遠(yuǎn)紅外聚酯/木棉/棉纖維多功能織物的性能影響研究

石煜　沈蘭萍　陽智　宋紅

摘 要：為提高遠(yuǎn)紅外聚酯/木棉/棉纖維多組分復(fù)合功能織物性能，分別制織出平紋、斜紋、緞紋、蜂巢等不同組織結(jié)構(gòu)的織物，并對織物的厚度、強(qiáng)力、保暖性、抑菌性等性能進(jìn)行測試，剖析各性能指標(biāo)變化趨勢，最后采用灰色近優(yōu)法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理分析，優(yōu)選出綜合性能最佳的組織結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：4種組織結(jié)構(gòu)織物均具有優(yōu)良的服用性與保暖抑菌的功能性;基于緞紋組織結(jié)構(gòu)的織物綜合性能最佳。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)紅外聚酯;木棉;組織結(jié)構(gòu);蜂巢組織;灰色近優(yōu)法;保暖

中圖分類號：TS105.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）05-0042-06

Study on the Influence of the Properties of Far InfraredPolyester/Kapok/Cotton Fiber Multifunctional Fabric

SHI Yu， SHEN Lanping， YANG Zhi， SONG Hong

（School of Textile Science and Engineering， Xi'an Polytechnic University， Xi'an 710048， China）

Abstract：In order to improve the properties of the far infrared polyester/kapok/cotton fiber multi-component functional fabric， plain， twill， satin， honeycomb and other fabrics with different weave structures were woven respectively. The thickness， strength， heat retention and bacteriostasis， etc. of the fabric were tested， and the variation trend of each performance indicator was analyzed. Finally， a grey near-optimal method was used to process and analyze the experimental results， and select an organizational structure with the best comprehensive performance. The results show that all of the four textured fabrics have excellent wearability， heat preservation and bacteriostasis， and the fabric based on satin weave has the best comprehensive properties.

Key words：far infrared polyester; kapok; weave; honeycomb structure; grey near-optimal method; heat preservation

遠(yuǎn)紅外聚酯纖維可通過放射出與人體吸收波長相應(yīng)的遠(yuǎn)紅外光波，而使織物具有保暖保溫等功能。除此以外，還具有手感滑爽，柔軟蓬松，輕質(zhì)透氣，富有回彈性等特點(diǎn)[1]。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[2-4]，因此可在纖維集合體中儲(chǔ)存大量靜止空氣，使得木棉纖維內(nèi)部富含氧氣，從而具有良好的保暖性，也讓厭氧菌無法生長繁殖，是天然的保暖抗菌纖維[5]。

利用遠(yuǎn)紅外聚酯纖維和木棉纖維的優(yōu)異性能，采用遠(yuǎn)紅外聚酯/木棉/棉纖維功能混紡紗，通過改變組織結(jié)構(gòu)，制織出4種不同組織的復(fù)合功能織物，對各織物的基本服用性能與功能性進(jìn)行測試，剖析各性能指標(biāo)的變化趨勢，并采用灰色近優(yōu)法對各織物性能進(jìn)行綜合評價(jià)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

選用的原料為西安工程大學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室紡制的遠(yuǎn)紅外聚酯/木棉/棉纖維功能混紡紗，混紡比6/3/1，纖度18.5 tex，捻度65捻/10 cm，牽伸倍數(shù)13.7。

1.2 織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)采用的4種組織結(jié)構(gòu)分別為平紋、3/1右斜紋、5/3緯面緞紋、以1上3下為基礎(chǔ)的蜂巢組織。圖1為4種織物的組織結(jié)構(gòu)圖。

1.3 織物規(guī)格設(shè)計(jì)

表1為4種織物的成品規(guī)格與上機(jī)參數(shù)。

1.4 性能測試

1.4.1 織物厚度

依據(jù)GB/T 3820—1983《機(jī)織物（梭織物）和針織物厚度的測定》，采用YG（B）141D型數(shù)字式織物厚度儀，在溫度（20±2） ℃，相對濕度65%±2%的條件下進(jìn)行，通過多次測量獲得織物厚度的平均值，測試時(shí)間為30 s。

1.4.2 透氣性

依據(jù)GB/T 5453—1997《織物透氣性的測定》，采用YG461E型數(shù)字式透氣量儀?？椢锎笮?0 cm×20 cm，設(shè)置測試壓差100 Pa，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（相對濕度65%±2%，溫度（20±2） ℃）下進(jìn)行測試。對每個(gè)織物分別測量10個(gè)不同部位的透氣率，計(jì)算平均值，得到織物的最終透氣率[6]。

