經(jīng)編結(jié)構(gòu)靜電阻隔織物的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

鐘文鑫， 冒海文， 岳亞丹， 仲柏儉， 張新杰， 喻 穎， 馬丕波

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無(wú)錫 214122；2. 江蘇聚杰微纖紡織科技集團(tuán)有限公司， 江蘇 蘇州 215222)

經(jīng)編結(jié)構(gòu)靜電阻隔織物的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

鐘文鑫1， 冒海文1， 岳亞丹1， 仲柏儉2， 張新杰2， 喻 穎1， 馬丕波1

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無(wú)錫 214122；2. 江蘇聚杰微纖紡織科技集團(tuán)有限公司， 江蘇 蘇州 215222)

為探究不同襯緯結(jié)構(gòu)與不同托瑪琳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)經(jīng)編結(jié)構(gòu)靜電阻隔織物的影響，采用滌綸紗線和聚偏氟乙烯纖維為原料，通過(guò)經(jīng)編平紋和襯緯工藝相結(jié)合的織造方式形成靜電阻隔織物樣布，并使用托瑪琳溶液對(duì)織物進(jìn)行后整理處理，使其具有靜電吸附功效。測(cè)試相同襯緯工藝下不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)托瑪琳溶液處理后樣布的過(guò)濾效率，以及相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)托瑪琳溶液處理不同襯緯工藝樣布的過(guò)濾效率，經(jīng)比較得出最佳的襯緯工藝與托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)。測(cè)試結(jié)果表明：使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的托瑪琳溶液處理樣布，樣布的過(guò)濾效率最高；在相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)托瑪琳溶液處理下，過(guò)濾網(wǎng)采用1隔2襯的工藝組合進(jìn)行織造時(shí)，樣布的過(guò)濾性能最佳。

托瑪琳； 靜電阻隔織物； 靜電吸附； 過(guò)濾性； 經(jīng)編結(jié)構(gòu)

天然礦物托瑪琳具有自極化性能，極化能量來(lái)源于溫度變化，而且在無(wú)源條件下可產(chǎn)生負(fù)離子[1]。它還可催化分解甲醛等有害有機(jī)分子，促進(jìn)空氣中懸浮物的沉降，從而凈化空氣[2-3]。將托瑪琳用于紡織品，是理想的保健功能材料，可制成內(nèi)衣、健康寢具、沙發(fā)等[4-6]。采用同樣具備靜電吸附作用的托瑪琳溶液對(duì)樣布進(jìn)行后整理操作，進(jìn)一步加強(qiáng)了樣布對(duì)微粒的吸附效果，對(duì)于人們的身體健康具有較好的保護(hù)作用。托瑪琳作為環(huán)境功能材料已得到國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)界的公認(rèn)，在日本、美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等國(guó)家,托瑪琳用于居室等小環(huán)境的改善已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。同時(shí)托瑪琳功能整理紡織品還有防紫外線、防輻射(電磁屏蔽)[7-8]等功能，在功能性紡織品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

聚偏氟乙烯纖維(PVDF)外觀呈半透明細(xì)長(zhǎng)狀。從微觀角度看，分子鏈間排列緊密，又有較強(qiáng)的氫鍵，含氧指數(shù)為46%，熔點(diǎn)為172 ℃[9-11]。PVDF纖維除了具有良好的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫、耐氧化性、耐射線輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等性能[12]，因此，聚偏氟乙烯是一種強(qiáng)極性的高分子材料，具有很高的介電常數(shù)，自身極容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象[13-14]，將其作為襯緯組織纖維，能有效提升樣布對(duì)細(xì)小微粒的靜電吸附性能。同時(shí)聚偏氟乙烯纖維與平紋經(jīng)編織造工藝相結(jié)合，使得整個(gè)過(guò)濾網(wǎng)立體感強(qiáng)，外觀精致。

本文試樣采用平紋與襯緯工藝相結(jié)合的織造結(jié)構(gòu)，其中襯緯部分采用聚偏氟乙烯纖維，然后使用托瑪琳溶液對(duì)試樣進(jìn)行后整理處理，使其具有靜電吸附功能，通過(guò)改變襯緯工藝以及托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，探究具有最佳靜電吸附功能的織物結(jié)構(gòu)與制備工藝。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

