咖啡炭改性滌綸/羊毛/有機(jī)炭黑纖維復(fù)合 功能織物的開發(fā)及其性能

雒芳林　張雄　周梅花　程菊芳　周雪華

摘要：為開發(fā)蓄熱保暖、抗靜電、吸附異味等多功能于一體的高端毛精紡面料，采用多組分纖維混紡與織物不同組織結(jié)構(gòu)變化相結(jié)合的方式，優(yōu)選咖啡炭改性滌綸纖維、高品質(zhì)羊毛纖維及有機(jī)炭黑纖維作為混紡原料，設(shè)計(jì)了5種不同咖啡炭改性滌綸纖維含量和4種不同組織結(jié)構(gòu)的織物，對(duì)織物的復(fù)合功能性進(jìn)行了測(cè)試和剖析，并運(yùn)用origin軟件分別建立織物保溫率、溫升度及對(duì)甲醛的吸附性和咖啡炭改性滌綸纖維含量之間的回歸方程，獲取了多組分纖維復(fù)合功能毛精紡面料的開發(fā)思路及產(chǎn)品成果，為新型復(fù)合功能產(chǎn)品研發(fā)提供了技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：多組分;混紡;咖啡炭改性滌綸纖維;有機(jī)炭黑纖維;毛精紡面料;復(fù)合功能

中圖分類號(hào)：TS136文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009265X（2022）03014307

Development and properties of coffee carbon modified plyester/wool/organic

carbon black fiber composite functional fabric

LUO Fangling ?ZHANG Xiong ZHOU Meihua ?CHENG Jufang ZHOU Xuehua

Abstract： To develop multifunctional highend worsted fabric integrating heat storage， antistatic， odor absorption and other functions， multicomponent fiber blending method was adopted by combining with changes of different fabric structures. Selecting the coffee carbon modified polyester fiber， high quality wool fiber and organic carbon black fiber as the blending materials， five kinds of fabric with different contents of coffee carbon modified polyester fiber and four kinds of fabric with different structures were designed. The compound functions of the fabric were tested and analyzed. In addition， the regression equation for the fabric thermal insulation rate， temperature increment， adsorptivity of formaldehyde and the content of coffee carbon modified polyester fiber was established respectively using origin software. The development idea and the final product of multicomponent fiber compound functional wool worsted fabric were obtained， providing a technical reference for the R&D of newtype compound functional products.

Key words： multicomponent; blending; coffee carbon modified polyester fiber; organic carbon black fiber; worsted fabric; composite function

隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，廣大消費(fèi)者對(duì)紡織品的使用性能要求也越來越高，對(duì)適應(yīng)新形勢(shì)下的紡織技術(shù)及紡織品的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，采用棉、麻、絲、毛及化學(xué)纖維中一種纖維制成的織物已經(jīng)無法滿足人們的生活需求[1]。近年來，各種高科技纖維的不斷涌現(xiàn)，為紡織制品朝著舒適化、高檔化、功能多樣化及環(huán)保化的方向發(fā)展提供了新的研究方向[2]。

咖啡炭改性滌綸纖維的制備是利用廢棄的咖啡渣，在較高的溫度下進(jìn)行煅燒，之后將其研磨成納米粉體，在滌綸紡絲過程中加入制備好的納米炭粉微粒，形成具有蓄熱保暖、吸附異味和遠(yuǎn)紅外發(fā)射的功能性纖維[34]。此外，咖啡炭改性滌綸纖維綠色環(huán)保，與竹炭改性滌綸相比，能源消耗及二氧化碳排放減少48%;與椰炭改性滌綸相比，能源消耗及二氧化碳排放減少85%[5]。

本文綜合兼顧了咖啡炭改性滌綸纖維良好的蓄熱保暖性和吸收異味性能，羊毛纖維較好的彈性、舒適的手感及柔和的光澤，有機(jī)炭黑纖維較好的抗靜電性，解決了精紡毛織物現(xiàn)存的功能單一、靜電現(xiàn)象明顯及不易護(hù)理等實(shí)際應(yīng)用問題[67]，開發(fā)出集蓄熱保暖、抗靜電、吸附異味等功能于一體的多功能織物，極大的適應(yīng)市場(chǎng)需求，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1實(shí) 驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原料

