生物質纖維健康功能家紡面料的開發(fā)

張啟祥，楊 驥，趙瑞芝

（江蘇大生集團有限公司，江蘇 南通 226000）

現(xiàn)代人生活節(jié)奏快、壓力大，據(jù)調查，存在睡眠障礙的成年人比例高達30%，睡眠障礙已成為困擾現(xiàn)代人的重要問題。開發(fā)具有健康睡眠功能的家紡面料有助于營造高質量的睡眠環(huán)境、改善人們的健康狀況、提高生活和工作質量，具有非常廣闊的市場前景。本研究介紹的是一種生物質纖維健康功能家紡面料的開發(fā)過程。

1 開發(fā)設計理念

要想營造高質量的睡眠環(huán)境，家紡面料必須同時具備舒適性和健康功能性。本研究介紹的這款家紡面料，舒適性主要通過柔軟的觸感、良好的吸濕性和透氣性來體現(xiàn)。健康功能性主要包括抑菌、防螨、發(fā)射遠紅外線改善人體微循環(huán)和釋放負氧離子改善睡眠與情緒等方面[1-3]。

該面料所采用的纖維原料本身具有產(chǎn)品所需要的基本特性，后道無需進行功能助劑整理即可達到舒適性和健康功能特性的設計要求，而且功能持久，上漿、退漿、染整等生產(chǎn)過程符合環(huán)保理念。

2 原料選配

2.1 基礎原料

選擇雅賽爾TMⅡ型纖維（以下簡稱雅賽爾纖維）作為基礎原料，該型號纖維屬于高強低伸型，采用100%的天然木漿制成，可生物降解，是一種新型生物質再生纖維。該纖維表面是溝槽結構，比一般的再生纖維素纖維的吸濕透氣性更好，體感更柔軟、舒適。由于采用了特殊工藝，雅賽爾纖維的濕斷裂強度和濕態(tài)模量比黏膠纖維高，干、濕斷裂伸長度比黏膠纖維小，與莫代爾纖維比較接近。解決了黏膠纖維高比例應用于家紡面料時尺寸穩(wěn)定性差的問題，與莫代爾纖維相比還具有低成本優(yōu)勢，非常適合作為一種提供舒適性的基礎材料。雅賽爾、黏膠和莫代爾3種纖維的主要技術指標對比如表1所示。

表1 雅賽爾纖維、黏膠纖維、莫代爾纖維主要技術指標對比

2.2 功能材料

選擇大豆蛋白絨纖維為功能材料。大豆蛋白絨纖維源自生物質，是一種維綸為基體的植物蛋白纖維。該纖維以豆粕為原料，采用生物技術提純球蛋白，通過添加羥基和氨基高聚物，與維綸分子接枝共混而成。大豆蛋白絨纖維不僅具有蛋白纖維所特有的親膚性和透氣性，而且具有抑菌、防螨、發(fā)射遠紅外線、發(fā)散負氧離子改善睡眠與情緒等功能。

蛋白質質量分數(shù)高于20%，斷裂強度為4.1 cN/dtex，斷裂伸長率為±3%，回潮率為7.5%。

3 產(chǎn)品規(guī)格

紗線規(guī)格為9.8 tex，其中，雅賽爾纖維占比為60%、大豆蛋白絨纖維占比為40%。織物規(guī)格為幅寬272 cm，織物組織為5枚三飛緞紋，經(jīng)緯向均為雅賽爾纖維與大豆蛋白絨纖維混紡9.8 tex紗，經(jīng)密717根/10 cm，緯密472根/10 cm。

4 工藝路線

4.1 紡紗工藝路線

纖維預處理→和棉→開清棉→梳棉→并條→粗紗→細紗→絡筒。

4.2 織造工藝路線

整經(jīng)→漿紗→穿綜→織造→整理→打包入庫。

4.3 染整工藝路線

輕燒毛→酶退漿→煮漂→染色→烘干→防縮整理→拉幅→機械預縮→檢驗→包裝。

5 技術措施及質量性能指標

5.1 紡紗關鍵技術措施及紗線質量指標

（1）針對兩種纖維的特點，在投料生產(chǎn)前先分別進行預松和抗靜電處理，雅賽爾纖維預松后均勻噴灑抗靜電劑混合液，靜置12 h以上，抗靜電劑混合液中抗靜電劑和水的質量比為1∶22；大豆蛋白絨纖維預松后同樣均勻噴灑抗靜電劑混合液，靜置12 h以上，抗靜電劑混合液中，抗靜電劑和水的質量比為1∶30。

