功能型駝絨多組分混合絮片的開發(fā)及其性能研究

韋玲俐，王 璐，孫 窈，羅 菁，夏 鑫

(新疆大學(xué) 紡織與服裝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046)

隨著人們對健康舒適的美好生活的追求，以及對紡織行業(yè)綠色環(huán)保生產(chǎn)工藝日益重視，天然纖維在保暖材料中優(yōu)勢和競爭力日益增強(qiáng)。駝絨纖維以其輕柔、彈性好、吸濕透氣性高[1]、保暖性強(qiáng)等特點(diǎn)，廣受國內(nèi)外消費(fèi)者喜愛，是保暖市場中重要原料之一，但其制成的絮片防風(fēng)性能較差[2-3]，靜電現(xiàn)象嚴(yán)重，穿著舒適感較差，雖然保暖性較好，但價格較高，難以被大多數(shù)消費(fèi)者所接受。羅布麻是西北地區(qū)最具特色的植物纖維，斷裂強(qiáng)度高、吸濕放濕性好，不同于其他纖維素纖維，其具有更多保健效能，不但能夠發(fā)射遠(yuǎn)紅外線，屏蔽紫外線，還具備優(yōu)異的抗菌性能[4-5]，但其制品易出現(xiàn)吸濕板結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)品的蓬松度及保暖性降低?；旌媳Ｅ跗拈_發(fā)可豐富產(chǎn)品的功能與用途，通過多組分纖維混紡的方式可以充分發(fā)揮纖維各自的優(yōu)勢，改善原纖維的不足，并降低生產(chǎn)成本[6]。目前，已有研究將新型纖維與天然纖維進(jìn)行混紡制得絮片，如將遠(yuǎn)紅外中空滌綸纖維與羊毛進(jìn)行混紡，制成能夠發(fā)射遠(yuǎn)紅外線的混合羊毛絮片[7]。然而該類纖維生產(chǎn)加工較為困難，采用涂層會導(dǎo)致紡織品的透氣透濕性降低，而在紡絲液中使用過量遠(yuǎn)紅外添加劑則會增加紡絲難度，添加不足則輻射率無法符合要求[8]。

本文將駝絨、羅布麻、超細(xì)滌綸纖維、三維卷曲滌綸纖維和ES纖維(聚乙烯/聚丙烯復(fù)合纖維)混合，采用熱合非織造布加工工藝制成功能型駝絨/羅布麻/超細(xì)滌綸纖維/三維卷曲滌綸纖維/ES纖維混合絮片，通過測試分析確認(rèn)該混合絮片最佳混紡比。開發(fā)的混合絮片兼顧了駝絨保暖絮片的基本性能和保健功能，增加了駝絨的實(shí)用價值，符合保暖材料綠色、環(huán)保、健康的發(fā)展趨勢。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

原料選擇駝絨、羅布麻、超細(xì)滌綸纖維、三維卷曲滌綸纖維和ES纖維，其中：ES纖維是由聚乙烯PE和聚丙烯PP通過熔體紡絲工藝復(fù)合加工而成，其纖維呈皮芯結(jié)構(gòu)，皮層為聚乙烯，柔軟且熔點(diǎn)較低，芯層為聚丙烯，熔點(diǎn)較高，起到纖維主體作用。當(dāng)混合絮片纖維被加熱至ES纖維的熔融溫度時，ES纖維皮層開始逐漸融化，并與周圍纖維發(fā)生熱熔黏合，因其黏合形式為點(diǎn)狀黏合，故可使加工出的絮片具有柔軟、蓬松的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)所用纖維原料性能見表1。

表1 纖維原料性能

1.2 加工前準(zhǔn)備

駝絨在開松梳理過程中常因靜電現(xiàn)象導(dǎo)致纖維間相互纏繞，造成生產(chǎn)損耗及資源浪費(fèi)，因此需要在投料前使用相對纖維量15%的水對其進(jìn)行24 h加濕回潮處理。由于羅布麻纖維細(xì)度較粗，剛性較大，致使落棉率較高，需采用同樣加濕方式進(jìn)行回潮處理，同時在實(shí)際生產(chǎn)中投料量應(yīng)比設(shè)計含量高5%。

