（纺织材料与纺织品设计专业论文）机织物结构及服用因素与透气性关系的研究[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 摘要 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 摘要 随着人们对服用织物舒适性能要求的提高，对作为织物舒适性能重要指标之一的 透气性能研究就显得尤为重要。本文选择了传统服装面料真丝，全棉面料以及新型服 用大豆蛋白面料和涤纶仿真丝面料进行研究，从构成织物的原料、规格以及纱线性状 等探讨对其透气性能的影响规律。 本文首先通过常规方法对所选面料进行了规格测试，对织物透气性与织物规格各 因素的关系进行了探讨，由织物的几何结构相和织物中经纬纱的屈曲形态理论，通过 织物切片实验，观察纱线在机织物中的截面形态，借助计算机软件，获取经纬纱线间 平均孔隙率，分析各类织物透气性与纱线间孔隙的关系。运用可以区分纤维间孔隙与 纱线间孔隙的界限的c f p 1 1 0 0 a i 型多功能孔径仪测量织物孔径，解决了织物结构参 数多样性引起的某一结构参数与透气性相关性不明显的问题。实验数据的处理结果表 明织物平均流体孔径与织物透气性的相关性很高，同类织物平均流体孔径越大，织物 的透气性能越好。在建立并验证织物透气性与织物层数的数学函数关系的基础上，从 服用角度探讨了表里层织物透气性的相关关系。通过实验分析了织物透气性与洗涤次 数、缩水率的相互关系。 本文从量化角度分析各类轻薄型服用机织物受各因素影响在透气性上的差别以 及变化趋势，有助于将面料的设计开发和织物服用舒适性进行紧密的结合。 关键词：机织物；结构；透气性能；孔径；服用因素 作者：许应春 指导老师：冯岑( 副教授) 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究a b s t r a c t r e s e a r c ho nr e l a t i o nb e t w e e na i rp e r m e a b i l i t ya n d ”勿y e ns t r u c t u r ew i t hg a r m e n tf a c t o r s a b s t r a c t a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti n d e xt oe v a l u a t et h ec o m f o r tp r o p e r t yo fg a r m e n t t e x t i l e s ，m o r ea n dm o r ec o n s u m e r sp a ya t t e n t i o nt oa i rp e r m e a b i l i t y t h i sp a p e rc h o o s e t r a d i t i o n a lm a t e r i a ll i k es i l k ，c o t t o na n dn e wg a r m e n tm a t e r i a ls u c ha ss i l k - l i k ef i n ed e n i e r p o l y e s t e ra n ds o y b c a l lf a b r i c s 髂r e s e a r c he l e m e n tt od i s c u s st h ef a c t o r sf i o mt h ea n g l eo f m a t e r i a li t s e l fa n dm a c h i n e p r o c e s sw h i c ha f f e c ta i rp e r m e a b i l i t y i nt h i sp a p e r , w ef i r s tu s ef o r m a lm e t h o d st ot e s tt h es p e c i f i c a t i o no ft h em a t e r i a l ，a n d t h e nd i s c u s st h er e l a t i o n sb e t w e e na i rp e r m e a b i l i t ya n ds o m ef a c t o r si n c l u d e di n s p e c i f i c a t i o n a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo nw a r pa n dw e f ty a mi n t e r l a c ei nt e x t i l e ，w eg e t s e c t i o n a li m a g e so ft e x t i l e st h r o u g he x p e r i m e n t ，t o g e t h e rw i t hs o m er e l a t e dc o m p u t e r s o l , w a r e , t h ea v e r a g ea p e r t u r er a t ei nt h ed i r e e t i o no