具有三维结构的单向导湿性能的织物、制备方法与装置

技术领域

本发明涉及纺织技术领域，具体为一种具有三维结构的单向导湿性能的织物、制备方法与装置。

背景技术

随着社会的进步以及科学技术的发展，人们的工作方式更多的是坐在办公室，长时间的不运动导致大多数人的身体处于亚健康状态，生活水平的提高使得人们也越来越重视自己的身体健康问题，因此运动成为大家的首选健身方式。但人们运动时会大量出汗，这些汗液如果不能及时地从皮肤表面传导出去并蒸发，不仅会造成严重的不适感，还会滋生细菌，危害人体健康。因此，如何提高织物的热湿舒适性受到了广泛的关注。

织物的导湿性是影响服装舒适性的重要因素之一，当人体汗液分泌过多时，若织物不能迅速将汗液导向织物外表面并挥发到空气中，就会使人体产生黏湿或闷热感，导致穿着不舒适，严重的还会影响身体健康。为了解决这一问题，国内外研究人员在20世纪初就提出了开发单向导湿织物的研究思路，通过控制水分子的流动导向，达到汗液从织物内层向外表面转移但外部水分子无法渗入织物内层的目的，提高服装穿着的舒适感。从学术研究的角度来看，织物的单向导湿功能主要是通过织物内外两层不同的吸湿性能来实现的，即内层织物疏水、外层织物亲水，汗液在差动毛细效应的作用下，被吸附到织物外表层并迅速挥发。单向导湿织物是一类具有吸湿、导湿、快干的功能性纺织品，广泛应用于制备内衣、外套、运动服等。

单向导湿织物通常是指水可以从织物的一侧转移到另一侧，却不能从相反方向渗透的织物；另一种单向导湿织物则是水可以根据织物结构和性能特征的分布而沿一个方向在同一面上进行传导。利用向导湿织物制备的服装可以保持皮肤侧绝对的干爽，汗液也可迅速地转移并蒸发。织物因内外两层纤维的亲疏水性不同而引起的差动毛细效应是织物具有单向导湿的主要原因。不同的纺纱方式、纤维原料、纤维横截面、纤维细度和织物结构对织物的吸湿性和放湿性能影响很大。研究表明，环锭纺纱制成的织物的吸湿性和透气性优于涡流纺纱制成的织物；棉/腈纶针织物的芯吸性能测试结果表明，织物的芯吸能力随着腈纶含量的增加而增加；一些研究和分析了平纹棉织物和斜纹棉织物的吸湿性和透气性，结果表明，斜纹棉织物的吸湿速率和透气性高于平纹棉织物。织物单向导湿原理是，织物内层(接触皮肤面)疏水，而织物外层亲水，织物内外层形成润湿梯度，促进了单向导湿。因此，在纺织面料及服装设计的工程实践中，可通过纤维改性、织物结构设计和后整理等方法使纺织材料获得良好的单向导湿效果。

通过对设计织物组织结构和合理配置纤维原料可实现织物的单向导湿。织物可以是针织物也可以是机织物，根据不同的需求可设计成单层或多层。多层单向导湿织物通常是指织物内层(接触皮肤面)选用疏水性材料，外层选用亲水性材料，通过内外层形成的润湿梯度促进织物的单向导湿。通过选择合适的织物组织和纱线开发的单向导湿织物，吸湿排汗性能稳定，不会随着穿着和水洗程度的增加有太大变化。由于结构设计法不需要采用化学试剂，因而织物可以与皮肤直接接触，对环境造成的污染也相对较小。化学整理是指使用特殊助剂对织物进行功能性整理，使织物具有吸湿、导湿和快干的特性。根据整理剂亲水性和疏水性的不同以及织物整理面的不同，可以分为单面疏水整理、单面亲水整理和亲疏水双面整理。具体来说，李珂等采用泡沫技术对棉织物内层(紧贴皮肤的一面)进行局部疏水性整理，外层亲水层能够把汗液吸到服装的外表面，进而散湿并蒸发；汪南方等采用浆点印制法对纯棉织物进行单面疏水整理，结果表明，整理后织物的单向导湿效果良好，具有较强的耐水性，但棉织物的透气性有所下降，影响了其使用性能；NAZIR等采用含氟疏水整理剂对棉织物进行单面整理，整理后织物的内外层亲疏水性差异变大，实现了单向导湿；张建国等采用亲水整理剂TF-620对高密锦纶织物进行整理，整理后织物的吸湿性能得到明显提升；李峥嵘等采用吸湿排汗整理剂Nepton PA对锦/氨纶超细纤维针织物进行亲水整理，整理后织物的亲水性能得到显著提高，但经过20次洗涤后，织物的亲水性能又有所下降；还有学者使用化学整理剂和生物酶同时处理织物，改善织物的吸湿性和透气性。

