嵌織網(wǎng)格加強(qiáng)筋機(jī)織物的開發(fā)

孫 娜 姜雅雯 孫喜平 蔣云召 徐 陽

［1.生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（江南大學(xué)），江蘇無錫，214122；2.丹盛紡織有限公司，江蘇鎮(zhèn)江，212300］

隨著國家對職業(yè)安全的關(guān)注度日益增加以及人們自我保護(hù)意識的增強(qiáng)，職業(yè)工裝的需求日益擴(kuò)大，同時要求面料具有較高的拉伸斷裂、撕破、頂破、耐磨性能和良好的舒適性，以滿足相關(guān)行業(yè)對工裝面料的性能要求。

天然纖維和化學(xué)纖維混紡織物在保證織物吸濕性及穿著舒適性的基礎(chǔ)上，有效改善了織物的耐磨性，因此被廣泛應(yīng)用于工裝，如美國的錦綸/棉50/50 數(shù)碼迷彩作訓(xùn)服、芬蘭的棉/滌綸65/35夏作訓(xùn)服以及我國的滌綸/棉/維綸60/20/20 新型作訓(xùn)服等［1］。但是隨著新形勢下市場對工裝面料性能要求的不斷提高，通過改變紗線或織物結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)提高織物力學(xué)性能的方式較難使織物性能有大幅度的提升。

為進(jìn)一步解決工裝面料舒適性與力學(xué)性能提升之間的矛盾，我們借鑒塑膠和混凝土等材料中加入高強(qiáng)金屬材料以增強(qiáng)產(chǎn)品整體強(qiáng)度的設(shè)計(jì)理念，將柔性高強(qiáng)合成纖維材料嵌織到以天然纖維為主體的織物中，得到嵌織網(wǎng)格加強(qiáng)筋機(jī)織物，在保證織物穿著舒適性的同時，提高織物整體物理機(jī)械性能與安全防護(hù)性能。

1 織物規(guī)格設(shè)計(jì)

我們從纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)和織物規(guī)格三方面入手，面向軍隊(duì)作訓(xùn)服和救援防護(hù)服，設(shè)計(jì)了一款適用于春秋外衣的嵌織網(wǎng)格加強(qiáng)筋機(jī)織物。織物經(jīng)紗A 和緯紗A 均為JC 9.7 tex×2 股線，經(jīng)紗B 和緯紗B 均為N 15.5 tex/72 F×2。經(jīng)紗A 與經(jīng)紗B 的比例為32∶2；緯紗A 與緯紗B 的比例為18∶2?？椢锓鶎?63 cm，織物經(jīng)密590 根/10 cm，緯密354 根/10 cm，織物組織為二上二下右斜紋。

1.1 原料選擇

嵌織網(wǎng)格加強(qiáng)筋機(jī)織物由基礎(chǔ)紗線和加強(qiáng)筋構(gòu)成?；A(chǔ)紗線是織物舒適性的保證，所以選擇服用性能較好的棉纖維；加強(qiáng)筋承擔(dān)著提高織物力學(xué)性能的作用，因此選擇力學(xué)性能較好的化學(xué)纖維，如滌綸、錦綸、維綸、腈綸和高性能纖維等［2］。其中，錦綸在普通化學(xué)纖維中具有明顯優(yōu)勢，且成本遠(yuǎn)低于高性能纖維，尤其是錦綸66 具有高強(qiáng)度和高彈性，能滿足面料對斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力以及耐磨性的要求，因此加強(qiáng)筋采用錦綸66長絲。

1.2 紗線設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)紗線在織物中比例較大，為保證織物整體較高的力學(xué)性能，在纖維原料中添加一定比例的長絨棉。在長絨棉比例小于50%時，隨著長絨棉比例的增加，紗線強(qiáng)度、條干、粗細(xì)節(jié)等各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)改善幅度較大，隨著長絨棉比例的繼續(xù)增加，紗線性能提高幅度不明顯［3］；因此，棉紗中長絨棉比例確定為50%。同時采用精梳紡紗系統(tǒng)，紗線采用雙股線結(jié)構(gòu)，提高紗線強(qiáng)力，以滿足織物性能要求。

