透湿性是衣着用纺织品的一项重要指标 ,它关系到纺织品的服用和卫生性能 ,已有不少学者进行了研究 ,并得到了一些结论[1 ] 。有学者研究认为 ,水分沿针织物纵横向的芯吸高度 h 与时间 t 能较好地符合 W as dburn 方程[2 ] 。但近来的研究发现 h与 t之间更加符合指数关系 ,即 h = a tb 。通常的研究着眼于如何降低纤维表面与水的接触角θ, 提高二者的界面张力 ,以及改变纱线中纤维间的毛细孔半径。然而 ,织物是由纱线交织而成的 ,进入纱线内部的水分又会沿纤维表面横向运动而充满纱线间的孔隙 ,这种润湿不同于简单的毛细管润湿。因此 ,不能简单地沿用毛细管润湿的结论。本文采用同种棉纱织成 6 种相同组织不同密度的针织物 ,运用水平芯吸的实验方法分别测得沿织物纵、横向芯吸速率(包括沿线圈横向与沿线圈纵向的芯吸距离和芯吸时间) ,并用线性回归的方法分析了织物结构参数对其芯吸速率的影响 ,进而对针织物芯吸规律进行了探讨。

1 实验部分
111 实验方法与材料
本实验采用水平芯吸法 ,其测试原理跟垂直芯吸法基本类似 ,但测试结果会有所不同。根据所选用的测试方法 ,所需要实验器材为 :水槽、海绵块 (吸水) 、细铁丝网 (固定织物防止其卷边) 、直尺、秒表、黑色酸性染料(在空气中呈深红色 ,遇水变黑) 、抽风机等。
112 试样制备与试验步骤选用细度为 23 ×2 tex 的棉线在普通横机上织制 6 种相同组织而不同规格的针织物 ,为方便起见 ,这 6 种织物分别用 A1～A6 表示 ,其规格见表 1。
先将织物煮炼、水洗、晾干。然后从每种织物沿纵向剪出宽为 4 个线圈 ,长约为 12 cm 的布条 ;沿横向剪出宽为 5 个完整线圈 ,长约为 12 cm 的布条。由于平针织物有卷边 ,故将织物布条固定在一铁丝网上 ,并将所有的布条在酒精上泡 30 min (以达到布条更干净) 。待试样晾干后置于一密封容器中 ,进行试验时从封闭容器中取出试样。

试验条件为大气温度 25 ±015 ℃,湿度 60 %～64 % ,无风 ,无直接日照。沿织物布条的长度方向 ,在距末端每隔一定距离 ,然后将织物水平放置 ,其末端与浸泡在水中的海绵表面接触 ,某一长度 h处的染料变黑所需时间 t 为水润湿到 h 处的时间 ,依此类推。

2 试验结果与分析
211 实验数据处理
对实验得出的系列数据进行处理 ,可得到表示芯吸长度随芯吸时间变化的关系曲线 ,如图 1、图 2 所示。以每组的平均值作为终结果 ,求润湿长度 h与时间 t 之间的回归方程 : h = a tb,见表 2。由表 2 可看出 ,这 6 组平针织物在水平传导时的时间指数要略小于 Washburn 方程理论的时间指数 015 (水分沿线圈纵向传递时 b 的平均值为 01493903 ;水分沿线圈横向传递时的 b 的平均值为 01478679) 。由于平针织物是由纱线的成圈套圈、缠绕而成的 ,在结构上不同于理论上的纤维集合体 ,线圈与线圈之间存在着不均匀的缝隙 ,因而形成了差动效应。同时由 Laugh2lin 方程可知 ,在其他条件不变的情况下 ,仅仅就与理论时间指数 015 误差分析 ,时间指数 b (即 ln h与 ln t 关系曲线的斜率 ,见图 3、图 4)可以间接反映出芯吸速度的大小 ,所以试验所测的 b值是合理的。

从这 6 组织物来看 ,沿线圈纵向的 a 值要略大于沿线圈横向的 a 值(表 2) 。同时从表 1 中可看出这 6 种织物的纵密比横

分析可知纤维间的孔隙增大 ,即等效的 R 增大 ,芯吸压力下降 ,浸润作用减小 ;纤维间的孔隙减小 ,即等效的 R 减小 ,芯吸压力上升 ,浸润作用增加。织物的纵密大于横密意味着纵向布条中纤维间的孔隙要小于横向布条纤维间的孔隙 ,即沿线圈纵向的芯吸作用要比沿线圈横向的芯吸作用要大 ,芯吸速率要快(这与表 6 结果一致) 。另外 ,液体沿织物横向或纵向运动渠道的不同 ,也会对其传导速度产生影响。