如中国专利号CN 106835592B，公开日2017.06.13，发明创造名称为一种具有粗糙表面的疏水熔喷布及其制备方法，这个申请公案针对市面上多数单向导湿面料，都是利用防水助剂，用印花方式、涂层技术、或改变纱线防水和亲水性能的技术，来达到单向导湿效果的问题，提供了一种具有纺织材料特性和针织物特有结构的单向导湿面料，通过调控35-45％棉纤维、45-55％聚酯纤维、5-15％亲水性聚酯纤维的配比来制备单向导湿面料，可以将吸收的水分带到外套表面，使贴身里层保持干爽，但是这种方法无法真正快速的单向导湿，贴身层的水分需要一定时间才会向外传导，无法保证贴身层时刻干爽，并且外层织物无法快速蒸发传导出来的水分，导致内层水分长时间滞留；又如中国专利号CN110184730 B，公开日2020.06.23，发明创造名称为单向导湿单面针织面料及其制备工艺，这个申请公案针对现有单向导湿功能的针织面料主要通过涂层法和纱线改性法这两种方式实现的问题，提供了提供一种单向导湿单面针织面料，通过在平纹面设有汗布平纹组织，毛圈面设有提花毛圈结构排水孔和排水槽这样的织物结构来实现其单向导湿功能，同样地，这种方法利用织物结构来调控水分的导湿，但是无法快速的将水分传导，并且传导出的水分不能快速挥发；

另外，如中国专利号为CN 104786576 B，公开日为2017.04.26，发明创造名称为一种单向导湿面料结构，通过在麻棉混纺织物面料的外表面设计贴附多孔硅胶、内表面与皮肤接触，从而实现可以迅速将体表产生汗液吸收、扩散到面料结构外的功能，但这种多孔硅胶以贴敷的方式增加在织物表面，并不是赋予织物本身凹凸起伏的多孔结构，附加的多孔硅胶使得织物失去了本身的柔软轻便的特征。如中国专利号为CN 102048245 B，公开日为2013.07.31，发明创造名称为单向导湿快干舒适布料及其制造方法，本项发明将多个疏水性图案嵌设于由纤维材料制备的亲水性底布的内表面，而疏水性图案被构造为以使得该亲水性底布通过毛细作用吸收该内表面的汗水并输送至该外表面，这种方法同样是将突起疏水点贴附于织物表面利用疏水点间的间隙传导水分，织物本身不具备突起形貌，而是依靠外加疏水性图案，导致织物手感性变差、穿着舒适性差。中国专利号为CN 107385933 B，公开日为2019.12.03，发明创造名称为一种无氟耐洗的单向导湿复合功能面料，他利用表面疏水的微胶囊，在面料一面构筑微小突起，在构筑单向导湿功能时形成所需要的微小导液通道来实现单向导湿，但是此方法同样是利用疏水材料在织物表面形成微凸结构，并未真正实现织物的比表面积增加，疏水微胶囊接触人体穿着舒适性差。