加強(qiáng)筋采用錦綸66 合股網(wǎng)絡(luò)絲，與相同線密度的錦綸長絲相比，合股網(wǎng)絡(luò)絲的剛度較小，抱合力更大。通過測試不同線密度下錦綸網(wǎng)絡(luò)絲與純棉股線的剛度、模量，合理設(shè)計(jì)兩種紗線的線密度，使其剛度和模量接近，便于織造中采用單織軸織造，避免雙織軸的復(fù)雜織造過程，利于保證織物平整和手感柔軟。

由于面料要兼顧成本、舒適性和安全防護(hù)性能，所以要在保證紗線質(zhì)量滿足織造和織物質(zhì)量要求的前提下降低成本。所紡棉紗單紗斷裂強(qiáng)度18.0 cN/tex、棉結(jié)30 粒/g，其他質(zhì)量指標(biāo)均滿足GB/T 398—2018《棉本色紗線》中一等品要求［4］；所用錦綸66 長絲斷裂強(qiáng)度9.5 cN/dtex，斷裂伸長率18.5%，4.7 cN/dtex 負(fù)荷的伸長率為（12±1.5）%，其他質(zhì)量指標(biāo)均滿足FZ/T 54013—2019《錦綸66 工業(yè)用長絲》中一等品要求［5］。

1.3 織物設(shè)計(jì)

錦綸66 合股網(wǎng)絡(luò)絲的嵌織距離是嵌織網(wǎng)格加強(qiáng)筋機(jī)織物設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。在其他條件相同時，錦綸66 合股網(wǎng)絡(luò)絲嵌入的距離越小，織物在外力拉伸或撕裂過程中同時受力的長絲根數(shù)越多，織物的力學(xué)性能越好［6］；隨著嵌織距離的減小，織物的成本上升，舒適性有所下降；結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，并綜合考慮上述影響，設(shè)計(jì)嵌織距離為5 mm。

消防救援防護(hù)服對織物的經(jīng)緯向強(qiáng)力要求較高，故織物應(yīng)采用較高的經(jīng)密和緯密。一般采用平紋、斜紋等組織，但織物的經(jīng)密和緯密較高時，平紋織物手感硬，服用性能下降較多，且耐磨性和撕裂性能不如斜紋織物；浮長線過長的斜紋織物易起毛、勾絲，且挺括性較差［7］。綜合考慮，采用二上二下右斜紋組織，布邊采用方平組織，順序穿綜，每筘4 入。織物組織圖如圖1 所示。其 中，A 為JC 9.7 tex×2 股線，B 為N 15.5 tex/72 F×2。

圖1 織物組織圖

2 關(guān)鍵生產(chǎn)工藝探討

2.1 生產(chǎn)工藝流程

紗線的生產(chǎn)工藝流程：長絨棉與細(xì)絨棉各占50%，分別經(jīng)開清棉、梳棉、精梳工序，通過兩道并條混并，再經(jīng)粗紗、細(xì)紗、并捻得到JC 9.7 tex×2股線。

棉條混和較棉包混和更易控制混紡比例，并且能夠?qū)煞N原料進(jìn)行針對性的工藝設(shè)計(jì)，便于質(zhì)量監(jiān)控［8］。長絨棉與細(xì)絨棉性能的不同，使其在清梳工藝上也存在差異。長絨棉斷裂強(qiáng)力較細(xì)絨棉低，并且卷曲多，在清梳工序中易受損傷，纖維轉(zhuǎn)移困難，因此應(yīng)降低開清設(shè)備打手速度，梳棉機(jī)錫林、蓋板、道夫速度應(yīng)比加工細(xì)絨棉時低，錫林與刺輥線速比應(yīng)稍大，以加強(qiáng)纖維轉(zhuǎn)移，降低短絨［9］。為了提高長絨棉的利用率，避免開清工序的過度打擊，嚴(yán)格控制長絨棉的落棉量，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，長絨棉開清總落棉率控制在（1.7±0.4）%，精梳落棉率控制在（13±1）%；細(xì)絨棉開清總落棉率控制在（2.5±0.4）%，精梳落棉率控制在（20±1）%。

織物的生產(chǎn)工藝流程：錦綸長絲染色定形后經(jīng)并網(wǎng)得到錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲，JC 9.7 tex×2 股線與錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲分別整經(jīng)、上漿后在并軸機(jī)上并軸，然后經(jīng)穿結(jié)經(jīng)、織造、驗(yàn)修布、打包入庫。

