聚酰亞胺/棉/氨綸針織彈力面料的制備及性能研究

孟 碩，汪澤幸，朱文佳，吳 璠，李 帥

（1.湖南工程學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，湘潭411104；2.東莞德永佳紡織制衣有限公司，東莞523138；3.深圳市微納先材科技有限公司，深圳518035）

聚酰亞胺纖維為大分子主鏈上含有酰亞胺環(huán)的一種有機(jī)纖維，其不僅具有較好的耐高、低溫性能，并兼具優(yōu)良的力學(xué)、阻燃、絕緣、耐輻照、耐氣候性能，在航空航天、特種防護(hù)服裝、高溫?zé)煔膺^濾以及阻燃隔熱等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［1-2］.

近年來，研究發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺纖維具有良好的隔熱保暖性能，其應(yīng)用領(lǐng)域逐漸從工業(yè)防護(hù)拓展到民用服裝領(lǐng)域.楊莉等［3］研究發(fā)現(xiàn)相對于羊毛短纖維紗線，采用純聚酰亞胺短纖維紗線制備的針織物具有更高的保暖性能，且阻燃性能優(yōu)良.尹桂波等［4］研究發(fā)現(xiàn)，與同線密度、經(jīng)緯密度的純棉機(jī)織平紋織物相比，采用純聚酰亞胺短纖維紗線制備的機(jī)織平紋織物其保暖性能更為優(yōu)異.Huang等［5］基于聚酰亞胺長絲，研究了變形紗工藝對方平機(jī)織物力學(xué)性能、透氣與透濕性能、傳熱性能和表面光澤的影響.

值得注意的是，雖然純聚酰亞胺面料具有良好的保暖性能和阻燃性能，但因其吸濕性能差、絕緣性能良好、染色色牢度差、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高等特性，純聚酰亞胺面料存在靜電現(xiàn)象嚴(yán)重、顏色單一、織物定型困難等問題.此外，采用純聚酰亞胺短纖維紗線制備的緯平針織面料存在卷邊嚴(yán)重、緯斜極為明顯等現(xiàn)象.基于此，方國平等［6］采用阻燃黏膠、棉、麻賽爾與聚酰亞胺短纖維制備混紡紗線，采用該混紡紗制備的針織面料其保暖率均超過35%.劉朝等［7］基于聚酰亞胺/錦綸短纖維制備混紡紗線，采用針織工藝與錦綸短纖維紗和氨綸交織制備褲襪，其保暖、抗菌和遠(yuǎn)紅外性能均達(dá)到國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且效果顯著.

謝焓等［8-9］研究發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺/中空滌綸混合絮片具有優(yōu)異的保暖性能，純聚酰亞胺絮片其保暖性能略高于等單位面積質(zhì)量的羊絨絮片.洪杰等［10］研究發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺短纖維織物填充結(jié)構(gòu)的保暖性能與填充層數(shù)、填充物纖維類型和線密度及其長度密切相關(guān).

目前，對聚酰亞胺短纖維產(chǎn)品制備和保暖性能研究時(shí)，多集中在織物組織結(jié)構(gòu)或絮片中纖維成分比例與纖維規(guī)格等方面，而少有對彈力織物的制備工藝和性能進(jìn)行研究.基于此，本文以聚酰亞胺/棉混紡紗線和不同線密度的氨綸纖維為原料，制備彈性針織面料，并對洗后外觀、力學(xué)性能、保暖性能、抗起毛起球、透氣與透濕性能等服用性能進(jìn)行測試和分析.

1 試樣制備與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 原料

以線密度為14.6tex聚酰亞胺（軼綸95）/棉30/70混紡紗線，線密度分別為20 D、30 D和40 D的氨綸為原料，制備針織面料.

1.2 坯布織造

選用機(jī)號(hào)為29 G大圓機(jī)為織造設(shè)備，面料組織結(jié)構(gòu)為緯平針組織，基于企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定聚酰亞胺/棉混紡紗、氨綸的線圈長度分別為25.5 cm/100針、11.5 cm/100針.

1.3 后整理

坯布下機(jī)后，進(jìn)行前處理、后處理、制軟整理以及熱定型處理，以獲得成品織物.

前處理，浴比為1∶12.2.助劑配方為：分散劑TSF，0.8 g/L；片堿NaOH，6 g/L；過氧化氫H2O2，3 g/L；冰醋酸HAC，0.5 g/L，前工藝曲線如圖1所示.

