全涤针织物单向导湿评价体系的探讨.docx
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全涤针织物单向导湿评价体系的探讨
毕业论文
(“卓越计划”学生用)
题目:
全涤针织物单向导湿评价体系的探讨
学院:
化学化工学院
学生姓名:
张倩学号:
201106029117
专业:
轻化工程班级:
1191
学习企业:
泉州海天材料科技股份有限公司
企业指导教师:
潘明钒
学校指导教师:
张帆
完成日期:
2015年6月8日
诚信声明
本人声明:
1、本人所呈交的毕业设计(论文)是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果;
2、据查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计(论文)中不包含其他人已经公开发表过的科研成果,也不包括获得其他教育机构的学位而使用过的材料;
3、我承诺,本人提交的毕业设计(论文)中的所有内容均真实、可信。
作者签名:
日期:
年月日
毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目:
全涤针织物单向导湿评价体系的探讨
姓名张倩院部化学化工专业轻化工程班级1191学号201106029117
学习企业名称泉州海天材料科技有限公司企业指导教师潘明钒
学校指导教师张帆教研室主任潘璞
一、基本任务及要求:
1、课题内容:
本课题主要是针对单向导湿性能的测试方式进行深入探讨,根据单向导湿的定义以及在很多前辈的研究基础上,将单向导湿性能细分了五个部分,分别是单向性、吸湿导湿性、速干性、透气性以及透湿性,其中单向性包括单向传递指数、液态水动态传递综合指数以及正反人体拉力差;吸湿导湿性包括芯吸高度、芯吸速率以及最大扩散面积;速干性包括蒸发速率。
通过对这几个参数的设定以及实验,探讨并得到一套简便且普遍适用于评价具有单向导湿性的全涤针织物的方法。
2、任务及要求:
a、完成3000~4000字以上的文献综述;11000—13000字毕业论文一篇;并作好毕业论文开题报告和实验记录。
b、毕业论文资料含以下几个部分:
毕业论文工作手册、开题报告(含开题报告、文献综述合订)、毕业论文(毕业论文及任务书合订、科学论文实验记录本、电子文档)。
具体格式与规范,详见教务处相关资料。
二、进度安排及完成时间:
1、第01—02周查阅资料、撰写文献综述、开题报告
2、第03周检查、修改并提交文献综述、开题报告
3、第04周实验准备;
4、第05—11周实验、测试;
5、第12—13周实验数据整理、补充实验、撰写毕业论文初稿;
6、第14—15周修改并提交毕业论文、工作手册,原始记录
7、第16周毕业论文答辩
目录
摘要I
Abstract:
II
1前言1
1.1单向导湿1
1.1.1单向导湿的原理1
1.1.2单向导湿的基本过程1
1.1.3实现单向导湿的方式2
1.1.3.1原料选择2
1.1.3.2编织方式3
1.1.3.3染整方式3
1.2单向导湿评价体系的现状3
1.2.1现状4
1.2.2展望5
1.3课题研究意义和内容5
1.3.1课题的研究意义5
1.3.2课题的研究内容5
2实验部分6
2.1实验材料、药品及仪器设备6
2.1.1实验材料6
2.1.2实验药品及仪器6
2.2工艺7
2.2.1工艺流程7
2.2.2实验处方7
2.3测量指标8
2.3.1吸水率8
2.3.2芯吸高度8
2.3.3芯吸系数8
2.3.4滴水扩散时间9
2.3.5最大扩散面积9
2.3.6蒸发速率9
2.3.7透气性10
2.3.8透湿量10
2.3.9单向传递指数10