fw a r pa n dw e f tc a nb er e a c h e dt oh e l p a n a l y z e a i r p e r m e a b i l i t yi n f l u e n c i n gf a c t o r s s e c o n d , w e s e l e c tc f p 110 0 一a i m u l t i f u n c t i o n a la p e r t u r ea p p a r a t u st ot e s tt e x t i l ep o r ed i a m e t e ri no r d e rt os o l v et h e p r o b l e mt h a ta i rp e r m e a b i l i t ya n do n eo ft h es p e c i f i c a t i o nh a sn od i s t i n c t i v er e l a t i o n t h e e x p e r i m e n t a ld a t u ms h o w st h a tt h e r ei sa nd i s t i n c t i v er e l a t i o nb e t w e e nm e a nf l o wp o r e d i a m e t e ra n da i rp e r m e a b i l i t y ：t h eb i g g e rt h em e a nf l o wp o r ed i a m e t e r , t h eb e t t e rt h ea i r p e r m e a b i l i t y o nt h eb a s i so fm a t h e m a t i c a lf u n c t i o ne s t a b l i s h e dt ot e s t i f ya i rp e r m e a b i l i t y a n dl a y e r so ff a b r i c s ，w ed i s c u s st h ep e r m e a b i l i t yr e l a t i o nb e t w e e nt h eo u t s i d ea n di n s i d e l a y e r s a tl a s tt h i sp a p e ra n a l y z ew h e t h e rt h ea i rp e r m e a b i l i t yh a ss o m er e l a t i o nw i t h s h r i n k a g ea n dt h ew a s h i n gt i m e s ，a n dt h ee x p e r i m e n tt e s t i f yi td i d t h i sp a p e rc h o o s ev a r i e so fl i g h t m i n d e dw o v e nf a b r i c st oq u a n t i f yt h ed i f f e r e n c ea n d c h a n g i n gt r e n do fa i rp e r m e a b i l i t yw h i c hh d pt oc e l e b r a t eab e t t e rc o m b i n a t i o no ft e x t i l e d e s i g na n dg a r m e n tu $ e k e yw o r d s ：w o v e n ；s t r u c t u r e ；a i rp e r m e a b i l i t y ；p o r ed i a m e t e r , g a r m e n tf a c t o r s i i w r i t t e nb y ：y i n g c h u nx u s u p e r v i s e db y ：c e nf e n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学 位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文 中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 研究生签名：为赴日 期：皿且 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、 中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅， 可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 苏州大学学位办办理。 研究生签名： 聋重壶日期：翌笸： ：2 导师签名：z 垒盎e t期：2 罡：! 里 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究第一章绪论 第一章绪论 中国的服装文化具有悠久的历史和丰富的内容，时代的发展、历史的变迁使得中 国服装的款式、图案、色泽以及面料等都发生了较大的变化。