負(fù)離子纖維/竹炭纖維混紡紗及面料開發(fā)

鄧燕群,金 穎,于丹妮,郭 瀅, 朱 軍

(南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院,江蘇 南通 226019)

負(fù)離子滌綸纖維手感柔軟,其釋放的負(fù)離子能夠清新空氣,消除疲勞,利于身心健康[1]。十字型截面的滌綸使纖維表面微細(xì)溝槽所產(chǎn)生的毛細(xì)效應(yīng)使汗液快速的導(dǎo)出,從而使織物達(dá)到吸濕快干的目的。竹炭纖維表面及內(nèi)部特殊的超細(xì)微孔結(jié)構(gòu)使其具有很強的吸附能力,對人體異味有吸收、解異味和消臭作用,同時,多微孔結(jié)構(gòu)具有水份平衡、吸濕透氣作用,還具有良好的抗菌防霉作用,是理想的中高檔內(nèi)衣原料。采用兩者纖維混紡,開發(fā)保健內(nèi)衣面料具有很好的發(fā)展前景[2]。本文探討新型負(fù)離子滌綸纖維與竹炭纖維混紡轉(zhuǎn)杯紗的加工工藝,開發(fā)針織保健內(nèi)衣面料。

1 試驗

1.1 試驗材料

滌綸基負(fù)離子纖維比粘膠基持久耐用,耐日曬性能良好[3],本實驗采用滌綸基負(fù)離子纖維。纖維在制備過程中,添加了納米級含鍺元素的電氣石粉末和納米TiO2粉末。其特點是:該纖維在常溫下能釋放出大量的負(fù)離子,調(diào)節(jié)人體的體液呈弱堿性,同時,纖維中的納米TiO2抗菌劑能夠?qū)⒓徔椘飞系募?xì)菌及其殘骸殺滅和清除,并且在H2O、O2體系中發(fā)生光催化反應(yīng),產(chǎn)生的超氧化物陰離子自由基能和多種臭體反應(yīng),能夠有效地消除人體臭味。負(fù)離子纖維強度為3.36cN/dtex,斷裂伸長率10.4%,回潮率0.4%,纖維截面為十字形。粘膠基竹炭纖維(新鄉(xiāng)化學(xué)纖維股份有限公司),強度為2.25cN/dtex,斷裂伸長率18.2%,回潮率13%。兩種纖維長度都是38mm,細(xì)度都是1.67dtex。負(fù)離子纖維/竹炭纖維混紡百分比分別為60∶40、70∶30、80∶20。

1.2 樣品制備

1.2.1 工藝流程及參數(shù)

將兩種纖維分別按三種比例稱重,經(jīng)初步開松后,采用原料混和的方法,噴曬抗靜電劑,用塑料膜密封放置24小時后,喂入FKW350HS型微開清聯(lián)機(青島鴻奧紡織科技開發(fā)有限公司) 進(jìn)行開松。隨后在FB201A型梳理機(青島紡織機械股份有限公司) 進(jìn)行梳理,錫林330r/min,刺輥760r/min,道夫20r/min,蓋板116mm/min,生條干定量20g/5m。A305C型并條機進(jìn)行二道并條(天門紡織機械有限公司),8根并合,前羅拉速度263m/min。頭并干定量18g/5m,前區(qū)牽伸5.8624,后區(qū)牽伸1.5182。熟條干定量16.5g/5m,前區(qū)牽伸6.3313,后區(qū)牽伸1.3889。隨后熟條在FA601A轉(zhuǎn)杯紡紗機上進(jìn)行紡紗,采用正交設(shè)計安排實驗方案。選取工藝配置為轉(zhuǎn)杯速度30000r/min～40000r/min、分梳輥速度7000r/min～8000r/min,φ54mm轉(zhuǎn)杯,OK37型鋸齒分梳輥,螺旋陶瓷假捻盤等。

織物組織選擇內(nèi)衣常用的1+1羅紋和羅紋半空氣層兩種組織,織物厚度為0.7mm。將紗線在針織橫機上分別織出1+1羅紋和羅紋半空氣層兩種組織。

1.2.2 轉(zhuǎn)杯紡紗正交實驗

研究纖維混比、轉(zhuǎn)杯速度、分梳輥速度三因子對紗線性能的影響。紡制28tex紗,中特針織轉(zhuǎn)杯紗捻系數(shù)的取值范圍一般為360～400,捻系數(shù)采用380。采用三水平正交表L18(37)進(jìn)行實驗方案設(shè)計[4],編碼水平表見表1,制定了18組實驗方案,經(jīng)過紡紗后測試紗線的主要性能指標(biāo),分析各工藝配置下紗線的性能。

