一種新型高透氣環(huán)保直立棉填充物的開發(fā)及性能研究

廖若暄，蔡濤,2，吳曉燕

（1.廈門外國語學院石獅分校，福建 石獅 362700；2.石獅市中紡學服裝及配飾產業(yè)研究院，福建 石獅 362700）

服裝填充物是紡織服裝的重要組成部分，其基本要求在于保溫、舒適、透氣透濕。滌綸纖維是目前市場應用最為廣泛的原料[1]，由于滌綸纖維用于填充時纖維較粗，手感性能和服用舒適性不好，為了提升其保溫性能，一般需要以卷曲的形式進行加工。珍珠棉是滌綸纖維為了提升保溫性能而做的一種改進，通過機械作用使纖維產生卷曲而具有一定的立體結構，因而給予纖維在一定體積范圍內的蓬松度。具有蓬松度的珍珠棉填充物，結構內存留了一定量的靜止空氣，由于靜止空氣是熱的不良導體，因而對熱量具有良好的隔離作用，從而使得珍珠棉具有了良好的保溫性能[2]。珍珠棉加工工藝是滌綸材料保溫性能的改進工藝，但由于滌綸粗纖維本身手感粗糙、硬度大，其作為填充物舒適性較差，只能作為普通和低端產品紡織服裝的選擇。

家居填充物與服用填充物都是滿足日常消費者使用的相關產品，家居填充物的使用要求主要在于保溫、蓬松、回彈性能。目前家居填充物產品主要是海綿，海綿是用聚氨酯加其他材料進行膠聯反應而產生的塑料類的產物[3,4]。目前，由于海綿合成過程中使用了有毒有害TDI（甲苯二異氰酸酯），因而對于人體和環(huán)境的傷害和污染大，但目前市場對海綿的需求量大，尚無完全取代海綿的相關產品。此外，海綿產品由于發(fā)泡而成，不透氣，因而海綿作為填充物的產品使用舒適性較差，特別是長時間與人體接觸后容易產生悶熱感和不舒適感。

因此有必要開發(fā)一種新型高透氣環(huán)保直立棉產品作為服用填充物和家居填充物使用，可以提升填充物產品的透氣舒適性，同時可以避免使用有毒有害原料，具有較好的應用前景和市場價值。

舒彈絲是以美國杜邦公司的Sonora聚合物為原料開發(fā)出的一種生物基彈力短纖維，其纖維形態(tài)如彈簧一般，纖維卷曲率高達80%，彈性及回彈性較好，故采用具有三維立體結構的新型環(huán)保舒彈絲纖維原料[5-7]，可以提升產品的手感舒適性及彈性。另一方面，采用常規(guī)滌綸纖維原料可以提升產品的硬度和支撐性，同時控制產品的成本；采用低熔點纖維作為產品的粘合原料，提升產品的耐洗滌性。本研究通過不同原料的配比進行工藝優(yōu)化，開發(fā)高透氣的環(huán)保直立棉產品。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

舒彈絲：5.5 dtex×88 mm，福建省海興凱晟科技有限公司；

低熔點纖維：4.0 dtex×51 mm 廈門泓信特種纖維有限公司

表1 舒彈絲與滌綸配比對性能的影響

滌綸纖維：7 D×64 mm 南通羅萊化纖有限責任公司

2.2 實驗方案

舒彈絲、滌綸纖維、低熔點纖維混合比例見表1、表2。

2.3 實驗過程

將舒彈絲、低熔點纖維、滌綸纖維按照表1、表2的比例投入到混棉機中充分混合30 min，混合均勻后進入到雙錫林梳棉機中進行梳理，梳理速度控制20 m/min，錫林隔距控制30 mm。梳理后棉網經過雙層鋪網進入到直立棉搖擺頭，控制搖擺速度30次/min，直立棉高度控制10 cm，然后直立棉進入烘箱進行成型，4箱體烘箱分別控制溫度為：195、210、200、180 ℃，然后將對制備出來的樣品進行切割并進行性能指標測試。

