吸湿快干剂,纺织布面料吸湿排汗剂,吸湿速干整理剂,吸湿速干剂

吸湿排汗(快干)产品加工中有关问题的探讨

杨栋樑全国染整新技术应用推广协作网

一、前言

人们对服装面料的功能性和舒适性要求中，吸湿排汗(快干)性能越来越受到快节奏生活的广大消费者的青睐。即希望织物具有吸水(湿)和快干性，如何将人体散发的气、液态汗水尽快排出服装，是提高穿着舒适性的关键之一。

汗液经织物传导到外界空间的通道有二种形式：一是人体皮肤上的汗水直接由织物或纤维间的缝隙(或称毛细管)扩散迁移到外层空间；二是人体散发的水蒸汽，由织物中纤维的微孔或在纤维表面凝结成水，经纤维的微孔或纤维间缝隙的毛细管作用传递到织物表面，再蒸发到外界空间[1]。由此可知其过程是：吸水——保水——蒸发。因而，无论是天然纤维或是合成纤维单独都不具备这方面的性能，以致早期的吸湿快干织物是由二种或二种以上不同纤维织成二层或三层

结构的织物来担当此项任务的。自二十世纪八十年代开发吸湿排汗技术以来，情况就完全改观。

传统的合成纤维，尤其是聚酯纤维的分子化学结构中缺乏亲水性基团，吸湿性很差，在服用过程中，人体散发的湿气很难通过聚酯织物传递出去，容易产生闷热不舒适感。棉纤维有亲水性基团(每个单元结构上有三个羟基)，吸湿和吸水性很强，保水性也很好，但其刚性较小，尤其吸湿(水)后会粘贴在皮肤上，使人感觉不爽，以及随着棉纤维的吸湿(水)量增加而纤维的膨胀，诱发产生闷热问题。吸湿快干技术针对上述穿着时的情况，选择以合成纤维为基材，提高纤维的表面积，增强纤维的吸湿和快干的潜在能力；在纺织物理性加工中，进一步改进集合体的传导效果；在染整化学加工时，再赋以纤维表面的亲水化，最终实现吸湿快干功能。吸湿排汗纤维有聚酯，聚酰胺和聚丙烯等品种，以聚酯纤维为大宗。其中以美国杜邦公司独家研发的Coolmax为最著名，它是具有四沟槽的异形聚酯纤维，利用这些沟槽型的纤维成纱和织造后，纤维和纤维之间可形成更多的毛细管通

道，更好地发挥芯吸作用(毛细管效应)产生吸湿排汗功能。

在物理改性的吸湿排汗聚酯纤维中，有异形、中空、细旦和微孔化等不同的品种，其中异形为多。异形化中又有三叶、多叶(五-八叶)、三角，十字，W和Y型等断面的纤维可供设计产品选用。约四年前，作者曾写过一篇关于产品开发的文章[2]，其后陆续作过些补充，今将其整理成文，再次就教于诸同好，请校正。

二、理论分析

织物的吸湿排汗(快干)性能，实质上是湿气和水在织物中传递问题，为此可作些理论上的探讨。

(一)一般的传递模式

织物的吸湿排汗性能，是(湿)气和水等物质在纺织品中传递现象。这类现象在化学工程中早就进行过系统的基础研究，并已建立了相关的理论模式。对织物而言，是其两面(内外两侧)的压力差，使(湿)汽和水等流体的移动。可简单地说，是差力差(△P)和(移动或传递)流速的关系问题。织物是纤维的一种特殊集合体形式而已，具有无数弯曲的微细管状通道，属多孔膜传递模式，流体在其间以层流传递(移动)的，为此可以Kozney—Carman方程式可由(1)式表示之：

其中：

U 流体通过多孔体(膜)的速度

△P 压力损失

ε 空隙率

r 单根纤维的半径

f 小管道的实际长度／织物的厚度ι

u 流体的粘度

q 形状系数，传递系统提供的适当值。

此外，若织物纱线间的小缝隙部分可视作单独的小园管通道的话，还可以单独小园管传递模式来描述。如小园管的当量半径为r。，那末流体的流速可由(2)式所示：

对织物说来，纱线部位可以多孔体传递模式计算其流量，纱线间缝隙部分可以单独小园管模式来计算。只要不是高密织物，影响织物的流动性的主要因素就是此缝隙部分了。

由此可知，织物结构的主要因素是：一是纱线的撼度系数；二是织物的覆盖系数或紧度；三是纱线的毛羽(或光洁度)等。通过的流体是空气(或湿气)和水时，会因其粘度差，而使压力产生很大的差异，但结构因素的影响，可视为相同的。