1.4.3 織物強(qiáng)力

依據(jù)GB/T 19976—2005《紡織品頂破強(qiáng)力的測定鋼球法》，采用YG（B）026D-500型電子織物強(qiáng)力機(jī)[7]，測試織物的大小為直徑為38 mm圓布塊，每種試樣剪取5塊，取5個(gè)實(shí)驗(yàn)值的平均值為此織物的頂破強(qiáng)力?？椢锲屏褧r(shí)記錄其最大值即為頂破強(qiáng)力，以牛頓為單位。

1.4.4 摩擦性能

依據(jù)FZ/T 01054.2—1999《織物風(fēng)格試驗(yàn)方法—表面摩擦性能試驗(yàn)方法》，采用萊州市電子儀器有限公司的YG821L型織物風(fēng)格儀對織物摩擦性能進(jìn)行測試。測試織物的大小為30 mm×28 mm和30 mm×77 mm，測試溫度23.5 ℃，相對濕度45.8%，設(shè)定動(dòng)程40 mm，上行速度48 mm/min，下行速度48 mm/min[8]。

1.4.5 保暖性

依據(jù)GB/T 11048—2008《紡織品生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》[9]，采用YG（B）606 E型織物保溫性能測試儀，分別測量織物保暖率和克羅值各5次，取平均值。

1.4.6 抑菌性

參照FZ/T73023—2006《抗菌針織品》中規(guī)定振蕩法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)菌種為第五代大腸桿菌 8099（由陜西省微生物研究所提供），將菌液分別倒入裝有對照樣與抗菌試樣的燒瓶中，并測定細(xì)菌的濃度，然后振蕩一定時(shí)間，測出振蕩后細(xì)菌的濃度，最后計(jì)算抑菌率見式（1）[10]。

Y/%=Wb-WcWb×100（1）

式中：Y為抑菌率，%;Wb為標(biāo)準(zhǔn)空白試樣振蕩接觸18 h后燒瓶內(nèi)的活菌濃度，cfu/mL;Wc為抗菌織物試樣振蕩接觸18 h后燒瓶內(nèi)的活菌濃度，cfu/mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物厚度

織物厚度是指在壓力一定時(shí)測量織物的絕對厚度。該指標(biāo)對織物的強(qiáng)度、保暖性以及透氣性等性能影響較大，且與紗線規(guī)格、織物組織結(jié)構(gòu)以及紗線交織時(shí)的彎曲程度有關(guān)。由圖2可以看出，對于這4種組織而言，當(dāng)織物紗線性質(zhì)及線密度相同時(shí)，其織物厚度的大小關(guān)系為：蜂巢織物最大，緞紋織物次之、斜紋織物居中，平紋織物最小。這是由于當(dāng)紗線交織的次數(shù)越少，即平均浮長越長，所得到織物就越松厚，且蜂巢織物擁有相對較長的經(jīng)、緯浮長而形成的凹凸格子，故而較為厚實(shí)且手感柔軟。其次，緞紋織物、斜紋織物和平紋織物，紗線的彎曲波峰與其交織的次數(shù)依次增加，故而織物厚度逐漸減小。

2.2 織物透氣性

由圖3可以看出，平紋組織的織物透氣率最小，斜紋、緞紋織物次之，蜂巢織物最大。在這4種組織結(jié)構(gòu)的織物中，平紋織物表面交織點(diǎn)最多，使得紗線之間的空隙相對最小，氣體通過織物時(shí)要克服較大的黏滯阻力，阻礙空氣流動(dòng)，故透氣性也相對較小;而蜂巢織物紗線之間空隙則相對最大，故透氣性也相對較大。這是因?yàn)榘殡S紗線交織次數(shù)的減少與平均浮長的增加，織物會(huì)變得更加松軟，與此同時(shí)紗線之間的相互束縛大的作用力會(huì)減小，使紗線發(fā)生相對滑移而形成孔洞，所以透氣性增大[11]。其次，還可看出緞紋織物和蜂巢織物的透氣率比較接近，這是由于織物在上機(jī)時(shí)緯向密度比較大的情況下，緞紋織物交織點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，平均浮長與總緊度與蜂巢織物接近，因此二者透氣率大小差異較小，且透氣率相對于其他組織也較大。

2.3 織物強(qiáng)力

由圖4可見，平紋織物的強(qiáng)力最大，斜紋、緞紋組織次之，蜂巢組織最小。這是由于平紋組織的紗線屬于一上一下交織，通常情況下經(jīng)、緯紗會(huì)同時(shí)受到彎曲、摩擦等外力作用，因此其強(qiáng)力較好，所得織物硬挺結(jié)實(shí)、質(zhì)地堅(jiān)牢。而斜紋組織、緞紋組織與蜂巢組織這3種組織結(jié)構(gòu)的經(jīng)、緯浮長均存在差異，故而在承受外力的作用時(shí)，經(jīng)紗所受到的外力與緯紗不同，使得織物強(qiáng)力較差，但手感會(huì)則變得較為柔軟。

