一种立体面料
技术领域
本发明涉及一种立体面料，具体涉及一种手感丰满且结构稳定的中空保暖立体面料。可用于制作服装、被子、靠垫等。
背景技术
传统的单层、双层面料由于质地较为轻薄，作为防寒用途时一般会在两块面料之间填充羽绒或丝绵等填充物来增加保温性，这样一来虽然保暖性得到了有效改善，但产品较为厚实，轻量化受到了限制，因此有人提出设计成中空立体结构，如中国专利文献CN1720360A中公开了一种立体织物，通过由特定单丝纤维的聚酯复丝形成的呈波纹状弯曲的中间织物层接结表里层，利用立体空腔储存空气，获得保温效果，但由于中间层是织物层，相对来说立体织物的蓬松感较弱，手感较为硬挺。
为了改善蓬松度和手感，如中国专利文献CN102268765A中公开了一种全棉立体织物，由棉纱经纬交织分别形成表面组织、里面组织，在表面组织和里面组织之间填充第三组纬纱（棉纱）以代替中间织物层，但由于第三组纬纱（棉纱）直接填入并没有被固结，因此极易被抽出，而且由于第三组纬纱（棉纱）呈平直的形态，使得立体织物的中间部位不能形成良好的空气层效果。
又如中国专利文献CN106835431A中公开了一种采用纬纱作垫纱织造的保温面料及其织造方法，面料由上层、下层以及芯纬组成，芯纬是以织造方式夹在上下两层之间的一排较粗且蓬松柔软的棉纱或毛纱，形成保温层，虽然所得面料保温效果优越，而且芯纱与上下层固结，但这样的面料的立体效果较弱，空气层效果仍有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种，具有厚薄均匀、手感柔软、结构稳定等特点的中空保暖立体面料。
本发明的技术解决方案是：
本发明的立体面料，包括表层、里层和中间层，表层由第一经纱与第一纬纱交织而成，里层由第二经纱与第二纬纱交织而成，中间层由第三纬纱与第一经纱和第二经纱交织后形成，并且，第三纬纱相互交叉，形成的横向上交叉角度为20°～100°。
本发明的立体面料，通过第三组纬纱的织入，有效解决了机织物空气层保暖面料立体感弱、空气层效果差的问题，并且结构稳定、手感柔软。
附图说明
图1为本发明立体面料的断面结构示意图，其中a、b均为第三纬纱，A为第三纬纱a和第一经纱的交织点，B为第三纬纱a和第二经纱的交织点，A′为第三纬纱b和第二经纱的交织点，B′为第三纬纱b和第一经纱的交织点，θ为第三纬纱横向上的交叉角。
具体实施方式
本发明的立体面料，包括表层、里层和中间层，表层由第一经纱与第一纬纱交织而成，里层由第二经纱与第二纬纱交织而成，中间层由第三纬纱与第一经纱和第二经纱交织后形成，并且，第三纬纱相互交叉，形成的横向上交叉角度为20°～100°。第三纬纱相互交叉的方式增强了面料的结构稳定性。
这里的第三纬纱相互交叉，可以是一组连续的多根平行的第三纬纱和另一组连续的多根平行的第三纬纱交叉，也可以是相邻的两根第三纬纱相互交叉。相邻的两根第三纬纱相互交叉时，面料的中间层纱线及中间的空气分布均匀一致，整体结构均匀，因此作为优选。
第三纬纱相互交叉，可以是在经纱方向上所有的第三纬纱相互交叉的方式都相同，也可以是某个特定长度内第三纬纱相互交叉的方式相同，这里的特定长度没有限定，只要能满足形成立体结构就可以，可以相同也可以不相同，一般选择大于4mm。当所有的第三纬纱的相互交叉方式都相同时，面料的外观呈现连续的条子花纹；当只是某个特定长度内第三纬纱的相互交叉方式相同时，则面料的外观呈现间断的条子花纹图案，条子可以规律或不规律分布，长条子和短条子可以任意搭配。当然，也可以在保持立体结构基本不受影响的条件下选择性地增加一些连接点，设计成格子、小提花等花纹图案，以此满足外观变化的需求。