(二)润湿与渗透——毛细管效应

当液体(一般指水)接触织物表面时，如能润湿液体会自发地沿毛细管渗透到织物内部，即产生芯吸现象。假设织物中的毛织管为理想状态，毛细管压力(吸附力)可用Laplac方程式表示之[4-5]

P=(2δLC COSθ)／r a(3)

式中：

p 毛细管(pa)

r a毛细管当量半径(cm)

θ接触角(°)

δLC液体界面张力(水为71.96dyne／cm)

毛细管上升高：

h=(2δLC COSθ)/g p r a(4)

式中：

h 毛细管上升高度(cm)

g 重力加速度(980cm／sec2)

p 液体密度(水为0.977g／cm3)

毛细管中液体的流量通常由posinuille定律描述，流量是与沿毛细管的有效压力梯度成正比：q=(πr a 2／8 η)(△P／L (5)

式中：

q 流量(cm0／Sec)

η液体粘滞系数(水为0.01cm／g·Sec)

L 吸水的毛细管长度(cm)

则单位时间的线速度为υ

υ=dL/dt=q／πr a 2=(πr a 2／8 η)△P／L =(πr a 2／8 η)(P／L-ρg) (6)

由此可推导液体在水平方向(L)和垂直方向(Ln)随时间的线速度表式

L2=(r aδLC COSθ/2η)·t (7)

式中t时间(sec)

由上述公式可知：只有毛细管压力为正时，液体才能在毛细管内自动流动，即要求Cos θ为正值，即织物具有可湿性才是产生芯吸作用必要的前提。毛细管的有效半径越小，毛细管压力越大，芯吸高度越高；可是，液体流动速度也越小，要达到芯吸的平衡时间也越长。此外，接触角的大小也对毛细管中液体流动速度有很大影响。

吸湿排汗的异形纤维与普通的园形纤维比，使液态水的传导面积增大，气态水的蒸发面积也增大。其次，异形纤维之间形成的毛细管数量也比相同纤度的园形纤维的要增加许多，且毛细管当量半径也小些。

总的说，由于异形纤维束(指纱线)的毛细管数量增加，整个织物的表面积增大，致使织物对液态水的传导速度和气态水的蒸发速度都得到了明显的提高。

(三)水蒸气(湿气)扩散

水蒸气(水的气体分子)在纺织品中的扩散，可以在织物内部(或纱线间)缝隙部分进行，有时也可以在纤维内部进行吸收和扩散的传递方式[3]。

在纱线间的扩散，可按一般扩散方程式如(9)式表示

上式中C a表示该气体分子在空气中浓度，D a表示在空气中气体分子的扩散系数。

在纤维表面则因吸湿而成立如下二个平衡关系式：

上式中，D f表示单根纤维内的水分子扩散系数，C f表示单根纤维内的水分子浓度。该表面的C a系表示对应于表面C f的蒸汽压。

若单根纤维内部会产生扩散现象则其扩散方程式如(11)式所示

按理，应用上述(7)、(8)、(10a 10b)和(11)式，加入平衡系统的边界条件即可求得结果。可是这种计算不仅麻烦，事实上没有这样需要。

三、织物的影响

吸湿排汗(快干)纺织品，除了吸湿排汗(快干)纤维本身结构性能外，其集合体状态无疑也会对其宏观效果以深远的影响。为了适应不同环境、用途和款式的服装要求，织物的质地、风格、外观、厚度和结构紧度等方面有很大变化，以致织物的组织结构，甚至纱线结构也有很大的不同的。而且，这些对吸湿排汗(快干)性能来说都是至关重要的，今简述于后。

(一)不同纤维织物的干燥性能[6-7]

不同纤维的18.8tex纱的针织汗布，润湿后的自然干燥性能(即残留水份)的实验结果如表1所示。