生物基錦綸的性能及其在針織面料中的應用

叢洪蓮，張永超

(江南大學教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

生物基錦綸的性能及其在針織面料中的應用

叢洪蓮，張永超

(江南大學教育部針織技術工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

研究了生物基錦綸的性能，試制了生物基錦綸針織面料并對其性能進行詳細測試和分析，探討了這類新型生物纖維在針織面料開發(fā)中的應用前景。首先采用紅外分析方法確定了生物基錦綸的結構，從分子結構層面探討其性能;通過將生物基錦綸針織面料與錦綸6、滌綸面料的性能進行對比，結果表明生物基錦綸具有較好的耐磨、懸垂、吸水等性能;采用多指標綜合評價方法分析，顯示生物基錦綸在服用方面綜合指標最高，從而證實其能夠在內衣和外衣面料上得到較好的應用。

生物基;錦綸;針織面料;性能;應用

針織產品因其較好的彈性、延伸性、舒適性被廣泛地應用于內衣、外衣等面料。隨著人們對生態(tài)、環(huán)保、舒適性等方面的需要，針織物的原料趨于多元化。如今隨著生態(tài)環(huán)保觀念的引入，生物基纖維原料不斷涌入針織行業(yè)，如生物基PDT聚酯針織珠地網眼面料的開發(fā)、生物基PPT絨類面料、泳裝［4-5］等產品的開發(fā)等。生物基纖維的生態(tài)環(huán)保特性與針織物較好的彈性舒適性結合，使得產品更具有市場。然而目前對于生物基錦綸在針織面料應用的相關報道還很少，本文對生物基錦綸56的性能及其應用開發(fā)進行探討，以期為生物基錦綸產品的開發(fā)應用提供理論參考。

1 生物基錦綸的性能

1.1 生物基錦綸結構性能

生物基錦綸(PA56)是采用生物工藝將烷烴、生物基烷烴、油脂下腳料、脂肪酸、生物質等轉化成戊二胺，再經過聚合反應生成的聚酰胺產品。為進一步驗證生物基錦綸的結構，采用Nicolet iS10傅里葉紅外(FT-IR)光譜儀對生物基錦綸進行測試，結果如圖1所示。

圖1 生物基錦綸的FT-IR譜圖Fig.1 Infrared spectrum of bio-based polyamide fiber

圖1中3290cm－1附近為N—H的伸縮振動特征吸收峰，在2940cm－1和2860cm－1附近為亞甲基C—H的伸縮吸收峰，酰胺羰基中—CO—的伸縮振動吸收峰在1630cm－1附近。上述定性分析對生物基錦綸特征基團的存在進行了證實［6－7］。

生物基錦綸中的酰胺基團能夠形成分子間氫鍵，從而使分子間具有較強的作用力，因此具有較高的力學性能;此外酰胺基團具有一定的親水性，因此該產品具有一定的吸水性能。生物基錦綸分子主鏈中的亞甲基使得生物基錦綸具有一定的柔軟性。

1.2 生物基錦綸紗線的制備

采用切片熔融法試紡生物基錦綸，工藝過程為:制備生物基錦綸切片→熔融→紡絲→冷卻→上油→拉伸→卷繞。生物基錦綸的成纖工序簡單，成本低，原料的利用率很高。所紡紗線為4.4 tex/12 f FDY，利用該紗線在針織機器上進行編織，對其性能和應用進行研究。

2 實驗部分

2.1 試樣準備

采用E40緯編圓機編織試樣，分別用4.4 tex/12 f生物基錦綸FDY、4.4 tex/24 f錦綸6 FDY以及4.4 tex/24 f滌綸FDY為原料試織。織物下機后經煮練→水洗→定型整理后各項規(guī)格指標如表1所示。

1.1 反自然枯洪規(guī)律 三峽工程完全建成后，冬季蓄水發(fā)電，夏季泄水防洪，庫區(qū)水岸由原來的冬陸夏水變?yōu)槎年?，建庫前后庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生極大的變化[2]。

表1 織物規(guī)格Tab.1 Specifications of fabrics

2.2 織物性能測試

根據GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分 斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，采用YG026A型電子織物強力試驗機對織物的拉伸強力進行測試，實驗溫度為20℃，相對濕度為60%。

根據GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第2部分 試樣破損的測定》，采用馬丁代爾耐磨試驗儀對織物耐磨性能進行測試。

根據GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用YG461E型數字式透氣儀對織物透氣性進行測試。

根據GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分 單項組合試驗法》以及GB/T 22799—2009《毛巾產品吸水性測試方法》對織物吸水性能進行測試。