（2）采用和棉機按混紡比例對兩種纖維進行預混和，打包后進入開清棉工序，著重加強對兩種纖維的開松混合，減少打擊點和打擊強度，避免過度損傷纖維、增加棉卷短絨率。由于纖維柔軟而且蓬松，非常容易產(chǎn)生黏卷現(xiàn)象，可采用牽粗紗隔離棉卷的方式進行改善。

（3）梳棉工序針對纖維卷曲數(shù)少和易損傷的特點，采用柔性梳理工藝。主要工藝參數(shù)：除塵刀角度為90 ℃，除塵刀高低位置為+2 mm，刺輥與錫林的隔距為0.13 mm，蓋板和錫林之間的隔距為0.23、0.18、0.18、0.18、0.23 mm，刺輥速度為750 r/min，錫林速度為330 r/min，蓋板速度為160 mm/min，道夫速度為20 r/min。

（4）并粗工序為防止須條纏繞采用經(jīng)過抗靜電涂層處理的膠輥。由于前道各工序已對兩種纖維進行了較充分的混和，并條采用兩道并合即可，工藝參數(shù)的設置重點放在提高纖維伸直平行度和棉條條干均勻度上，頭道并合采用較小總牽伸和較大后區(qū)牽伸配置，二道并合采用較大總牽伸和較小后區(qū)牽伸配置。粗紗工序采用小張力牽伸，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.12，粗紗捻系數(shù)偏大設計為102，采用小卷裝并適當增加軸向和徑向卷繞密度，使須條排列緊密，避免紗條在細紗工序退繞時產(chǎn)生過多意外牽伸，粗紗落紗時套塑料袋防止運輸過程刮擦碰毛。

（5）細紗工序采用自主研發(fā)的大扭矩集成紡紗技術，配置中加壓和較小后區(qū)牽伸倍數(shù)，加強對纖維的控制，采用減少棉結和毛羽產(chǎn)生。主要工藝參數(shù)：羅拉隔距19 mm×38 mm，前、中、后羅拉加壓為137.2、98.0、137.2 N，羅拉速度125 r/min，錠速15 065 r/min，鋼領型號PG14254，鋼絲圈型號UI 6/0。

（6）絡筒工序遵循小張力、低速度、小卷裝的工藝原則，減少因雅賽爾纖維斷裂伸長率小而引起的后道脆斷頭數(shù)量。主要工藝參數(shù)：絡筒張力9 cN，槽筒速度1 000 m/min，卷裝質量1.67 kg/只。

（7）嚴格控制車間溫濕度，粗紗車間的相對濕度在60%左右，細紗車間的相對濕度在55%～60%，使纖維在細紗工序處于放濕狀態(tài)，減少靜電和毛羽產(chǎn)生。

（8）紗線質量指標達到預期要求，如表2所示。

表2 紗線質量指標檢測數(shù)據(jù)

5.2 織造技術措施及坯布物理指標

整經(jīng)工序采用小張力、低車速工藝，減少因纖維斷裂伸長率小而引起的斷頭增多問題。主要工藝配置：預張力裝置打開延遲時間0.5 s，制動裝置打開延遲時間1.0 s，張力桿深度0 mm，壓紗力300 daN，卷繞速度550 m/min。

