生物基聚酰胺纖維經(jīng)編面料開(kāi)發(fā)與性能研究

張俊輝，叢洪蓮，高　哲

(江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院,江蘇無(wú)錫　214122)

隨著人們可持續(xù)發(fā)展觀念的不斷加強(qiáng)，以石油為原材料合成聚酰胺纖維的傳統(tǒng)方法將受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。近些年，人們?cè)谏锘埘０凡牧戏矫娴难芯咳〉昧溯^大進(jìn)展。生物基聚酰胺紡織材料指主要采用生物處理技術(shù)將烷烴、脂肪酸、生物質(zhì)、油脂下腳料等[2]原材料轉(zhuǎn)化成不同類(lèi)型的聚酰胺產(chǎn)品。上海凱賽生物科技公司采用高粱、玉米和小麥等[3]為原材料，經(jīng)過(guò)生物、化學(xué)和物理方法處理研發(fā)出生物基聚酰胺56纖維，并將其命名為“泰綸”。

針織經(jīng)編織物以其良好的強(qiáng)力、延伸性、耐磨性和挺闊等性能特點(diǎn)，一直被應(yīng)用于時(shí)裝、服飾配件、家紡、漁牧業(yè)、汽車(chē)、輪船和航天等多個(gè)領(lǐng)域中[4]。生物基聚酰胺纖維長(zhǎng)絲符合經(jīng)編織造對(duì)紗線(xiàn)的斷裂強(qiáng)力、柔軟性和耐磨性等性能的要求。目前，關(guān)于生物基聚酰胺長(zhǎng)絲在經(jīng)編上的應(yīng)用還沒(méi)有可查閱的文獻(xiàn)，本文以生物基聚酰胺長(zhǎng)絲為主要原料開(kāi)發(fā)了幾款經(jīng)編組織，為生物基聚酰胺纖維在經(jīng)編上的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1　生物基聚酰胺纖維的性能

1.1　生物基酰胺聚合物的合成及性能優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)合成聚酰胺纖維采用石油和天然氣為原料，石油裂解和裂化得到丁二烯，再由丁二烯制得已二腈；天然氣經(jīng)脫氫反應(yīng)等得到丙烯，再由丙烯制得丙烯腈；由已二腈和丙烯腈合成得到1，6-已二胺，1，6-已二胺再和二元酸聚合得聚酰胺66纖維。聚酰胺66大分子間形成了排列規(guī)則的氫鍵，導(dǎo)致了聚酰胺66纖維吸濕性差，染色條件要求高的缺點(diǎn)。生物基聚酰胺纖維是采用玉米、高粱等可再生糧食作物為主要原材料[5]，將其淀粉或糖類(lèi)經(jīng)過(guò)微生物處理技術(shù)轉(zhuǎn)化得到1，5-戊二胺，1，5-戊二胺再與二元酸聚合得到聚酰胺56纖維。因戊二胺比己二胺少了一個(gè)碳，聚酰胺56大分子間不再有排列整齊的氫鍵，所以聚酰胺56纖維(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“泰綸”)具有較好的吸濕性和可染性。

1.2　生物基聚酰胺纖維長(zhǎng)絲的結(jié)構(gòu)

泰綸長(zhǎng)絲采用切片熔融紡絲方法：制備生物基聚酰胺切片、熔融、紡絲、冷卻、上油、拉伸、卷繞成形，其成纖工序簡(jiǎn)單，成本低，原料的利用率較高[6]。

a. 錦綸長(zhǎng)絲　　　　　　　b. 泰綸長(zhǎng)絲

圖1中a和b分別為切片熔融紡絲法制得的錦綸纖維長(zhǎng)絲與泰綸纖維長(zhǎng)絲的縱向結(jié)構(gòu)圖。對(duì)比a圖和b圖可知，與錦綸纖維長(zhǎng)絲相比，泰綸纖維長(zhǎng)絲極其光滑平直，纖維束排列整齊，纖維表面幾乎無(wú)雜質(zhì)、疵點(diǎn)；泰綸長(zhǎng)絲的縱向結(jié)構(gòu)使其具有一定的強(qiáng)度和延伸性、良好的柔軟性、良好的條干均勻度、疵點(diǎn)少和摩擦系數(shù)小等性能特點(diǎn)，為其在經(jīng)編機(jī)上應(yīng)用提供了良好的條件。

