智能调温运动功能针织面料的开发
金雪，章微清
(江苏金辰针纺织有限公司，江苏 常熟215500)
摘要：采用棉与日本调温粘胶原料97.6oF®的混纺纱(70:30)和Lycra®，在佳鼎JD21DM90型单面圆纬机上开发纬平针组织智能调温运动功能针织面料，详细介绍面料的设计思路、原料选择、编织工艺、染整工艺以及技术关键点。最后测试产品的基本性能及调温性能。通过对该智能调温功能针织面料进行温度缓冲性试验，结果表明，智能调温面料与同规格常规面料在升温过程中最大温差为2.3℃，降温过程中最大温度差为2.0℃。该调温面料可有效减缓体感温度的骤冷骤热，起到缓冲作用，适合于短时间内环境温差变化较大的环境中。
关键词：智能调温；运动针织面料；调温粘胶97.6oF®；温度缓冲性试验
Development of Intelligent Thermo-Regulation Functional Knitted Fabric
Jin Xue，ZhangWeiqing
（Jiangsu Golden Morning Knitting Co,. Ltd , Jiangsu Changshu 215500）
Abstract:The paper briefly describes the development and application of intelligent thermo-regulation fiber in recent years. It introduces the whole idea and process for developing intelligent thermo-regulation functional knitted sports fabric from the raw material selection, knitting technology, and dyeing and finishing process. It develops a knid of single jersy fabric by knitting thermo-regulation blended yarn with Lycra on the JD21DM90-type single circular knitting machine. It describes the knitting technics and precautions, dyeing and finishing process and technical points, especially it tests the performance of intelligent thermo-regulation functional fabric. The testing results for the temperature-control functional measurement using this intelligent thermo-regulation knitted fabric compared with the same specifications normal fabric, shows that the maximum temperature difference in the heating process is 2.3℃, the maximum temperature difference in the cooling process is 2.0℃. This intelligent thermo-regulation knitted fabric can effectively reduce body temperature between cold and heat, which is suitable for the environment where difference of the temperature change varies greatly in a short time.
Key words: intelligent thermo-regulation, summarize to research and development, 97.6oF®, process design, the temperature-control functional measurement.