漿紗工序采用高浸透、高回潮、低上漿率和無PVA的“兩高一低一無”漿紗工藝。由于雅賽爾纖維是再生纖維素纖維，而大豆蛋白絨纖維打開了維綸分子鏈中的部分羥基。按照相似相容原理，采用無PVA上漿可減少對環(huán)境的危害，生產(chǎn)成本低，上漿效果好。漿料配方選擇具有優(yōu)良漿膜柔韌性的高性能變性淀粉K2000及磷酸酯淀粉為主漿料，用量均為50 kg；輔以少量SQ環(huán)保型漿紗潤滑劑2.5 kg，963抗靜電劑2 kg，使紗線上漿后毛羽更加貼伏，減少生產(chǎn)過程中產(chǎn)生過多摩擦和靜電。考慮到雅賽爾纖維斷裂伸長率小，較容易脆斷，漿紗生產(chǎn)采用小張力和小伸長加工工藝，漿紗速度40 m/min，退解張力400 N，喂入張力230 N，干紗1 600 N，卷取張力2 500 N，托紗張力3 000 N，伸長率≤1%。

織造工序采用低后梁、小張力、早開口、低氣壓工藝，減小織物意外伸長，降低織造斷頭率，減小織物縮水率，提高面料的尺寸穩(wěn)定性。主要工藝配置：車速600 r/min，張力（4 000±100）N，停經(jīng)架位置1.5×16，后梁位置1×9。采用銅環(huán)與橡膠相結合的邊撐，解決布面邊撐疵的問題。坯布物理指標達到預期目標，如表3所示。

表3 坯布物理指標檢測數(shù)據(jù)

5.3 染整技術措施及面料性能指標

由于前道采用了無PVA綠色上漿工藝，染整工序采用生物酶退漿，減少對環(huán)境造成污染。配方為OPT-260淀粉酶1.5 g/L、氯化鈉4 g/L、JFC滲透劑1.5 g/L。

采用活性染料一步法染色，為減小面料縮水率，全程采用無張力松式工藝。

為提高面料的尺寸穩(wěn)定性，對面料要進行防縮整理。采用二浸二軋、平幅進布、松式烘燥工藝。防縮整理液以專門用于接觸皮膚類面料的Arkofix ELF為主配方，避免甲醛對人體健康造成危害，用量為75 g/L，配以氯化鎂7 g/L、非離子柔軟劑20 g/L以及水和檸檬酸，整理液的pH控制在4.0～4.5。

采用橡膠毯預縮機對面料進行機械預縮，進一步降低經(jīng)向縮水率，使面料尺寸更加穩(wěn)定。面料含濕率控制在10%～12%，承壓輥壓力為0.1～0.2 MPa，預縮率為4%～6%，車速50 m/min。面料物理性能指標達到設計要求，如表4所示。

表4 面料物理性能指標測試結果

5.4 面料功能性指標

（1）金黃色葡萄球菌抑菌率96%，大腸埃希氏菌抑菌率73%，白色念珠菌抑菌率90%，符合行業(yè)標準FZ/T 73023—2006要求。

（2）遠紅外法向發(fā)射率89%，遠紅外輻射溫升1.6 ℃，符合國家標準GB/T 30127—2013要求。對人體產(chǎn)生共振、滲透和溫熱效果，激活生物分子活性，改善微循環(huán)，對自律神經(jīng)有調節(jié)作用，可以幫助使用者改善睡眠質量。

（3）負氧離子濃度1 410個/cm3，達到國家標準GB/T 30128—2013要求，技術指標處于較高水平。具有抗氧化性，可消除人體自由基，營造良好的睡眠環(huán)境，起到舒緩情緒和提高睡眠質量的作用。

（4）防螨率達91%，可避免螨蟲叮咬干擾睡眠。

（5）由于采用高吸濕材料，有效避免了產(chǎn)品使用時產(chǎn)生靜電，影響舒適度和人體健康。

6 結語

通過優(yōu)選纖維原料，采取關鍵技術措施，使面料在保證高吸濕性的同時具有良好的尺寸穩(wěn)定性，破解了傳統(tǒng)高吸濕黏膠面料無法應用于家紡面料的難題[4]。

采用綠色上漿、生物酶退漿和一步法染色工藝，減少了環(huán)境污染，降低了加工成本。

面料功能特性達到預期設計要求，兼具舒適性和持久的抑菌防螨、發(fā)射遠紅外線、釋放負氧離子等健康功能，有助于使用者改善睡眠質量，同時還解決了功能助劑整理效果差、持久性差、成本高和環(huán)境污染等問題。