表1 L18 (37)編碼水平表

1.3 性能測試

紗線及織物的性能測試前,所有樣品均在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下(溫度為(20±2)℃,相對溫度為(65±2)%)平衡24小時。依據(jù)GB /T 3292.1-2008《紡織品紗線條干不勻試驗方法第1 部分:電容法》測試紗線條干；紗線斷裂強度與伸長率依據(jù)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( CRE 法) 》測定；紗線毛羽測試依據(jù)FZ /T01086-1999《紗線毛羽測定方法投影計數(shù)法》；

負(fù)離子濃度測試依據(jù)GB/T 30128-2013《紡織品 負(fù)離子發(fā)生量的檢測和評價》；

吸濕速干性能測試依據(jù)GB/T 21655.1-2008《紡織品 吸濕速干性的評定第1部分:單項組合實驗法》；彈性性能測試依據(jù)ZBW-60001-89《針織物拉伸彈性回復(fù)率試驗方法》；頂破強度測試依據(jù)GB/T8878《棉針織內(nèi)衣》；除臭性能測試依據(jù)ISO 17299-2-2014《紡織品·除臭性能的測定·第2部分: 檢測管法》。

2 結(jié)果與討論

2.1 轉(zhuǎn)杯紡紗工藝分析及優(yōu)化

轉(zhuǎn)杯紗的特點是條干均勻,細(xì)節(jié)和毛羽少,有利于針織加工,生產(chǎn)效率高,成品質(zhì)量好。表2是18種方案紗線的主要性能指標(biāo),下頁表3給出了混紡紗正交設(shè)計實驗性能的極差分析結(jié)果[4],可以看出:混比對紗線強力和伸長率影響較大,隨著負(fù)離子滌綸纖維含量的增加,紗線的強力逐步增加,而伸長率逐步下降。這是由于負(fù)離子滌綸纖維強力比粘膠基竹炭纖維大,伸長低的原因。轉(zhuǎn)杯速度對紗線條干、粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)和伸長率有一定影響,因為轉(zhuǎn)杯速度增加,單位時間內(nèi)條子的喂入量增多,分梳質(zhì)量降低,造成紗線的條干變差,細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)增多。紡紗張力隨轉(zhuǎn)杯速度的增加呈二次方曲線遞增,使得紗線緊密度增加,引起斷裂伸長率下降[5-6]。

表2 實驗方案與紗線性能指標(biāo)

表3 混紡紗性能的極差表

分梳輥速度對紗線條干、毛羽、粗節(jié)、棉結(jié)影響較大,對紗線的強力也有一定影響。分梳輥速度提高,分梳作用增強,使紗線的粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)減少,條干不勻率下降,但短絨率增加,毛羽相應(yīng)增加,紗線強力下降[5-6]。

(續(xù)上表)

通過灰色綜合評價法對各混紡比正交實驗得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析[7]。根據(jù)資料和紗線使用特性分別賦予紗線各性能不同的權(quán)重,其中紗線條干不勻率25%、強力25%、伸長率15%、毛羽15%、粗節(jié)及棉結(jié)各占10%,得到混紡比60/40的最優(yōu)工藝配置為:轉(zhuǎn)杯速度35000r/min、分梳輥速度7500r/min；混紡比70/30的最優(yōu)工藝配置為:轉(zhuǎn)杯速度30000r/min、分梳輥速度7500r/min；混紡比80/20的最優(yōu)工藝配置為:轉(zhuǎn)杯速度35000r/min、分梳輥速度7500r/min。