平紋部分使用滌綸長(zhǎng)絲8.33 tex/36 f(江蘇盛虹紡織有限公司)，襯緯部分使用聚偏氟乙烯纖維100 tex(蘇州耐德新材料有限公司)，后整理部分使用托瑪琳粉(8 000目，河北天晟粉體材料有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：KS4型特里科高速經(jīng)編機(jī)(德國(guó)卡爾邁耶有限公司)；LZC-H型濾料綜合性能測(cè)試臺(tái)(蘇州華達(dá)儀器設(shè)備有限公司)；自動(dòng)攪拌器；烘箱等。

使用LZC-H型濾料綜合性能測(cè)試臺(tái)對(duì)經(jīng)過(guò)托瑪琳溶液后整理工序的過(guò)濾網(wǎng)樣布進(jìn)行顆粒過(guò)濾性能測(cè)試。測(cè)試臺(tái)通過(guò)對(duì)過(guò)濾工藝流程的探索和實(shí)驗(yàn)，參照YY 0469—2004《醫(yī)用外殼口罩技術(shù)要求》和GB 2626—2006《呼吸防護(hù)用品自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》設(shè)計(jì)制造，可以對(duì)多種濾料進(jìn)行阻力、流量、效率等方面的測(cè)定。本文使用測(cè)試臺(tái)對(duì)過(guò)濾網(wǎng)樣本進(jìn)行過(guò)濾性能檢測(cè)，可以及時(shí)得到完整的數(shù)據(jù)參數(shù)，且操作簡(jiǎn)單，使用方便，有利于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的高效完成。

1.3 織造工藝

在KS4型特里科高速經(jīng)編機(jī)上采用單把梳櫛進(jìn)行經(jīng)編過(guò)濾網(wǎng)樣布的織造。在此次實(shí)驗(yàn)中，將織物的工藝參數(shù)輸入經(jīng)編機(jī)控制系統(tǒng)后進(jìn)行織造，并依次剪取20塊實(shí)驗(yàn)樣布。樣布形狀呈現(xiàn)為12 cm×12 cm大小的正方形。

織物樣布由平紋和襯緯2個(gè)部分組成。平紋部分使用單把梳櫛滿穿織造，墊紗數(shù)碼為1-0/2-3//。為對(duì)比出組織結(jié)構(gòu)的差異對(duì)織物過(guò)濾性能的影響，在襯緯工藝上，分別采用滿襯、1隔1襯、1隔2襯、1隔3襯和無(wú)襯5種方式。

1.4 琳后整理工藝

本文實(shí)驗(yàn)中的后整理方法采用浸漬與浸軋法相結(jié)合，主要是把托瑪琳微粒材料通過(guò)整理加工，使其附著在織物表面，從而賦予織物具有自發(fā)產(chǎn)生負(fù)氧離子的功能[6]。分別設(shè)計(jì)了0、20%、30%、40%、50% 5種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的托瑪琳溶液，其溶質(zhì)配比見(jiàn)表1所示。

表1 托瑪琳溶液配比Tab.1 Ratio of tourmaline solution

用自動(dòng)攪拌器將配好的托瑪琳溶液以300 r/min的速度攪拌30 min。從5種經(jīng)編結(jié)構(gòu)織物中，各取1塊樣布放在不同濃度的托瑪琳溶液中充分浸泡10 s后取出，對(duì)樣布分別進(jìn)行扎車壓浸處理，然后，使用烘箱(160 ℃)將樣布烘干，得到可用于過(guò)濾性能測(cè)試的樣布。經(jīng)過(guò)托瑪琳溶液整理過(guò)的織物樣本，在使用過(guò)程中由于能量刺激(摩擦熱、光、靜電等)能產(chǎn)生大量的負(fù)離子。托瑪琳負(fù)離子以化學(xué)鍵與纖維上的羥基或氨基結(jié)合，具有較好的牢度。

1.5 性能測(cè)試

使用LZC-H型濾料綜合性能測(cè)試臺(tái)，在室溫狀態(tài)下，對(duì)經(jīng)過(guò)托瑪琳溶液后整理工序的25塊過(guò)濾網(wǎng)織物樣布進(jìn)行顆粒過(guò)濾性能測(cè)試。測(cè)試過(guò)程中，分別記錄了PM1.0、PM2.0、PM5.0時(shí)候的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)值，可以充分體現(xiàn)具備不同襯緯工藝的樣布，經(jīng)過(guò)不同濃度的托瑪琳溶液浸泡處理后織物的過(guò)濾性能，測(cè)試平均值見(jiàn)表2所示。

