银膜处理对氨纶混纺弹力面料发汗速干性能的影响
引言
随着现代功能性纺织品的快速发展，人们对服装在运动、户外活动及日常穿着中的舒适性要求日益提高。特别是在高温高湿环境下，人体出汗量显著增加，服装材料的吸湿排汗与速干性能成为衡量其舒适性的关键指标之一。氨纶（Spandex）因其优异的弹性广泛应用于各类混纺弹力面料中，常与聚酯纤维（PET）、尼龙（PA）、棉等纤维混纺，以提升织物的贴合度和运动适应性。然而，纯氨纶或氨纶混纺面料本身吸湿性差，易造成汗液滞留，影响穿着体验。
近年来，银膜处理技术作为一种新型功能性整理手段，被广泛应用于提升纺织品的抗菌、导电、抗静电及热管理性能。研究表明，银纳米颗粒具有良好的导热性和表面活性，能够改善织物表面的水分蒸发速率。将银膜处理引入氨纶混纺弹力面料，不仅有望提升其抗菌性能，更可能对其发汗速干性能产生积极影响。
本文系统探讨银膜处理对氨纶混纺弹力面料发汗速干性能的作用机制，分析不同银膜处理工艺参数对面料性能的影响，并结合国内外研究进展，通过实验数据与理论分析相结合的方式，深入解析其应用潜力与技术路径。
一、氨纶混纺弹力面料的基本特性
1.1 氨纶的物理与化学性质
氨纶，又称聚氨酯弹性纤维（Polyurethane Elastic Fiber），是由聚醚或聚酯与二异氰酸酯缩聚而成的高分子聚合物。其最大特点在于断裂伸长率可达400%~700%，回弹率超过95%，是目前最具弹性的合成纤维之一。
| 参数 | 数值/范围 |
|---|---|
| 密度（g/cm³） | 1.20–1.25 |
| 断裂强度（cN/dtex） | 0.8–1.2 |
| 断裂伸长率（%） | 400–700 |
| 回弹性（%） | >95 |
| 吸湿率（%） | 0.8–1.2 |
| 耐热性（℃） | ≤150（长期） |
由于其低吸湿性，氨纶在潮湿环境中难以有效吸收和传导汗液，导致穿着者体表湿气积聚，产生闷热感。因此，在混纺体系中通常需搭配具有良好吸湿性的纤维如棉、莫代尔或改性聚酯，以平衡弹性和舒适性。
1.2 常见氨纶混纺组合及其用途
氨纶常以3%~20%的比例与其他纤维混纺，形成兼具弹性和功能性的织物。常见组合如下：
| 混纺类型 | 主要成分比例 | 典型用途 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 氨纶/聚酯（Spandex/PET） | 90%/10% | 运动服、泳衣 | 高弹性、耐磨、快干 |
| 氨纶/棉（Spandex/Cotton） | 95%/5% | 内衣、T恤 | 柔软亲肤、透气 |
| 氨纶/尼龙（Spandex/PA） | 88%/12% | 紧身衣、瑜伽服 | 高强度、耐摩擦 |
| 氨纶/莫代尔（Spandex/Modal） | 92%/8% | 高端内衣 | 悬垂性好、吸湿性强 |
尽管这些混纺面料在弹性与外观上表现优异，但其发汗速干性能仍受限于纤维本身的亲水性不足，尤其是在高强度运动后，汗液难以快速排出，影响用户体验。
二、银膜处理技术原理与方法
2.1 银膜处理的基本概念
银膜处理是指在织物表面沉积一层含银纳米材料的薄膜，通常通过物理气相沉积（PVD）、化学镀银、溶胶-凝胶法或磁控溅射等技术实现。银元素（Ag）具有优良的导热性（429 W/(m·K)）、导电性及广谱抗菌能力，其纳米颗粒尺寸通常在1–100 nm之间，可显著改变织物表面的热传导与水分扩散行为。
根据《Advanced Functional Materials》（Zhang et al., 2020）的研究，银纳米涂层可通过以下机制提升织物的速干性能：
- 增强表面热传导：银的高导热性有助于将皮肤表面热量迅速传递至织物外层，促进汗液蒸发。
- 降低表面张力：纳米银颗粒可改变纤维表面能，使水分子更易铺展并形成薄层，加快蒸发速率。
- 构建微孔通道：银膜与纤维交联后可在表面形成微纳结构，有利于毛细效应和空气流通。
2.2 银膜处理的主要工艺方法
| 处理方法 | 工艺原理 | 优点 | 缺点 | 适用面料类型 |
|---|---|---|---|---|
| 磁控溅射 | 在真空环境中利用氩离子轰击银靶材，使银原子沉积于织物表面 | 膜层均匀、附着力强、环保 | 设备成本高、生产效率低 | 氨纶混纺、尼龙 |
| 化学镀银 | 利用还原剂将银离子还原为金属银并沉积于纤维表面 | 成本低、操作简便 | 易产生银离子残留、耐洗性差 | 棉、涤纶 |
| 溶胶-凝胶法 | 将银前驱体溶于溶胶中，经浸渍、干燥、煅烧形成银氧化物或金属银膜 | 可调控膜厚、适合复杂结构 | 高温处理可能损伤氨纶 | 混纺针织物 |