2.3.9.1测试原理10
2.3.9.2步骤11
2.3.10液态水动态传递综合指数11
2.3.11正反人体拉力差11
2.3.12正态分析11
3结果与讨论12
3.1吸湿导湿性12
3.1.1织物的吸水率12
3.1.2织物的芯吸高度13
3.1.3织物的芯吸系数14
3.1.4织物的滴水扩散时间16
3.1.5织物的最大扩散面积17
3.2速干性17
3.2.1织物的蒸发速率17
3.3透气性19
3.4透湿量19
3.5单向性19
3.5.1织物的单向传递指数19
3.5.2织物的液态水动态综合传递指数20
3.5.3织物的正反拉力差21
4结论24
参考文献25
致谢27
全涤针织物单向导湿评价体系的探讨
摘要:
本文针对现有用于评价单向导湿性能的指标,开展了一系列对具有单向导湿性的全涤针织物的评价体系的探讨。
从原材料、编织方式以及后整理这三种典型实现单向导湿性能的方式上,选取了一系列不同种类的纯涤纶织物以及仿锦纱用于实验中,通过空白对照,将单导整理前后的同规格的布样进行单向导湿中多个参数的测量,并且通过多组平行实验对这些参数进行正态分析,分析其均值、标准偏差以及置信区间的上下限,从而确定单向导湿性能具体参数的最佳范围,用于评价全涤针织物单向导湿性能,并尝试建立全涤针织物单向导湿评价体系。
关键词:
单向导湿;全涤针织物;评价体系
StudyonOne-wayMoistureTransferringEvaluationSystemofPolyesterKnitted
Abstract:
Thispaperusedfortheevaluationofone-waymoistureconductingperformanceindex,discussedaseriesofunidirectionalpolyesterknittedfabricguideofwetevaluationsystem.Fromrawmaterials,weavingandfinishingofthethreetypicalimplementationofone-waymoistureconductivitymethod,selectsaseriesofdifferentkindsofpurepolyesterthefabricandimitationbrocadeyarnusedintheexperiment.Aftertheblanktest,thesamespecificationsarenotone-waymoistureconductingbeforepatternwiththepatternofone-waymoistureconductivitymeasuringone-wayguidemultipleparametersinthewet.Andthroughmultigroupparallelexperimentchoiceoftheseparameters,establishednormalanalysis,analysisingoftheaverage,standarddeviation,andtheconfidenceintervaloftheupperandlowerlimits,soastodeterminetheoptimalrangeofsingleguidespecificparametersofwetperformance,fortheevaluationofpolyesterknittedfabricone-waymoistureconductivity.Andtrytoestablishone-waymoistureconductivityevaluationsystemofpolyesterknittedfabric.