2　生物基聚酰胺經(jīng)編面料的開(kāi)發(fā)

2.1　原料

采用70 D/24 f三角有光FDY泰綸長(zhǎng)絲和70 D/24 f半光FDY錦綸長(zhǎng)絲為原料，表1為70 D泰綸長(zhǎng)絲的具體規(guī)格參數(shù)。將兩種原料的筒子紗分別經(jīng)過(guò)整經(jīng)制成兩組盤(pán)頭，泰綸兩組盤(pán)頭的長(zhǎng)絲分別穿GB1和GB2，錦綸兩組盤(pán)頭的長(zhǎng)絲分別穿GB3和GB4，四把梳櫛均采用一穿一空的穿紗方式。

表1　70D泰綸長(zhǎng)絲規(guī)格

2.2　機(jī)械設(shè)備

機(jī)型：TS4-EL特里科經(jīng)編機(jī)

機(jī)號(hào)：E28

工作幅寬：70英寸

機(jī)速：370 rpm

梳櫛數(shù)：4把

2.3　工藝設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)采用江南大學(xué)針織技術(shù)工程中心自主研發(fā)的WKCAD經(jīng)編工藝軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。本課題開(kāi)發(fā)的四款經(jīng)編組織均采用一穿一空的穿紗方式，此穿紗方式?jīng)Q定了四款經(jīng)編組織的花寬均為2縱行，花高則由一個(gè)最小單元的墊紗數(shù)碼決定。

2.3.1小網(wǎng)眼組織設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

(1)紋理網(wǎng)眼組織

GB1:1-0/1-2/2-3/2-1//

4×1250mm/rack,

GB2:2-3/2-1/1-0/1-2//

4×1250mm/rack,

GB3:1-0/2-3//

4×1750mm/rack,

GB4:1-0/2-3//

4×1750mm/rack。

以上是紋理網(wǎng)眼組織各梳櫛的墊紗數(shù)碼和送經(jīng)量，花高為4橫列，GB1和GB2做對(duì)稱(chēng)墊紗運(yùn)動(dòng)，GB3和GB4做相同的墊紗運(yùn)動(dòng)；這樣的墊紗運(yùn)動(dòng)既能保證布面的平整，又具有一定的凹凸感，形成了帶紋理的網(wǎng)眼效應(yīng)。

(2)斜紋網(wǎng)眼組織

GB1:1-0/1-2/1-0/2-3/2-1/2-3//

6×1350mm/rack,

GB2:2-3/2-1/2-3/1-0/1-2/1-0//

6×1350mm/rack,

GB3:1-0/2-3//

6×1750mm/rack,

GB4:1-0/2-3//

6×1750mm/rack。

與紋理網(wǎng)眼組織相似，斜紋網(wǎng)眼組織的GB1和GB2也做對(duì)稱(chēng)墊紗運(yùn)動(dòng)，GB3和GB4做相同的墊紗運(yùn)動(dòng)，但GB1、GB2的最小花高從4橫列變成了6橫列，從而形成了與紋理網(wǎng)眼不同的網(wǎng)眼效果；與紋理網(wǎng)眼組織相比，斜紋網(wǎng)眼組織的網(wǎng)眼效果更明顯，面料較挺闊，凹凸感更強(qiáng)，但面料的柔軟性不及紋理網(wǎng)眼組織。

2.3.2變化網(wǎng)眼組織設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

與小網(wǎng)眼組織相比，變化網(wǎng)眼組織的墊紗數(shù)碼更加復(fù)雜，且需采用分段多速送經(jīng)方式送經(jīng)。

(1)六角網(wǎng)眼組織

圖2六角網(wǎng)眼組織墊紗運(yùn)動(dòng)圖

圖2為六角網(wǎng)眼組織的墊紗運(yùn)動(dòng)圖，六角網(wǎng)眼組織的花高為14橫列，GB1和GB3的墊紗數(shù)碼相同，GB1和GB2做對(duì)稱(chēng)墊紗，GB3和GB4做對(duì)稱(chēng)墊紗。