智能调温纺织品超越了传统纺织品单一的保温功能，它是一种具有双向温度调节作用并且以提高舒适性为主要目的的新型纺织纤维，采用智能相变调温纺织品制成的智能运动服可以主动智能地控制人体体表温度。智能调温运动服具有可逆的储存热量和释放热量的功能，在运动员进行剧烈运动时能够吸收运动时产生的过多热量，调节运动员体温，当运动停止后适应环境的变化释放热量，防止人体的温度在短时间发生较大变化[1]。
研究最早的智能调温类适温型纤维是由美国国家航空与航天局研究项目开发的Outlast腈纶基智能调温纤维，它是采用将包裹相变材料石蜡烃的微胶囊加入腈纶的纺丝液中制得，后来发展到应用于普通服装，特别是户外服装，包括滑雪衫、裤子、毛衣等，市场称其为太空纤维或调温纤维[2-3]。此后，德国Kelheim纤维公司与Outlast公司合作开发出Outlast粘胶型纤维，其实就是将相变材料微胶囊加入粘胶纤维的纺丝液中制得，并获得专利[4]。腈纶基和粘胶基Outlast智能调温纤维的形态如图1所示[5-6]。近几年，国内北京宇田相变储能科技有限公司开发的粘胶调温纤维，采用的相变材料是相变点在30℃的石蜡，采用微胶囊包裹技术，形成粒度在2~5μm、囊壁为聚丙烯酸酯类包裹的微胶囊颗粒，并将其均匀分散在粘胶纺丝液中进行纺丝[7-10]。
(a)腈纶基 (b)粘胶基
图1 腈纶基、粘胶基Outlast智能调温纤维形态
1 原料选择
选用日本近娟商贸有限公司的调温粘胶原料97.6oF®，通过纺丝工艺，将相变特殊聚合物与粘胶纤维结合形成粘胶调温纤维，依据温度的变化使特殊聚合物进行固态或液态的转换，利用状态转换时吸热或散热的作用，具有双向温度调节作用。当外界环境温度升高时，纤维中包含的相变材料发生相变，从固态变为液态，吸收热量储存于纤维内部；当外界环境温度降低时，相变材料从液态变为固态，释放出储存的热量，保持体表温度，使人体处于一种舒适的状态。智能调温纤维对人体的皮肤进行高效热管理，这种吸热和放热过程是自动的、可逆的、无限次的。
本文采用18.45tex(32S)的棉与调温粘胶97.6oF®的混纺纱(混纺比为70:30)，与4.44tex(40D)的Lycra®共同交织，开发智能调温氨纶单面面料。
测试对比样面料用纱为18.45tex的棉与粘胶的混纺纱(混纺比为70:30)与4.44tex的Lycra®共同交织。为了保证两块面料参数的一致性，采用同一设备、同一工艺、同一参数进行试样制作，两种面料的详细信息见表1。
表1 两种面料信息
产品名称
用纱
交织比例
面料成分
棉、调温粘胶、Lycra®智能调温单面面料
18.45tex的棉与调温粘胶97.6oF®混纺纱(70:30)、4.44 tex的Lycra®
93:7
棉65%、97.6oF®28%、Lycra®7%
棉、普通粘胶、Lycra®单面面料
18.45tex的棉与普通粘胶混纺纱(70:30)、4.44 tex的Lycra®
棉65%、普通粘胶28%、Lycra®7%
2 编织工艺
2.1 设备参数
机器佳鼎JD21DM90型单面圆纬机
机号 24针/25.4mm
筒径 812.8 mm(32”)
针筒数 16个
路数 96F
总针数 2352枚
2.2 织造工艺
采用纬平针进行织造，18.45tex的棉与调温粘胶97.6oF®混纺调温纱的线圈长度为3mm（线长为100针300mm，同时满加4.44 tex Lycra®。
2.3 注意事项
织造过程中，选用较好的织针，避免出现横条、针痕等疵点，还要保持机台整洁，减少油针，调整各喂入纱线张力，使其张力均匀。
3 染整工艺
面料染整工艺流程为：预定形→前处理→染色→酵素洗→脱水→定形。
3.1 预定形
坯布定形工艺条件如下：
温度180℃
速度26m/min
时间30s
3.2 前处理
前处理工艺主要是去除坯布上的油污、脏污等，避免染色时出现色花等问题。前处理工艺包括氧漂、酸洗及水洗工艺。
氧漂工艺处方及条件如下：
C-180去油纱剂0.5 g/L
C-MS200氧漂剂2.0 g/L
H2O24.0 g/L
温度95 ℃
时间30 min
酸洗工艺处方及条件如下：
HAc冰醋酸0.5 g/L
温度60 ℃
时间10 min
水洗工艺处方及条件如下：
除氧酶0.1 g/L
温度30 ℃
时间15 min
前处理工艺曲线如图2所示。
图2 前处理工艺曲线
3.3 染色
面料的染色工艺与普通棉类织物染色相似，染色工艺处方及条件如下：
活性染料2.0%
JH-PPM120吸湿排汗柔软剂1.0 g/L
Na2SO420.0 g/L
Na2CO310.0 g/L