Keywords:
Unidirectionalwet;PolyesterKnitted;EvaluationSystem.
1前言
随着社会经济的不断发展,人们对衣服的舒适性有了更高的要求。
尤其在夏天,大量出汗后衣服容易润湿,汗液不能及时且迅速的排到空气中去,人们会感觉浑身很黏。
为了能解决穿着的不舒适性,在1980年左右和21世纪初期,国内外研究者对此问题进行了大量的实验与探究,于是导湿快干的技术很快便得到发展,进一步发展到现在对单向导湿性的研究,具有这两种性能的织物因为功能的优越性而受到我们的重视。
至今为止,导湿快干织物已经在全球非常流行,而人们也逐渐开始发展单向导湿织物。
传统织物即未处理的纯棉织物,人们穿着时经受大量的出汗运动之后,汗液不断排出体外,在皮肤表面不断的积累,通过织物缝隙导到皮肤外层,而水分蒸发较慢,经历一段时间,汗液累积,使得人体产生一种不舒服的湿冷感。
Woodcock提出在没有多余湿气排出或冷凝水分产生的条件下,根据织物中的水的存在形式,可把织物分为吸附型和非吸附型[1]。
人体在显汗运动后,吸附型织物因湿气蒸发使得不舒适感比较严重,并且持续时间较长;而对于非吸附型织物则不会使人体有明显的不舒适感。
单向导湿性是指在人体经历运动大量出汗后,汗液并不完全在织物内表面扩散,而是通过织物内外两层之间的差动毛细效应导出并被直接吸到织物外层进行快速的蒸发,使得汗液不断的排出,以保持织物内层的相对干爽,减小织物与人体之间的粘着效应,提高人体的舒适性。
其机理为差动毛细效应,即当织物的密度、纱线紧密程度以及内外层所用的纤维,其内层的纤维线密度大于外层纤维的线密度时,在织物内外层就会形成毛细效应附加压力差,在这种压力差的作用下,织物中的液态水分自动从内层扩散到外层,保持人体的干爽性。
1.1单向导湿
1.1.1单向导湿的原理
由于汗液的主要组成是水,所以在本课题的实验过程中,用三级蒸馏水来代替汗液。
Harmathy提出了三种关于水(包括水蒸气和液体水)在织物内外两层的运动理论,即:
毛细管流动理论、扩散理论以及蒸发冷凝理论[2]。
毛细管流动理论是Buckingham在1907年提出的,他在此理论中引用了毛细管势能以及未饱和毛细管流动机理[3]。
1.1.2单向导湿的基本过程
水在全涤单向导湿针织物中的传递大致可分为4个阶段。
(1)织物接触水,润湿及吸收。
人体皮肤排出的汗液或水汽与织物内层接触,使得织物的内表面润湿或者吸湿性较好的织物将汗液吸收;即织物的吸水率以及织物吸收汗液的时间长短决定了该织物单导效果的第一步,若是吸收时间很长或吸水率较小,那么人们在长时间穿着该织物,就会有种闷热、黏乎乎的感觉;所以具备单导效果的织物要保证一定的吸水率和较快的扩散时间。
(2)汗液或液态水的输送。
存在于织物内侧的水将织物内部微小孔隙润湿,织物依靠内层纤维的毛细管作用,使水分从织物内侧渗透到织物外侧;常说“人往高处走,水往低处流”,内外两层具有一定的差动毛细效应是形成单导效果的必备条件,其差值越大,单导效果越明显,这样保证人们出汗后,汗液可以迅速从内层扩散至外层,使人体穿着更加干爽。
(3)贮存或保持。
由于水分传递过程涉及到相变问题,各环节之间水分传递速率存在较大差异,水分很难快速蒸发出去,因此吸入的水分会短时间内存在于织物内层;而单导织物要求水分由内而外扩散,外层的水分快速蒸发,这样在大量出汗后,不至于黏乎。
(4)蒸发导湿。
因存在内外两层分压差,织物贮存的水分会散发到外侧空间中去。
纺织品在单向导湿快干过程的4个阶段所表现出来的性能是可以相互弥补的。
