湿度と熱の快適性は衣服の快適性の重要な側面であるとともに、健康と快適な生活という新しい概念を反映する重要な指標です。この記事では、湿気と熱の快適性に関連する吸湿性と速乾性の繊維の現在の開発を紹介し、機能性繊維の開発の基礎を提供する湿気と熱の快適性生地の加工方法の分析に焦点を当てます。
吸湿速乾繊維の研究開発は、主に物理的修飾と化学的修飾の2つのアプローチによって行われます。物理的修飾とは、紡糸口金の穴の形状を変更して表面に溝のある繊維を紡糸し、毛細管原理を利用して繊維が湿気を迅速に輸送、拡散、蒸発できるようにし、皮膚の表面から汗と水分を迅速に除去して外側に蒸発させることを指します。あるいは、親水基 (ヒドロキシル、アミド、カルボキシル、アミノ基など) を含むポリマーとブレンド紡糸または複合紡糸法を使用して、吸湿性と速乾性の特性を備えた繊維を製造することもできます。化学修飾には、グラフト共重合法を使用して高分子構造に親水基を導入し、それによって繊維の吸湿性と速乾性を高めます。
物理的改質には、口金の穴形状の変更、原料の複合紡糸、二成分複合紡糸の3つの方法があります。
デュポンは高湿潤 4 溝ポリエステル クールマックス ファイバーを開発しました。日本の東洋紡は、繊維表面に3つの吸湿溝を形成するY字断面ポリエステル「トリアコトル」を開発しました。 Far East New Century Corporation は、Topcool 吸湿速乾繊維を開発しました。広東珠江金芳グループは、繊維の断面形状を変更することで吸湿発散性ポリエステルフィラメントを作成し、表面積の増加と毛細管効果により吸湿性能を大幅に向上させました。 Jiangsu Yizheng Chemical Fiber Co., Ltd. は、「H」型の断面を持つ Coolbest 繊維を製造しました。台湾の中興紡織有限公司は、Y字型と十字型の「クールプラス」繊維を生産した。台湾ヒーローはW型テクノファイン繊維を開発しました。 Donghua Haotian Company は CoolDry を生産しました。順徳金芳グループは、東華大学と協力して、「+」型断面を持つ Coolnice 吸湿発散性ポリエステル繊維を開発しました。
ポリエステルやその他の親水性ポリマーを二軸スクリュー法で複合紡糸し、スキンコア複合構造を備えた新しいタイプの吸湿性・吸汗性繊維を研究しています。これにより吸水性と外観が向上し、親水性素材がコア層、従来のポリエステルがスキン層として機能し、それぞれの成分が親水性の吸湿性と放湿性の役割を果たします。日本のユニチカは、スキンコア複合構造を特徴とする新しい高吸放湿繊維「HYGRA」を開発した。スキン層は従来のナイロンで構成されており、濡れたときの滑らかな感触と綿繊維に比べて優れた吸湿性と放湿性を備えています。日本のクラレは、複合紡糸法を使用して、外層が親水基（-OH）を持ち、コア層がポリエステルであるソフィスタ繊維を開発しました。
グラフト共重合法により化学修飾を行い、高分子構造内に親水基を導入し、吸湿性や吸汗性の機能を高めます。通常、水との親和性を高めるために、カルボキシル基、アミド基、ヒドロキシル基、アミノ基などの親水基が導入されます。繊維が多孔質構造になり比表面積が大きくなるようにするには、原料の改質に加えて、適切な紡糸プロセスも採用する必要があります。
日本の東洋紡は、ポリエステル混紡紡糸にポリアクリル酸パウダーを配合することで吸湿・吸汗機能を実現し、吸湿・放熱によりポリエステル生地の吸水率を向上させる通気性ポリエステル生地「エクスライブ」を開発した。小松精練はポリエステル繊維にシルク化合物をグラフトして吸湿性、吸汗性に優れたポリエステルを製造しました。 Xu Biら。疎水性を付与するためにトリメチルシランと反応させる前に、綿生地をナノシリカで処理しました。 Eef Temmerman は、低温プラズマ放電処理を使用して綿糸の毛細管効果を改善しました。スン・チョン・チョら。は、低温プラズマ技術を使用して綿生地にヘキサメチルジシロキサンをグラフトし、撥水性を高めました。