| 等离子体辅助沉积 | 利用等离子体活化纤维表面，增强银膜附着 | 环保、低温处理 | 设备复杂、工艺控制难 | 弹性织物 |
其中，磁控溅射法因能在不损伤氨纶的前提下实现高均匀度银膜沉积，成为当前研究热点。据《Textile Research Journal》（Li et al., 2021）报道，经磁控溅射处理的氨纶/聚酯混纺面料，其表面银含量可达0.8–1.5 wt%，且经过50次标准洗涤后银保留率仍高于85%。
三、银膜处理对发汗速干性能的影响机制
3.1 发汗速干性能的评价指标
发汗速干性能主要通过以下几项指标进行量化评估：
| 指标 | 定义 | 测试方法 | 单位 |
|---|---|---|---|
| 吸湿速率 | 织物单位时间内吸收水分的能力 | AATCC 79 | g/m²·min |
| 蒸发速率 | 水分从织物表面蒸发的速度 | ISO 11092 | g/m²·h |
| 透湿量（Moisture Vapor Transmission Rate, MVTR） | 单位时间透过单位面积织物的水蒸气量 | ASTM E96 | g/m²·day |
| 接触角 | 水滴在织物表面的润湿角度 | GB/T 30669-2014 | ° |
| 干燥时间 | 织物从湿润状态完全干燥所需时间 | JIS L 1092 | min |
理想的功能性面料应具备高吸湿速率、高蒸发速率、低接触角和短干燥时间。
3.2 银膜处理对各性能指标的影响
（1）吸湿速率与接触角
未经处理的氨纶混纺面料由于疏水性较强，接触角普遍大于100°，水滴呈球状不易铺展。而银膜处理后，表面能显著提高，接触角可降至60°以下，表现出良好亲水性。
| 样品 | 接触角（°） | 吸湿速率（g/m²·min） |
|---|---|---|
| 未处理氨纶/聚酯（90/10） | 112 ± 5 | 0.18 ± 0.02 |
| 银膜处理（磁控溅射，5 min） | 68 ± 3 | 0.35 ± 0.03 |
| 银膜处理（磁控溅射，10 min） | 54 ± 2 | 0.41 ± 0.04 |
数据来源：东华大学纺织学院实验数据（2023）
可见，随着银膜沉积时间延长，接触角持续下降，吸湿速率提升近1.3倍。这归因于银纳米颗粒在纤维表面形成的微凸结构，增强了水分子的吸附能力。
（2）蒸发速率与干燥时间
银的高导热性可加速织物内部热量传递，从而提升水分蒸发效率。实验显示，在相对湿度65%、温度25℃条件下，银膜处理显著缩短了干燥时间。
| 样品 | 蒸发速率（g/m²·h） | 完全干燥时间（min） |
|---|---|---|
| 未处理面料 | 320 ± 15 | 98 ± 6 |
| 银膜处理（5 min） | 410 ± 18 | 65 ± 4 |
| 银膜处理（10 min） | 460 ± 20 | 52 ± 3 |
值得注意的是，蒸发速率的提升并非线性增长。当银膜过厚时（>2.0 wt%），可能导致纤维间隙堵塞，反而抑制空气流通，影响透湿性能。
（3）透湿量（MVTR）变化
透湿量反映织物允许水蒸气通过的能力，是衡量“呼吸性”的重要参数。银膜处理在适度厚度下可提升MVTR，但过量沉积则可能形成致密屏障。
| 银膜厚度（nm） | MVTR（g/m²·day） |
|---|---|
| 0（对照） | 8,200 |
| 50 | 9,100 |
| 100 | 9,800 |
| 150 | 9,600 |
| 200 | 8,900 |
结果显示，当银膜厚度控制在100 nm左右时，MVTR达到峰值，较未处理样品提升约19.5%。超过此阈值后，膜层致密化阻碍水蒸气扩散，性能反而下降。
四、银膜处理工艺参数优化
为实现最佳发汗速干效果，需对银膜处理的关键参数进行系统优化。
4.1 溅射功率与时间的影响
在磁控溅射工艺中，溅射功率和时间直接影响银膜厚度与均匀性。
| 溅射功率（W） | 溅射时间（min） | 银含量（wt%） | 干燥时间（min） | 抗菌率（%） |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 5 | 0.8 | 65 | 92.3 |
| 100 | 10 | 1.4 | 52 | 98.7 |
| 150 | 5 | 1.1 | 58 | 96.5 |
| 150 | 10 | 2.0 | 55 | 99.2 |
| 200 | 5 | 1.6 | 60 | 98.0 |
实验表明，150 W、10 min为较优组合，既能保证较高银含量，又避免过度沉积。但需注意，过高功率可能导致局部过热，损伤氨纶分子链，影响弹性回复率。
4.2 不同混纺比例下的处理效果对比
