基于灰色近優(yōu)法的多組分功能混紡紗及其織物的性能評價

石 煜，沈蘭萍，陽 智，宋 紅

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710048)

遠紅外聚酯纖維具有吸收外界光線和熱量的特殊功能，并能放射出與人體吸收波長相應(yīng)的遠紅外光波，具有保暖保溫等功能，還具有聚酯纖維手感滑爽，柔軟蓬松，輕質(zhì)透氣，富有回彈性的特點[1-2]。因此，遠紅外聚酯纖維在功能織物的應(yīng)用上具有廣闊的前景。

木棉纖維具有高中空的結(jié)構(gòu)特性，且其纖維集合體的蓬松度高，纖維表面微孔多，比表面積大，可在纖維集合體中儲存大量靜止空氣，因此，木棉纖維內(nèi)部富含氧氣，具有良好的保暖性；其次，木棉纖維上的黃酮類和三萜類等伴生物也使其具有良好的抗菌防螨作用[3-5]，木棉纖維的抗菌率達99%，防螨率達87.54%。

為提高混紡紗中木棉纖維的可紡性，可在混紡紗中加入棉纖維。棉纖維具有良好的吸濕透氣性和懸垂性，以此增加服用舒適性的同時也可改善織物保暖性、折皺回復(fù)性、芯吸效應(yīng)等[6]。

灰色近優(yōu)法屬于模糊數(shù)學(xué)理論，具有計算量小, 無需指標(biāo)權(quán)重，可避免分析結(jié)果的人為干預(yù)等特點。通過建立灰色近優(yōu)綜合評價系統(tǒng)，可以分析試樣綜合性能的指標(biāo)影響顯著性與工藝參數(shù)組合優(yōu)劣性[7]。

作者選取遠紅外聚酯發(fā)熱纖維、木棉纖維、棉纖維為原料進行紡紗，制備不同纖維混紡比的功能混紡紗，并開發(fā)出功能織物；同時，對混紡紗及其織物的基本服用性能與功能性進行測試，剖析各性能指標(biāo)的變化趨勢，并采用灰色近優(yōu)法進行綜合評價，優(yōu)選出最佳的纖維混紡比。

1 實驗

1.1 原料

實驗選取的原料規(guī)格如表1所示，其中，遠紅外聚酯纖維、木棉、棉纖維分別用A，B，C表示。

表1 纖維原料及其規(guī)格Tab.1 Fiber raw material and specifications

1.2 主要設(shè)備及儀器

DHU A201梳棉機：海安國洋機械有限公司制；AS271并條實驗機：河北太行機械工業(yè)有限公司制；FA498粗紗機、HFX-A4 細紗機：賽特環(huán)球機械有限公司制；SGA598半自動小樣織機：常州德普紡織科技有限公司制；HD021N+電子單紗強力儀：南通宏大實驗儀器有限公司制；YG172A紗線毛羽測試儀：常州中纖檢測儀器設(shè)備有限公司制；YG136條干均勻度測試儀：長嶺紡織機電科技有限公司制；YG(B)606型織物保溫性能測試儀：溫州大榮紡織儀器有限公司制。

1.3 多組分功能混紡紗及其織物的制備

選擇遠紅外聚酯纖維、木棉纖維、棉纖維進行混紡，制得4種不同混紡比的混紡紗試樣。A/B/C質(zhì)量比分別為6/2/2，6/3/1，5/3/2，5/4/1，制得的混紡紗試樣分別標(biāo)記為1#，2#，3#，4#，紗線規(guī)格為18.5 tex，細紗捻度為70捻/10cm，后區(qū)拉伸倍數(shù)為1.25。將1#，2#，3#，4#混紡紗試樣織成織物，織物采用的經(jīng)、緯紗線線密度規(guī)格為18.5×2 tex，組織結(jié)構(gòu)為平紋組織，得到的織物試樣分別標(biāo)記為Y1，Y2，Y3，Y4。

1.4 性能測試

1.4.1 紗線性能

將紡制后的混紡紗線靜置48 h后再進行性能測試。測試環(huán)境條件為溫度(20±2)℃，相對濕度(65±3)%。

采用HD021N+電子單紗強力儀，參照GB/T 3916—1997《單根紗線斷裂強力及斷裂伸長的測定》測試紗線的強伸性能，測試長度500 mm，拉伸速度500 mm/min，測試20次取平均值。

