吸湿速干非织造鞋材介绍

编者按：人们在大量的户外运动过程中，甚至是高强度的、超负荷的运动中，脚底的汗腺会分泌大量的汗液，即使在一般环境状态下，人体也会不断地“无感蒸发”来释放人体本身新陈代谢所产生的热量和水汽，以维持体温的恒定。

非织造材料的吸湿速干性是由非织造材料润湿、吸湿、排湿和蒸发4个过程决定的。因为人体所排放的汗液中，既有液态水，也有气态水，所以将会有两种情况。一是液态的水分直接接触非织造材料，以液态水的形式将非织造材料的内表面润湿并被非织造材料吸收，又依靠纤维间缝隙形成的毛细作用输送至非织造材料外表面，而后蒸发成水蒸汽扩散至外层空间。二是蒸发的水汽直接被构成非织造材料的纤维表面所吸收，并在非织造材料内表面凝结成液态水，再以同样机理传输到非织造材料外表面，蒸发成水蒸汽迁移至外层空间。由于非织造材料的吸湿排汗过程是一个综合性的物理过程，纤维原料、非织造材料结构及后整理工艺等的不同，都会对这个综合物理过程中的不同阶段产生不同的影响。

　　由于非织造材料吸湿速干过程有4个步骤，而润湿、吸湿过程就决定了非织造材料的吸湿性能，排湿、蒸发就决定了非织造材料的速干性能。

　　实验操作得出关键数据

　　排湿扩散是指非织造材料所吸收的水分由非织造材料的内表面向外表面以及吸收的水分向非织造材料四周扩散的表面积逐渐扩大的过程。排湿扩散过程主要依靠纤维内空腔、单纤维表面的沟槽、以及非织造材料的缝隙等所形成的毛细作用。因此，纤维截面异型化、细旦化、单纤维表面的形态以及非织造材料组织结构的密实度，对增强非织造材料对水分的传导作用有显著作用。

　　蒸发是指非织造材料吸收的水分向外层空间的蒸发，从而实现非织造材料的速干过程。如果纤维化学结构有过多亲水基团的存在(如棉纤维、粘胶纤维等)，显然是不利于速干的，相反减少一定的亲水基团或增加不亲水的合成纤维就能提高速干性能，同时增大蒸发比表面积——截面异型化、细旦化和表面粗糙化，也可以加快蒸发速率，提高速干性能。非织造材料外侧环境温度和空气流速对蒸发过程也有重要影响。

　　设计4种粘胶、涤纶混比，分别为10∶0、10∶1、10∶2、10∶3(粘胶∶涤纶)试样编号分别为1、2、3、4。

　　用电子秤按比例分别称取两种纤维，试样1、2、3、4分别称取粘胶的量均为5kg，称取涤纶的量为0kg、0.5kg、1kg、1.5kg。将称取的纤维按编号进行初步混和，然后平铺在喂入帘上。由喂入帘将纤维喂入开棉机，经过风道将开松机内的开松好的纤维送入给棉机。

　　梳理机上各个辊筒之间的间距直接影响到梳理效果，这也是除了调节各个辊筒之间速比之外的一种重要调节方式。实验过程中各个辊之间的隔距如下表：

　　在本课题实验过程中针刺有3道，分别是预刺、倒刺和主刺这3道工序，所使用的针刺机是由台湾首行机械工业股份有限公司生产的，机型为snp250h4。其中预刺机植针数为8250针，马力为15匹，工作宽度为2.5公尺，针刺频率为650hz;倒刺机植针数为单位3300针/m，马力为22匹，针刺频率为1000hz，行程为50m/min，所使用的针标号为15×18×40×3 r330;主刺机单位指针数为3300针/m，马力为22匹，针刺频率为1200hz，行程26m/min，所用的针标号为15×18×42×3 r330。

　　依据gb/t 21655.1—2008《吸湿速干性的评定 第一部分：单项组合试验法》对吸湿速干性能进行评价。实验在三级标准大气条件下进行，实验使用的仪器及装置为：电子天平，精度为0.001g;滴定管，分度值为1ml;计时器，精度为0.1s;毛细效应仪;温度计;试样悬挂装置。

　　实验前将样品在松弛状态下调湿平衡，一般情况下，天然纤维样品调湿需16小时以上，合成纤维样品至少2小时，公定回潮率为0的样品不需要调湿。

　　原料与仪器

　　单锡林单道夫梳棉机(进安机械有限公司提供)，实验原料为粘胶纤维和涤纶纤维，涤纶纤维是有台湾崎贸实业股份有限公司生产，粘胶纤维是由远东先进纤维股份有限公司生产的。两种纤维的形态及力学性能指标见下表。

　　吸水率性能测试

　　取尺寸为10cm×10cm平整无褶皱的试样三份，称取试样的质量m0，然后将试样完全进入装有三级水的容积内，5min后取出试样，自然平整地垂直悬挂，直至无水滴滴下时，立即称取试样质量m，计算吸水率。

　　数据分析确定最佳工艺


　　不同配比试样的吸水率测试数据如下表所示。从下表中可以看出，非织造材料的吸水率随着粘胶纤维含量比例的减小而逐渐变小。这是由于粘胶纤维分子结构中含有大量的羟基(—oh)基团，能够大量吸附水分子，而且粘胶纤维分子间隙较大，排列也疏松凌乱，这样就大大提高了纤维的极性，吸湿能力增强。粘胶纤维含量减少，在非织造材料中亲水基团就减少，所以吸湿性变差，吸水率减小。表中数据显示试验样品吸水率都满足要求，当然选择吸水率越高，吸湿效果就越明显。

