基于灰色近优法的蜂窝涤纶混纺针织物服用性能评价

基于灰色近优法的蜂窝涤纶混纺针织物服用性能评价
苏德保;李红霞
【摘要】为研究蜂窝微孔涤纶与天竹混纺针织物的服用舒适性与原料混纺比的关系,设计6种不同比例的混纺纬平针织物,分别测试每种针织物的保暖性、透气性、透湿性、放湿干燥性、顶破强力、耐磨性,运用模糊数学中的灰色近优法综合分析织物的各项测试数据,评估出不同环境下服用舒适性的最优混纺比.结果表明:在高温环境下,蜂窝微孔涤纶纯纺织物服用舒适性效果最优,也可选用蜂窝涤纶与天竹以70/30混纺的织物;在低温环境下,蜂窝微孔涤纶/天竹以50/50混纺而成的针织物其服用舒适性效果最优.
【期刊名称】《毛纺科技》
【年(卷),期】2014(042)002
【总页数】5页(P57-61)
【关键词】蜂窝微孔涤纶;天竹纤维;混纺比;服用舒适性;灰色近优评价
【作者】苏德保;李红霞
【作者单位】天津工业大学纺织学院,天津300387;天津工业大学纺织学院,天津300387
【正文语种】中文
【中图分类】TS156
蜂窝涤纶是在常规PET聚合物中引入第三单体3，5－二苯磺酸钠(SIPE)和第四单
体聚乙二醇(PEG)，通过共聚制得改性聚酯纤维。

由于纺丝时加入了起泡剂，在纤维表面与内部形成大量微小孔隙，横截面似蜂窝结构[1－2]，使得该纤维具有很好的吸湿和透气性，同时克服了普通涤纶易起毛球、透气性差、穿着闷热的缺点，由于加工中降低了纤维的初始模量，使得织物更加柔软舒适，并且在5年内可自然
降解，抗起毛起球性可达4级以上，还具有高导湿、自动调节温湿度、回弹性好、易洗快干、尺寸稳定性强的性能，其与天竹纤维[3]混纺，可赋予织物良好的抗菌性、防紫外线等功能。

为了寻求2种纤维的最佳混纺比，达到原料功能利用的最
优化。

本文实验设计了6种不同混纺比例的纱线编织的织物，通过测试各项舒适
性指标，运用相对简易的综合分析法，确定最优混纺比，以期对生产实践有一定的指导意义，拓展蜂窝微孔涤纶的实际应用领域。

1 混纺针织物的设计
蜂窝涤纶由浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司提供，天竹纤维由河北吉藁化纤有限公司提供。

本文实验采用的原料规格见表1，蜂窝微孔涤纶[2]与天竹纤维[3]的横纵
截面见图1、2。

表1 蜂窝微孔涤纶与天竹纤维的规格/%蜂窝涤纶纤维原料长度/mm平均细度
/dtex断裂强度/(cN·dtex－1)断裂伸长率/%回潮率38 1.44 3.67 25.2 1.46天竹
纤维38 1.33 2.87 24.6 13.00
图1 蜂窝微孔涤纶纤维截面电镜照片
图2 天竹纤维截面形态电镜照片
由图1、2可以看出:蜂窝涤纶横截面有明显细孔，纵截面也有很多细小气孔;而天
竹纤维横截面呈多空隙网状结构，纵向截面比较光滑，无气孔，原料结构的不同必然引起性能的变化。

据此设计纺制的6种不同混纺比例的蜂窝微孔涤纶/天竹纱线，细度均为18.4 tex，捻系数均为107，在龙星电脑横机上进行编织，水洗定形后
混纺针织物的规格参数见表2。

表2 蜂窝微孔涤纶/天竹混纺针织物的规格织物编号蜂窝微孔涤纶/天竹混纺比例横密/纵行·(5 cm)－1纵密/横列·(5 cm)－1织物厚度/mm织物面密度/(g·m －2)M1 0/100 43 65 1.126 424.8 M2 35/65 42 63 1.138 388.9 M3 50/50 43 65 1.196 401.6 M4 60/40 43 65 1.174 378.5 M5 70/30 42 63 1.103 343.4 M6 100/0
42 61 1.123 372.1
2 织物性能
测试织物服用的舒适性指标包括:保温性、传热系数、透气性、透湿性、放湿干燥率、顶破强力、耐磨性，可以综合反映织物服用的热湿舒适性、美观性及耐用性。

织物的保暖性采用YG(B)606D型平板式织物保温仪进行测试[4]，试验板温度为36℃，织物尺寸30 cm×30 cm，试验板通过通、断电保持恒温，其热量只能通过试样散发，试验板在一定时间内保持恒温所需要的加热时间为测试循环的1个周期，试验周期为5个[5]。

测试织物的透气性时选取一块大试样，按照GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测试》预调湿后，在三级标准大气条件下，
采用YG461-B型织物中低压透气仪测试[6]。

