CN108611738B - 一种梯度结构拒水排汗的双面功能织物及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种梯度结构拒水排汗的双面功能织物及其制备，其采用可浸润的、即表面接触角小于90°的，但本身不吸湿的、即纤维的回潮率低于2％的纤维纯纺纱线所制成的织物。并对该织物的正面采取紧密化和超薄表面拒水整理，反面采取疏松化和亲水化整理，以使织物正面的表层形成拒水功能层；反面的表面层形成快速吸水功能层；而在织物的中间主体层形成孔洞由大到小导水功能层。由此，实现织物表面向外拒水，并有水分外道的散发空间和表面积；织物反面向织物内快速吸水和在织物内整体向外导水的拒水排汗双面功能的织物。这类织物可用于穿着和家纺类纺织品。
Description
技术领域
本发明涉及一种梯度结构拒水排汗的双面功能织物及其用途。
背景技术
拒水排汗双面功能织物是在提高织物湿热舒适性的基础上发展起来的。其解决织物正反(接触人体面)两面的防水和导水功能的实现，即织物内侧反面具有一定的导湿排汗功能，织物外侧正面具有良好的拒水性。是典型的双层结构的功能织物，但并未解决层与层之间的联系和层内的过渡传导的问题。如利用拒水正面的隔离作用使外界水无法进入织物，达到拒水的目的，但同时也无法使另一层水传导进入，利用亲水的吸附作用，使人体汗液快速进入，但只能在同层作有限扩散并存留，这虽然可改善微环境内的湿度，提高穿着湿热舒适性，但改善有限，且较快饱和。尽管如此，其已在穿着用纺织品，如高性能职业服、运动服和便服，拒水导湿的家纺纺织品，在医药和保健用纺织品，以及特殊用途纺织品(如防护服等)也具有广泛的应用。
在国内外已有相关研究和专利技术如下：
美国发明专利申请号为US11/684,452，专利名称为“一种模拟植物结构的导湿排汗织物”的发明专利公开了一种织物。该织物是模拟植物结构使其具有吸湿导汗的功能，其至少包含两层(1)底层：leno或者matt结构模拟植物的主茎，此种结构以一定数量的纱线组合形成面料的多元化结构单位，底层和人类皮肤接触，因为其特有的结构特点，微环境空间舒适。(2)顶层：平纹结构，此层纱线模拟植物分支结构形成平纹组织。如此特别结构，使水分通过能够通过毛细效应从底层经由中间层达到顶层进而蒸发在外部环境中，这样的面料具有吸湿排汗功能。该专利是通过织物结构的调整来实现吸湿排汗功能。
中国发明专利申请号为201010109584.8，专利名称为“拒水整理剂及用拒水整理剂制作吸湿排汗牛仔面料的制造方法”的发明，公开了一种采用拒水整理剂制作吸湿排汗面料的制造方法，先对牛仔面料外侧用拒水整理剂进行拒水涂层整理；而牛仔面料的内侧不经过处理，保持棉的亲水性。采用该拒水整理剂及制造方法制作的吸湿排汗牛仔面料，可将普通牛仔纤维制作成吸湿排汗牛仔面料且耐洗涤性佳、耐水洗、加工性强。这是典型的拒水层加亲水层的双层结构，而且利用的是棉纤维本身的吸水性能，将汗液吸存在纤维中，而既增重又有强湿感的穿着不适感。
中国发明专利申请号为01136674.5，专利名称为“一种防水透气透湿织物及其制备方法”的发明专利公开了一种织物。这种织物由织物本底以及一层具有防水透气透湿薄膜组合而成，该膜是氟碳高分子膜，使用射频磁控反应溅射法用聚四氟乙烯作为溅射靶在织物基底上制备。氟碳高分子膜由卧蚕状纳米粒子和纳米微孔构成的勾联结构组成，具有优越拒水性，不掩盖基底织物颜色，织物透气性、透湿性与基底织物基本相同，很好地保持了基底织物的手感。该专利是加入另一组份的氟碳膜和织物本身结构的均匀。
中国发明专利申请号为200910155488.4，专利名称为“一种拒水透气纤维素纤维针织面料的加工方法”的发明专利的特点是后整工艺采用亲水和拒水性整理。优点是该加工处理方法简单，而且使处理后的面料具有优良的正面拒水、反面亲水的功能，从而使面料具有透气排汗、穿着干爽舒适等优良性能，且整理效果持久，耐洗涤性好；此外，在布坯定型之前先将布坯进行轧光，改善了面料的光泽和手感。这是更为典型的双层结构的拒水导汗的常规方法，根本未考虑层间的传递问题，而是依靠织物本身的孔隙挥发扩散。
中国发明专利申请号为201110026818.7，专利名称为“拒水防污吸湿排汗的复合组织针织面料及其生产方法”的发明专利公开了一种纺织工业中生产的拒水防污吸湿排汗的面料及其生产方法，针织面料的外层线圈采用经拒水防污整理的纱线，中间连接层线圈采用吸湿吸水性好的天然纤维纱线，里层线圈采用经亲水整理、有微孔结构、呈异形横截面的导湿纤维纱线；面料组织为双罗纹双层复合组织，在2+2针道双面圆纬机上编织；织成的面料经预定形、除油净洗、柔软、脱水、扩幅、烘干、定形等整理。这也是双层结构的拒水与亲水方式，只是加入吸湿纤维，作为当中传导和存水，其不仅会影响表层的拒水性，而且亲水纤维对拒水纤维之间距离，会形成水的滞留。