传统服装面料主要以丝 绸为主，其次是棉、毛、麻等天然原料。随着社会的发展和科技的进步，服装面料不 断地推陈出新，纤维素纤维和合成纤维被开发出来后得到了迅速的发展。人们的生活 水平逐渐提高，对各种纺织面料的服用性能也越来越关注。在人们的日常生活中，人 体会不断发汗( 包括显汗和非显汗) ，汗水要通过服装散发到外界空气中，此时，织 物透气性的好坏直接影响着人体的舒适性。本课题主要对织物的透气进行了研究，并 试图找出构成织物的原料、工艺规格、以及纱线的性状对其透气影响规律。 1 1 服用织物的穿着舒适性与透气性的理论研究 1 1 1 服用织物的穿着舒适性 对服用纺织品，不外乎有以下三个方面的性能要求：一是实用性的要求，即材料 要强力好、耐磨、尺寸稳定、具有洗可穿性；二是艺术性的要求，即材料色牢度要好、 花色搭配符合流行色、服装款式要好；三是舒适性的要求，即运动舒适、卫生舒适、 触觉舒适【。服装在穿着使用过程中满足人的生理和心理舒适感的特性即为服装的服 用舒适性，它又可分为热湿舒适性、压力舒适性、接触舒适性、心理舒适性、生理舒 适性等几个方面，它们各有所重又相辅相成。热湿舒适性是指织物在人与环境的热湿 传递中能维持人体的体温稳定，为人体正常生理机能创造良好条件，从而使人体保持 舒适的感觉。也就是说，只要在人体本身产生的湿、热量和向周围环境散发的热湿量 之间的能量交换达到平衡时，人才会有舒适的感觉。 服用织物穿着舒适性的影响因素比较多，如织物的原料种类、纱线的性状、织物 的组织、结构等。就构成织物的原料本身而言，决定其舒适性的因素主要有以下几个 方面：构成材料的纤维的结构与性能、纱线的结构与性能、织物的组织结构以及生产 加工过程。这些因素的共同作用，使服装材料反映出独特的舒适性能。 不同种类的服装材料，它们的舒适性能不同。比如天然纤维和人造纤维的吸湿性 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究第一章绪论 好，透汽性和透水性好，但透气性较差；橡胶、塑料等制品不具备透气性，织物经砂 洗、磨毛等整理后透气性减小；合成纤维的吸湿性较差，透汽和透水性差；羊毛、羊 绒和起绒织物的保暖性好；天然纤维手感柔软( 除麻纤维以外) ，抗静电性好，穿着 舒适，而化学纤维静电性大，不够舒适等。不同的服装对其材料舒适性的要求不一样。 内衣是贴近肌肤穿的服装，它要求服装材料柔软、吸湿性和向外散发性好，对皮肤无 刺激，而棉纤维具备这些性能，一般中低档内衣可选用棉织物。外衣是穿在人身上最 外面的服装，对舒适性的要求不如内衣的要求高，但对外观的要求较高。如果是夏天 穿着的外衣，要求吸湿性和向外扩散性好，冷感强，静电性小，穿着活动时，不至于 缠绕身上而不舒适。所以夏装外衣面料可选用棉织物，而经防缩防皱整理过的棉织物 既舒适又很美观，比传统的棉织物更具优越性。丝绸面料是夏装外衣的理想面料，它 能较大地吸收强日光中的紫外线，保护皮肤免受伤害。冬装外衣的面料更注重其保暖 性，羊毛织物是较合适的材料，轻便、保暖性佳、吸湿性很好、手感温暖、抗静电性 好、不易起毛起球。仿毛化纤面料也可做冬装面料，但静电大，舒适性稍型。 如果织物的透气性过小，会因人体热、湿不易排出而使人感到闷热不适。影响织 物透气性的主要因素有纤维几何特征、纱线特数、纱线捻度、织物密度、组织和厚度 等，衣着用织物在穿着中的透气性还受外界大气因素的影响，一般气温升高，透气性 下降，风速增加，则透气性增大。 1 1 2 透气性的理论研究 织物穿着舒适性的研究与织物的透气性能是分不开的。气体通过织物有交织孔隙 和纤维闯缝隙两条途径，一般以交织孔隙为主要途径。纱线问的孔隙大都是贯通的， 孔隙截面形状基本上有一定的规律性，从织物- f 日q n 另一侧，孔隙呈瘦角方形【2 】，当 空气透过织物时，类似于流体流经多孔介质的流动。织物的孔隙结构可以简化成平行 毛细管束模型，见图1 - 1 ，从而织物多孔结构可以模拟为许多毛细管的平行集合体【3 】。 按流体力学理论，空气通过圆管时，层流的流量q ( m 3 s ) 可用哈根一伯肃叶 ( h a g e n p o i s e u i l l e ) 定律计算【4 】 q = 氕hp d4 1 2 8 ( 1 ) 式中，p 为管两端的压力差( p a ) ：l 为管的长度( m ) ：d 为管的直径( m ) ：i l 为空气的动力粘度( p a s ) 2 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究第一章绪论 运用( 1 ) 式计算织物的透气量，基于对织物作出的两点假设：1 ) 纱线内纤维紧密 结合且纱线在织物中均匀分布；2 ) 织物中纱线间的空隙截面是矩形。 考虑到等式( 1 ) 中有n 个气孔，等式( 1 ) 变为 q = n 丌ap d4 1 2 8 ( 2 ) 霾 l鋈1錾l 霪 l霾 卜 图卜l “毛细管”的平行集合体模型 现有的估算纤丝间的织物透气性的方法【5 1 主要有三个： 一计算( 方法1 ) ，在等式d = o 0 3 5 7 ( t p h ) 忱中确定纱线的直径，用线密度t 和 平均密度p n ，接下来在等式( 1 ) 中计算透过率r s ： r s = l - ( dw a 7 h a + dw c w e - 1 0 d 啪dw e 7 c w a 兀w c ) ( 3 ) 其中，d 啪是经纱直径，d 眦是纬纱直径，r , w a 经纱间气孔周长，7 c w 。