六角網(wǎng)眼組織送經(jīng)量：

GB1:2×1240mm/rack,5×1650mm/rack,2×1240mm/rack,5×1650mm/rack,

GB2:2×1250mm/rack,5×1660mm/rack,2×1250mm/rack,5×1660mm/rack,

GB3:2×1330mm/rack,5×1735mm/rack,2×1330mm/rack,5×1735mm/rack，

GB4:2×1330mm/rack,5×1735mm/rack,2×1330mm/rack,5×1735mm/rack。

六角網(wǎng)眼組織的四把梳櫛均分為四段送經(jīng)，GB1與GB2雖做對(duì)稱(chēng)墊紗，但其對(duì)應(yīng)的各送經(jīng)段的送經(jīng)量經(jīng)上機(jī)織造調(diào)試后略有差異。

(2)橫紋網(wǎng)眼組織

圖3　橫紋網(wǎng)眼組織墊紗運(yùn)動(dòng)圖

圖3為橫紋網(wǎng)眼組織墊紗運(yùn)動(dòng)圖，橫紋網(wǎng)眼組織花高為8橫列，GB1和GB2做對(duì)稱(chēng)墊紗，GB3和GB4做對(duì)稱(chēng)墊紗。

橫紋網(wǎng)眼組織送經(jīng)量：

GB1:2×1260mm/rack,6×1650mm/rack,

GB2:2×1250mm/rack,6×1660mm/rack,

GB3:1×1735mm/rack,2×1330mm/rack,5×1735mm/rack,

GB4:1×1735mm/rack,2×1330mm/rack,5×1735mm/rack。

橫紋網(wǎng)眼的GB1與GB2分兩段送經(jīng)，GB3與GB4分三段送經(jīng)，GB1與GB2對(duì)應(yīng)的各送經(jīng)段的送經(jīng)量經(jīng)上機(jī)織造調(diào)試后略有差異。

3　生物基聚酰胺經(jīng)編面料性能測(cè)試

3.1　試樣準(zhǔn)備

對(duì)四種組織白坯布進(jìn)行染整處理，主要包括：(1)預(yù)定型：在189℃溫度下，在織物上加入的3%除油劑，將織物經(jīng)過(guò)預(yù)定型機(jī)處理；去除紗線(xiàn)本身的油脂和織造時(shí)的機(jī)械油劑，防止織物在高溫染色條件下泛黃色，影響染色效果；對(duì)織物尺寸進(jìn)行預(yù)先定型，防止染色過(guò)程中尺寸的過(guò)度變化；(2)煮練：浴比為1:20，加入皂粉5g/L，去除織物上的雜質(zhì)；(3)染色：浴比為1:15，染液pH值在6～7之間，以2℃/min的升溫速度將染液溫度升至100℃，在100℃下保溫染色40min；(4)固色處理：染色階段完成后，經(jīng)清水漂洗，在70℃下加入3%固色劑，固色處理30min；(5)熱定型：在165℃溫度下，將織物門(mén)幅擴(kuò)至需要的寬度，對(duì)織物進(jìn)行熱定型處理；熱定型過(guò)程中，加入5%的柔軟劑，以改善織物手感。表2為經(jīng)染色整理后的四種組織的成品規(guī)格參數(shù)，一、二、三、四分別表示紋理網(wǎng)眼組織、斜紋網(wǎng)眼組織、六角網(wǎng)眼組織和橫紋網(wǎng)眼組織。

表2　織物成品規(guī)格

3.2　織物性能測(cè)試

根據(jù)GB/T 5453-1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，采用YG461E-Ⅱ型織物透氣儀對(duì)織物透氣性進(jìn)行測(cè)試。

根據(jù)GB/T 11048-1989《紡織品 織物起球?qū)嶒?yàn) 圓軌跡法》，采用YG501型圓磨織物起球儀對(duì)織物進(jìn)行抗起毛起球?qū)嶒?yàn)。

根據(jù)FZ/T 01045-1996《織物懸垂性實(shí)驗(yàn)方法》，采用Y811型織物懸垂性實(shí)驗(yàn)儀對(duì)織物進(jìn)行懸垂性測(cè)試。

根據(jù)GB/T 3923.1-1997《織物拉伸性能 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》，采用YG026A型電子織物強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)對(duì)織物進(jìn)行拉伸斷裂性測(cè)試。

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1　織物拉伸斷裂性能分析

對(duì)四種經(jīng)編織物進(jìn)行拉伸斷裂性能測(cè)試，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) FZT 43012-2013 規(guī)定，錦綸絲織物的斷裂強(qiáng)力不小于200N。