浴比1:15
时间60 min
HAc冰醋酸0.5g/L
温度25 ℃
染色工艺曲线如图3所示。
图3 染色工艺曲线
与传统棉类织物染色相比，该面料染色时的主要注意事项有以下几点：
a. 采用低温染色工艺，减少高温对调温粘胶原料97.6oF®的功能损伤，染料在常温时加入，运行10 min后加入元明粉，再缓慢升温至60 ℃染色；
b. 染色过程中控制升温速率在1.2 ℃/min，保证面料的上色率和匀染性，同时为保证面料较好的色牢度，碱类固色剂分多批加入，并加强水洗，减少浮色；
c. 为了保证面料的穿着舒适性，在染缸内适当加入吸湿排汗柔软剂。
3.4 酵素洗
酵素洗工艺就是通常所说的消毛处理，酵素是一种纤维素酶，它可以在一定的pH值和温度下对纤维素纤维结构产生降解作用，可以较温和地褪除面料毛羽，并增加面料蓬松柔软效果，酵素洗工艺处方及条件如下：
E消毛酶3.0g/L
HAc冰醋酸0.7g/L
温度55℃
时间50min
3.5 定形
染色后的定形工序可以消除染色过程中产生的一些折痕，保持成品良好的尺寸稳定性和平整的外观。为保证面料染色牢度和手感，选择定形温度为140 ℃，速度为20.12 m/min。
4 产品性能测试
4.1 基本性能
面料的基本性能见表2。
表2 面料基本性能
幅宽/cm
克质量/
(g·m-2)
缩水率/%
扭度/%
抗起毛起球等级/级
纵向
横向
159
217
-3.0
-3.3
2.1
3
157
220
-2.0
2.0
注：抗起毛起球测试采用GB/T4802.1—2008《纺织品 织物起毛起球性能的测定 第1部分：圆轨迹法》。
4.2 温度缓冲性试验
4.2.1 测试方法
采用温度缓冲性试验-日本实验室标准，测试过程分为动态升温和动态降温两个阶段，模拟人体温度随外界环境的变化。试验室采用两个恒温恒湿箱，一个设定温度为10.0 ℃，另一个设定温度为35.0 ℃。动态升温过程的实现方式为面料从10.0 ℃恒温恒湿箱转移到35.0 ℃的恒温恒湿箱中，测定面料在35.0 ℃的恒温恒湿箱中的温度变化。动态降温过程的实现方式为面料从35.0 ℃恒温恒湿箱再转移到10.0 ℃的恒温恒湿箱中，测定面料在10.0 ℃恒温恒湿箱中的温度变化。在此过程中，测试并记录相应面料样品的温度变化情况，以此来反映面料对温度变化的缓冲能力，进而表征面料样品的调温功能。
4.2.2 测试结果
温度缓冲性试验测试曲线如图4所示，图中JA2-P4397.6oF表示“棉、调温粘胶、Lycra®智能调温单面面料”，JA2-P43Blank表示“棉、普通粘胶、Lycra®单面面料”，测试数据见表3。
(a)升温曲线(b)降温曲线
图4 温度缓冲性试验测试曲线
表3 温度缓冲性试验测试结果
温度缓冲性试验阶段
最大温差时面料温度/℃
最大温差/℃
JA2-P4397.6oF测试样
JA2-P45 Blank对比样
升温过程(10.0 ℃→35.0 ℃)
23.7
26.0
2.3
降温过程(35.0 ℃→10.0 ℃)
18.3
16.3
注：最大温差即测试样与对比样温度差值的绝对值。
从图4(a)可以看出，在升温过程中，智能调温面料比常规面料升温较慢，主要是因为智能调温面料在温度上升时，固体特殊聚合物转化为液体，聚合物融化时需吸收热量，起到冷却降温的作用。从图4(b)可以看出，在降温过程中，智能调温面料比常规面料降温较慢，主要是因为智能调温面料在温度下降时，液体特殊聚合物转化为固体，聚合物凝固时散发热量，起到放热保温的作用。
从表3可以看出，温度缓冲性试验的升温过程中，智能调温面料比常规面料升温较慢，最高温差可达2.3℃；降温过程中，智能调温面料比常规面料降温较慢，最高温差可达2.0℃。因此智能调温面料与常规面料相比，升温和降温过程中最大温度差为2.3℃、2.0℃。
5 结束语
将智能相变调温纺织品的特性应用在运动服装领域，可以防止运动员因运动时产生热量尖峰以及运动后身体过冷带来的伤病。因此研究用于运动服装领域的相变材料及其制备方法，开发适合不同运动项目的智能相变调温运动服非常重要。本文开发的智能调温运动功能针织面料，与常规面料相比，升温和降温过程中最大温度差为2.3℃、2.0℃，可有效调节保持体表温度，对人体的皮肤进行高效热管理，使人体处于一种舒适的状态。同时此智能调温运动功能针织面料调节温度的幅度和时间都是有限的，因此适合于短时间内环境温差变化较大的环境。
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