桑蠶絲/膠原蛋白錦綸絲交織物的性能研究

郭曉曉, 張紅霞, 祝成炎, 田 偉, 勞嘉泳, 沈紅衛(wèi), 王國夫

(1.浙江理工大學(xué) 紡織纖維材料與加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室,杭州 310018;2.浙江嘉欣絲綢股份有限公司,浙江 嘉興 314000)

膠原蛋白錦綸纖維是開發(fā)服用紡織品的新型紡織材料,纖維橫向截面呈不規(guī)則的圓形,縱向表面有凸起的顆粒。由于膠原蛋白錦綸纖維的存在,織制的織物具有優(yōu)良的耐磨性、回彈性、吸濕性。全真絲織物由于其柔軟、透氣貼膚等特性深受消費者青睞[1],但因易起皺不易打理、價格昂貴等原因在市場占有比例一直不高。為了將膠原蛋白錦綸纖維優(yōu)良的耐磨性、回彈性和桑蠶絲優(yōu)良的服用性能有效地結(jié)合在一起,將桑蠶絲與新型材料進(jìn)行交織,實現(xiàn)風(fēng)格與性能上的互補,為新型絲綢面料的開發(fā)提供新思路、新資源[2-3]。

本文以桑蠶絲為經(jīng)紗,桑蠶絲和膠原蛋白錦綸長絲為緯紗,試織了9種交織面料,測試分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)和緯紗投緯比對桑蠶絲/膠原蛋白錦綸長絲交織物的折皺回復(fù)性、耐磨性、懸垂性、透氣性、起毛起球性這五項基本服用性能的影響。

1 膠原蛋白錦綸長絲的基本性能

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9994—2018《紡織材料的回潮率》,利用Y802八籃恒溫烘箱(寧波紡織儀器廠)和電子天平(寧波紡織儀器廠)進(jìn)行烘干稱重,當(dāng)連續(xù)兩次稱重質(zhì)量小于或者等于后一次稱重質(zhì)量的0.05%,將后一次質(zhì)量記為樣品干重。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的公式,測得膠原蛋白錦綸纖維的4.8%,高于普通錦綸纖維,這說明膠原蛋白錦綸纖維的吸濕、導(dǎo)濕性能更好。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》,利用XL-1型紗線強伸度儀(寧波紡織儀器廠)對膠原蛋白錦綸長絲(7.78 tex 48F)進(jìn)行測試,測得斷裂強度為4.89 cN/dtex,高于同規(guī)格的普通錦綸。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 50018—2013《蛋白黏膠纖維蛋白質(zhì)含量試驗方法》,在試驗中根據(jù)試樣損失的質(zhì)量計算蛋白質(zhì)的含量,測得膠原蛋白錦綸長絲中蛋白質(zhì)的含量為2.48%。

2 試樣織物規(guī)格設(shè)計及測試方法

交織物的性能受較多因素影響,為了避免其他工藝參數(shù)對交織物的性能產(chǎn)生影響,本文的試樣織物采用相同的織造工藝,通過改變緯紗中纖維的含量,對纖維含量變化與織物性能的關(guān)系進(jìn)行深入研究,從而為較合理地選用緯紗投緯比、有效地開發(fā)桑蠶絲/膠原蛋白錦綸長絲新型絲綢面料提供一定的理論依據(jù)。

本文試織了9種桑蠶絲與膠原蛋白錦綸長絲在緯紗中按一定比例變化的交織面料,其中9種交織面料的組織均為五枚緞紋,根據(jù)研究表明在其他基本參數(shù)一致的情況下五枚緞紋織物各項性能的穩(wěn)定性最好[4]。經(jīng)線細(xì)度為8T/S×2(2.22 dtex/2.44 tex×1)6T/Z,經(jīng)線密度為55 根/cm;緯紗中膠原蛋白錦綸長絲細(xì)度為7.78 tex(48F)、桑蠶絲細(xì)度為2.22 dtex/2.44 dtex×5,緯線密度為45 根/cm,具體規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 織物規(guī)格參數(shù)Tab.1 Fabric specification parameter

織物的折皺回復(fù)性、懸垂性、起毛起球性、透氣性、耐磨性的測試方相關(guān)內(nèi)容方法見表2。為了準(zhǔn)確地反映織物的性能,將試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣下調(diào)濕24 h,將織物紋路清晰的一面作為正面并在標(biāo)準(zhǔn)大氣下進(jìn)行性能測試。

表2 測試方法和參數(shù)Tab.2 Test methods and parameters

3 試樣織物服用性能測試與分析

3.1 織物折皺回復(fù)性

織物的折皺回復(fù)性是指織物在外力作用下產(chǎn)生折痕的回復(fù)程度,反映織物在一定負(fù)荷作用下折壓一定時間后的回復(fù)能力,是織物服用性能評價的一個指標(biāo),在某種程度上決定著織物的品質(zhì)和檔次[5-6]。測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同投緯比時織物折皺回復(fù)性變化曲線Fig.1 Crease of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

