一種經(jīng)編間隔織物用功能性滌綸單絲的研發(fā)

陳志鵬+林光興+柯文新+王威+蘇成喻+許丹+石建良+朱秋明+楊孝清

摘要：經(jīng)編間隔織物是一種特殊的三維結(jié)構(gòu)織物，具有廣闊的應用空間。作為這種結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分，間隔紗的性能對于改善間隔織物的性能，以及開發(fā)新產(chǎn)品、拓展產(chǎn)品的應用領域，起到十分關(guān)鍵的作用。研究表明，功能性茶炭滌綸單絲具有模量高、剛性大、尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點，具有抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌生長和繁殖等特點，是服用、家用、產(chǎn)業(yè)用經(jīng)編間隔織物產(chǎn)品開發(fā)時間隔紗的良好選擇。通過選擇功能性單絲，利用間隔織物的不同組織結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)，設計生產(chǎn)高端間隔織物的新路子，解決了長期以來經(jīng)編間隔織物開發(fā)的一個主要瓶頸。

關(guān)鍵詞：單絲；經(jīng)編；間隔織物

中圖分類號：TS182+.5

文獻標志碼：A

On Developing a Functional Polyester Monofilament Yarn for Warp-knitted Spacer Fabric

Abstract： Warp-knitted spacer fabric is a special 3D-structure fabric that has wide applications. As a key component of this structure， spacer yarn plays important role in improving the properties of the spacer fabric， developing new products and opening up new application fields. Study shows that tea charcoal polyester monofilament yarn， which has high modulus， strong rigidity and good dimensional stability and can inhibit the breeding and growth of colibacillus and Staphylococcus aureus， is ideal choice for being used as spacer yarn during developing warp-knitted spacer fabrics for clothing， home-textiles and technical textiles purposes. A new solution for developing warp-knitted spacer fabric based on using functional monofilament yarn， different fabric structures and different process parameters is provided here， which has broken a bottleneck in developing warp-knitted spacer fabric.

Key words： monofilament yarn； warp-knitting； spacer fabric

1問題的提出

經(jīng)編間隔織物多采用滌綸、尼龍等化纖編織及其三維結(jié)構(gòu)特點，決定了這類織物具有十分優(yōu)越的透氣、透濕、抗壓、彈性、防沖擊等性能，具有材質(zhì)輕、易清洗等優(yōu)點，織物的用途得到不斷拓展。經(jīng)編間隔織物從20世紀90年代開始，大量用于鞋材。據(jù)測算，休閑鞋、運動鞋年產(chǎn)銷量超過30億雙，消費已經(jīng)達到鞋類總量的40%。對于鞋材而言，穿用舒適性的首要標準是腳、運動鞋和環(huán)境三者之間的生物熱力學的綜合平衡，包括熱平衡和濕平衡兩個方面。鞋腔內(nèi)溫度與相對濕度平衡，是材料容濕性、透氣性、透水性與人體活動狀態(tài)等綜合協(xié)調(diào)的結(jié)果。足部長時間或劇烈運動中產(chǎn)生大量的熱量，并分泌大量的汗液，沒有及時排出就會導致鞋底滑膩感，影響穿著舒適性，還使鞋內(nèi)底摩擦力減小，可能給穿著者造成損傷。鞋腔內(nèi)，幫面和底部熱濕交換過程中形成各種微氣候環(huán)境，直接關(guān)系到足部健康。傳統(tǒng)的運動鞋面料采用普通滌綸或者錦綸，對微環(huán)境中的有害細菌沒有抑制作用，難以滿足人們對舒適、健康的要求。

穿用舒適性以及功能性對于高端產(chǎn)品提出了更高的要求。國內(nèi)對于功能性經(jīng)編間隔織物主要采用涂覆的方法，由于涂覆過程中不可避免的對織物的三維網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)造成堵塞，從而影響面料的透氣透濕性，同時涂覆材料對織物產(chǎn)生附著力也影響使用壽命，因此開發(fā)差異化經(jīng)編間隔織物產(chǎn)品具有重要的意義。功能性經(jīng)編間隔織物以差別化、功能性滌綸為主要原料，考慮抑菌功能與成本最佳方案，在不影響產(chǎn)品抑菌功能的基礎上，結(jié)合使用普通滌綸復絲或錦綸復絲，選用雙針床經(jīng)編網(wǎng)眼組織與編織工藝，再經(jīng)過相應后整理賦予產(chǎn)品時尚色彩與風格，得到成功研發(fā)與推廣。

