数K2的算术平均值，得到实际的修正系数K2=0.607，代入式(9)，得到圈柱与圈弧长度l的表达式：

通过式(11)计算得到5组松紧带针织编链线圈中圈柱与圈弧的长度，如表5所示。

2.3 松紧带理论芯吸高度的确定

假设松紧带的导湿路径完全是由针织编链线圈的圈柱与圈弧提供，则此时修正系数K1为1。20℃水的气液界面张力为0.072 5 N/m，一般经过亲水剂整理后的织物几乎是完全亲水的，所以取接触角θ为0°。再将毛细管当量半径r以及式(11)代入式(5)，从而计算出松紧带的理论芯吸高度h理，如表6所示。

表5 5组松紧带针织编链线圈中圈柱与圈弧的长度

表6 5组松紧带的理论芯吸高度

2.4 松紧带的实际芯吸高度

在5组针织松紧带中分别随机取5个样品，模拟松紧带应用于衣着上的实际使用规律，在伸长20%的情况下测试10 min内的芯吸高度h实，结果如表7所示。

表7 5组松紧带的实际芯吸高度

2.5 修正系数K1的确定

由于A类针织松紧带所用的23号乳胶丝直径比较大，经纱绕着乳胶丝时弯曲比较大，因而所受张力较大，其所形成的毛细管被挤压得较严重，从而导致其导湿能力较差，所以这里将排除A类针织松紧带的计算。根据测试以及计算的结果，用松紧带实际芯吸高度h实与理论芯吸高度h理的比值来计算得到修正系数K1：

通过式(12)计算得到的修正系数K1如表8所示。

表8 计算得到的修正系数K1

计算4组修正系数的算术平均值，得到实际的修正系数K1=0.349。

将计算的修正系数K2、水的密度ρ、重力加速度g、气液界面张力σ、毛细管当量半径r、织物纬密x、接触角θ以及式(11)代入式(5)，整理得到针织松紧带的芯吸高度计算式为：

为了观察松紧带芯吸高度的计算值与实测值之间的偏差大小，引入偏差百分率w的计算式［4］：

人为约定w≤5.0%时，模型可用于实际的计算与预测;反之，需要重新修正。根据式(14)计算得到的针织松紧带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)来计算针织松紧带的芯吸高度，其偏差百分率都小于5%，因此该式可以用来计算和预测此类松紧带的芯吸高度。

3 结语

本文建立了高导湿针织松紧带的芯吸高度模型，得到了松紧带芯吸高度的计算式，在一定范围内可用于计算和预测高导湿针织松紧带的芯吸高度和导湿性。

［1］王其，冯勋伟.大豆纤维针织物导湿透气性研究［J］.纺织学报，2001，22(3)：148-150.

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［3］于伟东.纺织材料学［M］.北京：中国纺织出版社，2006.

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