第三纬纱之间的交叉角度小于20°时，支撑角度过小，体现不出立体效果；而交叉角度大于100°时，支撑角度大，立体效果明显，但结构的稳定性差。考虑到面料的立体效果和结构稳定性，本发明中交叉角度优选为30°～75°。
在立体结构中支撑点对称分布时支撑效果最好，所以本发明中优选中间层在表层上的交织点与在里层上的交织点互相对称分布。这样不仅能获得更好的立体效果，结构更加稳定，而且中间层纬纱在面料中分布均匀，使得面料中所含的空气也能均匀分布，从而获得优良的保暖性能。
本发明中，第一纬纱与第二纬纱的长度可以相同，也可以不同。从面料平整度考虑优选第一纬纱与第二纬纱的长度接近或相同。第一纬纱和第三纬纱或者第二纬纱和第三纬纱之间分别形成了近似三角形的结构，当第三纬纱和第一纬纱（或第二纬纱）之间的长度差小于5%时，近似三角形趋于扁平，面料的立体效果有减弱的趋势；而当第三纬纱和第一纬纱（或第二纬纱）之间的长度差大于50%时，近似三角形的高度增大，面料的立体效果增强，但结构的稳定性有变差的趋势。因此，本发明中优选第三纬纱比第一纬纱（或第二纬纱）长8%～35%。
第三纬纱和第一纬纱(或第二纬纱)之间的长度差可以通过三维织机上引入不同的纬纱长度来获得，也可以通过普通的二维织机上部分采用弹性纱或高收缩纱来获得。其中，优选在普通二维织机上，第一纬纱和第二纬纱采用弹性纱或高收缩纱，第三纬纱采用非弹性纱或非高收缩纱。
这里所说的弹性纱是指弹性伸长率大于15%的纱线。可以是由各种聚酯化合物中的一种成分通过拉伸、变形和热定型工艺，如高弹DTY；或者两种以上成分通过并列纺丝或复合加工所制成的纤维或纱线，如PBT/PET、高粘度PET/低粘度PET等；也可以是聚氨酯纤维与其它任意成分的纱线通过加捻或交络等方式组合成的纱线，如氨纶包覆纱等。非弹性纱是指相对于弹性纱而言弹性伸长率为15%以下的纱线。
这里所说的高收缩纱是指沸水收缩率大于20%的纱线。可以是通过物理方法或化学方法改性所得到的各种低结晶度聚合物。非高收缩纱是指沸水收缩率为20%以下的纱线。
本发明中，对纱线的原材料没有特别限定，根据面料的用途进行合理选择。可以是棉、毛等天然纤维，涤纶、锦纶等合成纤维，粘胶等纤维素纤维中的一种或几种。纱线形态可以是长丝或短纤维。为进一步增加面料的保暖性,优选部分使用如远红外涤纶、中空涤纶、生态棉、石墨烯等特殊纱线。为了提高面料的抗压性，第三纬纱优选芳纶、碳纤维等高强度的纤维。
与多根长丝相比，单根长丝拥有更强的刚性、回复性和良好的抗弯性，因此本发明所用第三纬纱中部分或全部使用单根长丝后，可以使得中间层交叉结构的支撑性得到进一步增强，面料表面受压后能在短时间内迅速回弹，立体结构更加稳定。作为第三纬纱，也可以采用含有单根长丝的复合丝，即单根长丝作为芯纱和其它低弹长丝进行加捻、网络、包芯或包缠等加工后形成的复合丝。本发明中，考虑到支撑作用和可生产性，优选单根长丝的纤度为20～100旦尼尔（以下简称D）。
本发明中，第一经纱、第一纬纱、第二经纱以及第二纬纱的纤度没有特别限定，可以相同也可以不相同，根据用途进行任意选择。考虑到生产性，优选纤度接近或一致，考虑面料的实际用途优选30～300D。第三纬纱要同时和第一经纱及第二经纱交织，因此和经纱的纤度差异不宜过大，而同时作为起填充作用的第三纬纱，又不宜太细，因此优选第三纬纱的纤度是第一纬纱（或第二纬纱）纤度的1～6倍。