圖1 前處理工藝曲線

后處理，浴比為1∶12.2.助劑T980，2.5 g/L，后工藝曲線如圖2所示.

圖2 后處理工藝曲線

制軟整理，軟油T-981，2 kg/100 L.

定型整理，機(jī)速35碼/min，超喂量為38%，溫度為170℃.

1.4 性能測試

1.4.1織物基本規(guī)格參數(shù)測試

根據(jù)GB/T 3820-1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》，采用YG141型織物厚度儀對織物的厚度進(jìn)行測試，選用的壓腳面積為100 mm2，加壓壓強(qiáng)為50 N/cm2，每塊試樣選取5個(gè)不同位置進(jìn)行測試，取算術(shù)平均值.

根據(jù)GB/T 4669-2008《紡織品機(jī)織物單位長度質(zhì)量和單位面積質(zhì)量的測定》測量織物的單位面積質(zhì)量，取5次測試結(jié)果的算術(shù)平均值.

根據(jù)FZ/T 70002-1991《針織物線圈密度測量》測量成品織物的橫向和縱向密度，取5次測試結(jié)果的算術(shù)平均值.

1.4.2洗后外觀測試

參考GB/T 13769-2009《耐久壓燙織物經(jīng)家庭洗滌和干燥后外觀的評定方法》，采用Wascator標(biāo)準(zhǔn)洗衣機(jī)，仿真洗滌5次，對洗滌色牢度和表面毛羽情況進(jìn)行視覺評級，取3塊試樣的平均值.

根據(jù)GB/T 8628-2013《紡織品測定尺寸變化的試驗(yàn)中織物試樣的準(zhǔn)備、標(biāo)記及測量》，參考GB/T 8629-2017《紡織品試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》對織物的橫向和縱向縮水率進(jìn)行測試，取3塊試樣9組測試數(shù)據(jù)的平均值.

根據(jù)GB/T 23319.2-2009《紡織品洗滌后扭斜的測定第2部分：機(jī)織物和針織物》，參考GB/T 8629-2017《紡織品試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》對織物的扭曲率進(jìn)行測試，取3塊試樣的平均值.

1.4.3頂破強(qiáng)力測試

根據(jù)GB/T 19976-2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測定 鋼球法》，采用型號(hào)為YT 031T彈子頂破測試儀，環(huán)形夾持器內(nèi)徑為45 mm，頂桿球形直徑為25 mm，設(shè)定頂破速度設(shè)定為300 mm/min，取5個(gè)有效試樣的平均值.

1.4.4保暖性能

參考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》，在型號(hào)為YG 606G-II熱阻濕阻測試儀對保暖性能進(jìn)行測試，取5塊試樣的值.

1.4.5抗起毛起球性能

參考GB/T 4802.2-2008《紡織品織物起毛起球性能的測定第2部分：改型馬丁代爾法》，采用型號(hào)為Martindale 1309耐磨測試儀，對經(jīng)過2000次摩擦后的試樣進(jìn)行視覺評價(jià)，取3塊試樣的平均值.

1.4.6透氣與透濕性能

透氣性能測試參考GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測定》，在型號(hào)為YG 461E電腦透氣性測試儀上進(jìn)行，測試面積為20 cm2，試樣兩側(cè)壓降設(shè)定為100 Pa，隨機(jī)選取每個(gè)試樣5個(gè)不同位置測試結(jié)果的平均值.

透濕性能參考GB/T 12704.2-2009《紡織品織物透濕性試驗(yàn)方法第2部分：蒸發(fā)法》，在型號(hào)為DH-450透濕性能測試儀上進(jìn)行測試，透濕實(shí)驗(yàn)測試時(shí)間為1 h，取3塊試樣的算術(shù)平均值.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 織物成品規(guī)格

在相同紗線、織造工藝、后整理工藝以及織造時(shí)氨綸張力控制保持一致的條件下，獲得的4種面料成品規(guī)格參數(shù)列于表1中.從表中可以看出，隨著氨綸線密度的增加，織物的厚度、單位面積質(zhì)量、織物縱行密度和體積密度均呈現(xiàn)增加的變化趨勢，而氨綸線密度對織物橫列密度的影響并不明顯.

表1 織物成品規(guī)格參數(shù)表

2.2 洗后外觀與縮水性能

面料洗后色變、毛羽、縮水率以及扭曲率測試結(jié)果列于表2中.