2.4 織物摩擦性能

織物摩擦性能影響著織物的手感風(fēng)格與服用舒適性，衡量指標(biāo)分為靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)，紗線的平均浮長、織物組織的松緊、織物緊度等因素都會(huì)影響織物表面摩擦性能。對于不同組織結(jié)構(gòu)的織物而言，紗線之間交織次數(shù)的越少，織物沿其摩擦方向的紗線浮長越長，織物受到的摩擦就會(huì)越小，故平紋織物的摩擦系數(shù)分別大于斜紋與緞紋織物。另外，在蜂巢織物表面存在由經(jīng)緯紗交織而形成的凸體，造成織物表面凹凸，在相互摩擦?xí)r，就會(huì)像齒輪嚙合那樣地凹凸交叉，因此產(chǎn)生的摩擦阻力最大。由圖5可看出蜂巢織物的摩擦性能最差，緞紋織物最佳。

2.5 織物保暖性

由圖6可知，4種織物的保暖率均在44.3%以上、克羅值均在2.08 ℃m2/W以上，滿足GB/T 11048—2008中的保暖指標(biāo)。織物的結(jié)構(gòu)、組織、厚度及層合、復(fù)合方式都會(huì)影響織物的保暖性。其中，織物組織結(jié)構(gòu)越松厚，織物空隙率越大，則保暖性越好。由圖6還可以看出，織物保暖性的大小關(guān)系為：蜂巢組織>緞紋組織>斜紋組織>平紋組織。這是由于伴隨組織結(jié)構(gòu)的變化，織物經(jīng)緯紗交織次數(shù)減少，織物的蓬松性越好，內(nèi)部靜止空氣的含量也越多，織物保暖性越好。除此之外，相對于其他組織而言，蜂巢組織的保溫率與克羅值增加明顯，主要是因?yàn)榉涑步M織四周高中間低，形成凹凸?fàn)顟B(tài)的特性，使織物內(nèi)部含有空隙增多，對保暖性的影響較大。

2.6 組織結(jié)構(gòu)對織物抑菌性的影響

由圖7可以看出，4種組織結(jié)構(gòu)制織成的織物對大腸桿菌抑菌性均為良好，即抑菌率均在97%以上，滿足FZ/T 73023-2006中的抗菌指標(biāo)。其中蜂巢織物的抑菌率最高，平紋織物則相對最小。由于織物采用的紗線原料相同，斜紋、緞紋以及蜂巢組織紗線之間空隙的較大，透氣性也較大，空氣含量較多，導(dǎo)致厭氧菌無法生存，故而抑菌率較組織結(jié)構(gòu)緊密的平紋組織稍大。

3 織物性能優(yōu)化

3.1 灰色近優(yōu)法原理

假設(shè)有織物Mj（j=1，2，…，m），各評價(jià)指標(biāo)為Ci（i=1，2，…，n），按一定行列排序形成矩陣，可以得到m個(gè)織物n維指標(biāo)的灰矩陣Rn×m：

Rn×m=C1C2··CnR11R12··R1mR21R22··R··········Rn1Rn2··Rnm（1）

式中：Rij為第j種織物的第i個(gè)質(zhì)量指標(biāo)的實(shí)際測量值，即灰矩陣Rn×m的灰元值，再將測試出的不同織物的質(zhì)量指標(biāo)錄入，可得到白化灰矩陣R′n×m：

R′n×m=C1C2··CnR′11R′12··R′1mR′21R′22··R′2m··········R′n1R′n2··R′nm（2）

將各白化灰元值映射到[0，1]區(qū)間，再將各白化灰元的效果測度取代白化灰元值，得到近優(yōu)白化灰矩陣R″n×m矩陣[12]。一般采用單點(diǎn)效果測度，其包括上限效果測度（應(yīng)用于越大越優(yōu)型指標(biāo)）、下限效果測度（應(yīng)用于越小越優(yōu)型指標(biāo)）以及中心效果測度（應(yīng)用于適中型指標(biāo)）[13]。

越大越優(yōu)型指標(biāo)：R″ij=R′ijmax{R′ij，umax}（3）

式中：max{R′ij，umax}=max（R′i1，R′i2，…，R′im，umax）;