2茶炭改性滌綸單絲技術(shù)路線

茶炭素有“黑鉆石”的美譽，富含大量對身體有益的微量元素。茶炭是采用回收茶葉、茶渣為原料，經(jīng)特殊工藝燒制而成的一種具有微孔、中孔、小孔的多孔性材料，具有很大的比表面積和超強的吸附性，具有除臭、吸附異味等特殊功效。茶炭具有除濕、調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的特殊功能，可使吸附的水分呈弱堿性，具有漂白、美膚等功效。由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)和超強的吸附性，茶炭具有弱導電性，起到防靜電、抗電磁輻射作用。茶炭也可以放射遠紅外線，激發(fā)產(chǎn)生負離子，加快血液循環(huán)，改善人體環(huán)境。根據(jù)茶炭功能機理，以及經(jīng)編根據(jù)間隔織物對間隔單絲的彈性要求，提出茶炭改性滌綸單絲技術(shù)路線（圖1）。

3功能性滌綸單絲制備

以茶炭滌綸母粒與聚酯切片作為紡絲原料，通過高速熔融紡絲工藝制得含茶炭成分的U型滌綸單絲，其中茶炭聚酯母粒占聚酯切片的質(zhì)量分數(shù)為5%；紡絲過程采用UDYDT工藝，其中冷卻方式采用吹風冷卻或自然冷卻，獲得含茶炭成分的滌綸未取向絲，再經(jīng)拉伸獲得茶炭滌綸單絲，其中拉伸工序拉伸倍率為3.5～4.5倍。

實驗表明，當茶炭在滌綸單絲中含量少于5%時，其抗菌效果一般；當含量高于6%時，單絲成形變脆，容易斷裂，不符合間隔紗的彈性與剛性相互統(tǒng)一的要求。綜合考慮單絲性能，將茶炭比例確定在5%。

單絲紡絲主要工藝為：紡絲溫度280～320℃；冷卻風溫度15～25℃，風速0.1～5m/s，或自然冷卻；紡絲速度為1000～1200m/min。

4單絲一般與特殊性能檢測

為檢驗制備的單絲具有明顯的高性能，采取一般指標、功能檢測和元素含量測試等方式加以確定。常規(guī)滌綸單絲斷裂強度一般要求在3.1cN/dtex以上，收縮率（沸水）、含油率以及斷裂伸長率一般為廠家與客戶根據(jù)產(chǎn)品用途協(xié)商。一般性能測試表明，主要指標明顯高于常規(guī)滌綸單絲（表1）；特殊測試結(jié)果表明，功能單絲和織物明顯優(yōu)于常規(guī)產(chǎn)品（表2）；表中單絲為30D茶炭改性滌綸單絲，織物為100%茶炭單絲編織而成的經(jīng)編織物。

C元素含量測試主要是通過C、H、N元素的含量輔助證明茶炭單絲，表3中茶炭指的是茶炭粉體，茶炭單絲指的是將茶炭母粒與聚酯切片共混紡得的單絲，普通單絲指聚酯單絲。結(jié)果顯示，茶炭中含C量為68.08%，茶炭單絲含C量為62.83%，普通單絲含C量為61.86%。

我國每年都有大量的廢棄茶葉，茶炭纖維的開發(fā)充分利用了這些廢棄的茶葉，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本，節(jié)約了資源，同時減輕了環(huán)境負擔。茶炭天然有顏色，因此無需染色，省略了化學漂染過程，避免了使用化學合成染料染色帶來的環(huán)境污染，有利于保護環(huán)境，節(jié)約能源。

5織物用原料篩選與比例確定

織物用原料篩選與比例確定的原則是，實現(xiàn)經(jīng)編間隔織物耐磨、耐折、色牢度、起毛起球以及織物能持續(xù)抗菌抑菌的技術(shù)要求，并考慮經(jīng)濟成本最優(yōu)化的要求。

功能性材料——茶炭滌綸單絲成本較高，將使織物成本上升。為此，決定采用茶炭改性滌綸單絲與普通滌綸長絲交織方式，控制成本?？椢镌O計試制時，采用從10%的茶炭單絲含量開始，這時抑菌效果不明顯。而超過50%時，織物表面開始漏絲（間隔紗浮出織物表面），織物手感差；織物抗壓彈性過大，回復率下降。經(jīng)多次優(yōu)化和反復測試，最終確定在20%～50%含量時，織物綜合性能比較穩(wěn)定，成本在合理區(qū)間。不同間隔織物必須根據(jù)織物的組織和其它原料的品種、規(guī)格情況，具體確定功能性單絲的最佳用量（表4）。

6織物組織工藝參數(shù)