是纬纱问气 孔周长。 一精密计算( 方法2 ) ：从织物中分离出的纱线直径在光学显微镜下测出，透过 率在等式( 3 ) 中计算出来。 一投影法( 方法3 ) ：基于扫描电子显微镜下织物样品的显微照片。相关气孔直 径d h 在著名的水力动力学等式中计算， d h = 4 s x ( 4 ) 其中s 是气孔直径，s = a b ，a 一1 0 0 兀啪d 砌b 一1 0 d 帅是气孔周长兀_ 2 ( a + b ) 在确定织物孔径大小的方法1 中，r s 和d h 值与用其他方法获得的值有显著的不同， 时常比用其他的方法获得的值要高一些。这是因为织物结构中纱线光滑和起毛的因素 并没有考虑到( 方法的使用是基于纱线横截面是圆形的设想) ，并且用常规平均密度 值来计算纱线直径，和真实值并不一样。 以方法2 为基础确定r 。和d 值比方法1 更可靠一些，但测得的结果也有显著的不同。 3 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第一章绪论 当织物透气性与织物中纱线横截面大小和纱线的起毛( 不影响气孔) 有关时，方 法2 测得r s 的一个小缺陷是由于在不同截面抽出织物结构和测量纱线直径时纱线横截 面形状的改变，而使数值发生了变化。 方法3 允许在织物纱线平面受压和他们的起毛情况下，测量透气性的真实值，部 分覆盖气孔的纱线表面的单根纤维并不存在重要的阻力，所以以此方法获得的r s 值比 在气体流动条件下织物中测得的真实值要小一些。 国际上认为目前对织物透气性的研究其所受的局限主要在三个方面：描述由气体 结构而决定的透气性模型没有充分考虑到材料结构因素，其认可领域有一定的限制； 测试透气性所用的方法并不能保证材料测试条件和他们的使用条件一致；根据人们对 透气量的不同要求设计透气性织物在目前是不太可能的。 1 2 国内外研究现状及测试方法 1 2 1 织物透气性能的国外研究现状 织物的透气性是指在一定的压差下，单位时间内流过织物单位面积的空气体积 ( 其单位为l ( m 2 s ) ) 。一般的服装面料都有一定的透气性，因为人体时刻都在呼 吸，而服装面料的透气性恰好为人体皮肤与外界进行气体交换提供了通道。同时，服 装面料的透气性也有利于人体热量的发散，从而使人体保持舒适。 织物透气性的研刭6 】开始于卫生面料应用的十九世纪。通过多孔介质研究透气性 的结果，d a r c y 建立了依据压降所得出的与透气性之间的线形关系，第一个研究织物 透气性的r u b n e r 正是以d a r c y 的规律为依据的。接下来的研究是由r e k k ，f l o r i n s k i i 、 f o c h h e i m e r 、k h a n z h o n k o v 和z e l e n k o 探索了气流通过多孔材料的通过率，这项研究显 示了由压差决定的渗透性不再随着过滤速率的提高而呈现线形变化。应用到纺织材料 上，这种现象在r a k h m a t u l l i n 的研究和他提出的等式中有所反映。a r k h a n g e l 对纺织材 料透气性做了大量系统的研究，引进了一个现在常用的特征值透气系数，并提出根 据他们的透气性不同对纺织品进行分类。织物不同特征结构对他们透气性的影响已经 f l 了c l a y t o n 、k e s w e l l 、h e a r l e 等人研究出来。 a v d e d o v t 7 1 认为d a r c y 方法由于完全依赖材料厚度而得出的透气系数，对于针刺 法非织造材料透气性的测量存在着应用上的局限性。透气系数是由材料中孔积率的多 4 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第一章绪论 少决定，因为纤维集聚方式不同，含有相对较低孔隙率的针刺材料中的气体传输也不 相同。文章通过对比表面密度相近，体积密度不同与体积密度相近，表面密度不同的 几组织物，结果显示材料透气性与压力呈现线形关系主要由其体积密度决定，相对高 表面密度，低体积密度的材料透气性与压力的关系并非完全线性的。 近来，w 删8 1 和g i b s o n t 9 1 等研究了相对湿度是如何影响织物结构的透气性的。 e p p s 和l e o n 蠲【1 0 1 详细说明了梭织物孔隙和透气率之间的关系。k u l i c h e n k o 【1 1 】和 l a n g e r h o v e 在p o i s e u i l l e 的公式和d a r c y 的规律基础上使用了多孔毛细管状模型系统来 预测织物的渗透性。尽管气体穿过多孔介质是传统的机械和化学工程问题，由于它的 复杂性到目前为止还没有提出既包括热传递也包含高速渗透流动区域的模型。另外， 研究的重点一直是放在物理和化学成分在不同的条件下改变是如何影响多孔介质中 气体流动的，并且很少有自然气体通过多孔流动介质的相关信息，而这点在纺织工业 上是很重要的。 莫斯科研究者【1 2 】在模拟自然光和天气条件下对比研究混合织物透气性，经验认为 织物透气性是由不同织物纤维成份决定的，实验证明这个因素与透气性的影响最大相 关系数只有7 6 ，日常使用中，对织物的透气性的测定必须应考虑到光照和天气。 