专利申请号为200910155488.4和201110026818.7的发明专利都是针织物。针织物本身结构疏松，透气性好，故相对蒸发的透湿性比机织物好。
上述四类代表性的专利，都是以双层结构，或阻挡，不亲水为方式做拒水涂层；或贴膜；以选择吸水纤维或松结构针织物的方式吸附和存水于织物中。
目前多以亲水吸水性天然纤维为吸湿排汗织物的纤维原料，而天然纤维是能吸汗于纤维中不仅吸汗有限且存留增重，而且不能排汗和导汗。又多采取均匀松结构的针织物，既没有导水差动力，又只能是吸存于纤维间，不能排汗。而不亲水的合成纤维，却是既不吸存水于纤维中，又不吸存水于纤维间，但结构紧密可以拒水。因此，如何选择纤维和构造织物的结构，是解决拒水排汗功能的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：在织物的厚度方向实现单向，持续有芯吸差动力的结构，以保证单向导汗的主动性；在织物正表面实现拒水，而不阻碍液体达到正向的最表层；在反表面再增大浸润性，以保证瞬间吸附汗液；为保证解决汗水在纤维间毛细传导，以防止纤维本身的吸水而存水。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的技术方案是原理是：形成织物内接触人体的内侧(织物反面)向非接触人体的外侧(织物正面)的主体层为由松到紧的梯度结构，其差动芯吸压Δp的计算公式为：
式中，θ1及θ2分别为汗液与织物反面及织物正面的接触角，且因为采用同样的纤维，故θ1＝θ2＝θ；γ1及γ2分别为汗液与织物反面及织物正面的表面张力，而汗液或水在传递中表面张力是不变的，即γ1＝γ2＝γ；α为毛细扩散系数。所以差动芯吸压Δp取决于孔隙的等效半径为
和
的大小，并从大孔流向小孔，即：
因此将织物反面为疏松结构(大孔)，正面为致密结构(小孔)并逐渐变化就能实现单向连续的导水。
基于上述原理，本发明的一个具体技术方案是提供了一种梯度结构拒水排汗的双面功能织物，其特征在于，由可浸润的和本身不吸湿的纤维的纯纺纱线所制成的三层结构，分别为位于正面表层的拒水功能层，位于反面表层的快速吸水层和位于正面表层和反面表层中间的单向导水功能层，单向导水功能层为主体梯度结构。
优选地，所述拒水功能层的形成方法为：通过对织物正面作常规压紧和熨烫的致密化和/或厚度小于表层10μm的拒水整理，以形成正面表层拒水致密，随后向织物内层的致密化逐渐减小，并在所述双面功能织物的1/3～1/2厚度处，达到原坯布的密度均值。
优选地，所述快速吸水层的形成方法为：通过对织物反面作常规抽吸和机械作用的疏松化和/或厚度小于1/3织物厚度的亲水化整理，以形成反面表层亲水、疏松，随后向织物内层的疏松化逐渐递减，并在所述双面功能织物的1/2～2/3厚度处达到原坯布的密度均值。
优选地，经过所述亲水化整理后回潮率小于4％。
优选地，所述单向导水功能层是除正表面纤维最为致密排列的表层和/或拒水整理表层及除反表面纤维相对最为疏松排列的类毛羽层和/或亲水化处理整理表层外，所有由反面向正面的孔隙大小逐渐递减的梯度结构层；所述的类毛羽层是指所述织物反面的经、纬纱源点处的圈毛羽层。
优选地，所述的可浸润的和本身不吸湿的纯纺纱线的表面接触角小于90°，且回潮率小于2％。
优选地，所述纯纺纱线是指仅用一种纤维纺成的普通纱线或光洁纱线。
本发明的另一个技术方案是提供了上述的拒水排汗的双向功能织物的应用，其特征在于，用于拒水排汗的穿着用纺织品、导湿导汗的家纺纺织品和医用保健类纺织品的制备。
本发明采用织物的结构由内层向外层逐渐变得紧密，且采用表面可浸润和本身不吸湿的纤维，再辅之正表面拒水处理，反表面亲水处理，可真正实现的拒水排汗双向功能。
本发明的有益效果和优点是：
①提供真正意义上的拒水排汗双向功能的织物，而不是吸汗存汗的织物。
②方法实用，操作简单，仅用一种纤维，只要借助现有的压烫致密和拒水涂层；借助单面抽吸和机械刷毛或砂洗，就能造成织物一面紧密、排水，另一面疏松、亲水的双向功能。
③两侧的松紧不同，故存在差动压作用大，而导水，将汗液由织物松的一端导向紧的一面(外侧)，而扩散排入空气。
④所选纤维是导水不吸湿的。所以，不存汗、快干，穿着干爽，舒适。
⑤由于纯纺，工艺简单，成熟，更重要的是便于回收再利用。
附图说明
图1：织物结构示意图
图中，1-经纱；2-纬纱；
图2：双面功能织物的结构与拒水排汗截面示意图
图中，符号
表示向里，符号
表示向外，31-汗滴；32-厚度方向流动；33-纱轴方向流动；34-蒸发汗；4-拒水层；5-圈毛羽层；6-亲水处理层