上述这些技术要不是通过调控织物结构又或者通过增加疏水贴附层来实现其单向导湿功能，但是他们都未能彻底突传统单向导湿织物二维平面状结构特征的瓶颈，二维结构特征比表面积小、水分传导速率慢、对传导而出的水分挥发速率慢、穿着佩戴使用干爽感差等问题凸显而至，一种具有三维结构的单向导湿性能的织物及其制备方法与装置可以有效克服这些问题，通过三维阵列微凸结构来增大织物的比表面积，并且织物平整部位具备疏水功能，接触人体穿戴时保持与人体接触干爽，同时微凸部分具有吸湿亲水功能、将平整部位疏离的水分快速向凸起部位顶部传导、加强了对水分传导与储存空间，并且较大的比表面积有助于水分的挥发，但是一直缺少可以精准调控织物微凸结构单元形貌尺寸和各部位亲疏水功能以得到不同三维微凸形态的单向导湿织物的制备方法。

发明内容

为了解决传统二维结构单向导湿织物存在的问题并提单向导湿织物的各项性能，本发明的目的在于提供一种具有三维结构的单向导湿性能的织物、制备方法与装置，其实现了具有三维微凸结构的单向导湿性能的织物的生产，并且同时微凸部分具有吸湿亲水功能、将平整部位疏离的水分快速向凸起部位顶部传导、加强了对水分传导与储存空间，并且较大的比表面积有助于水分的挥发，且本发明操设计新颖、设备机构合理、易于推广使用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种具有三维结构的单向导湿性能的织物，所述织物包括：

织物本体；

多个微凸部，阵列布置在所述织物本体上，每一所述微凸部为具备亲水特性的凸起结构；

多个平整部，设置在所述织物本体上相邻的一对所述微凸部之间，每一所述平整部为具备憎水特性的平面结构。

第二方面，本申请实施例提供一种具有三维结构的单向导湿性能的织物的制备方法，所述制备方法为：

对织物的表观形貌进行修饰定型，使得织物形成表面阵列有多个微凸起结构以及在相邻的微凸结构之间形成有平整部；

对上述微凸起结构和平整部位分别进行亲水处理和憎水处理，形成微凸结构具备亲水功能、平整部位具备憎水功能的织物。

进一步地，所述织物在100-1200℃温度下进行表观形貌的修饰定型。

第三方面，本申请实施例提供一种具有三维结构的单向导湿性能的织物的制备装置，所述制备装置包括：

热压熨烫定型整理母压辊，表面设置有多个间隔布置的微凸形貌的凸起部；

热压熨烫定型整理子压辊，表面设置有多个与所述凸起部相吻合的凹陷部，所述热压熨烫定型整理母压辊与热压熨烫定型整理子压辊相啮合配合，用于在织物上形成表面阵列有多个微凸起结构以及在相邻的微凸结构之间形成有平整部；

整理剂注射单元，分别用于向织物上形成表面阵列有多个微凸起结构和平整部中注入亲水整理剂和憎水整理剂。

进一步地，所述整理剂注射单元包括一对整理剂注射器，一对所述整理剂注射器分别设置于热压熨烫定型整理母压辊内部和热压熨烫定型整理子压辊内部，所述热压熨烫定型整理母压辊表面上相邻的一对所述凸起部之间设置有第一注射孔，所述热压熨烫定型整理子压辊表面上的凹陷部设置有第二注射孔，一对所述整理注射器分别与所述第一注射孔和第二注射孔相连通。

进一步地，所述热压熨烫定型整理母压辊的一端对应其表面上每排凸起部都设置有定位器，所述热压熨烫定型整理子压辊的一端对应其表面上每排凹陷部都设置有定位器，一对所述整理剂注射器分别对应设置有与一对所述定位器相配合的红外接收器。

进一步地，所述热压熨烫定型整理母压辊和热压熨烫定型整理子压辊啮合处的线压力为0.5×10

进一步地，所述凸起部和凹陷部的外形为半球形，所述半球形的底面半径R为0.1-2mm，所述凸起部的突起高度h为0.1-2mm，相邻的一对凸起部之间的间距l为0.1-2mm。