表2 織物洗后外觀、縮率、扭曲率測試結(jié)果

企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中，要求色變與毛羽均為3級以上，橫向和縱向縮水率控制范圍為-5%～+2%內(nèi)，扭曲率控制范圍為-2.5%～+2.5%.從表1中可以看出，四種面料洗后色變和表面毛羽、縮率、扭曲率均較好，均符合企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制要求.

2.3 保暖性能

面料保暖性能測試結(jié)果如表3所示.從表3數(shù)字中可以看出，同等制備和后整理工藝條件下，氨綸的加入有利于提高織物保暖性能，但氨綸線密度過高時(shí)，反而會(huì)降低面料的保暖性.

表3 保暖性能測試結(jié)果

這主要原因是，同等纖維原料條件下，織物保暖性的優(yōu)良與否取決于織物中容納靜止空氣的數(shù)量.當(dāng)織物較稀疏時(shí)，纖維含量較低，空氣含量較高，靜止條件下有利于保暖性的提高，但空氣含量較高時(shí)，空氣易產(chǎn)生流動(dòng)，從而使得織物保暖性能急劇下降；當(dāng)織物較緊密時(shí)，纖維含量較高，由于纖維的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)高于靜止空氣，此時(shí)織物的傳熱主要由纖維承擔(dān)，織物的保暖性能下降，因而只有纖維含量控制在合理范圍之內(nèi)，才能有效提高織物的保暖性能.

2.4 頂破性能

4種面料的頂破強(qiáng)力如表4所示.由表4可知，在同等工藝條件下，氨綸線密度提高，頂破強(qiáng)力逐漸增加，采用40 D氨綸制備的A4試樣，其頂破強(qiáng)力最高.

表4 頂破性能測試結(jié)果

這主要是隨著氨綸線密度的增加，織物緊密程度增加，頂破區(qū)域線圈數(shù)量增加，承力紗線根數(shù)增加，從而宏觀表現(xiàn)為頂破強(qiáng)力的提高.

2.5 抗起毛起球性能

采用馬丁代爾法對A1～A4試樣進(jìn)行起毛起球性能測試的結(jié)果如表5所示，2000次摩擦后試樣實(shí)物圖如圖3所示.

圖3 馬丁代爾法測試后試樣實(shí)物圖

表5 織物耐磨性能測試結(jié)果

由表5中可以看出，試樣A1～A4均表現(xiàn)出較好的抗起毛起球性能，均達(dá)到4級，表明不易起毛起球.即在原材料相同的情況下，不同氨綸線密度對起毛起球性能的影響很小.

原因是氨綸面料始終被聚酰亞胺/棉混紡紗線所覆蓋，在耐磨實(shí)驗(yàn)過程中，聚酰亞胺/棉混紡紗線與磨料接觸，宏觀表現(xiàn)出一致的耐磨性能.

2.6 透氣與透濕性能

試樣透氣與透濕性能測試結(jié)果如表6所示，從表6數(shù)字可以看出，相同線密度、同制備工藝、相同原材料、氨綸線密度不同的四種試樣，其透氣與透濕性能存在差異，無氨綸（A1）面料透氣量和透濕量最高.隨氨綸的線密度的提高，面料透氣量和透濕量呈現(xiàn)降低的變化趨勢.

表6 織物透氣、透濕性能測試結(jié)果

這主要是由于氨綸線密度越高，氨綸向內(nèi)收縮力度越高，面料的緊密程度就越高，面料中空氣和水分的傳遞通道隨之減少，空氣和水分不易穿透織物所致，因而氨綸的加入不利于織物透氣和透濕性能的提高.

3 結(jié)論

本文以同等線密度的聚酰亞胺/棉混紡紗線和線密度分別為40 D、30 D、20 D的氨綸為原料，采用同制備工藝和后整理工藝制備彈性保暖緯編針織面料，并對其洗后外觀、頂破性能、保暖性能、起毛起球性能、透氣與透濕性能進(jìn)行了測試和對比分析.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）所制備的針織面料的洗后外觀均符合企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制的要求，耐水洗尺寸穩(wěn)定性較好.

（2）隨著氨綸線密度的增加，面料的頂破性能提高，透氣與透濕性能下降，起毛起球性能無明顯變化.

（3）氨綸的加入有利于面料保暖性能的提高，但值得注意的是，過高的氨綸線密度對面料保暖性能的提高會(huì)產(chǎn)生不利的影響，當(dāng)氨綸線密度為30 D時(shí)，面料的保暖性能最佳.