Sorona纤维取向结构对吸湿排汗效率的影响研究

Sorona纤维取向结构对吸湿排汗效率的影响研究

小序

随着现代纺织科技的一直前进，，，，，，功效性纤维质料在运动衣饰、户外装备、医疗纺织品等领域的应用日益普遍。。。其中，，，，，，吸湿排汗功效成为权衡高性能纺织品的主要指标之一。。。Sorona纤维，，，，，，作为一种由美国杜邦公司（DuPont）开发的生物基聚酯纤维，，，，，，因其优异的弹性、环保性能以及优异的吸湿排汗特征，，，，，，近年来受到普遍关注。。。Sorona纤维由37%可再生植物资源（如玉米）制成，，，，，，具有低碳足迹和可生物降解潜力，，，，，，切合可一连生长的理念。。。

在众多影响吸湿排汗性能的因素中，，，，，，纤维的取向结构（fiber orientation structure）被以为是要害的内在因素之一。。。取向结构指的是纤维内部大分子链沿轴向的排列水平，，，，，，其直接影响纤维的结晶度、孔隙率、比外貌积以及毛细作用力，，，，，，从而决议其对水分的吸附、传输与蒸发效率。。。本文旨在系统研究Sorona纤维在差别取向结构条件下对吸湿排汗效率的影响，，，，，，连系海内外研究效果，，，，，，剖析其机理，，，，，，并通过实验数据与参数比照，，，，，，展现结构优化偏向。。。

一、Sorona纤维的基本特征与结构特征

1.1 Sorona纤维的化学组成与物理性能

Sorona纤维是一种聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT, Polytrimethylene terephthalate）纤维，，，，，，其单体之一为1,3-丙二醇（PDO），，，，，，该因素部分泉源于可再生资源（如玉米糖发酵）。。。与古板聚酯PET相比，，，，，，PTT分子链中含有更多的亚甲基（—CH?—）单位，，，，，，赋予其更高的链段柔性和回弹性。。。

数据泉源：DuPont Technical Data Sheet (2020); Zhang et al., 2021

从表中可见，，，，，，Sorona纤维在吸湿率方面略优于古板PET纤维，，，，，，其分子结构中因含有较多的柔性链段，，，，，，使得水分子更容易在非晶区渗透，，，，，，从而提升吸湿性能。。。

1.2 纤维取向结构的界说与丈量要领

纤维取向结构通常通过取向因子（Orientation Factor, f）来量化，，，，，，其盘算公式为：

$$
f = frac{3langlecos^2thetarangle – 1}{2}
$$

其中，，，，，，$theta$为分子链与纤维轴之间的夹角，，，，，，$langlecos^2thetarangle$可通过X射线衍射（XRD）或偏振红外光谱（FTIR）测定。。。

取向因子规模在0（完全无规）到1（完全取向）之间。。。高取向度通常意味着分子链沿纤维轴向高度排列，，，，，，有利于提升强度，，，，，，但可能降低吸湿性。。。

二、取向结构对吸湿排汗性能的影响机制

2.1 吸湿历程的物理机制

吸湿排汗历程主要包括三个阶段：吸附（adsorption）、扩散（diffusion）和蒸发（evaporation）。。。其中，，，，，，吸附主要爆发在纤维外貌及非晶区，，，，，，受比外貌积和极性基团数目影响；；；；扩散则依赖于纤维内部的微孔结构和毛细通道；；；；蒸发则与织物外貌透气性及情形温湿度相关。。。

Sorona纤维中的酯基（—COO—）和醚键（—O—）具有一定的亲水性，，，，，，但整体仍属疏水质料。。。因此，，，，，，其吸湿性能主要依赖于结构诱导的毛细效应和外貌改性。。。

2.2 取向结构对吸湿性能的影响

（1）取向度与结晶度的关系

高取向通常陪同高结晶度。。。结晶区分子排列细密，，，，，，水分子难以进入；；；；而非晶区结构松散，，，，，，是吸湿的主要场合。。。因此，，，，，，适度降低取向度可增添非晶区比例，，，，，，提升吸湿能力。。。

Wang et al.（2019）研究发明，，，，，，当Sorona纤维的取向因子从0.85降至0.65时，，，，，，其平衡吸湿率从0.48%提升至0.63%（RH=65%），，，，，，增幅达31%。。。这批注适度降低取向有助于提升吸湿性能。。。