美国学者v i n c e n tt i d w e l l l l 3 】认为渗透性量化了传输介质的阻力并且仅由多孔介质 的特点决定。透过性是一个综合的衡量指标，表示了孔径的几何形状和流动压力之间 的复杂关系。渗透性并不能直接测量，而是通过转化带有可测量数据的假设模型来测 量。这样的话，渗透性就仅仅在所测量的区域有意义，也就是说，渗透性在不同区域 或者不同传输模型中测量都很有可能显示不同的结果。作者在探索了多种常用传输介 质测量渗透性后，选择了气体作为流动介质，并指出采用气体作为传输介质，应更加 注意气体滑动和惯性效应。 北卡罗林那州立大学c h u r e e r a tp r a h s a m 1 4 】博士对针织物的气体传输性做了研 究，他认为织物中的传输分为常态传输和过渡态传输。常态传输主要通过织物中的孔 隙传输。这个过程由织物结构尤其是原料的厚度决定，织物厚度在传输中了起了很大 的作用，因为其影响了分子在传输过程中孔径的通道长度，所以较厚的织物对气体分 子的传输有更大的阻力。 w h e l a n 坫】通过研究穿过打孔金属板的气体阻力，发现透气阻力与金属板的厚 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究第一章绪论 度，孔径和打孔区域有关，他发现无论纤维内空隙率是低于还是远远偏离，织物厚度 与透气阻力在2 0 2 9 的范围内都存在着线性关系。 少数关于纱线类型( 比如长丝纱还是短纤纱) 对气体传输影响的研究介绍【1 4 】：纱 线类型通常由纤维类型控制并对织物结构产生影响，基于长丝纱和短纤纱在表面特 征，纱线毛羽数目等方面都有很大的不同，纱线性能对透气性能的影响就很值得研究。 过去关于纤维对织物气体的吸附研究表明【1 8 1 7 】( 1 8 】：在没有组成纤维的吸附下，气 体通过织物主要是织物间的多孔性决定。含有高吸湿性纤维的织物，如羊毛和棉在皮 肤和织物的微气候下气体压力增加的很慢，而像涤纶这样的难吸湿性织物却能在很短 的时间内迅速达到平衡。 最近对层状织物透气性【1 9 】的技术研究日趋成熟与精确，但是一些问题也随之出 现。首先，气流层的厚度要非常薄( 有些只有1 0 0 9 m ) ，这对上机织造是很困难的； 第二，当气体作为传输介质时，一个真实的可压缩的渗透模型需要有可以衡量的数据， 这种适合的模型的建立并不是很容易；第三，当测量渗透性数据是否符合d a r e y 定律 时，必须有大量的孔径数据。对于一个典型的气体传输层来说，大多数孔隙直径实际 上在1 卜1 0 0 岬之间。因而，样品传输的距离必须是在微米数量级；最后，层状织物 在气体渗透性方面显示出微小的各项异性，而这点在实际应用中被忽略。 1 2 2 织物透气性能的国内研究现状 国内在透气性研究方面起步较晚，主要研究集中在国内相关科研机构及高等院 校。 东华大学邱茂伟【2 0 1 以精纺毛织物为例，利用流体力学理论结合实验数据拟合的方 法，推导给出了机织物的纱线间空隙透气量与织物结构参数的关系式，并用实验证明 机织物透气量主要取决于纱线的直径、密度和厚度。对于组织浮长、纤维间孔隙等无 法从理论上阐明的影响因素，用逐步回归讨论他们的定量影响，得到了透气量与理论 计算值及织物紧度间的回归方程。 大连轻工业学院的刘剑宇f 2 1 1 等对1 9 种不同组织、不同原料、不同纱线线密度及紧 度的试样进行实验，探讨了机织物透气性与织物紧密度和纱线线密度之间呈现指数函 数关系，并利用了回归分析建立三者之间的方程。 辽东学院服装与纺织学院的张萍等人通过采用y g 4 6 1 织物透气仪进行的透气量 6 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第一章绪论 测定实验得出了这一结论：纤维的截面形态、纱线线密度与单位体积质量、织物的密 度、厚度、组织与表面特征等，这些因素会同时对透气性起作用。西安工程科技学院 詹建朝等人通过透气性实验，找出了织物的组织结构对织物透气性的影响规律，即在 相同紧度、相同纱线线密度的情况下各种不同组织织物的透气性大小为：蜂巢组织 缎纹 变化破斜纹 平纹 纵凸条 绉组织 花岗岩 菱形组织 四枚破斜纹 麦 粒组织。 湖南工程学院李焰副教授瞄】根据麻纤维内部结构特征和织物紧度理论，采用 y g 4 6 1 a 中低压透气量仪，在压差为1 3 m mh 2 0 条件下对不同种类麻织物进行测量垂 直通过试样的空气流量，得出麻织物的透气性能远比棉织物要好的结论。 无锡轻工大学邱红娟运用不同组织的绢丝织物，通过y 5 6 1 型透气仪对绢丝针织 物的透气性进行测试，并与丝针织物对比，得出织物的透气量主要取决于它的组织结 构的结论：弹性好，密度大，结构致密的织物透气量小，织物透气性差，反之则透气 性好；当织物的组织结构相同时，绢丝的弹性小于丝针织物，结构相对来说显得疏松， 所以透气性好。 东华大学徐广标等在压差1 2 7 4 p a i 9 l j j 试条件下，采用y g 4 6 1 型织物中压透气量仪 测毛织物透气量，多功能孔径仪测量织物孔径，得出精纺毛织物透气量与孔径的关系， 通过测量样品受的瞬时压力和流经样品孔隙的气体或液体流量，可获得压力流量的 变化曲线，从而得出织物空隙与透气性的关系【2 3 】：织物孔径大小与织物紧度及组织浮 长呈负相关性；织物透气性受织物孔径影响显著，除最大孔径与织物透气量相关性稍 差之外，其他织物孔径指标与织物透气量的相关性均在0 8 以上。 