表2 各樣布命名、組織結(jié)構(gòu)及其過(guò)濾性能測(cè)試均值Tab.2 Each sample′s naming, structure, and average value of filtration performance test

2 結(jié)果分析

2.1 濃度影響

在過(guò)濾性能實(shí)驗(yàn)中，本文分別對(duì)滿襯、1隔1襯、1隔2襯、1隔3襯和無(wú)襯5種組織結(jié)構(gòu)的織物(各自命名為滿襯樣布組、1隔1襯樣布組、1隔2襯樣布組、1隔3襯樣布組和無(wú)襯樣布組)，各自使用了0、20%、30%、40%和50% 5種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的托瑪琳溶液進(jìn)行浸泡、壓扎和烘干處理，并分別測(cè)試了其過(guò)濾性能。

使用托瑪琳溶液對(duì)樣布進(jìn)行后整理，在一定程度上可以增強(qiáng)樣布的靜電吸附功能。通過(guò)對(duì)表2中各組數(shù)據(jù)的分析，整體上可將托瑪琳溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)樣布過(guò)濾性能的影響歸結(jié)為：在0～30%范圍內(nèi)，樣布的過(guò)濾效率隨著托瑪琳溶液濃度的升高而增強(qiáng)；在30%～50%范圍內(nèi)，樣布的過(guò)濾效率隨著托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而降低，因此，由實(shí)驗(yàn)可知，當(dāng)托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%左右時(shí)，樣布的過(guò)濾效率最高，說(shuō)明其過(guò)濾性能也達(dá)到了最佳。2.2 織物組織結(jié)構(gòu)影響

當(dāng)使用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的托瑪琳溶液對(duì)織物進(jìn)行后整理處理時(shí)，織物本身的織造結(jié)構(gòu)上的差異，也會(huì)影響其在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的過(guò)濾性能。針對(duì)特定的托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可以得到織物的不同結(jié)構(gòu)，即襯緯方式不同時(shí)，托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)織物過(guò)濾性能的影響。

由表2可知，對(duì)于不同襯緯組織結(jié)構(gòu)的樣布，其過(guò)濾性能存在較為明顯的優(yōu)劣差異。結(jié)合上文所述的當(dāng)托瑪琳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～30%時(shí)，樣布的過(guò)濾性能最佳，綜合分析表2中數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，可以得出各個(gè)襯緯組織結(jié)構(gòu)的樣布過(guò)濾效率高低(即樣布過(guò)濾性能的優(yōu)劣)排序?yàn)椋?/p>

PM1.0時(shí)，1隔2襯樣布 > 1隔1襯樣布 > 1隔3襯樣布 > 無(wú)襯樣布 > 滿襯樣布；

PM2.0時(shí)，1隔2襯樣布 > 1隔1襯樣布 > 1隔3襯樣布 > 滿襯樣布 > 無(wú)襯樣布；

PM5.0時(shí)，1隔2襯樣布 > 1隔1襯樣布 > 1隔3襯樣布>滿襯樣布 > 無(wú)襯樣布。

參與襯緯工藝的聚偏氟乙烯纖維本身帶有一定的靜電吸附功能，理論上能夠增強(qiáng)過(guò)濾網(wǎng)底布的過(guò)濾性能。由表2得出，當(dāng)樣布的襯緯組織為1隔2襯時(shí)，其過(guò)濾效率高于其他襯緯組織結(jié)構(gòu)的樣布，過(guò)濾性能最佳，1隔1襯組織的樣布性能次之，無(wú)襯樣布的過(guò)濾性能最差。

當(dāng)托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低時(shí)，托瑪琳粉末在樣布表面單位面積內(nèi)的分布量不足，因而影響樣布過(guò)濾性能的提升；而當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，黏附在樣布表面的托瑪琳粉末過(guò)多，有可能會(huì)導(dǎo)致底布過(guò)濾網(wǎng)孔的堵塞，同樣不利于增強(qiáng)樣布的顆粒吸附和過(guò)濾性能。同樣，采用聚偏氟乙烯纖維進(jìn)行襯緯時(shí)，在采取的不同襯緯工藝中，聚偏氟乙烯纖維分布較為稀疏時(shí)(即1隔3襯結(jié)構(gòu))，樣布單位面積內(nèi)的靜電吸附纖維量不足，則不能夠充分提高樣布的過(guò)濾效率。反之，當(dāng)聚偏氟乙烯纖維分布較為稠密，即樣布單位面積內(nèi)填充的帶有靜電吸附作用的纖維密度過(guò)高(如滿襯)時(shí)，則可能對(duì)底布表面的過(guò)濾孔造成擠壓使得其孔隙偏小，同樣會(huì)影響樣布的綜合過(guò)濾性能的增強(qiáng)。綜合以上對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，當(dāng)托瑪琳溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，采用1隔2襯緯組織結(jié)構(gòu)時(shí)，樣布的過(guò)濾效率最高。