212 水分传递速度的讨论
由于本次实验所得数据较为有限 ,因此只对这 6 种针织物的芯吸速率 v 加以比较 ,并对这几组织物的组织结构与其芯吸性能的关系作一简要分析。
由表 4 和表 5 可得出这 6 种组织织物芯吸速率的比较关系 ,如图 6、7 所示。V 为芯吸速度 , h为芯吸长度 ,从图 6、7 可见 :
(1)在曲线上有显著的拐点 ,这就是说织物的芯吸过程可以分为两个阶段 :开始时的快速芯吸阶段和逐渐趋于平衡的阶段。
(2)就一块织物而言 ,其沿线圈纵向的湿传导性能要比沿线圈横向的湿传导性能强得多 ,这说明织物沿线圈纵向的毛细孔隙贯通性要比沿线圈横向的毛细孔隙贯通性好 ,更利于液态水的传导。
(3)结合织物组织结构参数可得出线圈密度及织物克重与其平均芯吸速率的关系。如表 7 和图 7、图 8 所示。从图 7、图 8 可见 ,就同一种织物而言 ,随着织物密度和克重的增加 ,织物的芯吸速率有先递增后递减的趋势。这是因为密度与克重的增加意味着织物中纱线与纱线之间 ,纤维与纤维之间的孔隙变小 ,等效毛细半径减小 ,毛细管内的压力增加 ,芯吸作用增强 ,芯吸速率提高 ;但随着纱线与纱线、纤维与纤维的进一步靠拢 ,一些毛细管孔径被堵塞 ,虽然毛细压力增加 ,但输送液态水变得困难 ,毛细效应受到阻碍 ,芯吸速率却反而变小。

213 针织物组织结构对芯吸速率的影响
由上可知 ,织物厚度对沿织物纵横向两个方向的芯吸速率影响都较大 ,且织物越厚 ,芯吸速率越慢。横密对芯吸速率呈负影响 ,且影响较大。纵密对纵向芯吸速率呈负影响。线圈密度对芯吸速率呈负面的影响 ,而线圈长度的影响很小。总的来说 ,厚度的影响大 ,成负影响。
214 织物芯吸规律
从实验结果得到的芯吸长度与时间的回归方程看 ,两者成非常好的指数函数关系 ,指 数 b近似等于 015 ,但偏差较大 ,说明织物芯吸不完全符合 Washburn 方程。如前所述 ,织物不同于与外界无质量交换的毛细管 ,组成织物的纱线中的纤维可以形成连续的毛细孔 ,但水分在纱线中的运动已经不再只是单调地沿纤维纵向 ,而到达纤维表面的水分也会沿着其横截面方向运动 ,从而润湿整块织物。从水分可沿针织物纵向传导开来 ,也可看出这一点。织物纵向并不是由连续纱线组成的 ,而是靠线圈的穿套而成。这样 ,个线圈润湿后 ,与之相连、紧靠着的下一个线圈通过两者相接触部分来传导水分而达到润湿 ,使水分沿线圈纵向传递开来。
从回归方程及系数值(见表 2)来看 ,在芯吸方程中指数 b的差异不大 ,影响芯吸速率的主要是系数 a 。从图 7、图 8 中可以看出厚度对水分芯吸的影响 ,因为当织物加厚 ,进入纱线的水分会通过沿纤维横截面方向运动而进入一层一层的纱线间 ,从而降低了芯吸速率。纵密也对芯吸速率呈现出负影响 ,因为纵密小 ,沿纵向线圈靠的更近 ,下端已润湿线圈会较快将水分传递给下一个线圈。横密减小 ,列与列之间的距离小 ,水分充满其间的也少。这都有利于水分沿织物纵横向的传递。
对于用同种纱线织成的针织物 ,若其芯吸过程完全满足Washburn 方程 ,那么 ,针织物横向纱线连续 ,水分沿横向的实际润湿速率 w (即沿横向上 1 cm 相当于实际纱线长与横向回归方程中的系数 a 的乘积) 就应是基本相同的 ,但实验结果是 6 种针织物间的数据差异很大 ,并且受织物结构参数的影响。由此可认为 ,针织物的芯吸规律不能简单地用某一个方程表示 ,织物的组织及结构的影响不可忽略。

3 结论
(1) 水分沿针织物纵横向的芯吸长度 h与时间 t 的关系可用h = a tb 表示 ,但并不表明这种芯吸只是单单的毛细上升效应 ,还包括了水分的毛细上升 ,水分沿织物中纱线、纤维间的孔洞缝隙上升 ,水分在织物表面的铺展过程 ,以及水分通过纤维表面的蒸发和传递到另一根与之紧靠着的纱线中去的过程。
(2) 用同种棉纱织成的针织物作实验表明 ,对针织物的芯吸规律不能简单地用某一个方程来表示 ,且针织物的组织结构对其芯吸有着显著的影响 ,总的表现为 :织物越薄 ,纵横向密度越小 ,水分沿织物纵横两个方向的芯吸速率加快 ;其中厚度对两个方向的影响是大的。
(3) 用水平芯吸的试验方法测试水分沿针织物纵横向的传递速度 ,获得的数据较为稳定 ,且测试过程简单易行。