进一步地，所述第一注射孔和第二注射孔的直径为0.1-0.5mm。

进一步地，所述亲水整理剂为吸湿排汗剂，所述憎水整理剂为有机硅整理剂或含氟整理剂。

由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明的一种具有三维结构的单向导湿性能的织物及其制备方法与装置，其优点在于：在后整理工序通过在当热压熨烫定型整理处理传统织物时，高温使纤维软化，在握持热压下沿三维形貌微凸结构单元产生二次热牵伸，织物原本的二维结构长宽不发生改变(即沿X、Y轴不发生形变)，仅在Z轴形成新的微凸形貌，从而加工出具有三维形貌微凸结构单元的织物。而三维形貌微凸结构单元的织物在形成过程中微凸部分和平整部位分别进行亲水和憎水整理，使得此三维微凸织物贴肤处的平整部位具有使用干爽感、拒水功能，而微凸部位将平整部位的水分迅速吸湿并快速向微凸位置顶端传导，同时微凸形貌增加了织物比表面积，有利于水分的传导空间和水分的挥发。本发明从根本上改变传统织物的二维结构，得到的具有三维阵列微凸结构的织物，大大提高了织物的比表面积，并且平整部位憎水功能和微凸部位的亲水功能有效复合使三维阵列微凸结构的织物的导湿传导能力大大提高，且本发明结构新型、机构合理、易于推广使用。

附图说明

图1是一种具有三维结构的单向导湿性能的织物立体结构示意图。

图2是具有三维结构的单向导湿性能织物制备装置的机构正视图。

图3是具有三维结构的单向导湿性能织物制备装置的机构侧视图。

图4是具有三维结构的单向导湿性能织物制备装置中热压熨烫整理子压辊及其内置的整理剂注射装置。

图5是具有三维结构的单向导湿性能织物制备装置中热压熨烫整理母压辊及其内置的整理剂注射装置。

图中：1-织物本体，2-微凸部，3-平整部，4-热压熨烫定型整理子压辊，41-凹陷部，42-第二注射孔，5-热压熨烫定型整理母压辊，51-凸起部，52-第一注射孔，6-整理剂注射单元，61-整理注射器，62-整理剂注射器针头，7-定位器，8-红外接收器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

针对现有传统单向导湿织物都是通过调控二维织物结构或增加拒水单元实现单向导湿功能，但是传统单向导湿织物导湿效率低、水分挥发速率慢、人体舒适性差，并且为了提高单向导湿能力来附加各种拒水单元包括拒水印花、疏水贴纸等导致织物本身服用性能下降，恶化了织物的舒适性，因此二维结构的单向导湿织物不能调和导湿速率、导湿空间和人体舒适性之间矛盾的技术缺陷，并且现在没有一种简单的、操作方便的、可实现控制三维结构形貌的单向导湿织物加工方法及装置，为此，本发明提供一种具有三维结构形貌的单向导湿织物加工方法及装置，其改变传统单向导湿织物的二维结构，通过在后整理工序通过在当热压熨烫定型整理处理传统织物时，高温使纤维软化，在握持热压下沿三维形貌微凸结构单元产生二次热牵伸，织物原本的二维结构长宽不发生改变(即沿X、Y轴不发生形变)，仅在Z轴形成新的微凸形貌，从而加工出具有三维形貌微凸结构单元的织物。而三维形貌微凸结构单元的织物在形成过程中微凸部分和平整部位分别进行亲水和憎水整理，使得此三维微凸织物贴肤处的平整部位具有使用干爽感、拒水功能，而微凸部位将平整部位的水分快速向微凸位置顶端传导，同时微凸形貌增加了织物比表面积，有利于水分的传导空间和水分的挥发。本发明从根本上改变传统织物的二维结构，得到的具有三维阵列微凸结构的织物，大大提高了熔喷布的比表面积，并且平整部位憎水功能和微凸部位的亲水功能有效复合使三维阵列微凸结构的织物的导湿传导能力大大提高，且本发明结构新型、机构合理、易于推广使用。

