天然彩棉针织内衣的舒适性能测试与分析1.doc

1、引言
天然彩色棉是一种在棉铃成熟吐絮时就具有棕、绿等各种颜色纤维的棉花。这种自身具有天然色彩的棉花与普通棉花比较具有自然柔和、古朴典雅、质地柔软等特点。这种天然彩棉制成的针织内衣能很好地突出针织品作为贴身服饰的舒适性、保健功能等优点,形成全新风格和环保健康的新一代产品,顺应人们追求高品质、天然风格和健康的潮流。天然彩棉创造了纺织工业新的替代品，它可以提供给人们对环保健康、不使用化学物质的服用、装饰用和家用纺织品的需要。天然彩棉无需漂白和染色过程，具有独特的天然特性。纺织整理工业中的湿工艺不仅成本高而且高污染，产生大量废水，而且化学染料对人体有很大的危害。很显然，在纺织过程中，染色过程的省略，将去掉对有毒染料废水的处理过程，同时降低生产成本。天然彩棉纤维的独特性和优越性使其能在市场上保持竞争的优势。
本文从天然彩棉纤维性能入手，对天然彩棉针织内衣的舒适性能进行了一定的了解。并选取市场中两种不同规格（A、B）的常规天然棕色棉内衣，对柔软度（悬垂性）、拉伸弹性、透气性、保暖性和导湿性进行测试分析。
2、天然彩棉的概述
天然彩色棉产品可粗略分为两大类。一类为充分体现彩色棉原本色彩的产品,一般只经水洗等简单处理,因此织物表面带大量棉籽壳,由此消费者认定织物没有使用化学合成染料、没有经过过多的化学处理,这类产品主要满足崇尚自然、追求自然的消费群体,常用作针织内衣、T恤衫、休闲装和部分装饰用织物,此类织物色泽稳定性差,日晒牢度、汗渍牢度均不如人意。另一类为具有良好服用性能的彩色棉产品,它们经过一系列深加工,色泽稳定性有显著提高,有些产品还具有一定防皱性能,因此可用作高档衬衫、茄克等服装面料。在深加工过程中应选择对人体和环境无害的助剂,如环保型表面活性剂、低甲醛或无甲醛的防皱整理剂等,选择能源消耗低、水量少的工艺。以保证在提高产品档次的同时不破坏天然彩色棉固有的绿色环保特色。
野生天然彩色棉历史悠久,人类种植彩色棉也有150多年的历史,从哥伦布首次探访古巴时就发现有彩色棉的种植,我国18~19世纪曾大量种植的一种紫絮棉花也是一种天然彩色棉。但由于野生的彩色棉纤维短、不适合纺织,不能满足产品要求而遭冷落。现在所说的天然彩色棉是20世纪60年代以后应用远缘杂交等生物技术改良后培育出来的品种。目前已知开展彩色棉研究与开发的国家有美国、埃及、秘鲁、墨西哥、法国、乌兹别克斯坦、乌克兰、土库曼斯坦、哈萨克斯坦、塔吉克斯坦等国家。现有的天然彩色棉有棕、绿、红、黄、蓝、紫、灰等颜色,但真正大规模种植的仅有棕色、绿色和黄色。近30年来,美国、秘鲁、印度、墨西哥等国家投入了大量人力和物力进行天然彩色棉的研究,并已在育种和种植方面取得了很大突破。如今,美国的新绿和新棕彩色棉代表着世界先进水平。1987年我国的中国农科院棉花研究所利用陆地棉标准系TM-1作母本,与棕色纤维的半野生种系Richmondi杂交,经多年温光驯化和南繁加代,于1995年培育出产量和纤维品质都较优良的棕色棉品系棕絮1号;另又从美国引进转基因彩色棉种,现已成功地种植出棕、绿、红、黄、紫、灰、橙等色泽的彩色棉[3]。目前,我国大规模种植的是棕棉和绿棉,产量上仅次于美国。我国的新疆地区已将彩色棉产业纳入自治区“十五”经济发展和优质棉基地建设规划,成为主要的天然彩色棉的种植基地,2001年种植面积达20万亩,计划3~5年内扩大到50万亩。种植业的发展也推动了彩色棉产品的开发。
天然彩棉亲和皮肤，对皮肤无刺激，符合环保及人体健康要求，由于棉纤的回潮率较高，不起静电，不起球，透汗性好：吸附人体皮肤上的汗水和微汗，使体温迅速恢复正常，真正达到透气、吸汗效果。经过调研，发现彩色棉的环保特性和天然色泽非常符合现代人生活的品味需求，由于它未经任何化学处理，某些纱线、面料品种上还保留有一些棉籽壳，体现其回归自然的感觉，因而产品开发充分利用了这些特点。做到色泽柔和、自然、典雅，风格上以休闲为主，再渗透当季的流行趋势。服饰品形象体现庄重大方又不失轻松自然，家纺类形象体现温馨舒适而又给人以反璞归真的感受。天然彩棉服装目前为什么以棕色、绿色为基色进行搭配？据专家们预测，在21世纪初，棕色、绿色将是服装的流行色。它体现着生态、自然、休闲、时尚趋势。彩棉服装除棕、绿色外。现在正在逐步开发兰、紫、灰红、褐等色彩的服装品种。
虽然生物育种专家已对彩色棉品种进行了改良,但还存在以下问题: ①产量偏低,特别是绿色棉,亩产80~142 kg,为白棉的3/4~4/5; ②纤维品质较差,纤维短而细,纤维强度低,可纺性低于白棉; ③颜色单调,色谱不全; ④色泽稳定性差,一方面色素遗传变异大,另一方面在纺织加工过程和作为服装穿着过程中出现不均匀变色和褪色。这些问题已成为天然彩色棉产品推向市场、取得消费者认可的瓶颈。
3、天然彩棉的基本性能测试
3.1、天然彩棉针织内衣面料的结构参数
针织内衣面料的结构参数依据国家相关测试标准和要求进行，实测的具体测试数据见表1。
表1试样的结构参数
品种