2.2 并網(wǎng)工藝

在LB-192 型包覆紗機(jī)上進(jìn)行并網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)絲加工過程中，機(jī)器車速和空氣壓力會影響最終網(wǎng)絡(luò)絲的結(jié)構(gòu)與性能。一般來說，空氣壓力越大，對長絲絲束的作用力越強(qiáng)，有利于單絲的交纏，網(wǎng)絡(luò)結(jié)越易形成；機(jī)器車速主要影響網(wǎng)絡(luò)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)牢度，車速越高，網(wǎng)絡(luò)數(shù)越少、網(wǎng)絡(luò)牢度也越低。在實(shí)際生產(chǎn)中，車速不能過快，否則長絲張力過大會導(dǎo)致斷頭，且網(wǎng)絡(luò)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)牢度較小，長絲抱合力沒有得到很好的改善；同時網(wǎng)絡(luò)牢度不能過大，否則織物上網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)明顯，染色不勻增加，織物柔軟性也會受到一定影響［10］。綜合考慮對長絲的抱合力和織物布面的要求，選擇中等網(wǎng)絡(luò)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)牢度，車速設(shè)定為370 m/min，氣壓設(shè)定為0.5 MPa。

2.3 整、漿、并工藝

兩種經(jīng)紗的吸濕性和力學(xué)性能差異較大，對整經(jīng)速度、整經(jīng)張力等工藝的要求不同，需分別采用專門的整經(jīng)機(jī)進(jìn)行整經(jīng)。JC 9.7 tex×2 股線在GA124H-230 型整經(jīng)機(jī)上整經(jīng)，錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲在FILA WARPER-230 型整絲機(jī)上整經(jīng)。紗線整經(jīng)張力應(yīng)均勻、適度，盡量減少紗線的伸長；在實(shí)際生產(chǎn)中，整經(jīng)張力器選擇環(huán)式+桿式，相對于圓盤式張力器能夠擴(kuò)大張力調(diào)節(jié)范圍，同時對張力波動起到一定補(bǔ)償作用。車速的設(shè)置要考慮紗線以及筒子卷繞的質(zhì)量；紗線和筒子卷繞質(zhì)量較高時，車速可偏高設(shè)置，兼顧整經(jīng)效率；與JC 9.7 tex×2 股線相比，錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲的回潮率較小，易產(chǎn)生靜電，故整經(jīng)速度要適當(dāng)降低。實(shí)際生產(chǎn)中，JC 9.7 tex×2 股線整經(jīng)速度500 m/min，錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲的整經(jīng)速度400 m/min。

錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲經(jīng)加工后抱合力得到了改善，但耐磨性難以滿足織造要求，直接織造易產(chǎn)生破股疵點(diǎn)，所以還要單獨(dú)上漿，進(jìn)一步增強(qiáng)長絲抱合力、強(qiáng)力和耐磨性。漿料使用以聚丙烯酸銨鹽為主要成分的錦綸專用漿料，其在上漿時與烘燥后的水溶性不一致，可以減少漿紗吸濕再黏現(xiàn)象［11］。選用FILAMASTER-EXPRESS-180 型長絲專用漿絲機(jī)，采用軸對軸的上漿方式，且錦綸吸濕性較小，烘干速度快，漿絲速度可適當(dāng)提高，設(shè)定為260 m/min。低速和高速壓漿力分別為3 000 N 和9 000 N。濕態(tài)下錦綸更易伸長，故設(shè)定上漿部分牽伸率為0.1%，烘燥部分牽伸率為0.8%。

短纖紗纖維長度較短，毛羽明顯，且強(qiáng)力小于長絲，故上漿的目的是增加強(qiáng)力和耐磨性，貼伏毛羽，上漿率相對長絲較大，且需兼顧漿液滲透和被覆，上漿率設(shè)定為8.5%。選用S432-180型漿紗機(jī)。由于經(jīng)紗頭份較多，所以采用雙漿槽；漿料以淀粉、PVA 為主，具體配方為：40 kg 淀粉、20 kg PVA、4 kg KT、2.5 kg CMS、2.5 kg 蠟片。漿紗主要工藝參數(shù)：車速70 m/min，預(yù)壓輥壓力為12 kN，漿槽主壓輥Ⅰ、Ⅱ壓力分別為8.5 kN、30 kN，漿液溫度92 ℃，漿紗回潮率（7±1）%。