经实验证明纤维在吸湿导湿的过程中,吸湿导湿过程主要分为两个阶段[4],第一阶段符合菲克第一定律,扩散系数为定值;第二阶段遵循指数规律,其速率比第一阶段吸湿更慢。
根据涤纶针织物单向导湿性的基本原理和过程,综合考虑,要想实现涤纶针织物单向导湿快干的性能,必须具有吸湿性高、水分单向传导快而没有回渗、透湿性好、蒸发速率快、水分蒸发快的特点,这样我们可以根据这些必备要求从而尝试建立一套用于评价全涤针织物单向导湿性能的体系。
1.1.3实现单向导湿的方式
从理论上讲,可从两个方面着手:
一是增加织物内外表面的扩散速度,增大汗液或水分的蒸发面积;二是增大织物的毛细效应,即通过毛细管通道的增加,使毛细效应增强。
如此可减少织物与人体皮肤的黏着感,提高舒适度。
从具体操作上讲,可从原料选择、编织方式、工艺处理以及后整理等方面下手[2]。
1.1.3.1原料选择
不同的纤维具有不同的吸湿性和疏水性,选择疏水性较好的原料作内层,吸湿性较好的原料作外层,内外两层存在一定的湿度梯度,则汗液容易从内层向外层快速蒸发,达到吸湿导湿快干爽的效果。
如果整根纤维的亲水性非常高,那么纤维吸附水的能力强且吸附较多水时,汗液很难快速从织物内层转移到外层。
张红霞等人研究了不同的涤(CoolTech)/棉比例对织物吸湿快干性能的影响,结果表明,织物的吸湿导湿性能随着棉比例的增加而下降[5]。
1.1.3.2编织方式
纤维编织越紧或截面越复杂,或者截面起起伏伏不平稳,那说明纤维的异形度越大,形成的差动毛细效应越强,那么织物的导湿能力也就越强。
实验结果表明,织物组织结构对单向导湿性能的影响,缎纹的吸湿快干性优于斜纹,而平纹织物最差[6、7]。
相对针织物而言,许瑞超和陈莉娜用异形涤纶纤维做成的3种结构不同具有单向导湿功能的针织面料,即单面填纱、鱼眼结构和法国罗纹织物。
在单面针织圆纬机上,采用成圈三角、集圈三角和浮线三角的组合,并配以织针的不同排列,可以设计出开发具有凹凸结构、网眼效果的新颖面料;在双面针织圆纬机上,利用纱线细度的差异,依据差动效应的原理,开发具有两层、三层结构的织物[8]。
用这些织物做成的运动服装与身体形成点接触或产生芯吸、差动效应,有利于气态汗的蒸发和液态汗的排出,穿着舒适。
捷克斯洛伐克布尔诺针织研究所利用H型截面吸湿快干涤纶纤维和彩棉设计了灯芯点结构针织物[9],并研究了亲水整理技术对织物导湿快干性能的影响,获得了比较好的效果。
在织造技术方面,通过开发多层结构的织物来达到导湿排汗目的。
1.1.3.3染整方式
通过印花工艺对织物进行微型窗整理,主要原理利用涤纶的芯吸作用,应用疏水助剂在织物内表面做无色印花;其技术的关键是,印花的图案呈不规则细微点状分布,内层同时有大部分疏水和少部分亲水,水分通过亲水部分向外层扩散和渗透,同时外层亲水部分具有较强的吸湿性能,内外层形成芯吸压力差,结果内层表面只有点状的潮湿,保持干爽,外表面比较潮湿。
内外两层可以选择亲水性纤维在织物内层做部分拒水整理;也可以选择疏水性纤维织成的织物在其外层做亲水性整理,应用最多的是纤维素纤维。
纤维表面的亲水性越好,液态水在纤维的表面吸附铺展越快,与此同时,高吸湿性纤维遇到液态水容易溶胀,进而减少纤维间的空隙,影响水的传递。
Wang和Yasuda研究表明,亲/疏水性整理对织物的水蒸气传导没有影响,而对汗液(即液态水)传导有显著性影响[10],因为汗液传导性能主要取决于织物的芯吸能力现在已经研究开发出了多种排汗导湿纤维、纱线、织物,如Coolmax纤维。
1.2单向导湿研究的现状与展望
1.2.1现状
因为单向导湿是在吸湿快干的基础上发展起来的,而评价吸湿快干的标准两部分,即国家标准GB/T21655.1—2008《纺织品吸湿速干性的评定第1部分:
