多組分防風(fēng)抗靜電駝絨復(fù)合絮片的開發(fā)及其性能

韋玲俐，方丹丹，孫 窈，邵一卿，夏 鑫

(新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046)

隨著人們對(duì)美好生活的追求，對(duì)于保暖材料要求更加傾向自然、輕質(zhì)、美觀[1-2]。駝絨因其輕柔、防潮、色澤自然、保暖性強(qiáng)，已成為一種廣泛流行的特種動(dòng)物纖維填充材料。但經(jīng)其制成的保暖絮片仍存有一些不可避免的缺陷。由于駝絨纖維自身卷曲的特點(diǎn)，使其絮片纖維間存在較大空隙，在風(fēng)速較大的高壓差情況下，防風(fēng)性能減弱[3]，保溫性能下降。此外，駝絨纖維屬于蛋白質(zhì)纖維，人體日?；顒?dòng)使其產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，降低穿著舒適感，引起人體失眠、煩躁，對(duì)神經(jīng)衰弱者危害較大[4-5]。同時(shí)，駝絨因其稀有價(jià)貴，生產(chǎn)成本高，通過纖維混合的方式，可以改善駝絨絮片自身性能的不足，降低生產(chǎn)成本。超細(xì)纖維線密度低，不超過1 dtex,比表面積大,可以貯存更多的靜止空氣。近年來，歐美等國家主要以研究超細(xì)纖維和中空纖維絮體及防風(fēng)層壓織物為主[6]，而國內(nèi)鮮有將超細(xì)纖維與動(dòng)物纖維混合用以制作防風(fēng)織物的報(bào)道。另外，金屬導(dǎo)電纖維具有良好的永久抗靜電效果，與靜電劑相比更符合綠色環(huán)保的理念，適當(dāng)添加金屬導(dǎo)電絲可穩(wěn)定提高織物的抗靜電性能[7]。莊小雄等[8]將導(dǎo)電纖維條和滌綸/羊毛毛條進(jìn)行混紡，制成具有優(yōu)異抗靜性能的毛/滌花呢織物。

本文將駝絨、滌綸超細(xì)纖維、棉及不銹鋼纖維混合，配合適當(dāng)滌綸三維卷曲纖維和聚烯烴系纖維(ES纖維)，采用熱合非織造布加工工藝制成多組分防風(fēng)抗靜電駝絨復(fù)合絮片，既兼顧了駝絨絮片優(yōu)異的保暖性及彈性，又提高了其防風(fēng)、抗靜電性能，同時(shí)，結(jié)合使用新疆優(yōu)質(zhì)的棉纖維，降低了絮片生產(chǎn)成本，這對(duì)于緩解毛料短缺，拓寬保暖材料市場(chǎng)，增加駝絨產(chǎn)品的附加值具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

駝絨：二級(jí)駝絨，平均細(xì)度25 μm，平均長(zhǎng)度 51 mm。滌綸超細(xì)纖維：線密度0.9 dtex,長(zhǎng)度38 mm。棉纖維：平均線密度1.1 dtex,平均長(zhǎng)度 38 mm。滌綸三維卷曲纖維：線密度6 dtex,長(zhǎng)度 51 mm。不銹鋼纖維：線密度8 μm，長(zhǎng)度50 mm。ES纖維：線密度1.4 dtex，長(zhǎng)度38 mm。

1.2 加工前準(zhǔn)備

由于駝絨與化纖在生產(chǎn)時(shí)易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，在開松梳理過程中常伴有結(jié)團(tuán)纏繞的情況，不但對(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成危害，還會(huì)造成原料浪費(fèi)，因此需要用15%(owf)的水對(duì)其進(jìn)行加濕回潮處理，纖維經(jīng)噴壺均勻噴灑加濕后用塑料布覆蓋，保濕24 h后再進(jìn)行投料加工。

1.3 加工工藝

本文實(shí)驗(yàn)中，以駝絨、滌綸超細(xì)纖維作為主體纖維，配合不銹鋼纖維、棉及滌綸三維卷曲纖維，利用ES纖維低熔點(diǎn)特性，通過熱合非織造布生產(chǎn)工藝進(jìn)行產(chǎn)品加工。工藝流程為: 加濕→開松→梳理→鋪網(wǎng)→熱壓定形→成卷。設(shè)置加熱溫度為130 ℃，加熱時(shí)間3 min，試樣面密度為200 g/m2，試樣尺寸30 cm× 30 cm， 4種復(fù)合絮片原料比例設(shè)計(jì)見表1。