织物的透湿性测试采用蒸发法，按照GB/T 12704.2—2009《纺织品织物透湿性试验方法第2部分:蒸发法》进行测试。

织物的吸湿快干性测试[7]，在标准大气条件下将织物进行预调湿2 h平衡后，称
其质量为W0，然后将试样在蒸馏水中浸泡24 h后，用转速为3000 r/min的电
动离心机脱水3 min，称得试样质量为W1，将上述脱水后用的织物放在温度23℃，湿度67%大气环境下，静置30 min后测得试样质量W2，则试样放湿干
燥速率为δ的结果计算如下:
织物的顶破强力测试时，按照GB/T 19976—2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》进行测试，采用YG026D型多功能电子织物强力机。

织物的耐磨性测试采用
Y522型圆盘式织物平磨仪，织物经调湿后，分别剪取5块试样，直经为113 mm，
在试样中心剪一小孔，用电子天平称重，加压重锤为250 g，称取磨损后的质量，最后计算5块试样磨前与磨后质量的平均值，用磨损试样的质量损失率作为评价织物耐磨性的指标。

织物的质量损失率越大，则织物的耐磨性越差。

实验测试结果见表3。

3 灰色近优综合评价系统的建立
目前，应用于纺织领域的综合评价方法主要有数理统计法与模糊数学法等，数理统计方法中应用最广泛的是聚类分析应用，但计算相对复杂。

模糊数学的理论基础是由美国自动控制专家Zadeh L A教授首先提出的模糊集合论，在纺织领域应用已有明显成效，应用前景也十分广阔，模糊理论的评价方法有:模糊综合评判、模糊聚类、灰色理论、模糊相似优先比等，而其中的灰色近优综合评价法，相对于灰色聚类分析法[9]，具有计算工作量小，没有大样本要求，也不需要指标的权重，可避免对分析结果人为干预的特点，因此选择灰色系统理论来做出评价就比较合适。

运用灰色近优评价系统首先要建立灰矩阵，然后再建立白化灰矩阵，具体为:设有织物Mj(j=1，2，…，m)，考核指标 Ci(i=1，2，…，n)及相应的白化灰量Rij，则称m种织物n维指标的灰元为Rn×m，得到如下的灰矩阵Rn×m[8]:
表3 织物的服用舒适性测试结果织物编号保温率/%传热系数/W·(m2·℃) －1透气率/(mm·s－1)透湿率/g·(m2·h) －1放湿干燥率/%顶破强力/N质量损失率/%M1 17.1 50.43 719 27.779 6.56 572.7 2.556 M2 18.2 47.09 512 28.204 6.45 585.0 2.413 M3 21.9 37.13 621 28.592 6.93 665.9 2.391 M4 22.8 35.54 734 28.869 7.31 684.2 2.351 M5 23.3 34.60 827 29.146 6.82 677.8 2.207 M6 24.8 31.89 697 28.998 7.73 898.3 1.829
式中:Rij是第j种试样的第i个质量指标，也就是灰矩阵Rn×m的灰元，再将各种实测试样的质量指标录入，则可得到白化灰矩阵
是第j种试样的第i个质量的实际测量数值(即白化灰元值)，鉴于各白化灰元值中
的量纲不统一，难以计算，所以必须进行无量纲处理，即把各白化灰元值映射到[0，1]区间，然后以各白化灰元的效果测度取代白化灰元值，得到近优白化灰矩阵，矩阵如下:
式中:是第j种织物的第i个质量指标的近优白化灰量值，实际上就是关联度，也就是效果测度，一般工程领域常用单点效果测度，其包括上限效果测度(应用于越大
越优型指标)、下限效果测度(应用于越小越优型指标)和中限效果测度(应用于适中
型指标)。

越大越优型指标:
式中:μmax为指定的较大值。

越小越优型指标:
式中:μmin为指定的较小值。

适中型指标:
式中:μ0为指定的适中值。

由上述公式，根据具体情况，选择不同的计算指标，求解出近优度并对其排序，即将式(3)中的近优白化灰量通过特定公式整合成一个综合值，也就是近优度，以此
来对所要评价的各种织物进行整体比较，近优度白化灰元矩阵的计算公式如下:
根据式(7)计算出各种织物的近优度，然后根据大小进行排序，近优度值越接近1，
说明织物的综合性能越好。

4 混纺织物服用舒适性能的综合评价
不同季节，气温变化不同，人们对服装的要求也不同，夏季要求凉爽透气，冬季要求防风保暖，因此在不同的温湿度环境下，对服用舒适性指标的要求也不同，鉴于服用舒适性理论，织物应有良好的热湿舒适性，即液体水能迅速芯吸迁移，放湿干燥快，同时具有一定的保暖性或凉爽性[10]，从最终使用的角度来考虑，服装必须能够从生理、心理、感觉等方面同时满足消费者的需要，具有生理舒适性、心理舒适性和感觉舒适性[11]。