表里层面料的密度可以根据纱线纤度、面料特征及用途等任意调整，可以相同也可以不同，考虑生产性优选接近或一致的经纬密度。考虑到中间层纬纱密度过低的话，有可能会由于填充纱数量不够而导致立体结构的稳定性变差的问题出现；而中间层纬纱密度过高的话，有可能会由于填充纱数量过多而导致蓄积的空气量不足的问题出现，而且整体重量有增加的趋势。因此本发明中优选第三纬纱的密度是第一纬纱（或第二纬纱）密度的0.5～4.0倍。
本发明中第三纬纱与第一经纱的交织点（1）和第三纬纱与第二经纱的交织点（2），它们之间的距离是指第三纬纱穿梭于表里层的芯部分的长度，在同一面料中的距离可以相同也可以不同。两者之间的距离过短的话，有可能难以形成具有充足空气层空间的立体结构；两者之间的距离过大的话，组织结构松弛，虽然容易形成立体结构，但面料的结构稳定性有变差的趋势。因此上述交织点（1）与交织点（2）之间的距离优选为1～20mm，更优选为1～10mm。
本发明中的蓬松系数是指1克面料所占的体积。数值越大，说明面料中所含的空气越多，面料的保暖性能越优。但是过大的话，立体面料的结构稳定性有变差的趋势，因此优选5.0～30.0cm3/g。
表层面料及里层面料的组织，没有特别限定，可以根据不同的用途、表面风格及服用性进行选择，如平纹、斜纹、缎纹等三原组织或其变化组织。考虑到保暖效果等，本发明中优选紧度稍大的平纹组织或斜纹组织。
本发明的立体结构面料不仅适用保暖服装用途，而且适用于隔音材料、防护材料等用途。
下面结合实施例及比较例对本发明进行说明。
本发明中各物性参数的测试方法如下：
（1）交叉角度、各纬纱之间的长度关系以及交织点间的距离
取纬向长度10厘米、经向长度1.0厘米的面料作为测试样，然后使用扫描电子显微镜对面料横断面进行观察，如图1所示，测得第三纬纱的相互交叉角度θ、相邻两个交织点的距离AB′或A′B（mm）、第一纬纱长度A B′、第二纬纱长度A′B及第三纬纱长度AB（分别测3个点的数据取平均值）；再根据下式计算出各纬纱之间的长度差百分比：
（2）纱线的弹性伸长率测试：JIS L1013-2010。
（3）纱线的沸水收缩率测试：GB/T 6505-2008 单根法。
（4）保温性克罗值（KES恒温法）
通过测定试验板在一定时间内保持恒温所需要的消费电力来获得织物的克罗值。克罗值是当室温为21℃，相对湿度不超过50%，气流为10cm/s时试穿者静坐并保持舒适状态所需要的热阻。克罗值越大，其保温性越好。
其中，ΔT：热板温度与室外温度的差(℃)
W：装了试验片时的消费电力
A：热板的面积(0.01m²)。
（5）蓬松系数
其中，厚度计型号PC-440；压力：3gf/cm2，厚度mm；
克重g/m2。
（6）压缩率和压缩弹性率
采用SE-15压缩弹性实验机，从面料中取2cm×2cm大小的测试样，放在测定子和加压台之间，先读取标准压力（4gf）下的织物厚度T1，然后施加压力（600gf）放置1min后读取织物厚度T2，接着除去荷重放置1min后，继续施加标准压力（4gf）读取织物厚度T3。由下列公式分别计算得到压缩率及压缩弹性率，压缩率越大说明面料蓬松柔软性越好，压缩弹性率越大说明面料的压缩回复性越好，计算公式如下：
实施例1
在普通二维多臂织机上，选用75D-72f-PET.DTY（江苏太仓振辉化纤有限公司制）作为第一/第二经纱，75D-72f-PET.DTY（江苏太仓振辉化纤有限公司制）作为第一/第二纬纱，150D-48f-PET.DTY（江苏恒力化纤股份有限公司制）作为第三纬纱,表里层的经纬向密度均为90*80根/英寸、中间层的纬向密度为160根/英寸,表里平纹组织条件下进行织造得到机织坯布，接着将所得坯布进行精练（95℃）→中间定型（180℃）→分散染料染色（135℃*30min）→干燥（150℃）→树脂加工（无氟拒水剂KG-70N，珠海华大浩宏化工有限公司制，30g/l）→热定型加工，得到本发明的中空立体面料，其中，第三纬纱相互交叉并和表里层的交织点对称分布，间距为4mm。各项参数详见表1。