因為經(jīng)紗均是細(xì)度相同的桑蠶絲,膠原蛋白錦綸長絲含量對經(jīng)向折皺回復(fù)角的影響不大,所以討論織物緯向折皺回復(fù)性與膠原蛋白錦綸長絲含量的關(guān)系。觀察圖1可知,100%桑蠶絲織物的折皺急彈性、緩彈性回復(fù)角明顯小于桑蠶絲/膠原蛋白錦綸長絲交織物,并且隨著織物緯紗中膠原蛋白錦綸長絲含量的增加,交織物的折皺急彈性、緩彈性回復(fù)角逐漸增大,基本成線性增大;當(dāng)緯紗中膠原蛋白錦綸長絲含量為100%即緯紗全為膠原蛋白錦綸長絲時,織物的折皺急彈性、緩彈性回復(fù)角達(dá)到最大,折皺回復(fù)性最好。這與膠原蛋白錦綸纖維彈性復(fù)回率比桑蠶絲高有關(guān),使得織物在折皺過程中具有較好的拉伸變形回復(fù)能力,增大了交織物的穩(wěn)定性和抗皺性。織物折皺性與纖維的幾何形態(tài)也有一定的關(guān)系,桑蠶絲纖維截面為三角形而非圓形,纖維幾何體易于在變形后形成纖維間的束縛,不易回復(fù),造成織物抗皺性較差。

3.2 織物耐磨性

織物耐磨性是指織物在摩擦過程中抵抗磨損的能力。織物磨損過程中首先是表面形態(tài)發(fā)生變化,之后是織物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,最終導(dǎo)致織物破損,測試結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出,隨著織物中膠原蛋白錦綸長絲含量增加,織物質(zhì)量損失率降低,表明織物的耐磨性增大,但是變化范圍較小。7.78 tex的錦綸長絲由48根單纖維組成,纖維取向度高、抱合力較大,摩擦?xí)r纖維不易從紗中抽出,有利于織物耐磨性的提升。桑蠶絲的斷裂強力較高,耐磨性優(yōu)于其他天然纖維;錦綸織物由于斷裂伸長率大、彈性回復(fù)率高等通常具有最優(yōu)的耐磨性?？椢锬p過程中,纖維疲勞引起的斷裂是最基本的破壞形式,拉伸變形能力大的纖維具有較好的耐磨性。膠原蛋白錦綸纖維的斷裂伸長率高于同密度的錦綸長絲,高于桑蠶絲,所以隨著織物緯紗中膠原蛋白錦綸長絲含量的增大,桑蠶絲含量的減少,質(zhì)量損失率降低,織物耐磨性增大。通常情況下,織物的平方米質(zhì)量越大,耐磨性越好[7],由表1可知織物的平方米質(zhì)重遞增,耐磨性基本隨單位面積質(zhì)量的增加而增大。

圖2 不同投緯比時織物耐磨性變化曲線Fig.2 Wear resistance of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

3.3 織物懸垂性

懸垂性是指試樣織物因自身的重力作用而下垂時所形成的一種形態(tài),織物的懸垂性能使織物在自然懸垂過程中產(chǎn)生美感[8]。本文采用傘式法測試,不同投緯比時桑蠶絲與膠原蛋白錦綸長絲交織物測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同投緯比時織物動態(tài)懸垂系數(shù)變化曲線Fig.3 Drape coefficient of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

織物動態(tài)懸垂系數(shù)反映了織物的懸垂性,懸垂性受纖維的纖度和剛?cè)嵝杂绊?。桑蠶絲織物(2.22 tex/2.44 tex×5)本身由于纖維纖度較小而有著優(yōu)良的懸垂性,膠原蛋白錦綸纖維纖度(7.78 tex 48 F)較桑蠶絲纖維纖度更小。由圖3可看出,膠原蛋白錦綸長絲與桑蠶絲交織物懸垂性比較好,并且隨著織物緯紗中膠原蛋白錦綸長絲含量的增加(桑蠶絲含量降低),交織物的懸垂系數(shù)逐漸降低,表明膠原蛋白錦綸長絲與桑蠶絲交織物的懸垂性能逐漸提升,當(dāng)緯紗全為膠原蛋白錦綸長絲時,其懸垂性能最優(yōu)。

9種試樣織物的組織均為五枚緞紋組織,緞紋組織中經(jīng)緯紗交織點少,交織阻力小,紗線間嵌合和接觸面積小,進(jìn)而使織物的懸垂性較好。

3.4 織物起毛起球性

織物的起毛起球是指織物表面纏結(jié)的纖維束或球粒所引起的織物外觀變化。抗起毛起球是織物重要的服用性能之一,也是紡織品質(zhì)量評定的一個重要指標(biāo)[9]。測試結(jié)果如表3所示。