特选用以上测得指标:传热系数、透气性、透湿性、吸湿快干性、顶破强力、耐磨性(依次为指标 C1、C2、C3、C4、C5、C6)来综合评价织物的服用舒适性。

根据表3列出织物的白化灰矩阵及6种织物6种指标的白化灰矩阵:
4.1 高温环境综合评价
在高温环境下，要求织物的服用指标是:织物显汗时传热系数、透气率、透湿性、吸湿快干性、顶破强力越大越好，平均质量损失率越小越好，把这6种织物的评价指标映射到[0，1]区间，列出相应的近优白化灰矩阵:
然后计算出每种织物指标的近优度，列出近优度白化灰行矩阵为:
通过对各种针织物的白化灰近优度进行从大到小排序，可得到各种织物在高温环境时，织物服用舒适性能的优劣顺序:M6＞M5＞M4＞M1＞M3＞M2。

可见经改性后的蜂窝涤纶纤维织物比较适合在夏季穿着，它克服了普通涤纶穿着时的闷湿感、又易洗快干。

也可选用蜂窝涤纶/天竹以70/30混纺的织物做夏季服装，既凉爽透气、柔软舒适，又能吸湿快干，可将人体皮肤多余的热量和水分散发出去，同时还
具有一定的抗菌、抗紫外线的功能。

4.2 低温环境下综合评价
在低温环境下，织物的服用指标是:织物显汗时透气率要小，传热系数、吸湿快干
性也要小，即保温性越大越好，吸湿快干性小可使人体不至于因水分快速散发而产生冷感，透湿量、顶破强力、平均质量损失率较大为好。

再把6种织物的评价指
标映射到[0，1]区间，列出相应的近优白化灰矩阵为:
然后计算出每种织物指标的近优度，列出近优度白化灰行矩阵为:
对各种针织物的白化灰近优度进行从大到小排序，可得到各种织物在低温环境时，织物服用舒适性能的优劣顺序:M3＞M2＞M6＞M4＞M5＞M1。

由此可知，蜂窝涤纶/天竹以50/50混纺时可用于低温环境中。

5 结论
①通过运用灰色近优评价方法对蜂窝涤纶混纺针织物的保温性、透气、透湿耐磨性等指标进行综合评价，得出在不同环境下，蜂窝涤纶与天竹混纺后的最适宜比例，对服装面料的开发有一定的指导作用。

②运用灰色近优评价法得出，在高温环境下，可选用纯蜂窝涤纶织物，由于它克服了普通涤纶透气、透湿性差，穿着闷热、易起毛球的缺点，且具有棉的柔软亲肤感，吸湿快干性好，又有一定的保温性能，可不至于在皮肤水分快速散发时产生冷感，也可选用蜂窝涤纶与天竹以70/30混纺的织物，既透气、透湿，又抗菌防紫外线，尤其是加入了天竹纤维可给人以凉爽舒适感，也比较适合在高温的夏季服用。

③在低温环境下，可选用蜂窝涤纶/天竹以50/50混纺而成的织物，其综合评价效
果最优，既有蜂窝涤纶的保暖、耐磨、透湿性好，又有天竹纤维的抗菌防臭和较好的传热效果，可将多余的热量散发出去，不会使人体产生闷热感。

蜂窝涤纶与天竹混纺可达到优势互补，相得益彰的作用，通过灰色近优评价方法对蜂窝涤纶混纺针织物的服用舒适性综合评价，拓展了蜂窝涤纶产品的开发及广阔的应用前景。

【相关文献】
[1] 王彩华.蜂窝状微孔改性涤纶的阳离子染料染色性能研究[J].纺织导报，2012(7):134－136.
[2] 张红霞，陈雪善，刘芙蓉，等.蜂窝状微孔结构纤维表面形态观察及其统计分析[J].纺织学报，2009，30(2):13 －17.
[3] 宋德武，顾宇鹭.天竹纤维的性能及其鉴别方法[J].针织工业，2005(9):10－12.
[4] 马大力，张毅，王瑾.服装材料检测技术与实务[M].北京:化学工业出版社，2005:116－117.
[5] 徐茗娟.麻赛尔纤维针织产品开发及其服用性能研究[D].上海:东华大学，2012.
[6] 苏德保，李红霞，周洪华.天竹/莱赛尔交织面料的服用性能研究[J].毛纺科技，2013，41(2):62 －64.
[7] 张一平.大麻针织产品的导湿快干性能[J].针织工业，2006(5):63－65.
[8] 荆妙蕾，李金.基于灰聚类方法的磁性纤维混纺织物湿舒适性评估[J].纺织学报，2013，
34(5):35 －39.
[9] 刘涛.圣麻纤维/棉混纺针织产品开发及性能研究[D].青岛:青岛大学，2012.
[10] 杜俊萍.纽代尔纤维及其混纺产品基本性能的研究[D].青岛:青岛大学，2009.
[11] 李立新.影响服装舒适性的因素[J].国际纺织导报，2006，34(6):74－76.。