吸濕排汗針織麵料的毛細效應與透氣性協同提升技術 1. 引言 隨著現代紡織科技的不斷進步，功能性紡織品在運動服裝、戶外裝備及日常服飾中的應用日益廣泛。其中，吸濕排汗針織麵料因其優異的舒適性和環境...
吸濕排汗針織麵料的毛細效應與透氣性協同提升技術
1. 引言
隨著現代紡織科技的不斷進步，功能性紡織品在運動服裝、戶外裝備及日常服飾中的應用日益廣泛。其中，吸濕排汗針織麵料因其優異的舒適性和環境適應性，成為當前高性能紡織材料研究的重點方向之一。該類麵料的核心功能在於其能夠通過物理結構設計和纖維改性手段，實現水分從皮膚表麵向外部環境快速遷移，並有效促進空氣流通，從而提升穿著者的熱濕舒適性。
吸濕排汗性能主要依賴於毛細效應（Capillary Effect），而透氣性則與織物內部孔隙結構、紗線排列方式以及纖維親水性密切相關。如何實現兩者之間的協同優化，是提升麵料綜合性能的關鍵。近年來，國內外學者圍繞纖維選擇、織造工藝、後整理技術等方麵開展了大量研究，推動了吸濕排汗針織麵料的技術革新。
本文將係統闡述吸濕排汗針織麵料中毛細效應與透氣性的基本原理，分析影響二者協同作用的關鍵因素，並介紹當前主流的協同提升技術路徑，結合具體產品參數進行對比分析，旨在為相關領域研發提供理論支持與實踐參考。
2. 吸濕排汗針織麵料的基本原理
2.1 毛細效應的作用機製
毛細效應是指液體在狹窄通道或纖維間隙中由於表麵張力和潤濕性差異而自發上升或擴散的現象。在吸濕排汗麵料中，這一效應促使汗水沿纖維束間的微小空隙迅速橫向擴散，避免局部積液，從而加快蒸發速率。
根據Young-Laplace方程：
$$
Delta P = frac{2gamma costheta}{r}
$$
其中，$Delta P$為毛細壓力，$gamma$為液體表麵張力，$theta$為接觸角，$r$為毛細管半徑。當纖維表麵具有較低接觸角（即高親水性）且通道尺寸適當時，毛細驅動力增強，有利於水分傳輸。
日本京都大學Yamamoto等（2018）研究表明，在聚酯/棉混紡針織物中引入異形截麵纖維可顯著提高毛細上升高度達40%以上[^1]。
2.2 透氣性的物理基礎
透氣性指氣體（主要是空氣）透過織物的能力，通常以單位時間內通過單位麵積的空氣體積表示（mm/s 或 L/m²·s）。良好的透氣性有助於調節體表微氣候，減少悶熱感。
透氣性受以下因素影響：
- 織物緊度（Cover Factor）
- 孔隙率（Porosity）
- 紗線撚度與直徑
- 織物組織結構（如平針、羅紋、雙麵提花等）
美國北卡羅來納州立大學的研究指出，針織結構中開放回環比例每增加10%，透氣量可提升約15–20%[^2]。
3. 影響毛細效應與透氣性協同性的關鍵因素
| 因素類別 | 具體參數 | 對毛細效應的影響 | 對透氣性的影響 | 協同優化策略 |
|---|---|---|---|---|
| 纖維類型 | 聚酯（PET）、尼龍、Coolmax®、Tactel®、再生纖維素纖維（如Lyocell） | PET疏水性強，需改性；Coolmax®具四溝槽結構，增強導濕 | 尼龍柔韌性好，利於形成穩定孔隙 | 采用複合異形截麵纖維 |
| 截麵形狀 | 圓形、十字形、Y形、W形、中空多孔 | 非圓形截麵提供更多導濕路徑 | 中空結構增加空氣滯留層，提升隔熱與透氣平衡 | 設計梯度孔道結構 |
| 紗線結構 | 單紗、包芯紗、賽絡紡、緊密紡 | 包芯紗中心彈性絲不影響導濕，外層親水纖維主導傳輸 | 緊密紡減少毛羽，降低堵塞風險 | 外包親水纖維+內核支撐結構 |
| 織物組織 | 平針、1+1羅紋、2+2羅紋、集圈組織、雙麵網眼 | 網眼結構增大比表麵積，促進蒸發 | 開放結構孔隙率高，透氣性優 | 采用三維立體編織技術 |
| 後整理工藝 | 親水塗層、等離子處理、納米整理 | 顯著降低接觸角，提升潤濕速度 | 可能堵塞微孔，需控製用量 | 分區局部整理，保留通氣通道 |
注：數據綜合自東華大學《紡織學報》（2021）、德國Hohenstein研究所報告（2020）及中國紡織工業聯合會標準FZ/T 72023-2022。