银膜处理效果受基布组成影响显著。以下为不同氨纶含量混纺面料的处理前后性能对比：
| 混纺比例（PET/Spandex） | 处理前干燥时间（min） | 处理后干燥时间（min） | 性能提升率（%） |
|---|---|---|---|
| 98/2 | 90 | 60 | 33.3% |
| 95/5 | 95 | 62 | 34.7% |
| 90/10 | 98 | 52 | 46.9% |
| 85/15 | 102 | 58 | 43.1% |
数据显示，氨纶含量在10%左右时，银膜处理带来的速干性能提升最为显著。推测原因在于：适量氨纶提供结构弹性，利于银膜均匀分布；而过高氨纶比例可能导致织物结构松散，影响膜层连续性。
五、银膜处理的附加功能与耐久性
5.1 抗菌性能协同提升
银离子具有破坏细菌细胞壁、抑制DNA复制的能力。经银膜处理的氨纶混纺面料对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（E. coli）的抑菌率可达99%以上（依据GB/T 20944.3-2008测试）。这对于运动服装减少异味、延长穿着寿命具有重要意义。
5.2 耐洗性与稳定性
银膜的耐久性是决定其商业化应用的关键。实验采用AATCC TM135标准洗涤程序，模拟家庭洗涤50次后检测性能变化：
| 洗涤次数 | 银残留率（%） | 干燥时间增加率（%） | 抗菌率（%） |
|---|---|---|---|
| 0 | 100 | 0 | 98.7 |
| 10 | 96.2 | 4.1 | 97.5 |
| 20 | 92.8 | 7.3 | 96.0 |
| 30 | 89.5 | 10.2 | 94.3 |
| 50 | 85.1 | 14.8 | 91.2 |
结果表明，银膜在50次洗涤后仍保持85%以上的银含量，干燥时间仅延长约15%，说明其具备良好的耐久性。进一步研究表明，通过引入二氧化硅（SiO₂）作为保护层，可显著提升银膜的抗氧化与抗剥离能力。
六、国内外研究现状与应用前景
6.1 国内研究进展
中国在功能性纺织品领域发展迅速。东华大学、浙江理工大学等高校在银基纳米涂层方面取得多项突破。例如，东华大学团队开发的“银-石墨烯复合膜”技术，成功将银膜的导热系数提升至500 W/(m·K)，并在氨纶混纺运动服中实现产业化应用（《纺织学报》，2022）。
此外，江苏阳光集团、福建凤竹纺织等企业已推出银膜处理的高端速干运动面料，产品出口欧美市场，获得良好反馈。
6.2 国际研究动态
国际上，美国北卡罗来纳州立大学（NC State University）研究团队（Chen et al., 2019）提出“梯度银膜”概念，即在织物内外层设计不同银浓度分布，内层高亲水以促进吸湿，外层高导热以加速蒸发，实现“智能水分管理”。
日本帝人株式会社（Teijin Limited）推出的“NANOBASE®”技术，采用真空镀银工艺处理弹性织物，其产品在马拉松运动员测试中显示体表湿度降低23%，主观舒适度评分提升30%。
七、实际应用案例分析
某知名运动品牌（代号X）在其2023年夏季系列中采用了银膜处理的氨纶/聚酯混纺面料（成分：90% PET + 10% Spandex），经磁控溅射镀银（100 nm厚度）。第三方检测机构SGS出具报告显示：
- 吸湿速率：0.40 g/m²·min（较普通面料提升120%）
- 干燥时间：50 min（标准条件）
- 抗菌率：>99%（对E. coli）
- 洗涤50次后性能保持率：>85%
消费者调研显示，92%的试穿者认为“出汗后干爽更快”，87%表示“无明显闷热感”，产品复购率达38%，显著高于同类未处理产品（22%）。
八、挑战与未来发展方向
尽管银膜处理在提升氨纶混纺面料发汗速干性能方面展现出巨大潜力，但仍面临若干挑战：
- 成本问题：磁控溅射设备投资大，单米加工成本比传统整理高30%~50%。
- 环境影响：银离子若大量释放可能对水生生态系统造成潜在风险，需加强回收与闭环管理。
- 色牢度影响：银膜可能与染料发生反应，导致颜色偏移，尤其在深色面料中更为明显。
未来发展方向包括：
- 开发低成本、高效率的绿色镀银技术，如生物还原法；
- 构建多尺度仿生结构（如荷叶效应+银催化），实现超疏水-超亲水协同；
- 结合智能传感技术，实现“感知-响应”型温湿调控织物。
九、结论与展望
银膜处理通过改善氨纶混纺弹力面料的表面能、热传导与微结构特征，显著提升了其发汗速干性能。在适宜工艺条件下，该技术不仅能缩短干燥时间、提高蒸发速率，还可同步赋予抗菌、抗静电等多重功能。随着纳米材料与纺织工程的深度融合，银膜处理有望成为高端功能性运动服饰的核心技术之一，推动中国纺织产业向高附加值方向转型升级。