2.4 保溫性能測試

按照ASTMD1518-2014紡織材料傳熱性的試驗方法，將試樣覆蓋于試驗板上，試驗板及底板和周圍的保護板均以電熱控制相同的溫度，并以通斷電的方式保持恒溫，使試驗板的熱量只能通過試樣的方向散發(fā)，測定試驗板在一定時間內保持恒溫所需要的加熱時間，計算試樣的保溫率，測試5次，取平均值。

2.5 透氣性能測試

按照GB/T 5453-1997紡織品織物透氣性能測試的試驗方法，在規(guī)定的壓差條件下，測定一定時間內垂直通過試樣給定面積的氣流流量，計算出透氣率。氣流速率可直接測出，也可通過測定流量孔徑兩面的壓差換算而得，測試5次，取平均值。

表2 低熔點纖維與滌綸配比對性能的影響

2.6 彈性回復性能測試

參照GB/T 18941-2003高聚物多孔彈性材料定負荷沖擊疲勞的測試方法進行彈性回復性能測試，把試樣放在壓頭下的中心部位，調節(jié)沖擊位置至與試樣的厚度相當，并調節(jié)壓頭與平臺的相對位置，施加（75±20）N 的規(guī)定負荷，再持續(xù)一段周期后通過厚度的變化確定彈性回復性，測試5次，取平均值。

2.7 耐洗滌性能測試

參照ASTMD4770-2000標準方法進行測試，將待測樣品平均鋪放于洗衣機槽內，平均撒入1/4匙洗衣粉，按照規(guī)定的程序，使洗衣機開始運作，運作時間1 h，觀察樣品的變化，記錄是否出現結構松散現象，測試5次，取平均值。

3 結果與討論

3.1 舒彈絲與滌綸配比對產品性能的影響

舒彈絲是一種新型彈性纖維，具有永久型的三維立體結構（圖1），且有良好的手感。由于材料結構的優(yōu)勢，在直立棉產品應用過程中充當了彈簧的作用，而細度較粗的滌綸纖維可以作為硬度調節(jié)材料，低熔點纖維材料作為連接舒彈絲與滌綸纖維的粘合材料，保證了直立棉產品的成型。為了便于研究舒彈絲與滌綸配比對直立棉產品性能的影響，固定了低熔點纖維的比例，并根據表1所設定的混合配方，得到以下結果。

圖1 舒彈絲三維立體結構（放大倍數 200倍）

圖2 舒彈絲/滌綸組分對產品保溫和耐洗滌性能的影響

圖2顯示隨著舒彈絲組分的增加，直立棉產品的保溫性能逐漸提升。這是因為空氣是熱的不良導體，靜止的空氣可以有效阻隔熱傳導而起到保溫的作用，常規(guī)提升填充物保溫性能的主要方式即為增加填充物中靜止空氣含量。舒彈絲具有三維立體結構和良好的纖維彈性，在填充物中可以起立體彈簧的作用，保留靜止空氣而發(fā)揮保溫的效果。因此隨著舒彈絲含量的增加產品的保溫性能提升，然而直立棉產品只有穩(wěn)定的結構才能起到保溫的效果，當舒彈絲原料含量過高時導致產品的結構不穩(wěn)定，從而影響到保溫性能。

耐洗滌性能與產品的結構穩(wěn)定性有關系，結構穩(wěn)定性好，產品耐洗滌性能越好。隨著舒彈絲含量的增加織物的耐洗滌性能也提升，但超過40%后，其耐洗滌性能降低。同時圖2也顯示產品結構穩(wěn)定性和保溫性能存在一定關聯性。

圖3 舒彈絲/滌綸組分對產品彈性和透氣性能的影響

圖3顯示隨著舒彈絲組分的增加，直立棉產品的彈性回復性能逐漸提升。彈性回復性是表征填充物主要性能指標之一，舒彈絲具有三維立體結構和良好的彈性，這種性能使其與常規(guī)結構纖維相比，存在較大的優(yōu)勢。但是，當舒彈絲原料含量過高時會導致直立棉產品的結構不穩(wěn)定，從而影響到彈性回復性能。