图3：双面功能织物及其排汗流动正视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供的一种梯度结构拒水排汗的双面功能织物，其特征在于，由可浸润的和本身不吸湿的纤维的纯纺纱线所制成的三层结构，分别为位于正面表层的拒水功能层，位于反面表层的快速吸水层和位于正面表层和反面表层中间的单向导水功能层，单向导水功能层为主体梯度结构。采用可浸润的和本身不吸湿的纯纺纱线，如涤纶，丙纶等为研究对象。该纤维为表面接触角小于90°，且纤维的回潮率小于2％的纤维，
拒水功能层的形成方法为：通过对织物正面作常规压紧和熨烫的致密化和/或厚度小于表层10μm的拒水整理，以形成正面表层拒水致密，随后向织物内层的致密化逐渐减小，并在所述双面功能织物的1/3～1/2厚度处，达到原坯布的密度均值。
快速吸水层的形成方法为：通过对织物反面作常规抽吸和机械作用的疏松化和/或厚度小于l/3织物厚度的亲水化整理，亲水整理后回潮率小于4％，以形成反面表层亲水、疏松，随后向织物内层的疏松化逐渐递减，并在所述双面功能织物的1/2～2/3厚度处达到原坯布的密度均值。
所述单向导水功能层是除正表面纤维最为致密排列的表层和/或拒水整理表层及除反表面纤维相对最为疏松排列的类毛羽层和/或亲水化处理整理表层外，所有由反面向正面的孔隙大小逐渐递减的梯度结构层；所述的类毛羽层是指所述织物反面的经、纬纱源点处的圈毛羽层。
本发明的织物结构如图1、2、3所述。经过处理后表层接触角达到150°以上，内侧表层达30°以下。
实施例1-8中的原材料及设备为国家重点研发计划(2016YFC0802802)资助项目。
实施例1
涤纶织物：经等离子体处理涤纶纤维的接触角为60°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为90°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为52°。常态下，涤纶纤维的回潮率为0.4％，经等离子体处理后可达1.6～1.8％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的涤纶织物的回潮率为2.0～2.1％。给所述涤纶织物吸水达自重25％时，即相当于织物的回潮率为27.1％，放置30min，涤纶织物的回潮率返回至2.3％；吸水达涤纶织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由52.0％降至2.8％，均呈干燥状态。而其反面给水完成1min后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为1.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角116+/-5°，不进入涤纶织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从清洁、无污染，低能耗，安全和无毒、无害角度上说是合理的选择。
实施例2：
丙纶织物：经等离子体处理涤纶纤维的接触角为73°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为161°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为35°。常态下，丙纶纤维的回潮率为1.0％，经等离子体处理后可达1.7～1.8％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的丙纶织物的回潮率为2.5～2.6％。给所述涤纶织物吸水达自重25％时，即相当于织物的回潮率为27.6％，放置30min，涤纶织物的回潮率返回至2.3％；吸水达涤纶织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由50％降至2.8％，均呈干燥状态。而其反面给水完成1min后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为1.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角120+/-5°，不进入丙纶织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从再利用，低碳，可回用和可再生说是合理的选择。
实施例3
