Sorona吸濕排汗麵料的結構設計與熱濕舒適性提升研究 一、引言 隨著人們對服裝功能性需求的不斷提升，吸濕排汗麵料作為功能性紡織品的重要組成部分，廣泛應用於運動服飾、戶外裝備及日常穿著中。吸濕排...
Sorona吸濕排汗麵料的結構設計與熱濕舒適性提升研究
一、引言
隨著人們對服裝功能性需求的不斷提升，吸濕排汗麵料作為功能性紡織品的重要組成部分，廣泛應用於運動服飾、戶外裝備及日常穿著中。吸濕排汗功能的核心在於通過纖維結構與織物設計，實現人體汗液的快速吸收與蒸發，從而維持皮膚表麵的幹爽與舒適。近年來，以生物基聚合物為原料的Sorona纖維因其環保性與優異性能，成為吸濕排汗麵料研發的熱點材料。
Sorona是由美國杜邦公司（DuPont）研發的一種部分生物基聚酯纖維，其原料中37%來源於可再生植物資源（如玉米），具有低碳排放、可降解等環保優勢。更重要的是，Sorona纖維在物理結構和化學特性上具備良好的吸濕排汗性能，結合合理的織物結構設計，可顯著提升服裝的熱濕舒適性。
本文將係統探討Sorona吸濕排汗麵料的結構設計原理、性能參數、熱濕傳遞機製，並結合國內外研究成果，分析其在提升穿著舒適性方麵的優勢與應用前景。
二、Sorona纖維的物理化學特性
2.1 基本組成與結構
Sorona纖維的化學名稱為聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT，Polytrimethylene terephthalate），其分子結構中含有較長的柔性鏈段（丙二醇單元），賦予其優異的彈性和回彈性。相比傳統的聚酯（PET）和聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT），PTT的分子鏈更柔軟，結晶速率適中，有利於纖維的加工與性能優化。
| 特性 | Sorona（PTT） | PET（聚酯） | PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯） |
|---|---|---|---|
| 單體來源 | 37%可再生植物糖 | 石油基 | 石油基 |
| 玻璃化轉變溫度（Tg） | 45–50°C | 67–81°C | 22–50°C |
| 熔點（Tm） | 228–235°C | 250–260°C | 223–225°C |
| 回彈性（50%伸長） | >90% | 70–80% | 80–85% |
| 吸濕率（標準大氣） | 0.4–0.6% | 0.3–0.4% | 0.3–0.5% |
| 生物基含量 | 37% | 0% | 0% |
數據來源：DuPont Sorona Technical Data Sheet, 2022
2.2 吸濕機製
盡管Sorona的吸濕率略高於傳統聚酯，但其吸濕能力仍低於天然纖維（如棉，吸濕率約8%）。然而，Sorona通過其獨特的纖維表麵微結構和分子極性，實現“吸濕快幹”的功能。其吸濕主要依賴於纖維表麵的微孔結構和分子鏈中的極性基團（如酯基），促進水分子吸附與擴散。
研究表明，Sorona纖維表麵具有較高的比表麵積和微細溝槽結構，有利於毛細作用的形成，從而加速汗液的橫向擴散（Zhang et al., 2020）。此外，其分子鏈中的柔性段增強了水分子在纖維內部的遷移能力，提升整體濕傳遞效率。
三、Sorona吸濕排汗麵料的結構設計
3.1 纖維截麵設計
纖維截麵形狀對吸濕排汗性能有顯著影響。Sorona可通過異形截麵紡絲技術（如十字形、Y形、W形）增強毛細效應，提升導濕能力。
| 截麵類型 | 毛細力（Pa） | 導濕速率（mm/min） | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 圓形截麵 | 120–150 | 18–22 | 常規服裝 |
| Y形截麵 | 210–240 | 35–40 | 運動服、內衣 |
| W形截麵 | 260–300 | 45–50 | 高強度運動裝備 |
| 十字形截麵 | 230–270 | 40–45 | 戶外功能服 |
數據來源：Wang et al., "Capillary Effect of Cross-Sectional Fibers in Moisture Wicking Fabrics", Textile Research Journal, 2019
Y形與W形截麵因具有更多棱角和溝槽，顯著增強了纖維間的毛細通道，促進汗液從皮膚向織物外層遷移。杜邦公司開發的Sorona® ECO02係列即采用Y形截麵設計，實測導濕速率較普通圓形截麵提升約60%。
3.2 織物組織結構優化
織物組織直接影響孔隙率、透氣性與導濕路徑。常見的吸濕排汗織物組織包括平紋、斜紋、緞紋及雙層結構。
| 織物組織 | 孔隙率（%） | 透氣率（mm/s） | 蒸發速率（g/m²·h） | 適用性 |
|---|---|---|---|---|
| 平紋 | 38–42 | 120–150 | 280–320 | 日常穿著 |
| 斜紋 | 42–46 | 160–190 | 330–370 | 運動休閑 |
| 緞紋 | 46–50 | 180–220 | 360–400 | 高端運動服 |
| 雙層結構（裏層疏水，外層親水） | 50–58 | 200–250 | 420–480 | 專業運動裝備 |
數據來源：Li & Chen, "Structure-Property Relationship of Moisture-Wicking Knitted Fabrics", Journal of Textile Science & Engineering, 2021
雙層結構是提升熱濕舒適性的關鍵設計。內層采用疏水性Sorona纖維，快速將汗液從皮膚剝離；外層采用親水改性Sorona或與棉混紡，促進水分蒸發。該結構模擬“泵效應”，實現單向導濕。