適中型指標(biāo)：R″ij=min（R′ij，u0）max（R′ij，u0）（4）

越小越優(yōu)型指標(biāo)：R″ij=min{R′ij，umin}R′ij（5）

式中：min{R′ij，umin}=max（R′i1，R′i2，…，R′im，umin）。

根據(jù)各指標(biāo)的最優(yōu)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，代入相應(yīng)近優(yōu)白化測試值可得到矩陣R″n×m：

R″n×m=C1C2··CnR″11R″12··R″1mR″21R″22··R″2m··········R″n1R″n2··R″nm（6）

在R″n×m矩陣中，已經(jīng)得到了單一指標(biāo)的近優(yōu)程度，為綜合全面的評價(jià)織物性能，需整合式（6）中的近優(yōu)白化灰量，從而得出綜合近優(yōu)度。近優(yōu)度白化灰元R″S，計(jì)算如式（7）：

R″S=Sj[S1，S2，…，Sm]=Sj1n∑n1R″i1，1n∑n1R″i2，…，1n∑n1R″1m（7）

依據(jù)式（7）計(jì)算出4種織物的近優(yōu)度后，再依據(jù)大小進(jìn)行排序，近優(yōu)度值越接近于1，則說明該組織結(jié)構(gòu)的織物綜合性能越好。

3.2 織物綜合性能評價(jià)

將不同織物的各個(gè)評價(jià)指標(biāo)的測試結(jié)果分別錄入式（1），得到各織物性能指標(biāo)的白化灰矩陣R′8×4：

R′8×4=（1234）

厚度透氣率強(qiáng)力靜摩擦系數(shù)動(dòng)摩擦系數(shù)保暖率克羅值抑菌率0.940.950.971.01473.5486.4492.3499.94594434324290.4510.4160.4050.4750.4340.4020.3910.45344.347.147.649.82.082.122.162.3797.2497.3397.4297.55

本實(shí)驗(yàn)研究的織物厚實(shí)柔軟，且透氣性良好，在保證具有優(yōu)良的保暖性與抑菌性的同時(shí)也能滿足基本的服用性能，可用于開發(fā)保暖抗菌類產(chǎn)品。因此除對織物的保暖抑菌等功能需求之外，開發(fā)時(shí)還應(yīng)考慮織物的手感與舒適性。因此根據(jù)織物風(fēng)格特點(diǎn)及其功能需求將織物厚度、保暖率、克羅值、抑菌率等定為越大越優(yōu)型;織物強(qiáng)力、透氣率定為中間最優(yōu)型;靜摩擦系數(shù)、動(dòng)摩擦系數(shù)定為越小越優(yōu)型。各性能指標(biāo)測量值按照上述相應(yīng)公式，將其近優(yōu)白化值錄入，列出近優(yōu)白化矩陣R″8×4：

根據(jù)式（7），列出近優(yōu)度白化灰元矩陣RS，分別求出各織物的綜合近優(yōu)度，然后由大到小進(jìn)行排序：

R″S=Sj[S1，S2，…，S4]=Sj18∑8iR″i1，18∑8iR″i2，

…，18∑8iR″i4=Sj[0.927，0.946，0.976，0.960]織物綜合近優(yōu)度由大到小的排序?yàn)椋壕劶y組織、蜂巢組織、斜紋組織、平紋組織。

由綜合近優(yōu)度及測試結(jié)果可知，

R″8×4=（1234）

厚度透氣率強(qiáng)力靜摩擦系數(shù)動(dòng)摩擦系數(shù)保暖率克羅值抑菌率0.930.940.9610.9680.9940.9940.9790.9530.9880.9870.9810.8980.91410.8530.900.97310.8630.8900.9460.95610.8780.8950.91110.9970.9980.9991

4 結(jié) 論

a）采用遠(yuǎn)紅外聚酯/木棉/棉纖維功能混紡紗制織成的4種組織結(jié)構(gòu)織物均具有優(yōu)良服用性能，同時(shí)還具有保暖與抑菌等功能。

b）經(jīng)測試，平紋織物的強(qiáng)力最好;緞紋織物的摩擦性能最好，服用性與功能性也較好;蜂巢織物的保暖及抑菌性最佳，但舒適性與手感較差。

c）運(yùn)用灰色近優(yōu)法對不同組織結(jié)構(gòu)的織物各項(xiàng)性能進(jìn)行綜合評定，緞紋組織綜合性能最好，適宜于秋冬類保暖產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)，可制成床單、襯衫等面料，市場應(yīng)用前景廣闊。

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收稿日期：2019-05-12 網(wǎng)絡(luò)出版日期：2019-11-20

作者簡介：石 煜（1993-），女，陜西西安人，碩士研究生，主要從事功能織物的開發(fā)設(shè)計(jì)與應(yīng)用方面的研究。

通信作者：沈蘭萍，E-mail：shenlanping@126.com