聚乳酸纤维织物：经等离子体处理聚乳酸纤维的接触角为55°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为158°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为32°。常态下，聚乳酸纤维的回潮率为0.5％，经等离子体处理后可达2.8～2.9％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的聚乳酸纤维织物的回潮率为3.0～3.1％。给所述聚乳酸纤维织物吸水达自重25％时，即相当于织物的回潮率为28.1％，放置30min，聚乳酸纤维织物的回潮率返回至2.3％；吸水达聚乳酸纤维织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由50％降至3.0％，均呈干燥状态。而其反面给水完成lmin后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为1.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角106+/-5°，不进入聚乳酸纤维织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从清洁、无污染，低能耗，安全和无毒、无害角度上说是合理的选择。
实施例4
腈纶毛织物：经等离子体处理腈纶纤维的接触角为60°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为90°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为52°。常态下，腈纶纤维的回潮率为2.0％，经等离子体处理后可达3.6～3.8％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的腈纶织物的回潮率为4.0～4.1％。给所述腈纶织物吸水达自重25％时，即相当于织物的回潮率为29.1％，放置30min，涤纶织物的回潮率返回至3.3％；吸水达涤纶织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由52.0％降至3.8％，均呈干燥状态。而其反面给水完成1min后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为2.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角111+/-5°，不进入腈纶毛织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从可再利用，低碳，可回用和可再生说是合理的选择。
实施例5
维纶织物：经等离子体处理维纶纤维的接触角为70°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为90°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为62°。常态下，涤纶纤维的回潮率为5％，经等离子体处理后可达6.6～6.8％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的维纶织物的回潮率为7.0～7.1％。给所述涤纶织物吸水达自重25％时，即相当于维纶织物的回潮率为32.1％，放置30min，维纶织物的回潮率返回至5.3％；吸水达维纶织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由52.0％降至5.8％，均呈干燥状态。而其反面给水完成1min后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为4.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角113+/-5°，不进入涤纶织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从清洁、无污染，低能耗，安全和无毒、无害角度上说是合理的选择。
实施例6
PTT纤维织物：经等离子体处理涤纶纤维的接触角为60°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为90°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为52°。常态下，涤纶纤维的回潮率为0.4％，经等离子体处理后可达1.6～1.8％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的涤纶织物的回潮率为2.0～2.1％。给所述涤纶织物吸水达自重25％时，即相当于织物的回潮率为27.1％，放置30min，涤纶织物的回潮率返回至2.3％；吸水达涤纶织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由52.0％降至2.8％，均呈干燥状态。而其反面给水完成lmin后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为1.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角116+/-5°，不进入涤纶织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从清洁、无污染，低能耗，安全和无毒、无害角度上说是合理的选择。