单项组合试验法》,规定了纺织品吸湿速干性能的单项组合指标的测试方法及评价,单项测试包括吸水率、滴水扩散时间、芯吸高度、蒸发速率和透湿量共5项[11]。
2009年6月19日,颁布的推荐性国家标准GB/T21655.2—2009《纺织品吸湿速干性的评定第2部分:
动态水分传递法》,其中包括一系列性能指标:
润湿时间、吸水速率、最大浸水半径、液态水扩散速度、单向传递指数和液态水动态传递综合指数[12]。
两个国家标准对纺织品的吸湿导湿性给出了相对科学客观和实用的测试方法,主要通过织物的吸湿性和导湿性的参数指标来表征其速干性,具有一定的科学性和实践性,但是通过对纺织品吸湿速干的整个过程的分析,唯一不足的是缺少足够的数据来支撑,特别是对某些吸湿、导湿和保湿性很好的纤维材料或织物而言,高的吸湿、导湿性是否一定意味着高的蒸发速率,这有待进一步的探讨。
在国内,陈运能和姚穆两位研究者从纤维的种类和织物结构的设计原则进行了分析,提出了对吸湿导湿快干织物的基本要求[13],得到提高织物内外层的差动毛细效应是增强织物单向导湿性能的一个途径。
王其和冯勋伟从理论上分析并指出织物的外层纤维越细、纱线捻度大、密度小于内层以及纤维伸长大于内层,均有利于提高差动毛细效应,进而提高织物的单向导湿性能[14,15]。
关于纤维湿传导模型,王发明等人建立了平行圆柱孔和圆球堆积两种模型,并推导出在平行圆柱孔模型中,纤维的芯吸速率取决于纤维的半径和毛细孔的长度;而圆球堆积模型中,纤维的当量半径和接触角影响纤维的芯吸速率[16]。
郑春晓等人利用一种新的测试方法研究细线密度丙纶织物单向导湿性能[17],利用MMT系统直接测试织物两表面的含水量,表征织物含水在两表面之间的运动方向,代替过去传统的方法来测量丙纶织物的单向导湿性能,能够量化含丙纶织物的单向导湿性能。
主要原理是:
仪器自动将一定量的水滴到织物的反面,由传感器测试计算得出两个表面的含水量,根据两个表面的含水量随着时间的变化和比较两个表面含水量的相互转移情况,从而得到水的单向(从一个表面到另一表面)传递方向、速度等信息,量化表征织物的单向导湿能力。
综合评价吸湿速干的两部分,不能完全用于评价全涤针织物的单向导湿性,因为没有体现单向性,仅仅是对吸湿性和速干性做出具体评价,单向导湿包括吸湿速干性以及另一特征——汗液只能迅速从内侧排到外侧并且达到速干的效果,而不能逆行,所以对于评价方法还有待进一步探究。
1.2.2展望
在纺织服用领域,单向导湿织物具有控制人体湿热平衡的功能,作为附加值较高、穿着舒适性好以及符合现代生活需求的织物,受到人们的欢迎,也得到了国内外科研人员的关注。
从研究导湿快干的评价,可以深入对全涤针织物单向导湿评价体系的探讨,并对未来的新型单向导湿进行展望。
对于织物单向导湿性能的测试,尽管现阶段还未有一个标准来评定,有了吸湿速干性的测试方式做铺垫,那么在此基础上进一步完善测试方法,尝试建立全涤针织物单向导湿的评价体系。
1.3课题研究意义和内容
1.3.1课题的研究意义
单向导湿快干及相关功能性纺织品是未来消费市场的一大趋势,未来衣着用织物将朝着舒适、健康的方向发展,以展现经济性、舒适性和功能性的特色,而单向导湿快干织物即是其中最重要的项目之一,其发展日新月异。
本课题针对织物的单向导湿性能将进行一系列的指标测试,探讨适合评价全涤针织物的单向导湿性的体系。
1.3.2课题的研究内容
(1)评价单向导湿主要有五个方面:
一是单向性,汗液润湿织物内侧时,被导湿性较好的内层通过内外差动毛细效应迅速传递到吸湿性较好的外层,并快速蒸发,此时汗液只能由内而外导出,而不是在内层扩散;二是吸湿导湿性,其中涉及到水(包括液态水和水蒸气)在内层织物纤维上的附着(表面吸附)、快速扩散、继而被传输到织物外层纤维,并在外层纤维上蒸发的过程;三是速干性,蒸发速率快,才能保证汗液及时从织物上排出,保持干爽;四是透气性,即织物透过空气的能力;五是透湿性,即热,湿(液相、气相)、空气(气流)等通过织物的性能。