根據GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能第1部分 沖擊擺錘法撕破強力的測定》，采用YG033A型落錘式織物撕裂儀對織物的撕裂性能進行測試。

將試樣剪成3塊直徑為24cm的圓形，利用XDP-1織物懸垂性測試儀，對試樣進行測試。

3 實驗結果與分析

3.1 拉伸性能分析

測試生物基錦綸、滌綸和錦綸6織物的拉伸強力，結果如圖2所示。由圖2(a)可看出，隨著拉伸長度的增大，拉伸強力呈波浪線狀上升。這是由于在拉伸過程中，織物橫向上沒有線圈之間的相互穿套，只有沉降弧單獨承受拉力，隨著拉力的逐漸增大，沉降弧逐漸斷裂，從而使拉力呈波浪線上升。由圖可見，滌綸織物的橫向拉伸強力和拉伸長度較錦綸織物差，而生物基錦綸織物的橫向拉伸強力和拉伸長度和錦綸6相比稍低。從圖2(b)可以看出，織物的縱向拉伸曲線較橫向平滑上升。這是織物縱向線圈相互穿套，在拉伸過程中，織物縱向線圈相互拉緊，共同承受外界拉力，當拉力上升到一定程度織物發(fā)生斷裂。由圖可以看出滌綸織物的縱向拉伸強力和拉伸長度遠遠小于錦綸織物，而生物基錦綸在拉伸強力和拉伸長度方面又遠遠高于錦綸6織物。

圖2 織物拉伸強度Fig.2 Tensile strength of fabric.(a)Transverse tensile;(b)Longitudinal tensile

由于織物縱向與橫向的拉伸斷裂情況有所不同，若要對織物的拉伸斷裂強力和拉伸長度進行比較，還需對織物的拉伸性能進行綜合評判，F(xiàn)=FW×FT;L=LW×LT(式中F為拉伸強力綜合指標，F(xiàn)W為橫向拉伸強力，F(xiàn)T為縱向拉伸強力;L為拉伸長度綜合指標，LW為橫向拉伸長度，LT為縱向拉伸長度)。由上式得出生物基錦綸、錦綸6、滌綸的拉伸強力綜合值分別為 94725.73、89545.02、45166.93，拉伸長度綜合值分別為 2030.91、1622.89、687.30，從而可以得出生物基錦綸在拉伸斷裂強力和拉伸長度方面均遠遠高于錦綸6。

3.2 撕裂和耐磨及透氣性能分析

表2示出織物的撕裂強力、耐磨性、透氣性能的測試結果。在織物撕裂測試時對織物的橫向和縱向分別進行測試，其結果不便于比較，因此使用撕裂綜合指標Z=ZW×ZT(式中:ZW為橫向撕裂強力;ZT為縱向撕裂強力)。從表中可看出，生物基錦綸、錦綸6以及滌綸織物中，錦綸6的撕裂強力最高，生物基錦綸次之、滌綸織物最差。這是由于在保證織物紗線細度相同，加工設備相同的條件下，滌綸織物的密度最小，織物較為松散，紗線間抱合力小，從而撕裂性能較差，而錦綸的密度最大，織物最為緊密，紗線間的抱合力大，從而具有較好的撕裂性能。

表2 織物撕裂與耐磨及透氣性測試結果Tab.2 Result of tearing，wear-resistanceand permeability test

耐磨測試中，生物基錦綸的耐磨性能較錦綸6好，錦綸6明顯較滌綸纖維好。這主要是因為生物基錦綸具有較高的拉伸強力和拉伸長度，從而能夠儲存較多的拉伸能。在摩擦的過程中，纖維受到應力的反復作用，拉伸強力和長度大的織物能夠較好地承受該應力，因此具有較好的耐磨性能［8］。

在透氣性測試中，滌綸織物的透氣性較錦綸6和生物基錦綸好，而錦綸6又較生物基錦綸好。這主要是因為滌綸織物的密度小，能夠較好地透過氣體，而生物基錦綸織物的密度最大，相對而言較難透過氣體。