在經(jīng)編間隔織物的開發(fā)過程中，為了檢驗不同織物與功能性單絲的組合對織物最終的影響，分別選用不同組織結(jié)構(gòu)，采用不同密度、空穿率等。通常，織物密度越小、紗線空穿率越大（決定了空穿數(shù)越多），網(wǎng)孔通透性越大，織物的透氣性越好，但是就越容易造成織物特別是間隔層彈性和彈性回復的不足。

單面網(wǎng)眼效應的經(jīng)編間隔織物在實際應用中用量最大，多用于鞋材和服裝襯里。用作鞋內(nèi)襯時，能確?？諝饬魍?，創(chuàng)造一個空氣清新的鞋內(nèi)微環(huán)境；用作鞋墊時，除了透氣導濕外，還具有較好的緩沖性，從而提高鞋的舒適性。

為了充分體現(xiàn)實際應用，同時確?？椢锞哂辛己玫耐笟庑?，本實驗采用密度適中，空穿率較大的單面網(wǎng)眼經(jīng)編組織結(jié)構(gòu)，來檢驗采用功能性單絲編織出的織物具有較好的抗壓、彈性回復及耐磨性等，同時抗菌性良好。表5為實驗用織物采用的原料及組織工藝參數(shù)，圖2是對應的墊紗運動圖。

7織物一般與特殊檢測

為確保產(chǎn)品質(zhì)量，提出高于行業(yè)標準和國際通行標準的檢測指標和檢驗規(guī)程，形成高端企業(yè)標準。主要技術(shù)指標實測結(jié)果見表6、表7。

產(chǎn)品經(jīng)國家服裝質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（天津）檢測全部達到（部分指標超過）Q/HYZZ001—2014《功能性經(jīng)編間隔織物》標準要求。企業(yè)更加全面的檢測證明，功能性單絲織物優(yōu)點明顯（圖3）。

在多次實驗中，分別采用密實組織結(jié)構(gòu)的織物和各種網(wǎng)眼組織。密實組織透氣性差，但是強力、彈性、抗菌等指標占優(yōu)。而選用不同類型的網(wǎng)眼組織，如單面網(wǎng)眼、雙面網(wǎng)眼以及菱形、圓形等，測試發(fā)現(xiàn)網(wǎng)孔過大，力學性能和抑菌率效果減弱。因此，在具體產(chǎn)品開發(fā)時要考慮單絲與主體原料的配比，織物的組織結(jié)構(gòu)等。

8應用推廣展望

采用茶炭滌綸單絲與滌綸復絲原料組合，應用雙針床經(jīng)編網(wǎng)眼等多種組織，生產(chǎn)功能性經(jīng)編間隔織物，具有良好的力學性能和持久有效抑菌、負離子、遠紅外等效果。通過采用電子送經(jīng)、電子橫移、賈卡提花等技術(shù)，以及合適的后整理技術(shù)，能開發(fā)出多種系列產(chǎn)品。本研究解決了單絲長期未解決的性能問題，實現(xiàn)高性能間隔織物的生產(chǎn)，填補了國內(nèi)持久有效抑菌間隔織物的空白。

就抗菌而言，國內(nèi)外同類產(chǎn)品的抑菌效果是通過后整理來實現(xiàn)。這種間隔織物產(chǎn)品是在材料與織物組織結(jié)構(gòu)方面造就持久抑菌效果。采用多種編織工藝，已經(jīng)使間隔產(chǎn)品應用領域從原來最大的鞋材和箱包，拓展到骨架和結(jié)構(gòu)材料、過濾網(wǎng)、芯片網(wǎng)等，并廣泛地應用于服裝、家居、車用、醫(yī)療、體育、農(nóng)業(yè)、交通、太陽能、安全防護等領域，市場容量不斷擴大。

參考文獻

[1]王顯樓.滌綸單絲生產(chǎn)工藝對其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響[J].合成纖維，1986（2）：30-34.

[2]柯文新，王朝生，曾志明，等.一種茶炭滌綸單絲及其制備方法：中國，ZL201210088215.4[P].2012-07-25.

作者簡介：陳志鵬，男，1985年生，工程師，主要研究方向為經(jīng)編新原料、新產(chǎn)品、新技術(shù)與新工藝研發(fā)以及產(chǎn)品檢測和標準完善等。

通訊作者：蘇成喻，高級工程師，E-mail：240476746@qq.com。

作者單位：陳志鵬、柯文新、蘇成喻、石建良、朱秋明、楊孝清，福建省晉江市華宇織造有限公司；林光興，中國針織工業(yè)協(xié)會；柯文新、許丹，泉州錚鎣化纖有限公司；王威，天津工業(yè)大學；陳志鵬、蘇成喻、許丹、石建良、朱秋明、楊孝清，福建省經(jīng)編間隔織物企業(yè)重點實驗室。