1.3 加工工藝

本文實(shí)驗(yàn)以駝絨、羅布麻為主體纖維，配合超細(xì)滌綸纖維、三維卷曲滌綸纖維，利用ES纖維低熔點(diǎn)特質(zhì)，采用熱合非織造布生產(chǎn)方式制做駝絨混合絮片。生產(chǎn)流程為: 加濕→開松→梳理→鋪網(wǎng)→熱壓定形→成卷。制做7種尺寸為30 cm×30 cm，面密度為200 g/m2的絮片試樣，制備過程中的加熱溫度為130 ℃，加熱時長為3 min。混合絮片設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 混合絮片設(shè)計參數(shù)

1.4 性能測試

1.4.1 面密度測試

參照GB/T 24218.1—2009《紡織品 非織造布實(shí)驗(yàn)方法 第1部分: 單位面積質(zhì)量的測定》，制備3塊尺寸為30 cm × 30 cm的絮片試樣，測試3次，并計算平均面密度。

1.4.2 保溫性測試

參照GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》，采用 YG(B)606D 型平板式保溫儀測量織物的保溫率、傳熱系數(shù)和克羅值等指標(biāo)。

1.4.3 透氣性透濕性測試

參照GB/T 24218.15—2018《紡織品 非織造布實(shí)驗(yàn)方法 第15部分：透氣性的測定》以及GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性實(shí)驗(yàn)方法 第1部分: 吸濕法》，使用 YG(B) 461E 型織物透氣儀和 YG(B) 216-Ⅱ型織物透濕儀測量織物透氣率和透濕率。

1.4.4 彈性性能測試

參照FZ/T 60003—2011 《絮片單位面積質(zhì)量、壓縮回彈性及蓬松度的測定》測試保暖絮片的蓬松性及壓縮回彈性。壓縮率C，壓縮彈性率R，蓬松度B計算公式為：

C=(T0-Tn)/T0×100%

R=(T1-Tn)/(T0-Tn)×100%

B=S×T0/m×0.1

式中：C為壓縮率，%；R為壓縮彈性率，%；B為蓬松度，cm3/g；S為試樣面積，cm2；m為試樣質(zhì)量， g；T0為絮片在輕壓下的厚度， mm；T1為回復(fù)厚度，mm；Tn為最大壓力下厚度，mm。

1.4.5 靜電性能測試

參照GB/T 12703.5—2010《紡織品 靜電性能的評定 第5部分：摩擦帶電電壓》，采用LX-170型靜電電壓測試儀對試樣帶電電壓進(jìn)行測量。

1.4.6 抗菌性能測試

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評定 第3部分：震蕩法》，對4種試樣進(jìn)行大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抗菌性測試。

1.4.7 防紫外線性能測試

參照GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》，采用YG912E型紡織品防紫外性能測試儀分別測試3種試樣的長波紫外線UVA的平均透射比T(UVA)AV、中波紫外線UVB的平均透射比T(UVB)AV及平均防護(hù)系數(shù)UPFAV。測試波長范圍(280～400) nm ± 0.5 nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合絮片基本性能測試結(jié)果分析