3 結(jié) 論

本文采用滌綸長(zhǎng)絲作為過(guò)濾網(wǎng)織造原料，采用帶有靜電吸附作用的聚偏氟乙烯纖維進(jìn)行襯緯編織，以此制備過(guò)濾網(wǎng)底布；然后使用托瑪琳溶液對(duì)過(guò)濾網(wǎng)底布進(jìn)行后整理，得到具有高效吸附功能的過(guò)濾網(wǎng)。通過(guò)本文研究得到以下結(jié)論。

1)在組織結(jié)構(gòu)相同的情況下，托瑪琳能夠有效增強(qiáng)過(guò)濾網(wǎng)的過(guò)濾性能，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的托瑪琳溶液處理過(guò)濾網(wǎng)樣布，樣布的過(guò)濾效率最高。

2)在相同托瑪琳溶液處理下，過(guò)濾網(wǎng)采用1隔2襯的工藝組合時(shí)進(jìn)行織造時(shí)，過(guò)濾網(wǎng)樣布的過(guò)濾性能最佳。最終得出在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的托瑪琳溶液處理下，采用1隔2襯的工藝組合時(shí)，過(guò)濾網(wǎng)樣布的過(guò)濾效率最高。

FZXB

[1] 胡應(yīng)模, 陳旭波, 湯明茹. 電氣石功能復(fù)合材料研究進(jìn)展及前景展望[J]. 地學(xué)前緣, 2014, 21(5): 331-337. HU Yingmo, CHEN Xubo, TANG Mingru. Progress and prospect of tourmaline functional composite materials[J]. Earth Science Frontiers, 2014, 21(5): 331-337.

[2] 王晶晶, 葉章基. 新型環(huán)保電氣石材料應(yīng)用于防污涂料中的可行性研究[J]. 材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用, 2013, 28(1): 49-55. WANG Jingjing, YE Zhangji. Feasibility study on application of new environmental protection materials in tourmaline in antifouling coatings [J]. Development and Application of Materials, 2013, 28(1): 49-55.

[3] 田福禎, 張海, 范東升, 等. 室內(nèi)空氣凈化材料應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 新材料產(chǎn)業(yè), 2015(1): 56-60. TIAN Fuzhen, ZHANG Hai, FANG Dongsheng, et al. Application and development trend of indoor air purification materials[J]. Advanced Materials Industry, 2015(1): 56-60.

[4] 于志強(qiáng), 陳健芬, 楊偉浩, 等. 電氣石負(fù)離子材料用于牙膏產(chǎn)品中的研究[J]. 廣州化工, 2015, 45(1): 85-87, 93. YU Zhiqiang, CHEN Jianfen, YANG Weihao, et al. Study on toothpaste products used in the tourmaline material[J]. Guangzhou Chemical Industry, 2015, 45(1): 85-87,93.

[5] 趙明, 夏昌奎, 彭西洋, 等. 釋放負(fù)離子功能材料的研究進(jìn)展[J]. 陶瓷, 2011(8): 44-47. ZHAN Ming, XIA Changkui, PENG Xiyang, et al. Progress in the study of releasing negative ion functional materials [J]. Ceramics, 2011(8): 44-47.

[6] 巫若子.負(fù)離子家用紡織品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J]. 化纖與紡織技術(shù), 2011(1): 41-43,54. WU Ruozi. Development and application of negative ion textiles[J]. Chemical Fiber & Textile Technology, 2011(1): 41-43,54.

[7] 胡小賽, 沈勇, 王黎明, 等. 吸波材料新進(jìn)展[J]. 碳素科技, 2016, 35(2): 11-17. HU Xiaosai, SHEN Yong, WANG Liming, et al. Research progress of novel microwave absorbing mate-rials[J]. Carbon Techniques, 2016, 35(2): 11-17.

