納米微晶功能性莫代爾/羊絨/舒彈絲混紡紗開發(fā)

肖建波，查小剛，李小梅，李辛欣

(1.聯(lián)宏紡織有限公司，江蘇 張家港 215600； 2.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620)

伴隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，功能性紡織品開發(fā)也進(jìn)入了新的階段。在日常生活中，越來多的人開始使用功能性紡織品，其中保暖性紡織品占有很大比例。以遠(yuǎn)紅外功能紡織品為例，其具有保暖、保健的作用[1]。目前遠(yuǎn)紅外纖維的研究大多局限于合成纖維，不符合內(nèi)衣天然纖維化的需求。而對天然纖維的處理主要通過傳統(tǒng)后整理的方式，要依靠黏合劑使織物功能持久，但也使織物存在遠(yuǎn)紅外發(fā)射率較低、手感較差、不耐洗滌等缺點(diǎn)，遠(yuǎn)紅外效果不能極大程度的發(fā)揮與保持。

除了保暖紡織品外，抗菌功能紡織品的研究也受到國內(nèi)外的高度關(guān)注[2]，因細(xì)菌等微生物引起的疾病如腳氣、腳臭、婦科病等在成年人中發(fā)病較多。市場上的抗菌紡織品90%以上采用納米銀系抗菌劑處理，銀系抗菌劑不僅價(jià)格昂貴而且易變色，影響紡織品色澤，另外銀系抗菌劑對真菌的抑制性較差，容易引起皮膚瘙癢，而納米金屬氧化物由于抗菌效果對光的依賴性也受到冷落。

本文對羊絨纖維進(jìn)行納米遠(yuǎn)紅外抗菌功能晶體的處理，通過優(yōu)化紡紗工藝參數(shù)和改造設(shè)備紡制功能性莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗。將先進(jìn)的納米材料制備技術(shù)和傳統(tǒng)紡織品加工技術(shù)結(jié)合，賦予功能性莫代爾/羊絨/舒彈絲混紡織物遠(yuǎn)紅外保暖與抗菌止癢功能?？朔藛渭円蕾嚾菊庸?，通過有機(jī)化學(xué)助劑的接枝和交聯(lián)對織物進(jìn)行功能性整理所帶來的不足。該技術(shù)是對我國紡織技術(shù)的革新，對于將納米技術(shù)應(yīng)用于紡織領(lǐng)域起到了積極的示范作用，提高了紡織品的附加值，得到了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 原料選擇與混紡比確定

1.1 原料選擇

羊絨是一種珍貴的蛋白質(zhì)纖維，其制品輕柔滑爽，保暖性好，深受人們喜愛[3]。近年來，山羊絨原料越來越受到紡織行業(yè)的重視，經(jīng)納米微分子晶體功能性處理可增加羊絨針織品的抗菌功能，并且該功能具有永久性。

舒彈絲是以Sonora聚合物為原料紡制出的一種差別化聚對苯二甲酸丙二醇生物基彈力短纖維[4]，與一般的PTT纖維相比，舒彈絲的纖維在形態(tài)上有著較大的不同，其纖維形態(tài)呈圈圈紗狀，與彈簧非常相似，纖維卷曲率高達(dá)80%。織物中加入舒彈絲，可使織物富有彈性，在提高制品穿著舒適度的同時(shí)又能起到防止織物變形、松弛的作用。舒彈絲的彈性適中, 其制品既保留了彈性面料的舒適性,又具備了適中的彈性、拉伸回復(fù)性且手感極佳[4]。 此外，舒彈絲都能與棉、毛、滌綸等混紡，其混紡紗具有更好的性能，如抗皺性、舒適性等。

莫代爾纖維是由歐洲源櫸木制成木漿，通過紡絲工藝紡制的。在紡絲過程中，所用溶劑 99%以上可以回收[5]，生產(chǎn)流程對環(huán)境基本無污染。莫代爾纖維可以再生，具有較高的濕模量、優(yōu)異的吸濕性與透氣性，而且強(qiáng)伸性良好，其織物滑爽且透氣性、懸垂性、染色性優(yōu)良。