参照附图1所示，附图1为本申请实施例中的一种具有三维结构的单向导湿性能的织物立体结构示意图。本申请实施例提供一种具有三维结构的单向导湿性能的织物，包括织物本体1、多个微凸部2以及多个平整部3。多个微凸部2阵列布置在织物本体1上，每一微凸部2为具备亲水特性的凸起结构；多个平整部3设置在织物本体1上相邻的一对微凸部2之间，每一平整部3为具备憎水特性的平面结构。

本申请实施例中的上述具有三维形貌微凸结构单元的织物在形成过程中微凸部2和平整部3分别进行亲水和憎水整理，使得此三维微凸织物贴肤处的平整部3位具有使用干爽感、拒水功能，而微凸部2将平整部3的水分迅速吸湿并快速向微凸位置顶端传导，同时微凸形貌增加了织物比表面积，有利于水分的传导空间和水分的挥发。本发明从根本上改变传统织物的二维结构，得到的具有三维阵列微凸结构的织物，大大提高了熔喷布的比表面积，并且平整部3憎水功能和微凸部2的亲水功能有效复合使三维阵列微凸结构的织物的导湿传导能力大大提高。

同时，本申请实施例提供一种具有三维结构的单向导湿性能的织物的制备方法，该制备方法为：第一步，将所选织物裁剪成合适尺寸，以卷装形式喂入热压熨烫整理装置；第二步，经转移后输送至热压熨烫整理装置，在100-1200℃温度下对织物进行热轧处理将织物原本平整的表观形貌进行修饰定型，并通过热压熨烫整理装置内置整理注射装置对织物的微凸部2位进行亲水整理，平整部3位进行憎水整理，得到具有三维阵列微凸结构且微凸部2位具备亲水功能、平整部3位具备憎水功能的织物；第三步，最后在输送至卷绕装置进行卷装。

此外，参照附图2、3和4所示，本发明还提供一种具有三维结构的单向导湿性能的织物的制备装置，包括由热压熨烫整理装置及其内置的整理剂注射单元6组成，其中热压熨烫整理装置主要由表面布满规则排列的、有一定间隙的、具有半球形微凸形貌的热压熨烫定型整理母压辊5和与此压辊形貌相切合的、具有微凹形貌的热压熨烫定型整理子压辊4所构成，而这对热压熨烫整理装置表面布满的规则排列的凸起部51和与之相切合的凹陷部41，在本申请实施例中二者都为半球型，每一凸起部51和与之相切合的凹陷部41的底面半径R为0.1-2mm，突起高度h为0.1-2mm，相邻的凸起部51之间的间距l为0.1-2mm，表面可排布约100～5000个微凸形貌单元。同时热压熨烫定型整理母压辊5和热压熨烫定型整理子压辊4内各置一排自动化控制的整理剂注射器，其注射器头端与热定型母压辊的凸起部51阵列间隙间的第一注射孔52和热定型子压辊的凹陷部41中间的第二注射孔42相切合，一对整理剂注射器内分别置入亲水整理剂和疏水整理剂，在热压熨烫定型整理母压辊5和热定型子压辊运行切合时，控制板分别控制注射器向相邻凸起部51之间间隙部位处的第一注射孔52和凹陷部41中间的第二注射孔42分别微量注入憎水整理剂和亲水整理剂。另外，自动化控制的整理剂注射器分别置于热压熨烫定型整理型母压辊和热压熨烫定型整理型子压辊内部，整理剂注射器单元上设有红外接收器8，每一排列热压熨烫整理装置的一端都设有定位器7，当红外接收器8扫描识别到定位器7后即具有微凸、微凹形貌的位置与整理剂注射器切合时整理剂注射器单元开始工作、向第一注射孔52和第二注射孔42插入针头注射整理剂，当红外接收器8无法识别到定位器7后即具有微凸、微凹形貌的位置与整理剂注射器错位时整理剂注射器装置停止工作、从第一注射孔52和第二注射孔42中拔出针头停止注射整理剂。具体地，热压熨烫定型整理型母压辊表面微凸形貌的相邻凸起部51的间隙位置设有第一注射孔52，其直径为0.1-0.5mm、可切合整理剂注射器针头62部位通过，热压熨烫定型整理型子压辊表面凹形貌的凹入部位间的顶部设有第二注射孔42，其直径为0.1-0.5mm、同样可切合整理剂注射器针头62部位通过；同时，热压熨烫定型整理型母压辊和热压熨烫定型整理型子压辊中内置的整理剂注射器位置形成相对错位，热压熨烫定型整理型母压辊中的整理剂注射器对准凸起部51位间隙位置设有第一注射孔52，而热压熨烫定型整理型子压辊中的整理剂注射器对准凹入部位间的顶部设有的第二注射孔42；自动化控制的整理剂注射器数量与热压熨烫定型整理型母压辊表面每一排列中具有半球形微凸形貌的凸起部51位的间隙数量、热压熨烫定型整理型子压辊表面每一排列中具有半球形微凹形貌的凹入部位数量相一致。