4. 協同提升技術路徑
4.1 異形截麵纖維的應用
異形截麵纖維通過改變橫截麵幾何形態，在不犧牲強度的前提下構建連續導濕通道。例如：
- Coolmax®（INVISTA公司）：四溝槽結構，使水分沿溝槽快速擴散。
- Tactel® Micro（杜邦）：超細旦尼爾（0.9 dtex以下）配合Y形截麵，提升芯吸速率。
- 國產“逸綿”纖維（儀征化纖）：W型截麵+微孔結構，兼具導濕與輕量化優勢。
實驗數據顯示，在相同克重條件下（180 g/m²），采用Coolmax®製成的平紋針織布較普通滌綸布芯吸高度提升68%，透氣量提高23%。
| 纖維種類 | 截麵特征 | 單纖維細度（dtex） | 芯吸高度（cm/30min） | 透氣率（mm/s） |
|---|---|---|---|---|
| 普通滌綸 | 圓形 | 1.2 | 1.8 | 85 |
| Coolmax® | 四溝槽 | 1.0 | 3.0 | 105 |
| Tactel® Micro | Y形 | 0.8 | 3.3 | 112 |
| 逸綿W型 | W形+微孔 | 0.9 | 3.1 | 108 |
測試條件：溫度20℃，相對濕度65%，依據GB/T 21655.1-2008
4.2 多尺度結構設計
通過構建宏觀—介觀—微觀三級結構體係，實現毛細網絡與透氣通道的有機融合。
（1）宏觀層麵：織物組織優化
采用雙麵提花網眼結構，正麵為細密導濕層，背麵設置蜂窩狀透氣腔室。此類結構常見於高端運動T恤與騎行服。
典型參數如下：
| 項目 | 參數值 |
|---|---|
| 織物結構 | 雙麵網眼提花 |
| 密度（縱行×橫列） | 24×18 loops/cm |
| 克重 | 175±5 g/m² |
| 厚度 | 1.2 mm |
| 孔隙率 | ≥45% |
| 水分管理綜合指數（OMM） | ≥850（按ISO 13022:2012） |
該結構經國家紡織製品質量監督檢驗中心檢測，其動態透濕量可達12,500 g/m²·24h，優於傳統單層麵料約30%。
（2）介觀層麵：紗線複合技術
發展皮芯結構複合紗，如：
- 皮層：親水改性聚酯或聚丙烯酸酯接枝纖維
- 芯層：彈性氨綸或高強度滌綸長絲
該結構既保證織物彈性和尺寸穩定性，又確保外層持續吸濕導出。浙江大學陳文興團隊（2020）開發的“HydroCore”係列複合紗，在拉伸狀態下仍保持90%以上的導濕效率[^3]。
（3）微觀層麵：表麵微結構構築
利用靜電紡絲或激光刻蝕技術在纖維表麵構建納米級溝槽或突起，模擬荷葉邊緣效應，實現定向輸水。
韓國KAIST研究人員Kim等人（2019）利用飛秒激光在PET纖維表麵加工出周期性微溝陣列，使橫向芯吸速度提升至常規纖維的2.1倍，同時保持透氣率不低於95 mm/s[^4]。
4.3 功能性後整理協同調控
（1）等離子體處理
低溫等離子體可在纖維表麵引入含氧極性基團（如-COOH、-OH），顯著改善潤濕性而不損傷本體結構。
處理參數建議：
- 氣體類型：O₂ + Ar混合氣體
- 功率：100–150 W
- 時間：60–90 s
- 壓力：30–50 Pa
經處理後，聚酯針織物接觸角由初始的98°降至42°，芯吸時間縮短57%。
（2）親水納米塗層分區施加
采用數碼印花或模板印刷方式，僅在織物內側施加聚乙二醇（PEG）或矽烷偶聯劑類親水塗層，外側保持疏水狀態以利於快幹。
清華大學團隊提出“梯度潤濕界麵”概念，在同一織物上實現內層接觸角<30°，外層>90°，形成單向導濕效果，相關成果發表於《Advanced Functional Materials》（2021）[^5]。
5. 典型產品性能對比分析
下表選取市場上六款主流吸濕排汗針織麵料，涵蓋國際品牌與國產品牌，基於實驗室測試數據進行橫向比較：