实施例7
Nomex织物：经等离子体处理Nomex纤维的接触角为55°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为90°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为52°。常态下，Nomex纤维的回潮率为7％，经等离子体处理后可达7.6～7.8％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的Nomex织物的回潮率为8.0～8.1％。给所述Nomex织物吸水达自重25％时，即相当于织物的回潮率为33.1％，放置30min，Nomex织物的回潮率返回至8.3％；吸水达Nomex织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由52.0％降至8.8％，均呈干燥状态。而其反面给水完成lmin后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为1.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角106+/-5°，不进入Nomex织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从可再利用，低碳，可回用和可再生角度上说是合理的选择。
实施例8
高强聚乙烯长丝织物：经等离子体处理高强聚乙烯纤维的接触角为70°，织物正面表面压紧后，表层的接触角为102°，织物的反面表层经砂洗磨松，反面的接触角几乎为42°。常态下，高强聚乙烯的回潮率为0.2％，经等离子体处理后可达1.3～1.4％，故用此纤维制成的所述的拒水排汗双面功能的高强聚乙烯织物的回潮率为1.8～1.9％。给所述高强聚乙烯织物吸水达自重25％时，即相当于织物的回潮率为26.9％，放置30min，高强聚乙烯织物的回潮率返回至2.0％；吸水达涤纶织物本身50％时，放置45min，该织物的回潮率由52.0％降至1.8％，均呈干燥状态。而其反面给水完成1min后的干爽性观察不见水迹并常态接触压力(3g/cm2)下的沾水测量为2.4％。而织物正面接触角测量，液滴维持表观接触角136+/-5°，不进入高强聚乙烯织物内。所以作为一般穿着的拒水排汗效果足以，且可认为优秀。因此从清洁、无污染，低能耗，安全和无毒、无害角度上说是合理的选择。
Claims (2)
1.一种梯度结构拒水排汗的双面功能织物，其特征在于，由可浸润的和本身不吸湿的纤维的纯纺纱线所制成的三层结构，仅用一种纤维，分别为位于正面表层的拒水功能层，位于反面表层的快速吸水层和位于正面表层和反面表层中间的单向导水功能层，单向导水功能层为主体梯度结构；
所述拒水功能层的形成方法为：通过对织物正面作常规压紧和熨烫的致密化和/或厚度小于表层10μm的拒水整理，以形成正面表层拒水致密，随后向织物内层的致密化逐渐减小，并在所述双面功能织物的1/3～1/2厚度处，达到原坯布的密度均值；
所述快速吸水层的形成方法为：通过对织物反面作常规抽吸和机械作用的疏松化和/或厚度小于1/3织物厚度的亲水化整理，以形成反面表层亲水、疏松，随后向织物内层的疏松化逐渐递减，并在所述双面功能织物的1/2～2/3厚度处达到原坯布的密度均值；
所述单向导水功能层是除正表面纤维最为致密排列的表层和/或拒水整理表层及除反表面纤维相对最为疏松排列的类毛羽层和/或亲水化处理整理表层外，所有由反面向正面的孔隙大小逐渐递减的梯度结构层；所述的类毛羽层是指所述织物反面的经、纬纱源点处的圈毛羽层；
经过所述亲水化整理后回潮率小于4％；
所述的可浸润的和本身不吸湿的纯纺纱线的表面接触角小于90°，且回潮率小于2％；
所述纯纺纱线是指仅用一种纤维纺成的普通纱线或光洁纱线。
2.权利要求1所述的一种拒水排汗的双向功能织物的应用，其特征在于，用于拒水排汗的穿着用纺织品、导湿导汗的家纺纺织品和医用保健类纺织品的制备。
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