由圖4可知，四種經(jīng)編織物無(wú)論是縱向還是橫向的拉伸斷裂強(qiáng)力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了行標(biāo)的最低標(biāo)準(zhǔn)。從a中可看出，兩種變化網(wǎng)眼組織的斷裂強(qiáng)力較高。六角網(wǎng)眼組織的延展線(xiàn)較多，紗線(xiàn)的經(jīng)向抱合力較強(qiáng)，不易產(chǎn)生滑移，在受到縱向拉伸時(shí)能夠承受更多的負(fù)載，所以其縱向斷裂強(qiáng)力最高，但正因其延展線(xiàn)較密集，所以其縱向伸長(zhǎng)率較差。從圖4中b可看出，兩種小網(wǎng)眼組織的橫向斷裂強(qiáng)力高于兩種變化網(wǎng)眼組織；六角網(wǎng)眼組織由于其網(wǎng)孔效應(yīng)，當(dāng)受到橫向拉伸時(shí)，橫向承受負(fù)載的紗線(xiàn)較少且紗線(xiàn)間的抱合力較差，導(dǎo)致其橫向斷裂強(qiáng)力較低。

a.縱向拉伸

b.橫向拉伸

4.2　織物懸垂性能分析

評(píng)價(jià)織物的懸垂性通常將懸垂系數(shù)作為最重要的考量指標(biāo)[7]。懸垂系數(shù)指織物放在圓盤(pán)上自然下垂或在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的投影面積減去圓盤(pán)面積的差值與試樣面積的百分比[8]；懸垂系數(shù)越小，織物的懸垂性越好[9]。

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的紋理網(wǎng)眼組織、斜紋網(wǎng)眼組織、六角網(wǎng)眼組織和橫紋網(wǎng)眼組織的靜態(tài)懸垂系數(shù)依次為：46.27%，36.35%，56.83%，29.09%，織物的實(shí)際懸垂效果如圖5。從靜態(tài)懸垂系數(shù)和懸垂效果圖可知橫紋網(wǎng)眼組織和斜紋網(wǎng)眼組織的懸垂性較好，另兩種組織的懸垂性較差。

圖5　織物懸垂性測(cè)試結(jié)果

4.3　織物抗起毛起球性和透氣性能分析

表3為四種織物的抗起毛起球性和透氣性的測(cè)試結(jié)果。根據(jù)GBT 22848-2009 規(guī)定，針織成品布優(yōu)等品抗起球級(jí)數(shù)不小于3.5，合格產(chǎn)品抗起球級(jí)數(shù)不小于3。根據(jù)FZT 72009-2008 規(guī)定，針織吸濕牛仔布的透氣率不小于350mm/s。

表3　抗起毛起球性和透氣性測(cè)試結(jié)果

由表3可知，四種組織的抗起毛起球級(jí)別均達(dá)到了國(guó)標(biāo)規(guī)定的針織成品布優(yōu)等品的級(jí)別，兩種變化網(wǎng)眼組織的抗起毛起球性?xún)?yōu)于兩種小網(wǎng)眼組織。由表3可得織物透氣率的測(cè)試結(jié)果，織物的透氣性常用透氣率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)[10]。四種織物的透氣率均超過(guò)了行業(yè)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。斜紋網(wǎng)眼組織的透氣性?xún)?yōu)于紋理網(wǎng)眼組織，六角網(wǎng)眼的透氣性?xún)?yōu)于橫紋網(wǎng)眼組織。

5　結(jié)論

本文以70D泰綸長(zhǎng)絲為主要原料，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了四種經(jīng)編組織，并對(duì)四種經(jīng)編組織的面料性能及應(yīng)用進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1)紋理網(wǎng)眼組織具有良好的橫向斷裂強(qiáng)力和良好的抗起毛起球性能，所以其可用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性有一定要求的特殊工作服、家用紡織品和產(chǎn)業(yè)用紡織品等領(lǐng)域。

2)斜紋網(wǎng)眼組織具有較好懸垂性和透氣性，適用于裙裝、外套等。

3)六角網(wǎng)眼組織具有較好的縱向拉伸強(qiáng)力，可用于窗簾、帷幕等裝飾紡織品；橫紋網(wǎng)眼組織以其優(yōu)異的懸垂性適用于裝飾桌布、臺(tái)布等。

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