| 產品名稱 | 生產商 | 主要成分 | 結構類型 | 克重 (g/m²) | 厚度 (mm) | 芯吸高度 (cm/30min) | 透氣率 (mm/s) | OMM值 | 快幹時間 (min) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Coolmax® Extreme | INVISTA（美） | 100%改性聚酯 | 四溝槽異形纖維+平紋 | 168 | 1.05 | 3.2 | 102 | 820 | 28 |
| Dry-Excel™ | Toray（日） | 65%聚酯+35%尼龍 | Y形截麵+雙麵網眼 | 172 | 1.18 | 3.5 | 115 | 865 | 25 |
| 37.5® Technology | Cocona Inc.（美） | 含活性碳粒子改性滌綸 | 微孔吸附+導濕 | 180 | 1.25 | 2.9 | 98 | 800 | 30 |
| 安踏A-Wear Cool | 安踏體育（中） | 70%Coolplus®+30%氨綸 | 2+2羅紋 | 175 | 1.10 | 3.0 | 100 | 810 | 27 |
| 李寧CloudDry | 李寧公司（中） | 60%聚酯+40%再生滌綸 | 提花網眼結構 | 170 | 1.08 | 3.3 | 110 | 840 | 26 |
| 恒力化纖HydroKnit Pro | 恒力集團（中） | 逸綿W型纖維+氨綸 | 三維立體編織 | 165 | 1.02 | 3.4 | 118 | 880 | 24 |
數據來源：國家針織產品質量監督檢驗中心（2023年度抽檢報告）
從上表可見，采用三維立體編織+異形截麵纖維組合技術的產品在綜合性能上表現優，尤其體現在高透氣率與優異快幹能力方麵。國產“HydroKnit Pro”已接近甚至部分超越國際一線水平，標誌著我國在高端功能麵料領域的自主創新能力顯著增強。
6. 製造工藝流程與關鍵技術節點
完整的吸濕排汗針織麵料生產鏈包括以下幾個核心環節：
6.1 工藝流程圖解
原料準備 → 纖維改性 → 紗線紡製 → 針織成型 → 預定型 → 功能整理 → 成品定型 → 檢驗包裝6.2 關鍵技術節點說明
| 工序 | 技術要點 | 控製參數 | 目標效果 |
|---|---|---|---|
| 纖維改性 | 共聚法引入親水鏈段（如聚醚單元） | SO₃Na含量：0.2–0.4 mol% | 提升潤濕性，降低靜態接觸角 |
| 紗線紡製 | 複合紡絲（如海島型、皮芯型） | 海島比：70/30；噴絲板孔數：24–48 | 構建連續導濕通道 |
| 針織成型 | 電腦提花機編程控製組織變化 | 機號：E28–E32；路數：4–6 | 實現局部疏密交替結構 |
| 預定型 | 消除內應力，穩定幅寬 | 溫度：180–190℃；時間：45–60 s | 防止後續收縮變形 |
| 功能整理 | 分區噴塗親水劑+拒水劑 | 噴塗精度：±0.5 mm；覆蓋率：內側80%，外側20% | 建立單向導濕梯度 |
| 成品定型 | 熱風拉幅定型 | 溫度：160–170℃；車速：20 m/min | 固定功能結構，提升尺寸穩定性 |
江蘇陽光集團在其“SmartCool”係列產品中成功應用上述全流程控製體係，產品合格率達99.2%，遠高於行業平均95%水平。
7. 性能評價標準與測試方法
為科學評估吸濕排汗與透氣性能，國內外建立了多項標準化測試體係。
7.1 主要測試標準對照表
| 測試項目 | 國際標準 | 中國標準 | 測試原理簡述 |
|---|---|---|---|
| 吸濕速幹性 | ISO 11092:2014（蒸發熱阻法） | GB/T 21655.1-2008 | 測定織物吸水後水分蒸發速率 |
| 芯吸高度 | AATCC 197-2009 | FZ/T 01071-2008 | 垂直懸掛試樣觀察液麵上升情況 |
| 透氣性 | ISO 9237:1995 | GB/T 5453-1997 | 在固定壓差下測量空氣透過量 |
| 水分管理性能 | ISO 13022:2012 | GB/T 21655.2-2009 | 綜合評估吸水、擴散、蒸發全過程 |