將羊絨、舒彈絲、莫代爾3種纖維混紡能充分發(fā)揮其各自的優(yōu)良特性，在保持了羊絨纖維原有特性的基礎(chǔ)上，可以改善織物的彈性、提高抗起球性等，實(shí)現(xiàn)了3種纖維優(yōu)化組合的目的。纖維性能見表1。

表1 纖維性能

1.2 羊絨纖維功能化處理

1.2.1 遠(yuǎn)紅外抗菌功能晶體的制備

將一定量鋅、硅、鎂、鈣的化合物(1種或幾種)溶于水得到溶液①，將酞酸丁酯、無水乙醇按體積比1∶50混合均勻得到溶液②，在滴定管里倒入溶液①，在DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器水浴池里放入倒有溶液②的燒杯，并對其進(jìn)行攪拌，把溶液①慢慢向溶液②中滴加，速度大約為30～50 滴/min，滴加完成后，得到溶液③，向溶液③中慢慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～1.0%的尿素混合均勻制成無色透明混合液，加入到反應(yīng)釜中，在130～180 ℃高溫下反應(yīng)6～15 h，降到室溫后放置5～10 h，得到乳白色的漿液；加入少許大分子表面改性劑在星型球磨機(jī)中磨數(shù)小時(shí)，再經(jīng)超聲波振蕩15 min后即得到表面改性的遠(yuǎn)紅外抗菌功能晶體分散漿料。

1.2.2 羊絨功能纖維制備

將羊絨纖維浸泡在遠(yuǎn)紅外抗菌功能晶體分散漿料中，利用二氧化肽中天然纖維微孔的膨脹效應(yīng)，將粒徑為5 nm左右的遠(yuǎn)紅外抗菌功能晶體鑲嵌到羊絨纖維的微孔中，經(jīng)過一定的熱、機(jī)械和化學(xué)反應(yīng)使得羊絨纖維微孔中晶體進(jìn)一步晶化長大，此后隨著纖維微孔的收縮以及晶體表面極性基團(tuán)與纖維的化學(xué)結(jié)合，遠(yuǎn)紅外抗菌功能材料牢固的固著在羊絨纖維的微孔中，形成類似融紡絲的納米整理效果，以保證賦予羊絨制品遠(yuǎn)紅外抗菌功能。

1.3 紗線混紡比的選擇

開發(fā)多組分紗線，選擇合適的混紡比非常重要。如功能纖維含量過小，產(chǎn)品的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及手感風(fēng)格等很難達(dá)到要求，無法實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)織物的功能，通過查閱相關(guān)資料[6]，確定舒彈絲纖維比例不能超過30%，如果超過30%則會(huì)產(chǎn)生無法清除的毛粒，而且織物后整理尺寸收縮不易控制，因此選擇舒彈絲比例為25%。本文設(shè)計(jì)了3種比例混紡紗，分別為1#：羊絨/莫代爾/舒彈絲45/35/25；2#：羊絨/莫代爾/舒彈絲20/55/25；3#：羊絨/莫代爾/舒彈絲30/45/25，并以相同的組織結(jié)構(gòu)織成3種織物，對其分析可知：

1#織物布面絨毛多且不夠柔和滑爽，織物馬丁代爾起球等級為3級，偏低，達(dá)不到可機(jī)洗要求，可能是因?yàn)槟鸂柋壤^少。另外由于羊絨比例較高，羊絨纖維相對化學(xué)纖維長度離散、細(xì)度離散都偏大，因此織物紋路不清。