3.3 吸水性能分析

在吸水性能測試中，采用完全浸濕時間和吸水率2個指標衡量織物的吸水性能。由于織物完全浸濕時間越短吸水性能越好，而吸水率越高織物吸水性能越好，因此采用織物完全浸濕時間的倒數來衡量織物的吸水性能，為了便于比較，將織物完全浸濕時間倒數和吸水率進行歸一化處理后，得出表3所示的織物吸水性測試結果。可以看出，在吸水率方面從大到小的順序為錦綸6＞生物基錦綸＞滌綸，而完全浸濕時間倒數從大到小的順序為生物基錦綸＞錦綸6＞滌綸。由于從這個方面得出織物的吸水性大小不一致，因此還需進行綜合評判，綜合值S=St×Sr。式中:St為吸水率;Sr為完全浸濕時間倒數。從而得出吸水性能順序為生物基錦綸(S=0.26)＞錦綸6(S=0.04)＞滌綸(S=0.03)。

表3 織物吸水性測試結果Tab.3 Results of water absorption test

3.4 懸垂性能分析

在織物懸垂性測試中，生物基錦綸的靜態(tài)懸垂系數為30.1%，錦綸6的靜態(tài)懸垂系數為44.3%，滌綸的靜態(tài)懸垂系數為54.1%，織物懸垂效果如圖3所示?？梢缘贸錾锘\綸的懸垂性最好，錦綸6次之，而滌綸織物最差。

圖3 織物懸垂性測試結果Fig.3 Result of drapability test.(a)Bio based polyamide;(b)Nylon 6;(c)Polyester fabric

3.5 綜合評價

為探究生物基錦綸是否能夠應用于服用面料，采用透氣、柔軟、吸濕性能3個舒適性指標力學性能和耐磨、撕裂、拉伸性能3個力學性能指標，對織物進行綜合性能評價。對所得數據進行正向性處理，各項指標值越大，性能越好［9］。在織物綜合性能的評價中，要對各性能的權重進行賦值，采用變異系數客觀賦值法對權重進行計算，如式(1)～(3)所示。

式中:vi為各項指標的變異系數;ˉxi為均值;sii為方差;xij為第j個被評價對象在第i項指標上的取值。

由于各項指標量綱和數量級的影響，由上述公式所得的方差數據不具有可比性，因此還要對vi進行歸一化處理，得出各項指標權數wi［10］。

經計算得出織物透氣、柔軟、吸濕、耐磨、撕裂、拉伸等性能指標的權重系數分別為w1=0.03，w2=0.10，w3=0.38，w4=0.21，w5=0.13，w6=0.15。利用幾何綜合法對其進行綜合評價，帶入式(5)中計算綜合指標。

由式(5)計算得出3種織物的綜合指標值分別為13.77、6.52、3.35。由此得出作為服裝用面料，生物基錦綸較錦綸6和滌綸更為適合，因此生物基錦綸作為一種新型環(huán)保原料可一定程度的替代錦綸6在服裝領域的應用。

4 生物基錦綸針織面料的開發(fā)

生物基錦綸因其特有的吸水、柔軟、耐磨等性能可用于針織內、外衣面料的生產。

4.1 生物基錦綸單面針織面料的開發(fā)

現(xiàn)以棉紗與生物基錦綸長絲為原料開發(fā)一款典型單面組織面料——珠地網眼面料。采用單面二針道圓機，機號為E24，筒徑為76cm，其編織圖如圖4所示。

圖4 單面布編織圖Fig.4 Figure of knitting for single-side of cloth

第1～4路穿入18.4 tex棉紗，第5～6路穿入22.2 tex/96 f生物基錦綸 DTY，線圈長度為26cm/100針，織得的面料面密度為175 g/m2，手感柔軟舒適，適用于運動T恤的加工生產。

4.2 生物基錦綸抽條雙面織物的開發(fā)

以生物基錦綸為原料開發(fā)一款雙面織物，采用雙面二針道圓機，機號為E24，筒徑為86cm，其編織圖如圖5所示。

圖5 雙面布編織圖Fig.5 Figure of knitting for double-sided cloth

原料為16.7 tex/48 f生物基錦綸，奇數路線長為27cm/100針，偶數路線長為31cm/100針，織得面料面密度為175 g/m2，在集圈的作用下織物一面形成抽條的效應，織物手感光滑、柔軟性適中，可用于外衣產品的加工生產。

5 結論

本文對生物基錦綸的結構進行了研究，并對其織物性能及其應用進行分析，得出以下結論:

1)生物基錦綸中的酰胺基團能夠形成分子間氫鍵，具有較好的力學性能;該基團為弱親水基團，因此較其他化纖具有較好的吸水性能。

2)生物基錦綸織物具有較好的耐磨、柔軟、吸水等性能，能夠較好的替代錦綸6產品。

3)生物基錦綸可應用于內衣、T恤等夏季貼身產品以及休閑外衣，該原料具有良好的市場前景。

［1］ 熊祖江.聚酰胺6纖維的制備技術進展［C］//史超明.雪蓮杯第10屆功能性紡織品及納米技術應用研討會論文集.北京:北京紡織工程學會，2010:69－75.XIONG Zujiang.Progress in preparation technology of polyamide 6 fiber［C］//SHI Chaoming.Lotus Cup the Tenth Functional Textiles and Nanotechnology Application Symposium.Beijing:Beijing Textile Engineering Society，2010:69 －75.