所得立体面料的蓬松系数为3.1g/cm3，保温性克罗值为0.68，表面压缩率为24%，压缩弹性率为88%。
实施例2
75D-48f-PBT/PET并列型双组分纱线（东丽合成纤维（南通）有限公司制）作为第一/第二纬纱，其余同实施例1 ，得到本发明的立体面料，各项参数详见表1。
所得立体面料的蓬松系数为8.1g/cm3，保温性克罗值为0.88，表面压缩率为62%，压缩弹性率为88%。
实施例3
第三纬纱相互交叉，和表里层的交织点非对称分布，其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表1。
所得立体面料的蓬松系数为6.2g/cm3，保温性克罗值为0.81，表面压缩率为47%，压缩弹性率为82%。
实施例4
选用600D-192f-PET.DTY（东丽酒伊织染（南通）有限公司制）作为第三纬纱，其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表1。
所得立体面料的蓬松系数为4.4g/cm3，保温性克罗值为0.82，表面压缩率为36%，压缩弹性率为97%。
实施例5
中间层的纬向密度为20根/英寸,其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表1。
所得立体面料的蓬松系数为3.2g/cm3，保温性克罗值为0.66，表面压缩率为25%，压缩弹性率为93%。
实施例6
第三纬纱与第一经纱的交织点和第三纬纱与第二经纱的交织点之间的距离为0.8mm。其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表1。
所得立体面料的蓬松系数为3.0g/cm3，保温性克罗值为0.65，表面压缩率为23%，压缩弹性率为95%。
实施例7
选用30D-PET单丝（海盐金霞化纤有限公司制）和150D-48f-PET.DTY（江苏恒力化纤股份有限公司制）的合捻纱作为第三纬纱，其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表1。
所得立体面料的蓬松系数为9.4g/cm3，保温性克罗值为0.86，表面压缩率为58%，压缩弹性率为93%。
实施例8
中间层的纬向密度为320根/英寸，其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表2。
所得立体面料的蓬松系数为5.1g/cm3，保温性克罗值为0.86，表面压缩率为38%，压缩弹性率为96%。
实施例9
选用75D-72f-PET.DTY（江苏太仓振辉化纤有限公司制）作为第三纬纱，其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表2。
所得立体面料的蓬松系数为9.5g/cm3，保温性克罗值为0.85，表面压缩率为68%，压缩弹性率为78%。
实施例10
第三纬纱与第一经纱的交织点和第三纬纱与第二经纱的交织点之间的距离为12mm。其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表2。