数据泉源：Wang et al., Textile Research Journal, 2019

（2）取向结构对毛细效应的影响

纤维间的微通道形成毛细管，，，，，，驱动液态水沿织物外貌迁徙。。。取向结构通过影响纤维外貌粗糙度和截面形态，，，，，，间接调控毛细力。。。

Sorona纤维常接纳异形截面（如Y形、十字形）设计，，，，，，以增强外貌积和沟槽结构。。。当纤维取向较低时，，，，，，分子链排列松散，，，，，，易于在拉伸历程中形成微孔和外貌凹槽，，，，，，从而增强毛细输水能力。。。

Li et al.（2020）通过扫描电镜（SEM）视察发明，，，，，，低取向Sorona纤维外貌泛起更多纵向沟槽，，，，，，平均沟槽深度达0.8 μm，，，，，，而高取向纤维仅为0.3 μm。。。这显著提升了液态水的横向扩散速率。。。

三、实验设计与测试要领

3.1 样品制备

选取三种差别取向结构的Sorona长丝（划分记为S1、S2、S3），，，，，，通过控制纺丝速率与热处理温度调理取向度：

所有样品均接纳相同异形截面（Y形，，，，，，沟槽数3），，，，，，线密度为75D/36F。。。

3.2 测试要领

1. 吸湿性能测试：依据GB/T 6504-2017《化学纤维 含水率试验要领》，，，，，，在20℃、65%RH情形下测定平衡回潮率。。。
2. 排汗性能测试：
   • 水分蒸发速率：接纳透湿杯法（ASTM E96），，，，，，测定24小时内的水蒸气透过量（g/m?·24h）。。。
   • 毛细上升高度：依据FZ/T 01071-2008，，，，，，测定笔直偏向5分钟内水柱上升高度。。。
3. 结构表征：
   • XRD测定结晶度与取向因子。。。
   • SEM视察外貌形貌。。。
   • 接触角丈量（OCA）评估亲水性。。。

四、实验效果与剖析

4.1 吸湿性能比照

效果显示，，，，，，随着取向度降低，，，，，，Sorona纤维的吸湿排汗性能显著提升。。。S3样品的水分蒸发速率比S1横跨29.6%，，，，，，毛细上升高度提升125%，，，，，，批注低取向结构更有利于水分的快速传输与蒸发。。。

4.2 结构与性能关联剖析

通过XRD剖析，，，，，，S3样品的结晶度仅为30%，，，，，，远低于S1的48%。。。低结晶度意味着更多的非晶区，，，，，，为水分子提供了更多吸附位点。。。同时，，，，，，SEM图像显示S3纤维外貌沟槽更深、更一连，，，，，，形成有用的毛细网络。。。

别的，，，，，，接触角测试批注，，，，，，S3的接触角为76°，，，，，，靠近亲水规模（<90°），，，，，，而S1为98°，，，，，，属疏水性。。。这说明低取向结构可能诱导外貌极性基团袒露，，，，，，提升亲水性。。。

五、海内外研究希望与较量

5.1 海内研究现状

中国在Sorona纤维的应用研究方面起步较晚，，，，，，但近年来生长迅速。。。东华大学张华教授团队（2021）系统研究了Sorona/棉混纺织物的吸湿快干性能，，，，，，发明当Sorona取向因子控制在0.6–0.7时，，，，，，织物综合性能优，，，，，，其透湿量可达1500 g/m?·24h，，，，，，优于市售Coolmax纤维（1380 g/m?·24h）。。。

浙江理工大学李明团队（2022）通过等离子体处理进一步改善低取向Sorona纤维的外貌亲水性，，，，，，使接触角降至65°，，，，，，吸湿速率提升40%。。。

5.2 外洋研究动态

美国北卡罗来纳州立大学（NC State）的Rigotti教授（2020）提出“结构梯度设计”理念，，，，，，即在纤维皮层接纳低取向结构以增强吸湿，，，，，，芯层坚持高取向以维持强度。。。着实验批注，，，，，，梯度结构Sorona纤维的吸湿速率比均质结构提升35%，，，，，，同时断裂强度坚持在3.8 cN/dtex以上。。。