2.2 織物性能分析

測試了面料的負(fù)離子濃度、吸濕速干性能、吸附除臭性能、力學(xué)性能等,綜合分析最適合做針織功能內(nèi)衣面料的工藝配置和組織。

表4 給出了織物的吸濕速干性能測試結(jié)果,配比為60/40的1+1羅紋織物的吸濕速干性能最好。分析其原因:除了新型負(fù)離子纖維的十字型截面使得纖維表面具有微細(xì)溝槽,能產(chǎn)生的毛細(xì)效應(yīng)使汗液能快速導(dǎo)出,織物達(dá)到吸濕快干的功能之外,竹炭粘膠纖維對水分子有較強的吸附功能,其內(nèi)部和表面均為蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu),縱向表面存在溝槽,同樣具備快速導(dǎo)濕功能[8]。根據(jù)GB/T 21655.1-2008吸濕快干標(biāo)準(zhǔn),針織類產(chǎn)品吸濕性要求:吸水率≥200%,滴水?dāng)U散時間≤3S,芯吸高度≥100,速干性要求:蒸發(fā)速率≥0.18g/h。因此,六種針織物除了滴水?dāng)U散時間比標(biāo)準(zhǔn)稍微長一些,其他各項指標(biāo)均達(dá)到且優(yōu)于吸濕速干性針織物標(biāo)準(zhǔn)。

表4 織物吸濕速干性能數(shù)據(jù)

負(fù)離子滌綸纖維中含有納米級含鍺元素的電氣石粉末,在常溫下能釋放出大量的負(fù)離子[3],同時,竹炭粘膠纖維也能持續(xù)釋放一定量的負(fù)離子,負(fù)離子釋放量是普通粘膠纖維的3倍～5倍。圖1為不同混紡比條件下,兩種織物的負(fù)離子濃度釋放量,由圖可知,負(fù)離子滌綸混比越大,織物負(fù)離子釋放量越大,相同比例的羅紋半空氣層織物的負(fù)離子釋放量大于1+1羅紋織物。根據(jù)GB/T 30128-2013紡織品負(fù)離子發(fā)生量的檢測和評價標(biāo)準(zhǔn),負(fù)離子發(fā)生量＞1000個/cm2,評價為織物負(fù)離子發(fā)生量較高。

圖2 、圖3給出了不同混紡比條件下低應(yīng)力伸長率和頂破強度。從圖2、圖3可以看出,負(fù)離子滌綸比例越大,織物低應(yīng)力伸長性能和頂破性越好。相同比例的羅紋半空氣層織物的彈性和頂破強度要優(yōu)于1+1羅紋織物。

圖2 織物彈性指標(biāo)

圖3 織物頂破性能

針織樣品送檢,負(fù)離子滌綸/竹炭纖維配比為60/40和70/30四種樣品氨氣的除臭率ORR均超過70%,超過了67.6%的標(biāo)準(zhǔn)值,其中,配比為60/40的羅紋半空氣層面料吸附除臭性能最好。分析其原因:檢測的標(biāo)準(zhǔn)是參照ISO 17299-2-2014,除臭率主要反映的是面料竹炭纖維對氨氣的吸附作用。竹炭纖維是超細(xì)微孔結(jié)構(gòu),比表面積大,對氨氣具有很強的吸附能力,當(dāng)竹炭纖維含量越大,其吸附消臭效果也越好[8]。同時,負(fù)離子纖維中含有一定量的納米TiO2,在日照下發(fā)生光催化反應(yīng),產(chǎn)生超氧化物陰離子自由基與多種臭體反應(yīng),能有效地消除人體臭味[3]。因此,面料同時具有了物理消臭和化學(xué)消臭的功能,使面料能全天候全時段具備消臭作用。

3 結(jié)論

通過新型負(fù)離子纖維與竹炭纖維混紡,生產(chǎn)混紡紗線和開發(fā)高性能內(nèi)衣針織面料,根據(jù)本文試驗,得到以下結(jié)論:

(1)纖維混比對紗線強力和伸長率影響較大；轉(zhuǎn)杯速度對紗線條干、粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)和伸長率有一定影響；分梳輥速度對紗線條干、毛羽、粗節(jié)、棉結(jié)影響較大,對紗線的強力也有一定影響。

(2) 負(fù)離子滌綸/竹炭纖維混比為60/40的1+1羅紋織物的吸濕速干性能最好。混比為80/20的羅紋半空氣層面料負(fù)離子發(fā)生量以及織物低應(yīng)力伸長性能和頂破性最好。竹炭纖維含量越大,其吸附除臭效果越好。

(3)綜合各種性能的分析,采用負(fù)離子滌綸/竹炭纖維混比為70/30的羅紋半空氣層面料兼顧了吸濕速干、除臭性能以及負(fù)離子發(fā)生量和力學(xué)性能,比較適合做功能性內(nèi)衣面料。