3.3 混紡與複合技術
為彌補Sorona吸濕率相對較低的不足，常采用混紡或複合技術提升整體性能。
| 混紡組合 | 混紡比例 | 吸濕率（%） | 導濕時間（s） | 舒適性評分（1–10） |
|---|---|---|---|---|
| Sorona/棉（60/40） | 60:40 | 1.8 | 18 | 8.2 |
| Sorona/莫代爾（70/30） | 70:30 | 2.1 | 15 | 8.6 |
| Sorona/尼龍66（80/20） | 80:20 | 0.9 | 12 | 7.8 |
| Sorona/聚乳酸（PLA）（50/50） | 50:50 | 1.5 | 20 | 8.0 |
數據來源：Zhou et al., "Hygroscopic and Comfort Properties of Sorona Blended Knitted Fabrics", Fibers and Polymers, 2022
其中，Sorona與莫代爾混紡效果佳，莫代爾具有高吸濕性（吸濕率約12%）和柔軟手感，與Sorona的快幹特性互補，顯著提升整體熱濕舒適性。
四、熱濕舒適性評價體係
熱濕舒適性是指織物在動態熱濕環境下維持人體熱平衡與皮膚幹爽的能力，通常通過以下指標進行量化評估。
4.1 主要評價指標
| 指標 | 定義 | 測試標準 | 儀器 |
|---|---|---|---|
| 吸濕速率 | 單位時間內織物吸收水分的速度 | AATCC 79 | 滴水法測試儀 |
| 導濕半徑 | 水分在織物平麵擴散的大半徑 | ISO 13030 | 導濕測試儀 |
| 透濕量（WVT） | 水蒸氣透過織物的速率 | ASTM E96 | 透濕杯法 |
| 透氣性 | 空氣透過織物的速率 | ISO 9237 | Shirley透氣儀 |
| 熱阻（Rct） | 織物阻止熱量傳遞的能力 | ISO 11092 | 暖體假人係統 |
| 濕阻（Ret） | 織物阻止水蒸氣傳遞的能力 | ISO 11092 | 暖體假人係統 |
低熱阻與低濕阻是高熱濕舒適性的關鍵。研究表明，Sorona雙層麵料的平均濕阻為0.18 m²·Pa/W，顯著低於普通滌綸麵料的0.25 m²·Pa/W（Liu et al., 2021）。
4.2 實際穿著測試
通過人體工效學實驗，對Sorona吸濕排汗麵料進行實際穿著評估。實驗選取30名健康成年誌願者，在30°C、65%RH環境下進行60分鍾中等強度運動（跑步機速度6 km/h），監測皮膚濕度、體表溫度及主觀舒適度。
| 指標 | Sorona雙層麵料 | 普通滌綸麵料 | 棉織物 |
|---|---|---|---|
| 皮膚濕度變化（%RH） | +12.3 | +28.7 | +35.2 |
| 體表溫度變化（°C） | +1.8 | +2.9 | +3.1 |
| 主觀幹爽感評分（1–5） | 4.3 | 2.8 | 3.0 |
| 排汗效率（%） | 88.5 | 62.3 | 58.7 |
數據來源：Chen et al., "Wearing Comfort evalsuation of Sorona-Based Sportswear", International Journal of Clothing Science and Technology, 2023
結果顯示，Sorona麵料在控製皮膚濕度和維持體溫穩定方麵表現優異，排汗效率接近90%，顯著優於傳統材料。
五、表麵改性與功能整理技術
為進一步提升Sorona的吸濕排汗性能，常采用表麵改性與功能整理技術。
5.1 親水化處理
通過等離子體處理、堿減量或接枝親水基團（如聚乙二醇、丙烯酸），可在Sorona表麵引入羥基、羧基等極性基團，增強其親水性。
| 處理方式 | 接觸角（°） | 吸濕率提升（%） | 耐久性（次水洗） |
|---|---|---|---|
| 未處理 | 85–90 | 基準 | — |
| 等離子體處理 | 45–50 | +40% | 10–15次 |
| 堿減量處理 | 50–55 | +35% | 20次 |
| 丙烯酸接枝 | 35–40 | +60% | 30次 |
數據來源：Kim & Park, "Surface Modification of PTT Fibers for Enhanced Moisture Management", Surface and Coatings Technology, 2020
丙烯酸接枝改性效果佳，但成本較高；堿減量處理在工業中應用廣泛，兼具成本與耐久性優勢。
5.2 納米功能整理
引入二氧化矽（SiO₂）、氧化鋅（ZnO）或碳納米管等納米材料，可提升織物的導濕、抗菌與遠紅外輻射性能。
| 納米材料 | 功能 | 導濕提升（%） | 抗菌率（%） |
|---|---|---|---|
| SiO₂納米顆粒 | 增加表麵粗糙度，增強毛細力 | +25% | — |
| ZnO納米棒 | 抗菌、抗紫外 | +18% | >99%（大腸杆菌） |
| 碳納米管 | 提升導熱與導濕 | +30% | — |
數據來源：Yang et al., "Nano-Functionalized Sorona Fabrics for Multifunctional Sportswear", Nanomaterials, 2021
複合納米整理可實現多功能集成，如Sorona/ZnO複合麵料兼具吸濕排汗與抗菌性能，適用於貼身運動內衣。
六、國內外研究進展與應用案例
6.1 國內研究動態
中國紡織科學研究院、東華大學、浙江理工大學等機構在Sorona功能麵料開發方麵取得顯著進展。東華大學團隊通過優化雙層針織結構，開發出Sorona/莫代爾雙層麵料，其導濕半徑達18.5 mm（30分鍾內），濕阻降低至0.16 m²·Pa/W，達到國際先進水平（Wu et al., 2022）。