表1 復(fù)合絮片原料比例設(shè)計(jì) %

1.4 性能測(cè)試

1.4.1 面密度

參考GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布試驗(yàn)方法 第1部分：?jiǎn)挝幻娣e質(zhì)量的測(cè)定》，準(zhǔn)備 3塊試樣，尺寸大小為30 cm × 30 cm，測(cè)試每組樣本的面密度并計(jì)算平均值。

1.4.2 保溫性

參照GB/T 11048—1989《紡織品保溫性能試驗(yàn)方法》，采用 YG(B)606D 型平板式保溫儀測(cè)量試樣的保溫性能。將準(zhǔn)備好的試樣覆蓋于試驗(yàn)板的測(cè)試區(qū)中，試驗(yàn)中，通過測(cè)量試驗(yàn)板在一定時(shí)間內(nèi)保持恒溫所需的加熱時(shí)間，計(jì)算出織物的保溫率、傳熱系數(shù)和克羅值等保溫指標(biāo)。

1.4.3 透氣性

參考 GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》，采用 YG(B) 461E 型織物透氣儀對(duì)樣品的透氣率進(jìn)行測(cè)試。準(zhǔn)備3塊試樣，每塊試樣測(cè)試 3次，計(jì)算其透氣率及平均值。

1.4.4 靜電性能

參考GB/T 12703.5—2010《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第5部分：摩擦帶電電壓》，采用LX-170靜電電壓測(cè)試儀對(duì)織物進(jìn)行測(cè)量。每組試樣測(cè)試 4點(diǎn)，計(jì)算其靜電電壓平均值。

1.4.5 蓬松性及壓縮回彈性

參考 FZ/T 60003—2011 《絮片單位面積質(zhì)量、壓縮回彈性及蓬松度的測(cè)定》測(cè)試保暖絮片的蓬松性及壓縮回彈性。直接測(cè)量試樣面積S，質(zhì)量m，絮片輕壓下的厚度T0、最大壓力Tn和回復(fù)厚度T1,并計(jì)算以下3個(gè)指標(biāo)：

壓縮率C=(T0-Tn)/T0×100%

壓縮彈性率R=(T1-Tn)/(T0-Tn)×100%

蓬松度B=S×T0/m×0.1

2 結(jié)果與分析

2.1 保溫性測(cè)試

保溫性能是絮片的最基本性能，是指試樣能保持被包覆體溫度的程度，一般采用克羅值、保溫率和傳熱系數(shù)等3個(gè)指標(biāo)表征[9]。試樣的保溫率越大，說明織物保暖性越好?？椢锏谋芈逝c其組成纖維的導(dǎo)熱率直接相關(guān)，由不同纖維組成的絮片的保暖性呈現(xiàn)出差異化[10]。其次，由于空氣的導(dǎo)熱性低于常用纖維，當(dāng)絮片內(nèi)含有適量的靜止空氣，有利于提高其保暖性能。不同駝絨含量的絮片保溫性能見表 2。

表2 不同駝絨含量的絮片保溫性能

從表2可以看出，面密度相近的4種絮片保溫性能都較為良好，A、B、C 3種復(fù)合絮片的保溫性能與 D型純駝絨絮片相比略為下降。駝絨作為主體纖維對(duì)絮整體的保暖性起到?jīng)Q定性作用，其具有優(yōu)異的保暖性能。這是由于部分駝絨纖維直徑較大，纖維內(nèi)部含有髓質(zhì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)容易貯存靜止空氣，另外駝絨纖維自身呈現(xiàn)特殊的轉(zhuǎn)曲形態(tài)，在絮片中起到骨架作用，這使得絮片中的纖維間留有一定間隙，可儲(chǔ)存大量靜止空氣，三維卷曲纖維同駝絨有著相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，可起到輔助貯存空氣的作用。從表2還可發(fā)現(xiàn):B型絮片保溫性能有較明顯的提升，已具有較為優(yōu)異的保暖性能。為探尋超細(xì)纖維與棉在絮片中對(duì)保溫性能影響，以B型復(fù)合絮片作為基礎(chǔ)，等比例調(diào)整棉與超細(xì)纖維配比，試樣B1棉/超細(xì)纖維為5/25，試樣B2棉/超細(xì)纖維為10/20，試樣B3為棉/超細(xì)纖維15/15，試樣B4為棉/超細(xì)為維20/10。不同棉/超細(xì)纖維配比的絮片保溫性能見表3。