2.1.1 保溫性能

絮片的保溫性能常以克羅值、保溫率、傳熱系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行表征。理想的保溫材料應(yīng)具有較高的保溫率及較低的傳熱系數(shù)，這與保暖絮片的組成材料和比例相關(guān)?；旌闲跗匦阅軠y試結(jié)果見表 3。可以看出，面密度相近的6種混合保溫絮片(2#～7#)均具有良好的保溫效果，雖相比于1#純駝絨絮片保溫率略低，但最多僅降低3.13%?；旌闲跗谋胤绞绞且环N消極保暖方式，通過降低熱傳導(dǎo)、減少熱對流及提高對熱的反射能力，可有效提高絮片的綜合保溫效果?；旌闲跗械鸟劷q與三維卷曲滌綸纖維都具有相似的轉(zhuǎn)曲形態(tài)，此類形態(tài)的纖維交纏之間留有一定空隙，增加了絮片中空氣的含量，有效降低了絮片整體的導(dǎo)熱性能。同時，駝絨的髓質(zhì)結(jié)構(gòu)賦予纖維一定的空腔，從而進(jìn)一步提高了絮片內(nèi)空氣含量，利于絮片的保溫。超細(xì)滌綸纖維與羽絨絨朵相似，直徑小、比表面積大，纖維間形成的微小空氣囊更易貯存靜止空氣，減少熱對流現(xiàn)象，降低絮片內(nèi)的熱量流失。2#～7#試樣的保溫率呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢，這是因?yàn)榫鶆蚍植荚谛跗械牧_布麻是天然的遠(yuǎn)紅外纖維[9]，可在熱輻射的作用下，以同波長的遠(yuǎn)紅外線放射輻射回人體，隨著羅布麻比例的提高，混合絮片的保暖性能逐漸增強(qiáng)[10]。

表3 混合絮片保溫性能測試結(jié)果

2.1.2 透氣透濕性能

絮片的透氣透濕性能直接影響人體的熱舒適度，透氣透濕性能過低，使人體感到悶熱不適，過高則會降低絮片的防風(fēng)性能，使熱對流增強(qiáng)，保溫性能下降，故混合絮片的透氣透濕性能應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。混合絮片透氣透濕性能測試結(jié)果見圖1。

圖1 混合絮片透氣透濕性能測試結(jié)果

從圖1可以看出，純駝絨絮片有較高的透氣和透濕性能，這是由駝絨自身形態(tài)和性質(zhì)決定的。駝絨天然蜷曲形態(tài)使抱合的纖維間留有較大間隙，空氣易于在間隙間流動，因而透氣性較高，不符合優(yōu)等絮片 0.6～2.0 m/s透氣量的要求。相比于駝絨，羅布麻及超細(xì)滌綸纖維具有較小的纖維直徑及更大的比表面積，有利于降低纖維間較大間隙，并吸附更多的靜止空氣，阻礙了絮片內(nèi)空氣對流，使混合絮片的透氣性能逐漸降低至優(yōu)等絮片透氣量。從透濕性來看，駝絨屬于蛋白質(zhì)纖維，含有大量酰胺鍵及羧基等親水基團(tuán)，且自身結(jié)構(gòu)中有空腔，故吸濕性能良好。與駝絨類似，羅布麻因含有天然纖維素大分子及黃酮類化合物等，內(nèi)含大量的羧基、羥基等吸濕性基團(tuán)，故混合絮片的透濕性能雖因滌綸纖維的添加而有所降低，但因羅布麻含量的增加而略有提升。

2.1.3 壓縮性能

壓縮性能是絮片的一項(xiàng)重要基本性能，通常用蓬松度、壓縮率和壓縮回復(fù)率3個指標(biāo)來表征。混合絮片壓縮性能測試結(jié)果見表4。

表4 混合絮壓縮性能測試結(jié)果

由表4可以看出，純駝絨絮片具有較好的彈性性能，而含有羅布麻和部分滌綸纖維的混合絮片的壓縮回復(fù)率及壓縮率下降較為明顯。壓縮回復(fù)率是指絮片受壓縮后回復(fù)的能力，混合絮片中羅布麻比例較高，但羅布麻剛性大，彈性差，受到外力彎曲后回復(fù)能力小，同時又因小比例的超細(xì)纖維彎曲剛度較小，導(dǎo)致混合絮片整體的彈性壓縮率降低，但不低于80%，符合GB/T 64006—2015《復(fù)合保溫材料 毛復(fù)合絮片》一等品標(biāo)準(zhǔn)。壓縮率表征絮片抗壓扁的性能，混合絮片中由于超細(xì)滌綸纖維過于細(xì)軟，剛度小，遠(yuǎn)低于駝絨的剛度及彈性模量，故適當(dāng)添加剛度較大、彈性較高的三維卷曲滌綸纖維可改善混合絮片的壓縮性能?；旌闲跗呐钏啥嚷晕⒔档停f明駝絨纖維間的較大間隙已被細(xì)度較小的羅布麻纖維和超細(xì)滌綸纖維均勻填充，空隙率有所下降。