(2)具体测量参数有:
表1参数分类
单向性
单向传递指数、液态水动态传递综合指数、正反人体拉力差
吸湿导湿性
吸水率、芯吸高度h、芯吸系数、滴水扩散时间、最大扩散面积
速干性
蒸发速率V
透气性
测定单位时间内通过织物的空气流量Q
透湿性
热阻
2实验部分
2.1实验材料、药品及仪器设备
2.1.1实验材料
表2实验材料
织物序号
名称
组分
1
全涤长丝平纹布
90D108仿棉纱+30DOP
2
全涤长丝棉毛布1号
75D/72F+亲水
3
全涤长丝氨纶布
100D/144F阳离子(50%CD)+30D氨纶
4
全涤长丝棉毛布2号
36D/36F+F40D/12F
5
全涤长丝双面直条布
75D/72全消光+F75D/36凉爽丝
6
全涤长丝蜂窝布
F50D/24F半光+75D/72F
7
单导棉毛布
50D/72FDTY
2.1.2实验药品及仪器
表3实验药品
实验药品材料
生产厂家
TPR材料
深圳精微纳米橡塑有限公司
JET(浴中宝)
巴斯夫化工有限公司
TF129K(去油剂)
浙江传化股份有限公司
保险粉
泉州立信化工贸易有限公司
片碱
泉州立信化工贸易有限公司
高温匀染剂HT-LD
佛山市晨辉化工发展有限公司
HAC
泉州立信化工贸易有限公司
CRE-艳兰
浙江龙盛集团股份有限公司
hpxtastexcool-Ex
上海亨金化工有限公司
DM-3746B
德美精细化工有限公司
渗透剂JFC
德美精细化工有限公司
氯化钠
泉州立信化工贸易有限公司
表4实验仪器
实验仪器
生产厂家
MMT系统
阿特拉斯
FX3300-Ⅳ透气性测试仪
瑞士textestinstruments
TNJ07双臂拉力机
东铭国家有限公司
恒温翻转式小样染色机
广州市鸿通纺织机械有限公司
高温高压溢流染色机
亚矶工业股份有限公司
染色试样小轧车
广州市鸿通纺织机械有限公司
热定型机
广州市鸿通纺织机械有限公司
恒温烘箱
天津市斯泰特仪器有限公司
电子天平
上海精科有限公司
注:
其它仪器有烧杯、玻璃棒、移液管、吸耳球。
2.2工艺
2.2.1工艺流程
表5工艺流程
织物序号
工艺流程
1
过水预定→去油→染色→还原洗→酸洗→中定→印单导浆→成定1
2、3
去油→染色→还原洗→酸洗→预定→印单导浆(不规则边形中网格)→成定1
4、6
去油→染色→还原洗→酸洗→预定→印单导浆(水立方)→成定1
5
去油→染色→还原洗→酸洗→预定→印拓纳助剂→成定2
7
去油→染色→还原洗→酸洗→预定→印单导浆(井字格)→成定1
2.2.2实验处方
表6工序处方
工序
处方
去油
JET浴中宝、TF129K
染色
DM-3746B(1%)、CRE艳兰(owf)1%、高温匀染剂
还原洗
保险粉、片碱
酸洗
HAc
预定
180℃
成定1
130℃,轧3746B(5g/L)
成定2
130℃、hpxtastexcool-Ex(10g/L)
2.3实验内容
所有的布样均在标准大气下(20℃、65%)调湿相应的时间,一般调湿16h以上,合成纤维样品至少2h,公定回潮率为0的样品不需要调湿。
其中分为对照组和实验组,1号、2号以及3号的布样分别有单导前和单导后的布样。
2.3.1吸水率A
根据GB/T21655.1-2008标准进行测试,将裁取的5块尺寸为100mm*100mm试样,称取试样的原重,精确至0.001g,将其放在盛有三级蒸馏水的烧杯中,待试
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- 针织物 向导 评价 体系 探讨