并軸工序選用T-MDS-180 型并軸機(jī)。退繞張力應(yīng)依據(jù)紗線線密度進(jìn)行設(shè)定，紗線較細(xì)時，為了減少紗線斷頭，退繞張力偏小設(shè)置。JC 9.7 tex×2 股線退繞張力320 N，錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲退繞張力460 N，織軸卷繞張力4 400 N。結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，織軸開始卷繞時車速50 m/min～60 m/min，卷繞到300 m 左右時，速度逐漸增加并穩(wěn)定在70 m/min 左右。

2.4 織造工藝

選用JAT 810-190 型噴氣織機(jī)。由于織物經(jīng)密高、緊度大，在織造過程中織機(jī)負(fù)荷大，布面振動大，所以對梭口清晰度的要求較高?？棛C(jī)配備電子開口機(jī)構(gòu)，每頁綜框動程單獨(dú)設(shè)置，選擇較早的開口時間和較大的上機(jī)張力，同時車速不能過高，以保證梭口清晰度。第1 頁至第8 頁綜框動程依次為42 mm、49 mm、55 mm、61 mm、23 mm、29 mm、35 mm、40 mm，開口時間270°，上機(jī)張力4 000 N，織機(jī)速度680 r/min。

采用低后梁工藝，但為了減小上層經(jīng)紗張力，避免上層經(jīng)紗斷裂而影響織機(jī)效率，后梁高度偏高設(shè)置，實(shí)際高度為+2。織物的兩種緯紗線密度不同，所以主噴嘴壓力分別設(shè)置。一般紗線的線密度越大，氣壓設(shè)定越高，所以JC 9.7 tex×2股線的主噴嘴氣壓0.16 MPa，錦綸合股網(wǎng)絡(luò)絲的主噴嘴氣壓0.32 MPa，輔噴氣壓均為0.35 MPa，拉伸噴嘴0.39 MPa，微風(fēng)氣壓0.10 MPa，主噴時間70°～180°，輔噴時間70°～240°。

3 織物力學(xué)性能測試

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1 部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》、GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能 第1 部分：沖擊擺錘法撕破強(qiáng)力的測定》、GBT 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測定 鋼球法》和FZ/T 01128—2014《紡織品 耐磨性的測定雙輪磨法》，對織物的拉伸斷裂、撕破、頂破、耐磨性等進(jìn)行測試［12-15］。測試結(jié)果表明：織物經(jīng)向斷裂強(qiáng)力1 202.5 N，緯向斷裂強(qiáng)力848.6 N，經(jīng)向撕破強(qiáng)力54.8 N，緯向撕破強(qiáng)力48.4 N，頂破強(qiáng)力1 922.4 N，摩擦475 次出現(xiàn)破損。GA 633—2006《消防員搶險救援防護(hù)服裝》對外層面料經(jīng)、緯向斷裂強(qiáng)力要求均為不應(yīng)小于350 N，對經(jīng)、緯向撕破強(qiáng)力要求均為不應(yīng)小于25 N：未規(guī)定頂破強(qiáng)力和出現(xiàn)破損摩擦次數(shù)［16］?？梢钥闯觯嚎椢锏睦煨阅芎退浩菩阅苓_(dá)到了GA 633—2006《消防員搶險救援防護(hù)服裝》對外層面料力學(xué)性能的要求。

4 結(jié)束語

為了解決面料設(shè)計(jì)中穿著舒適性與力學(xué)性能提升之間的矛盾，引入加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，制備了舒適性和力學(xué)性能優(yōu)良的嵌織網(wǎng)格加強(qiáng)筋機(jī)織物。在紡紗和織造工序中，考慮到棉紗和錦綸網(wǎng)絡(luò)絲的性能差異，采取了針對性的技術(shù)措施，保證了成紗質(zhì)量和織物質(zhì)量?？椢锏牧W(xué)性能測試結(jié)果表明：織物的拉伸斷裂、撕破、頂破、耐磨性等均滿足了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，織物具有較好的應(yīng)用價值。隨著人們對工裝面料防護(hù)性要求的不斷提升，兼具舒適性和良好力學(xué)性能的工裝面料將具有巨大的發(fā)展?jié)摿?；在此基礎(chǔ)上，開發(fā)具有電磁屏蔽、防靜電、阻燃等防護(hù)功能于一身的工裝面料將成為后續(xù)研究的熱點(diǎn)。