表3 不同棉/超細(xì)纖維配比的絮片保溫性能

從表3可以看出，復(fù)合絮片的保暖性能隨著棉比例的增加而逐漸提高，說明棉的保溫性能優(yōu)于超細(xì)纖維。棉與超細(xì)纖維均具有較低的線密度，能夠吸附更多靜止空氣，在絮片具有較高含氣量的同時(shí)仍保持著較小的透氣率，維持絮片內(nèi)空氣靜止，有效起到保暖作用。然而棉纖維內(nèi)具有空腔結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)存的空氣更為穩(wěn)定，是超細(xì)纖維所不能替代的。

2.2 透氣性測(cè)試

織物的透氣性指在織物兩側(cè)存有一定壓差時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過試樣單位面積的空氣量[11]。通常實(shí)驗(yàn)室測(cè)定條件為100 Pa，為探求復(fù)合絮片在高風(fēng)速大壓差的極端環(huán)境中的防風(fēng)性能，測(cè)量了不同配比方案下的復(fù)合絮片在不同壓差中的透氣率，間接地評(píng)價(jià)絮片的防風(fēng)性能。復(fù)合絮片在不同壓差下的透氣率見圖1。復(fù)合絮片在不同壓差下透氣率數(shù)據(jù)擬合見表4。

圖1 復(fù)合絮片在不同壓差下的透氣率

表4 復(fù)合絮片在不同壓差下透氣率數(shù)據(jù)擬合

編號(hào)擬合方程R2B1y=1 100.9lnx-2 729.00.989 4B2y=1 042.1lnx-2 834.30.988 5B3y=1 020.5lnx-2 817.90.971 6B4y=990.19lnx-2 735.60.976 7Dy=947.55lnx-2 618.60.965 7

由圖1可以看出，復(fù)合絮片的防風(fēng)性較純駝絨絮片顯著提高，這是由于絮片的透氣性能主要與纖網(wǎng)中空隙的大小和數(shù)量有關(guān)。超細(xì)纖維的線密度較低，能夠均勻地填補(bǔ)在駝絨骨架纖維之間，在熱壓過程中，可使纖維間黏結(jié)纏繞得更為緊密，從而減小了纖網(wǎng)中的孔隙，增大了空氣透過的阻力，提高了復(fù)合絮片的防風(fēng)性能。同時(shí)，隨著絮片防風(fēng)性能的提高，有效降低了絮片中靜止空氣的對(duì)流，從而減緩了熱量的流失[12]，有利于絮片保暖性能的提高。一般情況下，絮片透氣率在 600～2 000 mm/s 之間屬于優(yōu)等的保暖絮片，而實(shí)驗(yàn)中B1、B2型復(fù)合絮片即使在較高的壓差條件下仍具有較好的透氣性能，符合優(yōu)等絮片要求。由表4可以發(fā)現(xiàn)，隨著超細(xì)纖維的增加，絮片的防風(fēng)性能逐漸提高，這是由于超細(xì)纖維不但可減少纖維間隙，還具有較大的比表面積，可以吸附住更多的靜止空氣。綜合考慮復(fù)合絮片的保溫與防風(fēng)性能，認(rèn)為B2型絮片為最佳棉/超細(xì)纖維配比工藝，后續(xù)實(shí)驗(yàn)在B2基礎(chǔ)上進(jìn)行探索。

2.3 抗靜電性測(cè)試

絮片的靜電性能是其使用性能的一項(xiàng)重要的考察指標(biāo)。由于駝絨纖維電導(dǎo)率較低，是電的不良導(dǎo)體，當(dāng)與化纖混紡時(shí)更易產(chǎn)生電荷集聚現(xiàn)象，降低服飾材料的舒適感。為提高復(fù)合絮片的抗靜電性能，在復(fù)合絮片中分別添加1%、3%、5%、7%、9%的不銹鋼纖維，通過測(cè)量不同不銹鋼纖維含量的絮片的靜電電壓，觀察絮片的抗靜電性能變化。不銹鋼纖維含量對(duì)靜電電壓影響見圖2。