江南大学钱坤等采用透湿杯法，垂直芯吸法和滴水法对以大豆纤维为代表的再生 蛋白质纤维进行透气性能研究1 2 4 ，运用y g ( b ) 4 0 1 d - i i 型数字式织物透气量仪，在压差 1 0 0p a 条件下，分别选纯大豆蛋白织物1 ，大豆棉( 5 0 5 0 ) 混纺织物2 ，大豆棉( 2 5 7 5 ) 混纺织物做透气性能测试，结果显示：大豆纤维纯纺与两个混纺品种的透气性几乎不 存在差异，说明织物的结构形态比构成织物的纤维与纱线的属性对织物的透气性影响 大得多，这是由于气流通过织物有两种途径，即织物中的交织孔隙和纤维间缝隙。当 纱线的细度、捻度以及织物组织结构等因素完全相同时，气流扩散通过织物时的路程 和阻力基本相当。也就是说，织物的透气性主要决定于织物中经纬纱线之间以及纤维 7 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第一章绪论 之间空隙的数量与大小，而与织制织物时所选用的纤维属性关系不大。 梁浩翔采用y 5 6 1 型织物透气仪，测定棉盖丙，粘盖丙，丝盖丙三种丙纶交织织物 的透气性能【2 5 1 ，并与普通纯棉府绸进行对比，得出细特丙纶交织织物的透气性能均比 普通织物有明显提高的结论，其中丝盖丙织物透气性最好，这主要是由于构成织物的 桑蚕丝细而光洁，织物纱线无毛羽或毛羽极少。 姚穆院士1 2 6 】等指出透气性的一般变化规律为：当经纬纱特数不变而经密或纬密增 加时，透气性下降；若织物的密度不变而经纬纱细度减细，则透气性增加；若织物的 紧度不变，而采用不同的纬密与不同的经密细度配合时，织物的透气率随着纬密增加 与纬细度减细而降低；在一定范围内，纱线的捻度增加时，纱线的体积重量增加，纱 线直径和织物紧度降低，织物的透气性有提高的趋势；从织物的基本组织看，平纹组 织织物的透气性最小，斜纹组织织物较大，缎纹组织织物更大；由于织物组织与密度 的改变，引起浮长增加时，织物的透气率增加；织物经后整理，一般透气性降低，结 构越疏松，后整理的影响越大；织物的回潮率对透气性有明显影响，随着回潮率的增 加，透气性显著下降，这是由于纤维径向膨胀的结果；大多数异性纤维织物比圆形截 面织物具有较好的透气性。 1 2 3 织物透气性能的测试方法 气体通过织物有以下几种方式，通过织物间的孔隙；通过纤维间的孔隙，水分子 还会通过纤维表面分子的吸附【1 4 】，气体分子通过织物间孔隙的传输方式是整个传输系 统中最主要的，其他传输过程涉及到一部分分子数量，这些传输过程比较复杂，却对 织物的舒适性起了很大的作用。 1 2 3 1 透气性的描述指标 ( 1 ) 透气率：指织物两边维持一定压力差p 条件下，在单位时间内通过织物单位面 积的空气量，m l ( c m 2 s ) ，本质上是气体的流动速度 b ：旦 a ，t 式中：v 为t 秒内通过织物的空气量( m 1 ) ；a ，为织物的面积( c m z ) 。 ( 2 ) 透气量：该指标实质上的表示为透气率，是绝对指标。 r 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第一章绪论 1 2 3 2 透气性的测试仪器 织物透气性的测试仪器国际上主要有f 卜1 2 ( 匈牙利) ，v p t 卜2 ( 俄罗斯) ， s h i r l e y 透气仪( 英国) ，其中v p t m _ 2 适用于研究气体透过织物的流动特征。v p t m 一2 和s h i l r e y 透气仪测得的结果的一致性已经确定。在这些仪器中，透气性结果测量 的比率范围0 8 3 _ 平纹织物，这是因为平纹织物经纬线交织次数最多， 从而使得织物经纬交织孔隙比较小。 6 - d5 0 0 三4 0 0 愚3 0 0 煅2 0 0 1 0 0 o 平纹斜纹缎纹组织 7 0 0 之6 0 0 三5 0 0 哥 f4 0 0 赠 3 2 l 0 8 8 织物 图2 - 9 织物组织与透气性能的关系图2 - 1 0 织物捻度与透气性的关系 2 l 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第二章织物透气性能的常规测试分析 至于纱线的捻度对织物透气性能的影响，则可以通过对比真丝织物的s 4 与s 8 这两 个试样得出。这两种织物厚度相同、紧度接近、组织相同，仅由于s 4 的捻度为2 8 t ， s 8 的捻度为2 0 t ，从而使得s 4 的透气性能明显比s 8 差( 如图2 。l o 所示) 。这是因为织物 捻度越大，捻缩率越大，则其在脱胶后释放和蓬松度越高，使得织物中的孔隙减少， 因此其透气性能受到影响。 由此可见，服用织物的透气性能要受到形成织物的原料、织物的厚度、紧度组织 以及纱线的性状的影响。一般而言，织物的原料和总紧度对其透气性能的影响比较显 著，而织物的组织、纱线的捻度则为次要影响因素。织物的厚度会对其透气率造成影 响，但由于我们实验所选用的每类织物都是传统薄型织物，因此织物透气率随织物厚 度变化的规律并不明显。 2 3 织物切片实验 由于样品收集时，规格上存在一定的差异，所以样品的透气性与规格的相关关系 很难确定。