2.1.4 基本性能綜合分析

對混合絮片的基本性能進(jìn)行模糊綜合評價分析，選用保溫率、蓬松度、壓縮回復(fù)率、壓縮率透氣性、透濕量、面密度作為評價指標(biāo)。

①確定模糊集合U、V

論域U0={U1，U2，…，Um}={1，2，3，4，5，6}

指標(biāo)V0={V1，V2，…，V7}={保溫率，蓬松度，壓縮率，壓縮回復(fù)率，透氣性，透濕量，定量}

②根據(jù)隸屬度r，由V0得矩陣R

式中：rij為R的元素，rij∈[0，1]；Xij為j試樣第i項(xiàng)指標(biāo)的測試值；Ximax為第i項(xiàng)指標(biāo)的最大值；Ximin為第i項(xiàng)指標(biāo)的最小值。

③權(quán)重分配

④計算綜合向量B

由矩陣R可知R保溫率,將B保溫率代入R得R#,根據(jù)權(quán)重分配得出綜合向量B：

B保溫率=(0.6 0.4)×R保溫率

由上述模糊評價結(jié)論，考慮混合絮片的保溫率、透濕量、透氣性、面密度、蓬松度、壓縮率、壓縮回復(fù)率等7種基本特性，得出6種混合絮片的基本性能綜合排序?yàn)?#>4#>3#>5#>6#>7#。

2.2 混合絮片功能性測試分析

2.2.1 抑菌性能

大腸桿菌及金黃色葡萄球菌是生活中常見的2種細(xì)菌，保溫絮片纖維間的熱量及濕氣為其生長提供了合適的生存環(huán)境，給人體皮膚健康帶來了隱患，因此，保溫絮片的抑菌性能尤為重要?；旌闲跗志阅軠y試結(jié)果見表5。

表5 混合絮片抑菌性能測試結(jié)果 %

從表5可以看出，混合絮片隨著羅布麻含量的增加其抑菌性能明顯提高，而純駝絨絮片則不具有抑菌性能。這是因?yàn)榱_布麻內(nèi)含有黃酮類、蒽醌類及鞣制類化合物等抗菌成分[11]，鞣質(zhì)類化合物呈現(xiàn)酸性，可使薄而疏松的細(xì)胞壁破裂，細(xì)菌逐漸裂解最終導(dǎo)致死亡。相比于大腸桿菌，金黃色葡萄球菌的細(xì)胞壁較厚，其抑菌性能低于大腸桿菌。根據(jù)GB/T 20944.3—2008，紡織品對大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌抑菌率均不低于70%，實(shí)驗(yàn)中4#混紡絮片基本符合抗菌規(guī)定，故混合絮片中羅布麻含量不應(yīng)低于20%，若需要達(dá)到更高的抑菌水平應(yīng)提高羅布麻含量。

2.2.2 抗靜電性能

抗靜電性能是表征保溫絮片使用性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)?？轨o電性能較低的紡織品不但會降低人體穿著舒適感，甚至?xí)鹗?、頭痛、心律失常等癥狀，危害人體健康。駝絨制品的抗靜電性能較差，但與其他天然植物纖維混紡可改善其自身抗靜電性能?；旌闲跗o電性能測試結(jié)果見圖2。