2#織物，由于20%羊絨占比相對較低，布面絨毛較少，很難起絨，雖然手感比較滑爽，但不夠豐滿，馬丁代爾起球等級達(dá)到3.5級左右，紗線條干比較均勻。

3#織物布面手感很好，具有純羊絨織物的手感，彈性優(yōu)良、蓬松，表面的絨毛豐滿且滑爽，起球等級達(dá)到3.5級，且能夠進(jìn)行機(jī)洗，尺寸穩(wěn)定性較好，條干均勻，布面條紋清晰。

通過以上對比分析，確定按照3#方案紡制莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗。

2 紡紗工藝

2.1 工藝流程

由于羊絨長度比舒彈絲長且離散大，采用半精紡工藝紡紗時(shí)[7]，無法清除毛粒，而且對纖維損傷較大。本文采用精梳毛紡工藝與棉紡工藝相結(jié)合的加工技術(shù)，具體工藝流程為：和毛加油(改造)→梳條(改造)→并條(一道)→頭道針梳(工藝調(diào)整)→二道針梳(工藝調(diào)整)→復(fù)精梳(改造)→三道針梳(工藝調(diào)整)→四道針梳(工藝調(diào)整)→并條(三道)→粗紗→細(xì)沙→絡(luò)筒→并線→倍捻。

2.2 技術(shù)關(guān)鍵與措施

2.2.1 和毛工藝

為增加纖維間的潤滑、減少舒彈絲回潮率、減少靜電、增加纖維間的抱合，首先需對舒彈絲進(jìn)行逐層噴灑膨松劑并控制回潮率。處理工藝參數(shù)：SILKOL-FD膨松劑2%，IP-NEW抗靜電劑0.4%,控制回潮率6%，平衡時(shí)間8～12 h。

目前使用的B262和毛機(jī)，均采用3對工作輥—?jiǎng)兠伿崂碓M合，與錫林配合[8]。有4個(gè)開松梳理點(diǎn)(工作輥、喂絨羅拉與錫林配合點(diǎn))，對纖維的開松、撕扯作用強(qiáng)烈，測試表明該工序?qū)w維的損傷達(dá)到3～4 mm。為達(dá)到既將纖維撕扯開，又要減少纖維損傷的目的，對B262和毛機(jī)進(jìn)行改造，包括：盡量增加梳理點(diǎn)；增加錫林表面角釘排列密度；同時(shí)降低錫林轉(zhuǎn)速，增大速比，加快纖維轉(zhuǎn)移速度，防止重復(fù)轉(zhuǎn)移損傷纖維。錫林角釘改造見圖1。

圖1 錫林角釘改造

由圖1可以看出，錫林上的鷹嘴形抓絨角釘全部更換為梳針式針尖，可以更有效地刺入纖維內(nèi)對混合后纖維進(jìn)行撕松，通過輸送管道送至下一道工序。改造后的和毛機(jī)與原梳毛機(jī)相比，有效控制了混合后纖維的開松梳理單元面積，增加了角釘密度，降低了錫林轉(zhuǎn)速。測試表明：和毛后纖維幾乎無損傷，預(yù)開松情況良好，確保了后道加工的纖維品質(zhì)。

2.2.2 梳毛工藝

根據(jù)所紡纖維的特征，梳毛工序采取柔和梳理、低速度、輕定量、小隔距、大速比的原則。梳毛工藝參數(shù)見表2。

表2 梳毛工藝參數(shù)

該工序的主要作用是使纖維順利成條減少毛粒，為此針對預(yù)處理后的纖維回縮性特征，梳棉機(jī)從以下二方面進(jìn)行改造：一方面加大梳理點(diǎn)使纖維進(jìn)一步伸直，改變蓋板針布密度，減少彎鉤纖維，減少毛粒產(chǎn)生；另一方面降低錫林與刺輥的轉(zhuǎn)速以減少纖維的損傷程度，減小蓋板與錫林之間的分梳強(qiáng)度，增大線速比，實(shí)現(xiàn)纖維快速轉(zhuǎn)移，防止重復(fù)梳理產(chǎn)生毛粒和增加不必要的纖維損傷。針布改造見圖2。