制备时，首先选择进行表观形貌修饰定型的织物材质为为纯棉、粘胶、天丝、苎麻、莫代尔等天然纤维织物或涤纶、丙纶、腈纶、锦纶等化学纤维织物或聚酰亚胺、芳纶、超高强聚乙烯等高性能纤维或其上述纤维所制备的混合织物任意一种，进行表观形貌修饰定型织物的类型为机织织物、针织织物或复合织物等任意一种，然后将织物裁剪成20-500cm宽的条状连续喂入热压熨烫定型整理中进行热压熨烫整理工序，其中热压熨烫定型整理母压辊5和热压熨烫定型整理子压辊4结合的线压力为0.5×10

具体实施例

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。

实施例1

第一步：将所选机织涤纶织物裁剪成宽为3m的卷装，并将其输送至热压熨烫整理装置；

第二步，经转移后输送至热压熨烫整理装置，热压熨烫整理装置装置中的热压熨烫整理装置母压辊上微凸结构单元为半球形，其底面半球形半径R为1.0mm，突起高度h为0.8mm，半球形微凸形貌单元间距l为1.5mm，热压熨烫整理装置子压辊上半球形微凹结构单元与热定型母压辊上半球形微凸结构单元相契合，同为半球形，其底面半径R为1.0mm，突起高度h为0.8mm，半球形微凸形貌单元间距l为1.5mm，并在140℃温度、啮合线压力为2.0×10

第三步：将第二步表观形貌进行修饰定型和亲水、憎水处理得到的具有三维阵列微凸结构且微凸部位具备亲水功能、平整部位具备憎水功能的涤纶织物向卷绕装置输送，途径冷却装置对具有三维阵列微凸结构且微凸部位具备亲水功能、平整部位具备憎水功能的涤纶织物进行表观形貌塑性定型，即得可在展开铺平后复原三维阵列微凸结构且微凸部位具备亲水功能、平整部位具备憎水功能的涤纶织物，最后进行卷装。

实施例2

第一步：将所选针织纯棉织物裁剪成宽为1m的卷装，并将其输送至热压熨烫整理装置；

第二步，经转移后输送至热压熨烫整理装置，热压熨烫整理装置装置中的热压熨烫整理装置母压辊上微凸结构单元为半球形，其底面半球形半径R为0.6mm，突起高度h为0.8mm，半球形微凸形貌单元间距l为0.5mm，热压熨烫整理装置子压辊上半球形微凹结构单元与热定型母压辊上半球形微凸结构单元相契合，同为半球形，其底面半径R为1mm，突起高度h为1mm，半球形微凸形貌单元间距l为1mm，并在160℃温度、啮合线压力为3.0×10

第三步：将第二步表观形貌进行修饰定型和亲水、憎水处理得到的具有三维阵列微凸结构且微凸部位具备亲水功能、平整部位具备憎水功能的纯棉织物向卷绕装置输送，途径冷却装置对具有三维阵列微凸结构且微凸部位具备亲水功能、平整部位具备憎水功能的纯棉织物进行表观形貌塑性定型，即得可在展开铺平后复原三维阵列微凸结构且微凸部位具备亲水功能、平整部位具备憎水功能的纯棉织物，最后进行卷装。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。