圖2 不銹鋼纖維含量對(duì)靜電電壓影響

由圖2可以看出，復(fù)合絮片的靜電電壓較純駝絨絮片大幅下降，這是因?yàn)閺?fù)合絮片中含有少量的不銹鋼導(dǎo)電纖維，利用金屬導(dǎo)體內(nèi)部存在的大量可移動(dòng)電子，可以顯著提高織物的抗靜電性能，且效果持久，不受環(huán)境溫濕度的影響。此外，絮片中含有部分棉纖維，其表面含有較多親水基團(tuán)，可加速電荷的逸散，有助于提高織物的抗靜電性能。測(cè)試中，復(fù)合絮片靜電電壓隨著不銹鋼纖維含量的增多而降低，當(dāng)不銹鋼纖維含量為3%時(shí)，復(fù)合絮片帶電電壓可達(dá)C級(jí)，當(dāng)含量提高至5%時(shí)絮片帶電電壓低于1 200 V，可達(dá)B級(jí)，已具備較為良好的抗靜電性能。

2.4 壓縮性能測(cè)試

絮片的壓縮性能也是服裝填料的重要性能之一。絮片的壓縮性常用蓬松度、壓縮率和回彈率 3個(gè)指標(biāo)來表示。分別測(cè)試不銹鋼含量在3%、5%、7%時(shí)絮片的壓縮性能，以觀察不銹鋼纖維對(duì)織物的影響。不同不銹鋼含量下絮片的壓縮性能見表5。可以看出,與純駝絨絮片相比，含有不銹鋼纖維的復(fù)合絮片的蓬松度及壓縮彈性率均有下降，其中蓬松度下降較為顯著。蓬松度與絮片的空隙率有很大關(guān)系，純駝絨絮片因其內(nèi)部纖維間存有較大空隙，因而展現(xiàn)出更為蓬松的狀態(tài)，而復(fù)合絮片中呈現(xiàn)小空隙纖維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其蓬松度降低。彈性壓縮率是指絮片受壓縮后回復(fù)的能力，復(fù)合絮片混有一定比列的棉與超細(xì)纖維，其抗彎剛度小、彈性低，經(jīng)高模量的三維卷曲纖維調(diào)整后，絮片的壓縮彈性下降并不明顯。壓縮率表明絮片抗壓扁能力，復(fù)合絮片抗壓能力優(yōu)于純駝絨絮片，且隨著不銹鋼纖維含量的增加而略有提高，這是因?yàn)椴讳P鋼纖維具有金屬固有的高抗彎、高彈性模量特性，使復(fù)合絮片的綜合壓縮性能符合毛復(fù)合絮片一等品標(biāo)準(zhǔn)。

表5 不同不銹鋼含量下絮片的壓縮性能

3 結(jié) 論

①經(jīng)試驗(yàn)得出B2型復(fù)合絮片具有良好的綜合性能，其纖維配比工藝為：駝絨/超細(xì)纖維/三維卷曲纖維/棉/ES纖維/不銹鋼纖維為40/20/15/10/10/5，加熱溫度130 ℃，加熱時(shí)間3 min。

②與純駝絨絮片相比，復(fù)合絮片的保溫率僅略低于純駝絨絮片4.5%，仍具有較好的保溫效果。此外，復(fù)合絮片還具有優(yōu)異的防風(fēng)性能，即使在 150 Pa高壓差的極端環(huán)境中透氣率仍保持在 600～2 000 mm/s 之間，符合優(yōu)等絮片要求。

③復(fù)合絮片具有良好的抗靜電性能，當(dāng)不銹鋼纖維含量為5% 時(shí)，織物帶電電壓已達(dá)B級(jí)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品需求可適當(dāng)提高不銹鋼纖維含量，經(jīng)測(cè)試表明，適當(dāng)提高不銹鋼纖維的含量對(duì)絮片壓縮性能并無顯著影響。

④純駝絨絮片生產(chǎn)成本較高，而棉與超細(xì)纖維等其他混紡纖維價(jià)格較低，其與駝絨復(fù)合混紡的絮片不但具有良好的保溫性能，還具有防風(fēng)抗靜電等功能性，因而開發(fā)駝絨復(fù)合絮片具有良好的經(jīng)濟(jì)意義和實(shí)用意義。