所得立体面料的蓬松系数为12.1g/cm3，保温性克罗值为0.86，表面压缩率为67%，压缩弹性率为78%。
实施例11
选用40DPU/150D-48f-PET.DTY（江苏恒力化纤股份有限公司制）的包覆纱作为第一纬纱和第二纬纱，其余同实施例2，得到本发明的立体面料，各项参数详见表2。
所得立体面料的蓬松系数为8.5g/cm3，保温性克罗值为0.89，表面压缩率为66%，压缩弹性率为90%。
比较例1
选用150D-48f-PET.FDY（江苏恒力化纤股份有限公司制）作为第一纬纱、第二纬纱和第三纬纱，其余同实施例2，得到的立体面料，各项参数详见表2。
所得立体面料的蓬松系数为2.4g/cm3，保温性克罗值为0.62，表面压缩率为20%，压缩弹性率为88%。
比较例2
第三纬纱平行于第一纬纱和第二纬纱织入，不与表里层的经纱交织，其余同实施例2，得到的立体面料，各项参数详见表2。
所得立体面料的蓬松系数为5.6g/cm3，保温性克罗值为0.70，表面压缩率为43%，压缩弹性率为78%。
比较例3
在三维立体织机上织造，其余同实施例1，得到的立体面料，各项参数详见表2。
所得立体面料的蓬松系数为7.9g/cm3，保温性克罗值为0.85，表面压缩率为58%，压缩弹性率为92%。
表1
表2
根据表1、表2，
（1）由实施例2和实施例3可知，同等条件下，交织点对称分布的立体面料与交织点不对称分布的立体面料相比，前者在蓬松系数、保温性、压缩率及压缩弹性率方面均优于后者。
（2）由实施例2和实施例4可知，同等条件下，纬纱纤度比为2的立体面料与纬纱纤度比为8的立体面料相比，前者在蓬松系数、保温性及压缩率方面均明显优于后者。但压缩弹性率不及后者。
（3）由实施例2和实施例6可知，同等条件下，交织点之间的距离为4mm的立体面料与交织点之间的距离为0.8mm的立体面料相比，前者在蓬松系数、保温性及压缩率方面均优于后者，但压缩弹性率不及后者。
（4）由实施例2和实施例7可知，同等条件下，第三纬纱采用DTY长丝所得的立体面料与第三纬纱采用合捻长丝所得的立体面料相比，前者在保温性和压缩率方面略优于后者，但在蓬松系数和压缩弹性率方面不及后者。
（5）由实施例 2与实施例8可知，同等条件下，第三纬纱与第一纬纱及第三纬纱与第二纬纱的密度比为2的立体面料与第三纬纱与第一纬纱及第三纬纱与第二纬纱的密度比为4的立体面料相比，前者在蓬松系数、保温性及压缩率方面均明显优于后者，但在压缩弹性率方面不及后者。
（6）由实施例 2与实施例9可知，同等条件下，纬纱纤度比为2的立体面料与纬纱纤度比为1的立体面料相比，前者在保温性和压缩弹性率方面均优于后者，但在蓬松系数和压缩率方面不及后者。
（7）由比较例1与实施例1可知，同等条件下，交叉角度为17°的立体面料与交叉角度为22°的立体面料相比，两者在压缩弹性率方面相当，但前者在蓬松系数、保温性及压缩率方面均不及后者。
（8）由比较例2与实施例2可知，同等条件下，第三纬纱平行于第一纬纱和第二纬纱所得的立体面料与第三纬纱相互交叉所得的立体面料相比，前者在蓬松系数、保温性、压缩率及压缩弹性率方面明显不及后者。
（9）由比较例3与实施例2可知，同等条件下，第一纬纱和第二纬纱采用DTY纱线并通过三维立体织机织造所得的立体面料与第一纬纱和第二纬纱采用PBT/PET双组分纱线在普通二维织机上织造所得的立体面料相比，虽然前者在压缩弹性率方面稍优于后者，但在蓬松系数、保温性和压缩率方面不及后者，而且成本高。