現在、国内外で一般的な吸湿速乾糸は、単純糸と複合糸の2種類に大きく分類できます。単純な糸は、繊維の種類に基づいて短繊維糸とフィラメント糸にさらに分類できます。
加工方法には、多繊維の混紡、撚り加工、特殊仕上げなどがあります。優れた吸湿発散性と速乾性を備えた糸を開発して利用することは、吸湿性、速乾性、冷却性に優れた生地を作成するための重要なアプローチです。
(1) 混紡糸
一般に、吸湿発散性繊維は単一の機能特性を備えているため、吸湿、発散、放出のバランスを同時に保つことが難しく、生地の吸湿性と速乾性の性能が制限されます。したがって、吸湿性繊維と吸湿発散性繊維をブレンドすることは、生地の乾燥性と快適性を高めるための簡単かつ効果的な方法です。
(2) 撚糸
吸放湿機能の異なる単糸やフィラメントを撚糸に加工することができます。吸湿性のある綿単糸と吸湿性のあるクールマックスフィラメントを組み合わせることで、吸湿性、吸汗性、速乾性を備えた糸が得られます。
(3) 多層構造複合糸
さまざまな繊維の形状や種類と高度な紡績技術を使用して、糸を多層構造分布で設計することができ、さまざまなコンポーネントの性能を促進して吸湿性と速乾性の目標を達成できます。
吸湿発散性生地は、生地の吸湿性、移動性、放湿性を変えるための構造設計や繊維の変更によって開発され、吸水性と速乾性の両方の機能を備えています。現在、一般的な吸湿速乾生地には編物と織物があり、その構造により単層、二層、多層に分類されます。
後加工技術の急速な発展により、さまざまな機能性生地が登場しました。吸湿速乾加工は、湿気の多い環境下での快適さの要求に応えて開発され、発汗時の不快感や湿気などの問題に対処するために生地の透湿能力を向上させることを目的としています。
(1) 単層の一方向吸湿発散性生地
初期の研究開発では、主に単層の生地に焦点が当てられていました。通常は、吸湿性と速乾性に優れた繊維で作られた純糸または混紡糸で織られています。近年、加工技術の進歩により、一方向への吸湿発散性を備えた生地が開発されています。一方向吸湿発散性生地は、表側と裏側、または内層と外層で異なる吸放湿特性を持っています。生地が肌上の汗と接触すると、非常に方向性のある方法で湿気が発散されます。汗は肌側から外表面に継続的に運ばれて蒸発し、肌をドライで快適に保ちます。これにより、生地の湿度快適性が大幅に向上し、一方向吸湿発散性生地は、理論的には、両面に同じ親水性と疎水性の特性を持つ生地と比較して、吸湿性と速乾性が向上します。
王南芳ら。純綿ニット生地にペーストポイントプリント法による一方向疎水加工を施し、強力な洗濯耐性を実現。未処理の生地と比較すると、通気性が約10％低下し、毛髪効果が5〜7％低下します。ウー・ジホンら。糸を疎水化処理し、製織・染色して吸湿発散性ニット生地を作成していましたが、疎水化処理の工程が複雑で、生地の染色時の染色ムラや加工コストの高さが課題でした。ウー・イェファンら。綿生地を片面加工することで吸湿速乾効果を実現しましたが、コーティング生地では通気性が悪くなり、着用性能に影響を及ぼしました。何天紅ら。片面仕上げ技術を使用した両面吸湿速乾ピュアコットンニット生地を開発しました。
(2) 二層または多層の一方向吸湿発散性生地
自然に回帰したいという消費者の嗜好の影響を受けて、人々は綿繊維の使用にさらに注目しています。しかし、綿繊維の湿潤膨張特性により、生地の隙間が詰まり、身体と外部環境の間の熱と湿度の交換が妨げられる場合があります。綿の吸湿プロセスは熱を放出することもあります。吸湿が飽和に達すると熱の放出は止まりますが、生地内の水分の蒸発プロセスによって皮膚から熱が吸収され、最初は熱く感じられ、その後湿った感じになるという不快感が生じます。近年、二層または多層構造の生地の開発により、一方向の吸湿発散性生地の開発の基礎が築かれました。これらの生地は通常、内層に疎水性合成繊維を使用しており、主に 4 つのタイプで構造化できます。