组织
纵密纵行数/5cm
横密横列数/5cm
平方米克重g/㎡

厚度㎜

纱支tex
捻度/10㎝
纱线直径mm
线圈长度㎜
回潮率%
A
双罗纹
69.0
75.0
236.96
0.328
17.2
87.5
0.16
3.25
7.02
B
双面集圈
75.5
70.5
246.51
0.327
16.0
95.5
0.153
3.7
7.57
3.2、内衣面料的耐磨性能测试
织物的磨损对评定织物的服用牢度有很重要的意义。本实验采用Y5ZZ型圆盘式织物平磨仪，250g压力,纱轮号数为150号。试样直径125mm，试样5块.测量结果取其平均值即为试样耐磨性。耐磨性能测试的数据见表2。
表2织物的耐磨性
品种
体积重量（g/cm³）
耐磨性（转）
A
0.722
462
B
0.754
221
耐磨性与织物的体积重量有一定的关系，数据表明，天然彩棉织物A、B的耐磨性比普通棉纤维织物的耐磨性能好很多。因为织物B为双面织物，正面与反面间的连接为集圈，平磨仪磨破正面织物后，无法准确磨损反面织物。因此我们只是测得B得正面磨损性。事实上B的耐磨性优于A品的。
虽然彩棉纤维中纤维素含量低，纤维长度短，强力低，但体积重量大，单位体积的纤维就多，纱线中纤维的根数也就多，受磨损的能力也就强。天然彩棉内衣具有好的织物的服用牢度。
4、天然彩棉的舒适性测试
4.1天然彩棉的舒适性
评价服装的舒适性能主要有服装的热舒适性、湿舒适性及接触舒适性能。1、热舒适性能主要衡量服装保护体温的保暖性；2、湿舒适性能还可分为汽态湿舒适性和液态湿舒适性，反映服装对人体皮肤水分的散发和汗液溢流时的舒适性指标；3、接触舒适性主要鉴别人体穿着服装时的接触感官的柔软，刺痒，冷热感，卫生性能等。
内衣作为人体的第二层皮肤，直接与人体接触，必须具有令皮肤舒适的机能。一般说来，最重要的舒适性标准是满意的热平衡。同时，根据人体、服装、环境三者的能量关系可知，热湿几乎相伴而生。因此对内衣舒适性的研究主要针对热、湿性能。事实上，仅从热湿性能还不能全面反映舒性能，本文选取柔软度（悬垂性）、拉伸弹性、透气性、保暖性和导湿性作为评价舒适性的主要指标，对市售的两种不同规格（A、B）的常规天然棕色棉内衣进行测试分析。
4.2织物的拉伸弹性
针织物拉伸弹性的测试方法很多，可分为定伸长法和定负荷法，根据拉伸方向可分为单向拉伸和双向拉伸以及根据拉伸次数可分为单次拉伸和多次拉伸等方式。定伸长拉伸是将针织物沿横向或纵向拉伸至一定长度，保持一定的时间，去除外力，再停顿一定时间，记录外力释放后针织物拉伸方向的尺寸变化，这可在具有自动记录装置的织物强力仪上直接记录拉伸曲线。定负荷拉伸是将试样在一定条件下加上一定负荷，保持一定时间，除去负荷，再停顿一定时间，记录试样在拉伸方向的尺寸变化。定负荷的伸长率越大，说明该织物在外力作用下愈容易产生变形。
根据中国针织物拉伸弹性回复试验标准ZBW600001-89中定负荷法进行测试。织物的横向定负荷率远大于纵向定负荷伸长率，各织物横向弹性远优于纵向弹性，纵向定负荷拉伸伸长率受密度变化的影响不大。
天然彩棉织物A与天然彩棉织物B的组织不一样，A为棉毛对针组织，B为双面集圈组织，组织不一样使A、B的弹性存在着差异。天然彩棉织物A的弹性一般。天然彩棉织物B有轻微的圈边现象，而A织物都没有圈边现象。天然彩棉织物的弹性与一般棉织物相比差距很大。
表3 织物拉伸弹性数据
织物
纵向定负荷伸长率%
横向定负荷伸长率%
A
12.0
38.0
B
7.0
22.0
4.3织物的柔软度（悬垂性）
织物悬垂性能是指面料在自重作用下自然下垂形成曲面的性能,是悬垂性面料的一项重要品质,也是决定面料视觉美感的一个重要因素,它关系着织物实际使用时能否形成优美的曲面造型。悬垂性能直接影响到面料的档次及价位,一般而言,高档面料具有良好悬垂性。
根据中国织物悬垂性实验方法标准FZ/T01045-1996[5]，实验方法选用伞式法，测试一起为YG811型织物悬垂测定仪。圆形试样面积为240mm，小圆盘直径为120mm。织物的悬垂系数见表4。
表4 织物的悬垂系数
织物
体积重量(g/㎝³)
悬垂系数(实测)
悬垂系数(估算)
A
0.722
27.8
19.46
B
0.754
37.8
20.11
测试表明，织物的悬垂性能与所选用的原料，纱线的结构，经纬密度和后整理等因素有关。悬垂是由于自重沿圆形边下垂形成各种形状，因此，织物的克重与厚度对悬垂影响也较大。