［2］ 季棟，方正，歐陽平凱，等.生物基聚酰胺研究進展［J］.生物加工過程，2013，11(2):73 －80.JI Dong， FANG Zheng，OUYANG Pingkai，et al.Progress in bio-based polyamides［J］.Chinese Journal of Bioprocess Engineering，2013，11(2):73 －80.

［3］ 蘆長椿.生物基聚酰胺及其纖維的最新技術進展［J］.紡織導報，2014(5):64－68.LU Changchun.Latest technology developments of biobased polyamide and its fiber［J］.China Textile Leader，2014(5):64－68.

［4］ 陳力群.生物基PDT(R)聚酯產品性能研究［J］.國際紡織導報，2014，42(3):36，38 －40.CHEN Liqun. Study on the performance of polydihydricals alcohol terephthalate (PDT)products［J］.Melliand China，2014，42(3):36，38 －40.

［5］ 秦曉，王建明.生物聚酯材料在針織行業(yè)的應用［J］.針織工業(yè)，2011(11):11－12.QIN Xiao，WANG Jianming.Application of biological polyester material in the knitting industry［J］.Knitting Industries，2011(11):11 －12.

［6］ 吳江渝，徐美英，黃維哲，等.新型聚酰胺胺樹形分子的合成及表征［J］.武漢工程大學學報，2013，35(5):47－51.WU Jiangyu，XU Meiying，HUANG Weizhe，et al.Synthesis and characterization of new type of polyamidoaminedendrimer［J］.Journal of Wuhan Institute of Technology，2013，35(5):47 －51.

［7］ 樊國棟，黎永利，崔夢雅，等.一種新型聚酰胺嵌段共聚物的合成與表征［J］.塑料科技，2014，42(4):75－78.FAN Guodong，LI Yongli，CUI Mengya，et al.Synthesis and characterization of a new type of polyamide block copolymer［J］.Plastics Technology，2014，42(4):75 －78.

［8］ 李金秀.織物耐磨性的測試方法及影響因素［J］.今日科苑，2009，22:30 －31.LI Jinxiu.Test method and influence factors for abrasion resistance of fabric［J］.Modern Sciences，2009，22:30 －31.

［9］ 張威，劉智，李龍.基于多元回歸分析的緯平織物熱濕舒適性能［J］.紡織學報，2011，32(7):54 －59.ZHANG Wei，LIU Zhi，LI Long. Thermal-moisture comfort of weft knitted plain fabric based on multiple regression analysis［J］.Journal of Textile Research，2011，32(7):54－59.

［10］ 吳有煒.試驗設計與數據處理［M］.蘇州:蘇州大學出版社，2002:253－258.WU Youwei. Experiment Design and Data Processing［M］.Suzhou:Soochow University Press，2002:253－258.

Performance of bio-based polyamide and its application in knitted fabrics

CONG Honglian，ZHANG Yongchao
(Engineering Research Center of Knitting Technology，Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China)

This paper studies the performance on bio-based polyamide fiber.The knitted fabric of biobased polyamide fiber is made，and the tests on it's performance is performed.Then the development of this new kind of bio-based polyamide fiber is discussed.Firstly the infrared analysis method is used to determine its structure.Compared with the performance of bio-based polyamide fabric with nylon 6 and polyester fabric，the result shows that the bio-based polyamide has better wear-resistance，drape，water absorption properties.And the multi-index comprehensive evaluation method was adapted to prove that the bio-based polyamide has highest comprehensive index in serviceability.It confirms that bio-based polyamide fiber can replace nylon 6 to acertain extent.It can achieve better application in underwear and garments textile fields.The bio-based polyamide can adapt to the diverse needs of the market with the feature of environment friendliness.And it has a good market prospect.

bio-based;polyamide;knitted fabric;performance;application

TS 182.5

A

10.13475/j.fzxb.20140805606

2014－08－27

2015－03－20

國家科技支撐項目(2012BAF13B03)

叢洪蓮(1976—)，女，副教授，博士。從事針織CAD/CAM技術，針織產品的開發(fā)與性能研究。E-mail:cong-wkrc@163.com。