所以从结构相角度，考虑选择织物切片方法，通过相关软件，计算切片图 像的孔隙率，考察透气性与孔隙率的关系。 织物是一种柔性材料，其经( 纬) 纱号数、密度、纱线结构、织物组织以及上机工 艺参数等各种因素的不同配合，使得织物的几何结构千变万化，通过切片技术，可以把 织物中从表面上看不到的隐性特征数据化，帮助确定织物的内在结构。通过织物切片 观察织物切片确立样品结构相来考察织物透气性与结构因素之间的关系。 2 3 1 织物几何结构概念 2 311 织物中经纬纱的屈曲波高 由于相互挤压作用，经纬纱在织物中产生弯曲，其弯曲的程度可用屈曲波高来描 述。经纬纱在织物中屈曲状态如同波纹一样，假设以纱的中心线为代表，我们就可以 得到一条波纹状曲线，这条波纹曲线波峰到波谷的垂直距离称为屈曲波高。在织物中， 经纬纱时相互作用且密切相接的，因此，当一个方向的纱线伸直一些，必然会导致另 一方向纱线的屈曲更多些。可见，经纬纱的屈曲波高是关联的。进一步分析可以得到： 当一个方向的纱线完全伸直，另一个方向纱线的屈曲波高达到最大值，这在实际织物 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第二章织物透气性能的常规测试分析 中是不存在的，但所有织物的几何结构必处于这两种极端状态之间。织物内经纱与纬 纱的屈曲波高无论如何变化，其和始终为一常数，且恒等于经纱与纬纱直径之和，即 在任何情况下： h j + h w = d j + d w 2 312 织物的几何结构相 织物中，经纱与纬纱的屈曲波形时在两种极端状态下连续变化的。屈曲波形的变 化对织物性能与外观有着重要的影响。为了便于研究与比较，可以设定一些特定波形 状态。经纱与纬纱有特定波形时的几何结构状态称为织物的几何结构相，简称结构相， 亦称结构阶序。以经纱完全伸直、纬纱屈曲最大为起点，以纬纱完全伸直、经纱屈曲 最大为终点，其问的变化过程以相等的间距分为8 等份，这样包括起点终点在内就有 9 个间隔点，每个点对应经纱与纬纱的屈曲状态，即为一种结构相，共有9 个结构相， 称之为9 结构相理论3 2 1 ，图2 1 1 中显示的是9 结构相理论中三种结构状态。 ( 囊) ( ” ( c 纬 螨 怼 珏 、( 】， # 毛了、- ：二一 l n 撞- 零掣 图2 1 1 织物经纬纱直径相同( d j = d w ) 的三种结构状态 当织物置于某一平面上时，织物中的一些纱线与平面相接触，织物就由这些纱线 来支持。这些纱线与平面的接触点所构成的平面即为织物的支持面。当经纱与纬纱的 直径相等时，9 结构相中，前四个结构相纬纱的屈曲波高于经纱的屈曲波高。当织物 置于某平面上时，首先接触的是纬纱，织物由纬纱与平面的接触点所支持，这些结构 相的织物称为纬支持面织物。第6 ，7 ，8 ，9 结构相，则是经纱的屈曲波高大于纬纱 的屈曲波高，这些织物称为经支持面织物。第五结构相的织物，经纱与纬纱同时起着 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究第二章织物透气性能的常规测试分析 支持面的作用，所以称为同支持面织物。 织物结构相的变化与经纱纬纱的线密度、经纱纬纱密度的配置密切相关。一般来 说，在线密度相同的情况下，经密大，纬密小，为高结构相、经支持面；经密小，纬 密大，则为低结构相、纬支持面；经纬密度相等的则为第5 结构相等支持面，当经、 纬纱的线密度不同时，一般可以适当调整经纬密度，使经纬屈曲波高接近等支持面。 织物的几何结构相范围，可通过织物的切片得出，有助于了解纱线孔径的形成与 位置。 2 3 2 机织物切片 机织物切片【划是指利用锋利的刀片对经过着色和包埋处理的织物进行切割操作。 其基本方法遵循了医学、生物学切片技术原理，是通过使用刀片对宏观实体的徒手切 割操作或仪器切割的试验方法，从而达到对实体微观结构进行观察的目的。机织物切 片分为经向切片和纬向切片两种，切片时刀片必须沿着经向或纬向纱线的轴心线【3 5 】， 保证得到的纱线截面是沿纱线直径方向，且经向切片的经纱是完整的，纬向切片的纬 纱是完整的。 2 3 1 1 实验仪器 双面刀片、有机玻璃尺、载玻片、排刷、表面皿、眼罩( 5 倍或7 倍) 、玻璃板( 4 0 c n lx 3 0 c m ) 、玻璃棒、平口不锈钢镊子、烧杯( 容量l o o m l ) 、锥形瓶( 容量5 0m 1 ) 、 水浴锅、药匙、天平、称量纸、滴管、普通物理显微镜。 2 3 1 2 实验试剂 包埋剂及各试剂用量：牙托粉6 9 ，苯二甲酸二丁酯5 m l ，丙酮3 5 m l ，三氯甲烷( 氯仿) 1 5 m l ，乙醇6 m l ，牙托粉液l o m l 。粘片剂：火棉胶或甘油。由于包埋剂的各试剂有控制粘 度、柔性和硬度的功能，所以在调配时可以视情况酌量增减，灵活性较强。 需要注意的是对纱号较粗，厚度偏大的织物，如材料中选用的大豆蛋白纤维织物， 在胶水中浸泡的时间要长些，这样才能保证完全浸胶。另外，粘片时将切片垂直于载 波片放置，使刀口清晰的一面朝上，用镊子镊取时用力要适当，捏取切片后将其放置 在涂有粘片剂的载玻片上，避免反复粘片使切片截面劈裂或出现毛绒，损坏原几何构 机织物结构及服用因素j 透气怿关系的研究第- 二章织物透气性能的常规测试分析 形。 