李等（2021）研究了Sorona與再生纖維素纖維混紡紗的紡紗工藝，發現采用緊密紡技術可提升紗線條幹均勻度與織物表麵光潔度，減少摩擦不適感。
6.2 國際應用案例
杜邦公司與Adidas、The North Face等品牌合作，推出多款基於Sorona的功能服裝。Adidas的“Climachill”係列運動服采用Sorona雙層結構，結合礦物降溫技術，實測體感溫度降低2–3°C（DuPont Case Study, 2021）。
日本帝人（Teijin）開發的Sorona基生物聚酯麵料已應用於優衣庫（UNIQLO）的“Dry-EX”係列，主打“快幹+環保”概念，市場反饋良好。
七、環境與可持續性分析
Sorona的生物基特性使其在可持續紡織領域具有顯著優勢。生命周期評估（LCA）顯示，相比傳統PET，Sorona生產過程減少約37%的能源消耗與63%的溫室氣體排放（DuPont LCA Report, 2020）。
| 指標 | Sorona | PET |
|---|---|---|
| 原料來源 | 37%可再生 | 100%石油基 |
| CO₂排放（kg/kg纖維） | 3.8 | 10.2 |
| 能源消耗（MJ/kg） | 68 | 108 |
| 可回收性 | 可化學回收 | 可物理回收 |
此外，Sorona纖維在特定條件下可實現生物降解，符合歐盟EN 13432標準，適用於可降解紡織品開發。
參考文獻
- DuPont. (2022). Sorona® Polymer Technical Data Sheet. Wilmington, DE: DuPont Performance Materials.
- Zhang, Y., Wang, X., & Li, J. (2020). "Moisture Wicking Mechanism of PTT Fibers with Different Cross-Sections." Textile Research Journal, 90(5), 512–521.
- Wang, L., Chen, H., & Liu, Y. (2019). "Capillary Effect of Cross-Sectional Fibers in Moisture Wicking Fabrics." Textile Research Journal, 89(14), 2876–2885.
- Li, M., & Chen, K. (2021). "Structure-Property Relationship of Moisture-Wicking Knitted Fabrics." Journal of Textile Science & Engineering, 11(3), 1000521.
- Zhou, F., Yang, R., & Zhang, Q. (2022). "Hygroscopic and Comfort Properties of Sorona Blended Knitted Fabrics." Fibers and Polymers, 23(4), 789–797.
- Liu, S., Wu, D., & Huang, T. (2021). "Thermal and Moisture Comfort of Sorona-Based Sportswear." Textile Bioengineering and Informatics Symposium Proceedings, 13, 45–50.
- Chen, X., Zhao, Y., & Li, W. (2023). "Wearing Comfort evalsuation of Sorona-Based Sportswear." International Journal of Clothing Science and Technology, 35(2), 210–225.
- Kim, J., & Park, S. (2020). "Surface Modification of PTT Fibers for Enhanced Moisture Management." Surface and Coatings Technology, 384, 125301.
- Yang, Z., Liu, H., & Wang, P. (2021). "Nano-Functionalized Sorona Fabrics for Multifunctional Sportswear." Nanomaterials, 11(6), 1456.
- Wu, J., Li, Y., & Zhang, L. (2022). "Development of High-Performance Sorona/Modal Knitted Fabrics." China Textile Leader, 41(8), 56–60.
- DuPont. (2021). Sorona in Action: Adidas Climachill Case Study. DuPont Sustainability Report.
- 國家標準 GB/T 32617-2016《紡織品 吸濕速幹性的評定》. 中國標準出版社.
- ISO 11092:1993 Textiles — Physiological effects — Measurement of thermal and water-vapour resistance under steady-state conditions (sweating guarded-hotplate test).
- AATCC Test Method 79-2018 Absorbency of Textiles. American Association of Textile Chemists and Colorists.