| 接觸角測定 | ASTM D724-03 | QB/T 4978-2016 | 使用接觸角測量儀評估潤濕性 |
7.2 典型測試結果示例（某新型雙麵網眼麵料）
| 指標 | 數值 | 測試方法 |
|---|---|---|
| 初始吸水時間（s） | 1.2 | GB/T 21655.1 |
| 大浸濕麵積（cm²） | 8.5 | GB/T 21655.2 |
| 擴散速率（cm/s） | 0.18 | ISO 13022 |
| 總蒸發量（g/m²） | 1,250 | ISO 11092 |
| 透氣率（Pa=100Pa時） | 120 mm/s | GB/T 5453 |
| 接觸角（內側） | 35° | QB/T 4978 |
該麵料在國家體育總局冬季運動管理中心組織的極端環境穿著試驗中表現出色，被選為2026年冬奧會訓練服候選材料之一。
8. 應用場景拓展與發展趨勢
吸濕排汗針織麵料已從初的運動服裝擴展至多個高端應用領域：
- 軍用作戰服：要求在高強度作業下維持體溫平衡，美軍ECWCS係統第七層即采用Coolmax®與Polartec Power Dry複合結構。
- 醫用防護服：醫護人員長時間穿戴需防霧、防悶熱，中科院蘇州納米所開發出“NanoVent”係列導濕透氣防護材料。
- 智能可穿戴設備基材：作為柔性傳感器載體，需兼顧信號傳輸穩定性與佩戴舒適性，華為Watch GT係列腕帶即采用定製化吸濕排汗針織帶。
未來發展方向主要包括：
- 智能化響應材料：溫敏/濕敏變色纖維集成，實時反饋身體狀態；
- 可持續製造：生物基聚酯（如PEF）、海洋回收塑料製纖維廣泛應用；
- 數字化設計平台：基於AI算法預測織物性能，縮短研發周期。
據中國產業用紡織品行業協會預測，到2027年，我國功能性針織麵料市場規模將突破1,800億元，年均增長率保持在12%以上。
9. 結論與展望（非結語部分，僅為章節標題延續）
吸濕排汗針織麵料的毛細效應與透氣性協同提升，依賴於從纖維分子設計到織物宏觀結構的全鏈條創新。通過異形截麵纖維、多尺度結構構建、功能性後整理等技術手段的集成應用，已實現從“單一功能”向“智能協同”的跨越。隨著新材料、新工藝的持續湧現，此類麵料將在更多高附加值領域發揮重要作用，推動紡織行業向綠色化、智能化、高端化邁進。
[^1]: Yamamoto, H., et al. "Capillary transport in multi-component knitted fabrics." Textile Research Journal, 2018, 88(14): 1567–1578.
[^2]: Smith, J.R., & Li, Y. "Air permeability optimization in sportswear knits." Journal of the Textile Institute, 2019, 110(6): 823–831.
[^3]: Chen, W.X., et al. "Core-sheath composite yarns for directional moisture wicking." Chinese Science Bulletin, 2020, 65(12): 1123–1130.
[^4]: Kim, D.H., et al. "Laser-induced microchannel arrays on synthetic fibers for enhanced wicking." Applied Surface Science, 2019, 487: 456–463.
[^5]: Zhang, L., et al. "Asymmetric wettability textiles for one-way water transportation." Advanced Functional Materials, 2021, 31(18): 2010234.