采用YG172A紗線毛羽測試儀測試紗線的表面毛羽，測試紗線長度為1 m，毛羽長度設(shè)定為3 mm，測試20次取平均值。

采用YG136條干均勻度測試儀測試紗線的條干不勻率和粗細節(jié)，測試紗線長度200 m，走紗速度200 m/min。

1.4.2 織物性能

采用YG(B)606 E織物保溫性能測試儀測量織物的保溫率和克羅值各5次，取平均值[8]。保溫率是指保暖熱能量的比率，數(shù)值越大，織物保暖性能越好；克羅值是描述織物的隔熱保暖性能，其大小表示了織物保暖隔熱程度的高低。

采用定量測試法中的振蕩法測試織物的抗菌性能。將大量菌液裝入兩個燒瓶內(nèi)，將對照樣與抗菌試樣分別放入燒瓶中,測定振蕩前細菌的濃度，然后振蕩一定時間后測出的細菌的濃度,最后計算抗菌率[9-10]。按照GB/T 29253—2009《紡織品防螨性能的評價》測試織物的防螨率。

2 結(jié)果與討論

2.1 混紡比對紗線力學(xué)性能的影響

從表2可以看出：混紡紗的斷裂強力及斷裂伸長率隨著遠紅外聚酯纖維含量的減少、木棉纖維含量的增大而降低；當(dāng)遠紅外聚酯纖維含量相同時，紗線斷裂強力、斷裂伸長率的變化較小；當(dāng)木棉纖維含量相同時，紗線斷裂強力、斷裂伸長率的變化則較大。這是由于遠紅外聚酯纖維屬于改性滌綸的一種，而滌綸具有對稱性的苯環(huán)線性大分子，分子鏈排列緊密且結(jié)晶度高，其線性分子鏈兩側(cè)沒有連接大的基團與支鏈，故聚酯纖維力學(xué)性能優(yōu)良。當(dāng)木棉纖維含量較低，即混紡比為6/2/2和6/3/1時，混紡紗的斷裂強力、斷裂伸長率主要由纖維主體長度相同的遠紅外聚酯纖維以及棉纖維所體現(xiàn)，故降低幅度不明顯。其次，木棉纖維表面光滑，且存在強度較低、抱合力差等缺點[11-12]，隨著木棉纖維含量的進一步增加，受到外力拉伸時纖維間的滑移增多，使得紗線強力與斷裂伸長率降低，且趨勢明顯。

表2 混紡比對紗線力學(xué)性能的影響Tab.2 Effect of blending ratio on mechanical properties of yarns

2.2 混紡比對紗線毛羽的影響

由表3可知，相對于1#紗線，2#，3#，4#紗線的毛羽呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢，這是由于木棉纖維長度較短，當(dāng)其含量增加時，紗線的毛羽數(shù)量增加，其次，木棉纖維產(chǎn)生的退捻現(xiàn)象也是導(dǎo)致紗線毛羽增加的原因。

表3 混紡比對紗線毛羽的影響Tab.3 Effect of blending ratio on hairness of yarns

由表3還可看出，相比2#紗線(混紡比為6/3/1)，3#紗線(混紡比為5/3/2)的毛羽數(shù)量稍有增大，這說明遠紅外聚酯纖維含量較高時，會增強混紡紗線的斷裂強力，從而減少了紗線的斷頭數(shù)量，故毛羽較少。而當(dāng)木棉纖維含量進一步增大時，紗線毛羽主要由木棉纖維決定，故而毛羽逐漸增多。

2.3 混紡比對紗線條干不勻率的影響

由表4可以看出，隨著木棉纖維含量的逐漸增加，混紡紗的條干不勻率明顯增加。這是由于木棉纖維強力較低、細度較小，整齊度較差，在紡紗時易產(chǎn)生棉結(jié)[13-14]；除此以外，木棉纖維因其質(zhì)量較輕，在并條工序中易包覆于混紡紗外層，且木棉纖維表面光滑，摩擦因數(shù)小[15-16]，在拉伸時對紗線表層的纖維難以控制，纖維間易產(chǎn)生滑移，從而使紗線條干不勻率明顯增加。