疎水性繊維を含む内層と親水性繊維を含む外層
これらの生地の内層は一般に合成繊維で作られ、外層は天然繊維が使用されます。内層は肌と点接触し、蒸気の汗は天然繊維に吸収され、液状の汗は内部の合成繊維の毛細管現象により外層に伝わり、外層の吸収性繊維に吸収され、外部環境に蒸発するのが特徴です。生地が点で肌に接触するため、内側はドライな状態を保ち、形成される空気層が暖かさをもたらし、汗をかいた後のベタつきや通気性の悪さ、冷えを防ぎます。
広く使用されている例としては、綿とポリエステルの複合編物が挙げられます。綿ポリエステル複合生地の基糸には疎水性ポリエステルフィラメントを使用し、表面糸には親水性綿糸を使用しており、親水化処理を施すことにより、水分を素早く吸収し、生地表層へ素早く拡散する特性を持っています。王暁ら。外層に綿繊維を使用し、内層に中空ポリエステルを使用した生地は、両方の層が綿繊維で作られた生地よりも優れた保温性と乾燥性を備えていることを発見しました。さらに、これらの生地は、親水性の特性を備えた通常の糸のみから作られた生地よりも大幅に優れた吸湿発散性と速乾性効果を示しました。表層の疎水性繊維の含有率が30%に達すると、最も優れた吸湿性と乾燥性が得られます。
外層と内層に異なる仕様の合成繊維を使用
合成繊維を原料とし、内外層に疎水性繊維の仕様や種類を変えた生地です。その吸水メカニズムは天然繊維とは明らかに異なり、内層と外層によって生じる毛細管効果の違いによって一方向に湿気を発散させます。この現象はシダー効果としても知られています。一般に、外層は細い繊維で構成され、内層は粗い繊維で構成されます。外層の繊維から作られた毛細管によって生成される圧力は内層からの圧力よりも大きいため、外層と内層の間にさらなる圧力差が存在し、内層から生地の表面への汗の移動が促進され、汗は外層を通って環境中に蒸発し、内層の相対的な乾燥と身体の快適な感触を維持します。東レ（株）の多層編地「エアファイン フィールドセンサー」はその代表的な構造で、身体からの汗を素早く吸収して内層から表層まで拡散させる機能があり、フィールドセンサーなどの吸汗編地と比べて2倍の吸湿・速乾性を備えています。スポーツウェア、医療用ヘルスケアウェア、作業服などによく使われています。
ランプの芯のような吸収点を持つ複合構造ファブリック
この生地は、高い透湿率を備えた新しい複合層ニット生地構造を表しています。これは、疎水性透過層 (内層) と吸収層 (外層) の 2 つの層で構成されており、これらの層は多くの点で相互接続されており、これらの接続はランプ芯構造に配置された糸で構成され、所定のパターンに従って布地内に分布されています。これらの接続点には親水性繊維 (綿繊維など) が含まれており、生地の内層と外層を橋渡しします。
チェコの Bnro ニット研究所は、日本の V-LEC4BS コンピュータジャカード両面横編み技術を利用して、さまざまなナチュラルカラーのコットンランプ芯ポイント構造生地と従来の空気層構造生地を開発しました。 Hou Qiupingらが開発した両面生地。内層にはポリエステルとポリエステルと綿の混紡糸を使用し、外層には茶色の綿を使用し、ランプ芯の密度分布は生地面積の 50%、25%、12.5% に設計されています。テスト結果は、内層と外層の原材料が同じである場合、ランプ芯点の密度が小さいほど吸湿性能が向上することを示しました。 Gu Zhaowenら。 H型断面吸湿速乾ポリエステル繊維と着色綿繊維を利用した高透過率ランプウィックポイント構造吸湿速乾ニット生地を設計し、親水処理が生地性能に及ぼす影響を調査しました。結果は、布地の内層と外層の原材料が同一の場合、灯芯点の密度を減らすと布地の透過性と乾燥性能が向上することを実証しました。しかし、親水化処理を施すと透過性が低下し、吸水速乾性も低下するため、親水化処理には適さないことがわかりました。