　　滴水扩散时间测试结果如下图所示。图中a、b、c、d分别是试样1、2、3、4水扩散结束时的痕迹。吸滴水扩散时间可以从侧面反映材料的吸水扩散特性及水传导。由下表的数据可以看出，非织造材料的滴水扩散时间，随着非织造材料中含有亲水纤维的比例的减小而增大。根据理论研究可知,一定体积的液滴在厚度为h的非织造材料中扩散吸收的时间与非织造材料的厚度h和接触角余弦的平方成反比,因此在一定厚度和接触角的情况下，涤纶纤维比重越大，非织造材料越不容易润湿，不利于水分的扩散和传导。

　　蒸发时间和速率测试结果见下表。由表中数据可知，非织造材料的蒸发速率是与非织造材料中粘胶纤维的含量成反比的，粘胶纤维含量越小，非织造材料的蒸发速率越大。这是由于非织造材料中亲水基团太多，部分水分在非织造材料中以结合水的形式存在，不易蒸发，速干性能变差。试验样品4满足吸湿速干技术在蒸发速率这方面的要求。

　　芯吸高度测试结果如下表所示。由表可以看出，非织造材料的芯吸高度随着非织造材料中粘胶纤维的含量的减少而变小，芯吸高度直接反应了非织造材料的水分传导能力，水分在非织造材料能够传导，是由于水分受到毛细效应力的作用，毛细效应力就越大，高度值越大。本课题样品是由针刺法制成的，贯穿在在产品内部的纤维，在水分传导过程中纤维起到毛细管的作用，因此纤维越细,毛细管就越细，芯吸高度值就越大。纵横向的差异，是由于在非织造材料中，纤维大多呈水平横向排列，有利于横向的水分传导。本课题要求非织造材料的芯吸高度越高越好。

　　透过蒸发法测得不同配比非织造材料的透湿性能如下图所示。由图可以看出，非织造材料的透湿量与非织造材料中粘胶纤维的含量成反比，非织造材料中含有亲水基团越多，非织造材料的透湿性能就越差。这是由于非织造材料中粘胶纤维吸水膨胀不利于水分传导;而涤纶纤维在其中起到毛细芯的作用，有利于水分就容易从一侧传导到另一侧，涤纶纤维增加，其透湿量会增加。试验样品4满足透湿量的要求。

　　实验表明，4号试样最终满足非织造材料吸湿速干的技术要求，由此可见通过亲水纤维与聚酯纤维的混纺技术是能够作为改进产品吸湿速干性能的一种方法。

　　讨论区

　　在纤维混比中找寻最优搭配

　　亚麻纤维是增强复合材鞋材应该具良好的吸湿排汗性能，如果汗液长时间积在鞋内，就会造成鞋内过湿，影响鞋的舒适度，还会出现打滑现象。这种打滑现象在某些工作或运动中是一个可怕的隐患。本文以粘胶纤维和涤纶纤维为原料，设计了10∶0，10∶1，10∶2，10∶3四种纤维混比，经针刺加固制、热压定型制成非织造材料鞋材，测试了吸水率、滴水扩散时间、蒸发时间、芯吸高度和透湿量等性能指表，从而优选出最好的纤维混比，开发吸湿速干非织造鞋材。——本文作者刘黄林

　　非织造布纳米抗菌整理值得期待

　　我认为，无论怎么调节粘胶纤维和涤纶纤维的配比都不能从根本上解决透湿量差的问题，这是原料自身的缺陷，不过近年来有科研人员研究出非织造布纳米抗菌鞋材，是对弹性非织造布进行纳米抗菌整理，然后把纳米抗菌弹性非织造布加工成鞋材。据说经过这种方法整理的鞋材具有优异的弹性和抗菌除臭功能，制成的鞋垫产品具有不同于传统产品的特性。我目前还没有使用过这种产品，但是特别希望接触一下。——台州华敏鞋材有限公司总经理金敏健

　　甲醛含量高的问题仍然没有解决

　　目前在南方，像泉州、广州、深圳等地方，在鞋材方面虽然规模做得比较大，产出量多，但是技术上基本没有创新。主要问题是在黏胶方面，甲醛含量高的问题没有解决，虽然说粘完以后形状和舒适度还不错，但透湿量很低，透气性很差。虽然理论10∶3可以说是比较理想的原料的配比，但这样的搭配并不能解决甲醛含量高的问题，因此，我认为关于鞋材的吸湿速干问题还得进一步研究。——番禹鞋材有限公司技术部主任张重建

　　10∶3实践证明应该是最佳比例

　　脚底汗腺排除大量汗液，同时散发大量的热量，这样就在鞋内形成了一个湿热的环境，这种环境有利于细菌的繁殖，将导致脚气等多种疾病的产生，同时会散发臭气，这一问题很难彻底解决。公司采用的粘胶纤维和涤纶纤维比例大概是3∶1，与文中10∶3的结论相差不大，这也是我们目前认为最佳的配比方法。在这种配比下，鞋材的透湿量最佳。——广东米缇非织造鞋材公司技术员叶宗