表3 不同投緯比時織物抗起毛起球等級變化Tab.3 Anti-pilling grade of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

織物的抗起毛起球性能主要與纖維的靜態(tài)、動態(tài)力學(xué)性質(zhì)及纖維的形態(tài)和表面性質(zhì)有關(guān),另外還受紗線的排列、織物的組織結(jié)構(gòu)緊密程度等因素影響。由表3可知,膠原蛋白錦綸長絲、桑蠶絲抗起毛、起球性能都比較好。膠原蛋白錦綸長絲的韌性大、耐疲勞性好,并且錦綸纖維表面附著膠原蛋白顆粒,表面略微粗糙,在摩擦中會引起握持后的抽撥、糾纏與成球,較桑蠶絲易起毛、起球,所以當(dāng)織物中桑蠶絲含量大于膠原蛋白錦綸長絲時,桑蠶絲纖維起主要作用,織物抗起毛起球性能不受影響,但隨著膠原蛋白錦綸長絲含量繼續(xù)增大,對織物抗起毛起球性能有一定影響。

3.5 織物透氣性

氣體分子通過織物能力的強弱決定了織物透氣性的好壞,當(dāng)織物的兩面存在壓差,一定時間內(nèi)通過織物定面積的氣流流量為透氣率[10]。測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同投緯比時織物透氣性變化Fig.4 Permeability of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

膠原蛋白錦綸纖維屬于合成纖維,結(jié)構(gòu)與錦綸纖維比較相似,吸濕透氣性比天然纖維桑蠶絲差。桑蠶絲是多孔性蛋白質(zhì)纖維,具有較好的吸濕透氣性,透氣性優(yōu)于合成纖維織物。由圖4可知,隨著織物中膠原蛋白錦綸纖維含量的增多,織物的透氣率降低,即透氣性降低。織物的透氣性還與經(jīng)緯紗線交織的空隙數(shù)量有關(guān)。由于桑蠶絲與膠原蛋白錦綸長絲的粗細(xì)不同,經(jīng)紗不改變,緯紗隨著膠原蛋白錦綸長絲投入,織物中由于經(jīng)緯紗的交織產(chǎn)生空隙,使織物透氣性強度增大。

3.6 織物綜合評價分析

將織物的折皺回復(fù)性、耐磨性、懸垂性、抗起毛起球性和透氣性的測試數(shù)據(jù)利用模糊數(shù)學(xué)評定方法進(jìn)行綜合分析。

1)根據(jù)測試所得的數(shù)據(jù)組成因素集合U。

(1)

2)根據(jù)織物規(guī)格設(shè)計確定評價集V。

V=(Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9)

(2)

3)建立矩陣R,用以表示U和V的對應(yīng)關(guān)系。

(3)

4)根據(jù)測試的幾項基本性能設(shè)置問卷調(diào)查,通過前期問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn),大眾認(rèn)為抗折皺回復(fù)性和透氣性較其他幾項性能更為重要,其中抗折皺回復(fù)性為26.8%,透氣性為24.3%。通過查閱文獻(xiàn)和綜合專家意見,得出權(quán)重系數(shù)A。

A=(0.14,0.26,0.16,0.20,0.24)

(4)

5)根據(jù)權(quán)重分配矩A與模糊矩陣R綜合判斷矩陣B。

(5)

根據(jù)矩陣B中的元素數(shù)值,即對織物的綜合服用性能的評價,當(dāng)膠原蛋白錦綸長絲和桑蠶絲的交織比例為1︰3時,織物綜合性能最優(yōu)。

4 結(jié) 論

本文以桑蠶絲與膠原蛋白錦綸長絲為原料,織制了多種比例的交織物,基于經(jīng)緯紗原料的基本性能對交織物的服用性能進(jìn)行測試并且探討分析,主要得到如下研究結(jié)論。

1)隨著織物緯紗中膠原蛋白錦綸長絲含量的增加(桑蠶絲含量降低),交織物的懸垂系數(shù)逐漸降低,表明膠原蛋白錦綸長絲與桑蠶絲交織物的懸垂感得到了提升,懸垂性能提高。

2)隨著膠原蛋白錦綸長絲的加入,交織物的折皺回復(fù)性、耐磨性等都得到了一定程度的提升,彌補了桑蠶絲產(chǎn)品不挺括、抗皺性差等缺點。

3)當(dāng)其他參數(shù)相同時,隨著膠原蛋白錦綸長絲含量增大,交織物的透氣性、起毛起球性能略微降低,降低程度較小。

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