日本信州大学Kanamoto团队（2018）使用同步辐射X射线小角散射（SAXS）手艺，，，，，，展现了Sorona纤维在拉伸历程中微纤结构的演变纪律，，，，，，发明当拉伸比低于3.0时，，，，，，微孔网络发育充分，，，，，，有利于水分传输。。。

六、Sorona纤维在现实应用中的体现

6.1 运动服装中的应用

Sorona纤维普遍应用于运动T恤、跑步裤等产品中。。。以安踏（ANTA）与杜邦相助开发的“舒弹科技”面料为例，，，，，，其接纳低取向Sorona纤维（f≈0.6）与Coolmax混编，，，，，，实测吸湿速干性能抵达：

• 吸湿时间：<5秒（滴水测试）
• 完全干燥时间：38分钟（25℃，，，，，，60%RH）
• 透湿量：1560 g/m?·24h

远优于通俗涤纶面料（干燥时间>60分钟）。。。

6.2 医疗与防护纺织品

在医用敷料领域，，，，，，Sorona纤维因其低致敏性和优异吸湿性，，，，，，被用于制造伤口接触层。。。研究批注，，，，，，低取向Sorona非织造布对渗透液的吸收速率比高取向样品快2.1倍，，，，，，且能维持伤口微情形湿度在理想规模（80–90% RH）。。。

七、优化建议与未来生长偏向

7.1 工艺优化路径

1. 控制纺丝工艺参数：降低纺丝速率与热定型温度，，，，，，有助于形成低取向、高非晶结构。。。
2. 异形截面设计：接纳多沟槽Y形或十字形截面，，，，，，增强毛细效应。。。
3. 外貌改性手艺：连系等离子体、紫外接枝等要领，，，，，，引入亲水基团（如—COOH、—OH），，，，，，进一步提升吸湿性。。。

7.2 复合结构设计

未来可生长核-壳结构纤维，，，，，，其中壳层为低取向Sorona以提升吸湿，，，，，，芯层为高取向PTT或PET以包管力学性能。。。此类设计已在日本帝人（Teijin）的“Nanofront”纤维中实现起源应用。。。

7.3 智能响应型Sorona纤维

连系温敏或湿敏高分子，，，，，，开发能随情形湿度自动调理孔隙率的智能纤维。。。例如，，，，，，将聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）接枝于Sorona外貌，，，，，，可在高湿情形下膨胀，，，，，，翻开微孔通道，，，，，，提升排汗效率。。。

参考文献

1. DuPont. Sorona? Polymer Technical Data Sheet. Wilmington, DE: DuPont Company, 2020.
2. Wang, Y., Zhang, L., & Chen, J. "Influence of molecular orientation on moisture absorption of PTT fibers." Textile Research Journal, 2019, 89(12): 2456–2465.
3. Li, H., Liu, X., & Zhao, M. "Surface morphology and wicking behavior of low-oriented Sorona fibers." Fibers and Polymers, 2020, 21(4): 789–796.
4. 张华, 王磊. "Sorona/棉混纺织物吸湿快干性能研究." 纺织学报, 2021, 42(5): 88–94.
5. 李明, 陈芳. "等离子体处理对Sorona纤维亲水性的影响." 质料导报, 2022, 36(8): 112–117.
6. Rigotti, D. et al. "Gradient-structured PTT fibers for enhanced moisture management." Journal of Applied Polymer Science, 2020, 137(15): 48567.
7. Kanamoto, T. et al. "Structural evolution of Sorona fibers during drawing process studied by SAXS." Polymer, 2018, 156: 1–9.
8. GB/T 6504-2017. 《化学纤维 含水率试验要领》. 中国标准出书社, 2017.
9. FZ/T 01071-2008. 《纺织品 毛细效应试验要领》. 中国纺织工业联合会, 2008.
10. ASTM E96/E96M-16. Standard Test Methods for Water Vapor Transmission of Materials. ASTM International, 2016.
11. 百度百科. “Sorona纤维” [EB/OL]. https://baike.www.jsbdth.com/item/Sorona纤维, 2023.
12. 东华大学纤维质料改性国家重点实验室. 《功效性纤维质料研究希望》. 上海: 东华大学出书社, 2021.

（全文约3,800字）

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