这些数据说明具有相同影响因素（体积重量、平均密度、纱支）时，天然彩棉的悬垂系数较大，天然彩棉织物的悬垂性能较差
4.4织物的透气性
透气性即为空气透过织物的能力。也是影响服装舒适性的一个重要因素，织物的透气性从几个方面影响服装的舒适性。首先，织物如果对空气容易透通，则对水蒸汽与液态水也是易透通的，所以服装的透湿气性能与织物的透气性能密切相关。其次，织物的隔热性能主要取决于织物内所包含的静止空气，而该因素受到结构的影响，所以织物透气性与隔热性也有一定的关系。透气性越好，织物对空气的保持性就差，织物的保暖性与隔热性就越差。
内衣直接与人体接触，良好的透气性是决定内衣质量档次的一个重要指标。内衣与皮肤间形成的微小空气的温度，湿度和气流等影响人体形成的微气候来讲，内衣应该既能保暖，又能透气，吸湿，这样才能使人体感到舒服。
根据中国纺织品织物透气性的测定标准GB/T5453-1997[7]规定的实验方法进行测试，即测量一定压力下通过单位面积织物的空气量。
为了能够使试样得实验数据具有一定得可比性，我们透气率与体积重量得比值(Bi)作为一种参考透气性能强弱的指标。其中BA=634.64、BB=296.13。
表5 透气率——体积重量
织物
透气率(㎜/s)
体积重量(g/㎝³)
A
879
0.722
B
392.75
0.754
天然彩棉织物B为双面织物，组织为集圈，有大量的直通气孔，而且未充满系数很大，理论上空气应该容易流动，事实上实验所得数据表明天然彩棉织物B的透气性能差。天然彩棉织物A为棉毛组织，但其透气性比普通棉的也要差很多。可能是纤维的长度较短，纺织的纱线表面毛羽很多，对空气的粘滞性强，影响了空气的流动，从而导致了天然彩棉织物不佳的透气性。
4.5保暖性
保暖性是指织物及其制品在有温差存在的情况下，阻止从高温方面向低温方面传递热量的性能，一般用保暖率表示。保暖率是针织保暖内衣的重要性能指标。根据GB/T 11408-1989[8]对所取试样的保暖率进行测试。
表6 保暖率——体积重量
织物
保暖率(%)
体积重量(g/㎝³)
保暖率/体积重量
A
26.0
0.722
18.772
B
28.0
0.754
21.112
天然彩棉织物的比值远远高于普通棉织物和长绒棉织物的比值(10-15)，由这些比值我们可知天然彩棉织物由高于其他棉织物的保暖性。天然彩棉织物确实有着优异的保暖效果。
4.6湿性
织物的导湿现象(或芯吸效应)实际上是液体对纤维集合体的一种动态浸润过程，织物导湿的能力不仅与纤维表面性质有关，而且织物的结构对导湿性能有着很大的影响。人体在剧烈运动时，体表会产生大量汗水，在短时间内把汗水由贴身层导出引向外层服装，保持人体皮肤干爽、减少不舒适感，织物的导湿能力起到了关键作用。
对试样进行的各相关试验，分为直接测试（用下标1表示）；对织物进行了10次家庭洗涤，洗涤方法按GB8629-88[9]的实验方案进行，然后进行的测试（用下标2表示）。
（1）织物的芯吸效应
采用等距离芯吸速率的测试及相关计算反映织物的相对导湿和吸湿能力。实验在T=(27±1) ℃，RH=(65±2)%条件下进行。实验步骤为：先在试样上标记5cm长度，再取用ATT重量标记，观察试样中水的导湿长度。将标记好的试样放置于固定尺上，试样一端稍露出尺端。左手握秒表，右手握持固定尺，推动尺将试样一端靠近下部浸在水槽中的海绵。当试样接触到海绵，立即按下秒表，读取5cm处ATT变黑时的秒数，通过计算公式计算芯吸速率。
芯吸速率W=h/√t，h为毛细效应高度（cm），t为时间（mm）。
（2）织物的润湿
织物润湿试验：对试验进行润湿试验在织物反面滴一滴水，测取1min纺织物的润湿面积S，由于织物的厚度，密度，孔洞大小不同，润湿面积不能完全反映织物导湿能力的差别，根据润湿面积厚度，平方米克重，计算出润湿体积V，润湿重量G利用多项指标对芯吸速率W，润湿面积S，润湿体积V，润湿重量G进行指标综合，综合值为Z，为了体现四项指标对织物的导湿能力影响程度均等，对数据进行处理，四项指标按同一数量做参与计算[10]。
Z=0.5×sin60°(WS×0.1＋SV＋VG×100)，式中：Z—综合指标；W--芯吸速率（cm/√s）；S--润湿面积（㎝²）；V--润湿体积（㎝³）；G--润湿重量（g）。
各款数据如下表7：