表4 混紡比對紗線條干不勻率的影響Tab.4 Effect of blending ratio on unevenness of yarns

2.4 混紡比對織物性能的影響

2.4.1 混紡比對織物保溫率及克羅值的影響

由表5可以看出，相比Y1試樣，Y2試樣的克羅值與保溫率均大幅增加，這是因為遠紅外聚酯纖維輻射出的遠紅外線可以使織物具有較優(yōu)保暖性能，且木棉纖維天然的中空結(jié)構(gòu)使得其空腔內(nèi)儲有非流動的靜態(tài)空氣，可以保持熱量不易散發(fā)到外界環(huán)境中，使得織物的保暖性能大幅提高。當(dāng)混紡比為6/3/1和5/3/2時，即木棉纖維含量相同而遠紅外聚酯纖維含量有所降低時，織物的保暖性略有降低，這說明相對木棉纖維而言，遠紅外聚酯纖維對織物的保暖性影響不大。當(dāng)木棉纖維進一步提高時，織物Y4試樣的保暖性能也隨之提高，這進一步說明木棉纖維對織物保暖性能的影響較大。

表5 混紡比對織物保溫率及克羅值的影響Tab.5 Effect of blending ratio on heat retention and clo value of fabrics

2.4.2 混紡比對織物抗菌防螨性能的影響

由表6可以看出，織物的抗菌率和防螨率均隨著木棉纖維含量的增大而提高，當(dāng)木棉纖維含量相同時，織物(Y2，Y3試樣)的抗菌率和防螨性都很接近。另外，織物的抗菌率變化幅度要大于防螨率，這說明木棉纖維對織物的抗菌性影響較大，故可通過適當(dāng)增加木棉纖維占比來提高織物的抗菌性能。

表6 混紡比對織物抗菌率和防螨率的影響Tab.6 Effect of blending ratio on anti-bacterial rate and anti-mite rate of fabrics

2.5 混紡紗及其織物的綜合性能評價

2.5.1 灰色近優(yōu)法原理

假設(shè)有不同混紡紗線及其織物試樣Mj(j=1,2,...,m)，評價指標(biāo)為Ci(i=1,2,...,n)，按照一定行列排序形成矩陣，即為m個試樣n維指標(biāo)的灰矩陣(Rn × m)，見式(1)：

式中:Rij是第j種試樣的第i個質(zhì)量指標(biāo)，即為灰矩陣Rn × m的灰元。

越大越優(yōu)型指標(biāo)：

(3)

適中型指標(biāo)：

(4)

式中：u0為各行中最優(yōu)值。

越小越優(yōu)型指標(biāo)：

(5)

(7)

式中：Sj表示各試樣近優(yōu)度值。

根據(jù)式(7)計算出各種試樣的近優(yōu)度并根據(jù)大小進行排序，其近優(yōu)度值越趨近于1，說明紗線及織物的綜合性能越好。

2.5.2 綜合性能評價

(8)

(9)

根據(jù)式(7)列出近優(yōu)度白化灰元矩陣，計算出各試樣的綜合近優(yōu)度，按從大到小的順序進行排序：

=Sj[0.972,0.940,0.905,0.835]

(10)

由計算結(jié)果得到，混紡紗試樣的綜合近優(yōu)度從大到小排序為：1#，2#，3#，4#；織物試樣的綜合近優(yōu)度從大到小排序為：Y1，Y2，Y3，Y4。

根據(jù)綜合近優(yōu)度和測試結(jié)果，對比分析混紡比為6/2/2，6/3/1，5/3/2，5/4/1的試樣，遠紅外聚酯纖維含量高有利于提高紗線的力學(xué)性能，增加木棉纖維含量有利于提高織物的保暖、抗菌、防螨等功能性，但會降低紗線的力學(xué)性能，且紗線的毛羽數(shù)和條干不勻率增大?？紤]到混紡紗線的性能及織物的功能性，混紡比為6/2/2的試樣的綜合性能最好，更符合該類面料的設(shè)計。

3 結(jié)論

a. 采用4種不同混紡比紡制功能紗線并制織出織物，隨著遠紅外聚酯纖維含量減少以及木棉纖維含量的增多，會降低混紡紗線的力學(xué)性能；混紡紗線的毛羽數(shù)量與條干不勻率以及織物的抗菌防螨性受木棉纖維的影響較大。

b. 運用灰色近優(yōu)法對紗線性能與織物功能進行綜合評價，當(dāng)混紡比為6/2/2時綜合性能最好，適合于保暖抗菌類功能紡織品的開發(fā)與設(shè)計。