2 3 3 纱线的截面形态规律及织物切片图像的获取 2 3 3 1 纱线切片照片截面形态规律 机织物中纱线的截面形念j 二要与织物组织有关，问种组织结构的织物，不同位置 的纱线界面形念也有差别。在已有的文献中，大多数都认为，纱线在机织物中的截面 形态都是规则的，并且是一成不变的。如最早的纱线截甬i 的圆形理沦和椭网彤理论【36 1 ， 之后囚为纱线的压扁状况出现的跑道形理论3 7 1 凸透镜理论等，但经过切片实验发现， 纱线在机织物中的截面形态并非整齐划一，形态一致。 2 3 3 2 织物切片图像的获取 实验采用显微镜，配合抓图软件对制得的切片进行显微观测并获取图片。如图 2 一1 2 ，2 一1 3 ，2 1 4 ，2 一l5 所示。 图2 1 2 丝织物切片图像图2 1 3涤纶织物切片图像 图2 1 4人疆赁白纤维切片图像幽2 1 5棉织物切片图像 山图2 1 2 ，2 - 1 3 ，2 一1 4 ，2 - 1 5 可以看出，民丝类织物( 如丝织物和涤纶织物) 切 片图像比较清晰，而短纤类尤其是棉织物切片图像不如长丝类织物。因为原棉在一定 r ：艺条件下经开松、除杂和梳理制成生条，再经预并、条并等准备：1 ：序上排出部分落 棉，这些落棉作为短纤维混入配棉工序中造成不可忽视的短绒率，当短纤维含量增高， 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究第二章织物透气性能的常规测试分析 熟条条干不匀率恶化。在成纱质量上，短绒造成毛羽含量也不相同，如采用普通环锭 纺比集聚纺的毛羽含量要高出3 5 左右【3 8 】，也使得条干均匀度变差。 2 3 4 织物经纬向平均子l 隙率 2 341 织物孔隙率获取的设计思路 程序的设计思路为首先输入织物经纬向的横截面图，通过计算孔隙内外的面积测 定织物孔隙率。利用在v b 6 0 中快速实现面积不规则的填充方法计算面积。已有的填 充算法包括扫描线法，边填充算法，递归算法等。本文主要使用的是扫描线法。该填 充方法是用水平扫描线从上到下扫描多边形的边可以实现已知多边形区域边界的填 充，多边形可以是凹的、凸的，该算法能快速的完成封闭区域的颜色填充。程序图如 图2 一1 6 ： 图2 - 1 6 孔隙率获取程序图 2 3 4 2 经纬向平均孑l 隙率的获取 选择织物切片方式的主要目的是从织物复杂的结构关系中试图找出织物孔隙率 与透气性的相关关系。方法为从一个方向上多次切片，刀片应沿着同一根纱线切下( 至 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第二章织物透气性能的常规测试分析 少获取有效片数3 片以上) 计算出其孔隙率，并求其平均值。界面如图2 1 7 。 翟 ，拓z ，州肿搿甜# 静静镑 z 件z )蚺蓝，墁田哩1 蕾 哪培蔓位jte a 证) 书格值】窗口哩1臂劫蛳 x 二。一二，二二挚藏毒，吁-磊。二二一蠢i 心。；习一1 舭- 睁。闻陲呕) 强# 小四bi 厶- 警 蛙蛋4 ) q 自进鄹ia f ) t 、口。三：；l 通。嘲疆氇- 誓- 暑焉暑谴茹； w 1 i 页 1 节“，1 4 龃3 堰木 2 行i刊薹嚣姨) 。羰。漂j 客二獯翁黪纛蘸：囊臀? 0 绷鹣鬻缓霸鲻獭醺。- ，一。一 图2 - i 7孔隙率计算界面 2 343 织物透气性与孔隙率的关系 ( 1 )同类织物中相同厚度不同组织的透气率与平均孔隙率的关系 织物的结构参数复杂多变，为了寻找出织物透气性与经纬孔隙之间的关系，选择 同类织物中几种有相似结构参数的样品进行比较，以丝织物s l ，s 4 ，s 1 2 为例：他们的厚 度相同( 0 1 9 r a m ) ，组织分别为平纹，五枚纬锻，2 2 斜纹。经纬密度不同，其经纬向 切片如图2 1 8 ，2 1 9 ，2 2 0 所示： 图2 1 8s 1 经向切片图2 1 9s 4 纬向切片图2 2 0s 1 2 经向切片 通过计算机图像处理软件计算出织物经纬向平均孔隙率，见表2 - 3 。丝织物的三 种样品厚度相同，组织分别为三种基础组织，但透气率却相差甚微，通过织物切片观 2 7 机织物结构及服用因素与透气性关系的研究 第二章织物透气性能的常规测试分析 察其经纬向孔隙率发现，s 1 ，s 1 2 经纬纱屈曲波高相等，属于第五结构相，而s 4 介于8 ， 9 结构相之间，属于经支持面织物。从表2 3 可知，同类织物中，厚度相同，缎纹织物 s 4 1 ：l 二平纹织物s l 和斜纹织物s 1 2 的经纬密度大，孔隙受到影响，透气性的差别可以从 织物经纬向平均孔隙率的大小上解释，s l 和$ 1 2 的平均孔隙率稍大于s 4 。由此可以得 出：同类织物相同厚度缎纹织物透气性并不一定优于平纹织物。 表2 - 3织物经纬向平均孔隙率 丝织物透气率( m m s )经向平均孔隙率( )纬向平均孔隙率( ) s l3 7 5 61 1 3 49 2 3 s 43 6 6 19 5 29 5 8 s 1 23 7 8 7l o 2 3 9 6 8 ( 2 ) 同类织物中不同厚度相同组织的透气性与经纬向平均孔隙率关系 选取相同组织( 平纹) 的棉织物，其总紧度分别为5 2 2 9 ，5 5 0 3 ，5 0 5 2 ，对 织物切片进行图像处理如图2 2 1 ，2 - 2 2 ，2 - 2 3 ，并计算其孔隙率，见表2 4 图2 2 lc 1 经向切片 图2