圖2 混合絮片靜電性能測試結(jié)果

由圖2可以看出，混紡絮片的帶電電壓明顯低于純駝絨絮片，并隨著羅布麻纖維比例的提高而繼續(xù)降低。這是因?yàn)樾跗撵o電性能與制作絮片的纖維材料和測試時的環(huán)境相關(guān)。駝絨纖維屬于蛋白質(zhì)纖維，與滌綸纖維具有類似的較低電導(dǎo)率，導(dǎo)電能力較弱，當(dāng)二者進(jìn)行混紡時更易產(chǎn)生電荷集聚現(xiàn)象。而絮片常用于冬季，由于天氣干燥，相對濕度較低，不利于纖維導(dǎo)電，靜電現(xiàn)象愈加嚴(yán)重。羅布麻屬于纖維素纖維，擁有較高的電導(dǎo)率，其表面大量親水基團(tuán)利用纖維橫向微孔胞腔結(jié)構(gòu)對吸濕后的水分進(jìn)行導(dǎo)濕，顯示出較好的毛細(xì)效應(yīng)，促進(jìn)了靜電荷的傳導(dǎo)及逸散，使靜電荷不易聚集[12]。4#試樣的帶電電壓低于2.5 kV,表示混合絮片已具備一定的抗靜電能力，符合紡織品C級摩擦帶電電壓要求。

2.2.3 防紫外線性能

根據(jù)GB/T 18830—2009《紡織品 防紫外線性能的評定》，當(dāng)織物的紫外線防護(hù)系數(shù)UPF大于40且長波紫外線UVA的透射率小于5%時，可稱為防紫外織物，防護(hù)系數(shù)UPF越高說明透過織物的紫外線越少，防護(hù)性能越佳，目前GB/T 18830—2009中防護(hù)系數(shù)UPF最高標(biāo)準(zhǔn)為50+。混合絮片防紫外線性能測試結(jié)果見表6。

表6 混合絮片防紫外線性能測試結(jié)果

由表6可以看出，純駝絨絮片具有較好的防紫外線性能，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)纖維中含有芳香族氨基酸，其分子活性較大，極易吸收低于300 nm的紫外光，且駝絨顏色較深，紫外線更易被反射。隨著羅布麻比例的提高，混合絮片的透射比明顯低于純駝絨絮片，這是由于羅布麻纖維橫截面接近腰圓形，且表面布有豎紋和橫節(jié)，使得紫外線易于反射，不易射入織物中，部分射入纖維中的紫外線被羅布麻中黃酮類化合物所吸收，這使得混合絮片的防紫外線性能大幅提高，織物的UPF值高于50(UPF50+),防紫外線性能比較強(qiáng)。

3 結(jié) 論

①經(jīng)綜合模糊分析法得出，2#混合絮片具有最佳的基礎(chǔ)綜合性能，其工藝為：駝絨/羅布麻/超細(xì)滌綸纖維/三維卷曲滌綸纖維/ES纖維混合配比為55/10/15/10/10，生產(chǎn)加工加熱溫度130 ℃，加熱時間3 min。

②根據(jù)模糊分析法的結(jié)論，結(jié)合各混合絮片功能性差異，得出4#混合絮片的總體性能最佳，不但具備良好的保溫及壓縮彈性等基本性能，還具有較好的抑菌、抗靜電性以及優(yōu)異的防紫外線性能。其對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抑菌性基本符合紡織品抗菌標(biāo)準(zhǔn)，抗靜電性能符合紡織品C級摩擦帶電電壓要求，紫外防護(hù)系數(shù)高達(dá)58.72。多組分混合絮片綜合性能最優(yōu)的工藝參數(shù)為：駝絨/羅布麻/超細(xì)滌綸纖維/三維卷曲滌綸纖維/ES纖維混合配比為45/20/15/10/10，生產(chǎn)加工加熱溫度130 ℃，加熱時間3 min。

③采用駝絨、羅布麻、超細(xì)滌綸纖維、三維卷曲滌綸纖維、ES纖維混紡的方式生產(chǎn)多功能混合絮片，既可降低駝絨絮片的生產(chǎn)成本，拓寬駝絨的使用范圍,又賦予混合絮片一定保健功能，增加產(chǎn)品附加值，滿足人們“綠色”生產(chǎn)及消費(fèi)的需要。