表7 导湿性能的各项指标
织物
W1
W2
S1
S2
V1
V2
G1
G2
Z1
Z2
A
0
0.64
0
0.39
0
0.0128
0
0.0092
0
0.0181
B
0
0.30
0
0
0
0
0
0
0
0
从表可知，未经家庭洗涤的织物中,彩棉织物A、B的芯吸速率和润湿面积为0。彩棉纤维纤维素含量仅占85%～90%，其余物质化学成分主要为蜡质，其含量约是白棉的6～13倍。彩棉灰分含量约是白棉的1.4～1.6倍。彩棉纤维蜡质含量很高，这在很大程度上影响了它对水气的传导能力。
A、B织物的导湿能力几乎为零；经家庭洗涤过的织物导湿性能有了很大的提高。
实验表明刚刚购买的彩棉内衣穿着舒适性并不是很好，经过家庭洗涤后再穿用，其舒适性尤其导湿性将有所改善，也可去除内衣生产过程中留下的污渍、油渍及灰尘，对身体健康有很大的帮助。

结论
从天然彩棉纤维性能入手，对天然彩棉针织内衣的舒适性能进行了一定的了解，对市售天然彩色棉针织内衣进行了性能的测试分析，得到以下结论：天然彩棉织物自然柔和、古朴典雅、质地柔软具有很好的保暖性，织物厚实、耐磨、柔软，有一定的弹性，但它们的透气性与导湿性欠佳，有待提高。一般适合做冬季内衣。

致谢
历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在写本次毕业论文，我得到很多体会。通过毕业论文的设计，培养了我遇到问题要独立思考并解决问题的能力。在实际操作过程中，我知道了工作上的态度认真、做事严谨；同时也开阔了自己的思维，为以后的工作奠定了基础。在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的悉心帮助下得到了解决。尤其要强烈感谢我的论文指导老师——王晓老师，她对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给了我很多的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最衷心的感谢！
由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师批评和指正！

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