[8] 張偉, 董發(fā)勤. 電氣石對(duì)溶液中Sr2+的吸附行為研究[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科技, 2015, 54(23): 6018-6022. ZHANG Wei, DONG Faqin. Characteristics of Sr2+adsorption by tourmaline [J]. Hubei Agricultural Sciences, 2015, 54(23): 6018-6022.

[9] 張玲玲, 國(guó)世上. 鐵電高分子PVDF及其共聚物研究進(jìn)展[J]. 物理學(xué)進(jìn)展, 2016, 36(2): 35-45. ZHANG Lingling, GUO Shishang. Progress in the ferroelectric poly(vinylidene fluoride) and its copolymers[J]. Progress in Physics, 2016, 36(2): 35-45.

[10] 韓冰, 王越, 孟繁浩, 等. 基于PVDF壓電材料的壓力傳感器設(shè)計(jì)[J]. 吉林大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 50(2): 333-336. HAN Bin, WANG Yue, MENG Fanhao, et al. Design of pressure sensor based on PVDF piezoelectric materials[J]. Journal of Jilin University, 2012, 50(2): 333-336.

[11] 符夏穎. 基于PVDF材料生產(chǎn)制造技術(shù)及焊縫失效研究[J]. 廣東化工, 2016, 43(7):156-157,164. FU Xiaying. Based on PVDF material manufacturing technology and weld failure research for[J]. Guangdong Chemical Industry, 2016, 43(7):156-157,164.

[12] 周穎, 姚理榮, 高強(qiáng). 聚氨酯/聚偏氟乙烯共混膜防水透氣織物的制備及其性能[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2014, 35(5): 23-29. ZHOU Ying, YAO Lirong, GAO Qiang. Preparation and characterization of polyurethane/polyvinylidene fluoride waterproof permeable composite fabric [J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(5): 23-29.

[13] 蔡璐, 李娜娜, 宋廣禮, 等. 增強(qiáng)型織物復(fù)合膜的研究進(jìn)展[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2013, 34(12): 152-156. CAI Lu, LI Nana, SONG Guangli, HAN Don, et al. Research prograss of reinforced fabric composite membrane[J]. Journal of Textile Research, 2013, 34(12): 152-156.

[14] 張慶磊, 呂曉龍, 武春瑞, 等. 改性聚偏氟乙烯中空纖維分離膜的研制[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2012, 33(11): 31-36. ZHANG Qinglei, Lü Xiaolong, WU Chunrui, et al. Preparation of modified PVDF hollow fiber separating membrane[J]. Journal of Textile Research, 2012, 33(11): 31-36.

Design and development of warp-knitted fabric with electrostatic barrier effect

ZHONG Wenxin1, MAO Haiwen1, YUE Yadan1, ZHONG Baijian2, ZHANG Xinjie2, YU Ying1, MA Pibo1

(1.EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.JiangsuJujieMicrofiberTextileTechnologyGroupCo.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu215222,China)

The influence of different weft structure and mass fraction of tourmaline fabric on the electrostatic barrier behaviors of warp knitted structure fabric was investigated in this paper. The fabric with electrostatic barrier effect of was prepared from the polyester yarn and polyvinylidene fluoride fiber by the combination of warp plain and lining weft process. Tourmaline solution was utilized during the finishing treatment, so that the fabric have a function of electrostatic adsorption effect. The filtration efficiency of fabric of same lining weft process treated with different concentrations of tourmaline was measured, that of fabric of different lining weft processes treated with the same concentration of tourmaline was measured, and by comparison, the best lining weft process and tourmaline solution concentration were determined. The results indicated that the fabric has the best filtration efficiency when the tourmaline solution concentration in the finishing treatment was 30%. Under the same condition, when the filter screen was woven by the combination of one-partition-two-lining process, the fabric had the best filter property.

tourmaline; electrostatic barrier; electrostatic adsorption; filtration property; warp-knitting

10.13475/j.fzxb.20160601005

2016-06-10

2016-11-15

中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2016M591767)江蘇省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(BY2015019-31)；江蘇省先進(jìn)紡織工程技術(shù)中心重點(diǎn)項(xiàng)目(XJFZ/2016/2)；江南大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(2016204Y)

鐘文鑫(1992—)，男，碩士生。研究方向?yàn)楫a(chǎn)業(yè)用針織產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能。馬丕波，通信作者，E-mail：mapibo@jiangnan.edu.cn。

TS 184.3； TS 186.1

A