圖2 針布改造

由圖2可以看出，通過改變蓋板針布梳理元件的型號，并對各傳動(dòng)部件工藝參數(shù)進(jìn)行全面調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了順利梳理和成條。通過測試可知，使用改造后的針布，纖維的平均長度僅降低了0.5 mm，有效防止了纖維損傷和毛粒的產(chǎn)生。

2.2.3 針梳工藝

采用二道針梳機(jī)進(jìn)行預(yù)梳理，遵循小牽伸、小隔距、輕定量、低車速工藝原則。頭道、二道針梳工藝參數(shù)見表3。

表3 頭道、二道針梳工藝參數(shù)

由于后形成的條子結(jié)構(gòu)具有收縮性，在原來針梳機(jī)上設(shè)計(jì)最小牽伸倍數(shù)為3.8，經(jīng)牽伸的條子有明顯粗細(xì)節(jié)，甚至出現(xiàn)斷頭無法進(jìn)行正常生產(chǎn)，為此調(diào)整了針梳機(jī)的總牽伸倍數(shù)，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，重新定做齒輪將牽伸倍數(shù)調(diào)至2.5左右。

2.2.4 精梳工藝

精梳工序的目的是去掉雜質(zhì)毛粒和短絨，根據(jù)羊絨混紡紗的特點(diǎn)采取以下措施：①同時(shí)考慮毛網(wǎng)質(zhì)量和制成率，調(diào)整給毛長度和拔取隔距，使其取值偏小[9]；②喂入負(fù)荷不能太大，防止錫林分梳不清造成拉毛現(xiàn)象；③針對纖維有回縮特點(diǎn)，對錫林針進(jìn)行重新排列，更有效清除毛粒和短毛。

精梳工藝遵循小隔距、輕定量、低車速的原則，精梳工藝參數(shù)見表4。

2.2.5 針梳工藝

在針梳工序中，使用二道針梳，遵守小隔距、小牽伸、輕定量、中車速工藝原則，三道、四道針梳工藝參數(shù)見表5。

表4 精梳工藝參數(shù)

表5 三道、四道針梳工藝參數(shù)

2.2.6 并條工藝

考慮到纖維長度離散大，為防止?fàn)可觳粍?、牽伸不開或牽伸過程中長纖維拉斷，調(diào)整并條隔距、后區(qū)牽伸倍數(shù)以及壓力棒調(diào)節(jié)環(huán)，采用逐步牽伸、小定量、小隔距、小牽伸倍數(shù)工藝原則。并條工藝參數(shù)見表6。

表6 并條工藝參數(shù)

在并條工序調(diào)整了牽伸區(qū)的牽伸皮輥，將原來分體式牽伸皮輥更換成整體式皮輥，有效防止了生產(chǎn)過程中皮輥的游動(dòng)和套筒抖動(dòng)，避免在生產(chǎn)過程中造成彎鉤纖維，條干不勻、紗疵、粗節(jié)及毛粒的產(chǎn)生。牽伸皮輥改造見圖3。

圖3 牽伸皮輥改造

2.2.7 粗紗工藝

由于羊絨混合后纖維長度差異大，導(dǎo)致羊絨長纖維束通過牽伸區(qū)時(shí)，出現(xiàn)長纖維被拉斷、出硬頭、牽伸不勻、條干差等弊病。為此，參照半精紡粗紗牽伸原理，對粗紗設(shè)備的牽伸區(qū)進(jìn)行改造，膠輥改造見圖4?？梢钥闯?，對粗紗中羅拉上方的膠輥進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，開槽形成滑溜牽伸，改變了羊絨混合后的受力狀況和摩擦力界分布，實(shí)現(xiàn)了長度差異大的纖維也能采用棉型粗紗機(jī)進(jìn)行加工。粗紗工藝參數(shù)見表7。

表7 粗紗工藝參數(shù)