另一方面，織物的透氣性能和產品內部的有序結構有關系，舒彈絲呈非線狀結構，隨著舒彈絲含量增加的產品內部相互勾連，超過一定比例后產品透氣性能降低。

綜上所述，舒彈絲含量增加后，直立棉產品的保溫性能、彈性性能得到顯著提升，但是由于舒彈絲的三維立體結構，與常規(guī)線狀滌綸纖維相比增加了產品內部纖維之間的勾結糾纏程度，超過一定比例后影響到產品的透氣性能和耐洗滌性能。在固定低熔點纖維比例組分的基礎上，從圖2和圖3得到的結論是舒彈絲含量為40%、常規(guī)滌綸含量為30%可以均衡地保持產品最佳的保溫性能、耐洗滌性能、彈性回復性能、透氣性能。

3.2 低熔點配比對產品性能的影響

低熔點纖維是一種特殊的纖維，同常規(guī)纖維相比，低熔點纖維可以在一般更低的溫度下熔融和其他纖維粘合。低熔點的這種特性，可以充當粘合成分，促進不同組分之間的相互連接，從而形成一種穩(wěn)定的結構。

低熔點纖維充當粘合的成分，一定要進行充分的混合。只有不同組分的材料與低熔點纖維進行充分混合均勻，纖維之間的搭橋效應才能凸顯，否則就會出現加工過程中常規(guī)常見的“陰陽面”，即低熔點纖維較為集中的區(qū)域結構密實，而低熔點分布較少的部分結構松散，最終導致產品使用性能受到較大影響，不同規(guī)格的低熔點纖維由于熔點溫度范圍的差異，也會影響到其粘合性能。

從表3可知，隨著低熔點纖維的增加，產品的平均耐洗滌次數顯著增加。這是因為，雖然舒彈絲纖維具有三維立體結構，和其他混合的纖維具有一定的勾連和纏結，但是結構依然不穩(wěn)定。通過添加低熔點纖維并均勻混合，經加熱后低熔點纖維發(fā)生了熔融并與就近的纖維粘合，冷卻后使產品形成穩(wěn)定的結構。隨著低熔點纖維用量的增加，加熱后纖維集合體中相互粘合的結合點增加，形態(tài)更穩(wěn)固，從而耐洗滌性能增加。

表3 低熔點纖維與滌綸配比對產品性能的影響

從實驗結果中還可以看到，舒彈絲比例一定的情況下，隨著低熔點纖維的增加，直立棉產品的保溫性能和彈性回復性能存在現增加后減小的規(guī)律。正如上述分析，織物的保溫性能與其結構有關系，隨著低熔點纖維的加入，靜止的空氣增加，從而促使產品的保溫性能增加，但由于過多的低熔點纖維加入，產品粘合點飽和后造成產品板結，彈性回復性降低，保溫性能也開始下降。

4 結論

⑴ 新型高透氣環(huán)保直立棉產品開發(fā)，原料組成對于成品性能具有較大的影響，合理的纖維比例能夠有效提升直立棉的保溫性能、透氣性能以及耐洗滌性。

⑵ 舒彈絲具有天然的三維立體卷曲結構和良好的彈性，隨著含量的增加，直立棉產品的保暖性能、透氣性和耐洗滌性能提升，但是到達一定比例后，其相關性能呈現下降的趨勢。

⑶ 低熔點纖維的加入，可以顯著增強直立棉的耐洗滌性能，但由于低熔點纖維過多加入后呈現的板結狀態(tài)，其比例需要控制在合理的范圍。

⑷ 通過實驗，舒彈絲/低熔點纖維/常規(guī)滌綸的比例控制在40%、30%、30%，直立棉產品具有最佳的綜合應用性能，其保暖性能平均值為75.6%、彈性回復性能平均值為44.5%、透氣性能平均值為110.5 mm/s，耐洗滌次數平均值為12.5次。