圖4 膠輥改造

2.2.8 細(xì)紗工藝

細(xì)紗工序以確保牽伸均勻、成紗條干均勻?yàn)槟康?，采用緊密紡紗提高紗線均勻度和成紗強(qiáng)力，采用小隔距、輕定量的工藝原則。細(xì)紗工藝參數(shù)見表8。

表8 細(xì)紗工藝參數(shù)

對于細(xì)紗設(shè)備的改造，一是參照粗紗牽伸區(qū)改造方法，對中羅拉上方的膠輥工作面上開設(shè)滑溜槽，形成滑溜牽伸，改善了羊絨纖維的受力狀況；二是采用加長上下銷的長度，改善牽伸區(qū)摩擦力界的分布，以保證羊絨短纖維在運(yùn)動(dòng)中能夠在指定的牽伸區(qū)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。膠輥與下銷棒的改造見圖5。

圖5 膠輥與下銷棒改造

2.3 成紗質(zhì)量指標(biāo)

莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗成紗質(zhì)量指標(biāo)見表9。

表9 成紗質(zhì)量指標(biāo)

3 產(chǎn)品設(shè)計(jì)及性能測試

3.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

采用本文開發(fā)的11.1 tex×3莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗，在德國Stoll橫機(jī)上編織試樣。橫機(jī)機(jī)號16，織物幅寬 50 cm，織物組織為緯平針，織物用于內(nèi)衣面料。

3.2 織物性能測試

3.2.1 抗起毛起球性能

參照GB/T 4802.2—1997《紡織品 織物起球試驗(yàn) 馬丁代爾法》,測試織物的抗起毛起球性能，測試結(jié)果為3～4級，說明該織物具有良好的抗起毛起球性能[10]。

3.2.2 保暖性

根據(jù)GB/T 30127—2013《紡織品 遠(yuǎn)紅外性能的檢測與評價(jià)》，采用血液流速法及恒溫恒濕人體感受法測試織物遠(yuǎn)紅外保暖性以及微循環(huán)改造性能[11]。測試結(jié)果為：織物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.90(標(biāo)準(zhǔn)為≥0.88),織物的遠(yuǎn)紅外輻射溫升值為1.7 ℃(標(biāo)準(zhǔn)為≥1.4)，可以看出該織物具有優(yōu)良的保暖性。

3.2.3 抗菌性

根據(jù)FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》測試織物的抗菌性能，通過簡化洗滌條件與程序，進(jìn)行50次洗滌(10個(gè)完整洗滌循環(huán))[12]，然后對織物的抗菌性進(jìn)行測試，測試結(jié)果為織物對金黃色葡萄球菌的抑菌率為99%(標(biāo)準(zhǔn)為≥80%)，對大腸桿菌抑菌率為77%(標(biāo)準(zhǔn)為≥70%)，對白色念珠菌的抑菌率為95%(標(biāo)準(zhǔn)為≥60%)。可以看出，織物具有優(yōu)良的抗菌性能。

4 結(jié) 論

①通過對紡紗設(shè)備的改造，拓展了高支羊絨混紡針織紗的應(yīng)用領(lǐng)域，大大提升了產(chǎn)品的附加值。

②通過工藝調(diào)整、設(shè)備改造、流程改造，實(shí)現(xiàn)了在不加助劑情況下，提高針織品抗起毛起球等級的效果。

③合成出粒徑為5 nm左右的遠(yuǎn)紅外抗菌復(fù)合功能晶體，并成功對其改性，最終得到分散性好、尺寸分布均勻、晶種表面具有極性活性集團(tuán)的功能晶種分散漿料，解決了當(dāng)前無機(jī)納米材料在天然纖維應(yīng)用中的團(tuán)聚和界面結(jié)合2大瓶頸問題。

④采用納米技術(shù)和傳統(tǒng)整理工藝相結(jié)合，解決了在天然纖維尤其是羊絨纖維上賦予抗菌止癢、遠(yuǎn)紅外等性能，并使得羊絨針織品功能高效且持久。