選用的原料是江蘇申州毛紡有限公司紡制的咖啡炭/羊毛/有機(jī)炭黑纖維（導(dǎo)電纖維）混紡紗。紡制過程中選用緊密紡紗技術(shù)，紗線規(guī)格為16.67 tex，股線結(jié)構(gòu)，捻系數(shù)為145捻/10 cm，捻向?yàn)镾。對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的主要原料咖啡炭改性滌綸做了基礎(chǔ)性能測(cè)試，具體結(jié)果見表1和圖1。

1.2織物中纖維含量設(shè)計(jì)

經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)對(duì)比和結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)織物功能的主要纖維含量不能低于30%[8]。因此，本實(shí)驗(yàn)在有機(jī)炭黑纖維含量1%;織物緊度60×48%;經(jīng)緯密度328×263根/10 cm;2上2下斜紋組織的條件下，設(shè)計(jì)5種不同咖啡炭改性滌綸纖維含量的織物，如表2所示。

1.3織物組織設(shè)計(jì)

為了探究組織結(jié)構(gòu)對(duì)多組份纖維復(fù)合功能精紡毛織物蓄熱保暖、抗靜電、吸附異味和服用性能的影響，在咖啡炭改性滌綸纖維含量40%;有機(jī)炭黑纖維含量1%;織物緊度60×48的條件下，設(shè)計(jì)了具有不同組織結(jié)構(gòu)的4種織物，織物組織規(guī)格及對(duì)應(yīng)組織結(jié)構(gòu)圖分別如表3和圖2所示。

1.4性能測(cè)試

使用HD026N電子織物強(qiáng)力儀（南通宏達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T3923.1-2013《紡織品織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法》中所規(guī)定的方法測(cè)試織物拉伸性能，并參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T3917.4-2009《紡織品 織物撕破性能 第4部分：舌形試樣（雙縫）撕破強(qiáng)力的測(cè)試》中所規(guī)定的方法測(cè)試織物撕破性能。

使用DRP200型懸垂性測(cè)試儀（大榮科學(xué)精器制作所）參照GB/T2332.9-2009《紡織品織物懸垂性的測(cè)定》中所規(guī)定的方法測(cè)試織物懸垂性能。

使用YG502N織物起毛起球儀（南通宏達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T4802.1-2008《紡織品織物起毛起球性能的測(cè)定 第1部分：圓軌跡法》中所規(guī)定的方法測(cè)試 織物起毛起球性能。

使用KESFB2織物風(fēng)格評(píng)價(jià)系統(tǒng)自動(dòng)純彎曲測(cè)試儀（加藤技研株式會(huì)社），剪取規(guī)格為20 cm×20 cm的織物，經(jīng)向標(biāo)志（↑）畫在左下角，試樣標(biāo)簽貼在右下角，均在織物正面做標(biāo)記。打開計(jì)算機(jī)上KESFB操作軟件，選用FB2測(cè)試系統(tǒng)，然后沿織物的經(jīng)向用手指將試樣垂直推入夾具中，待操作臺(tái)上指示燈亮說明試樣已放置好，然后按下“Measure”按鈕，待燈開始閃爍時(shí)，按下KESMES測(cè)試織物彎曲性能。

使用YG821L織物風(fēng)格儀（萊州市電子儀器有限公司）參照標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01146-2018《紡織物 織物起拱變形試驗(yàn)方法》中所規(guī)定的方法測(cè)試織物起拱變形性能。

使用YG606型平板式保溫儀（寧波紡織儀器廠）參照GB/T11048-1989《紡織品 保溫性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試織物保暖性能。

使用溫升儀（華楙生技公司），在溫度20 ℃，濕度65%的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。首先將兩塊規(guī)格為6 cm×12 cm的不同織物固定在樣品架上，然后打開熱源開關(guān)。熱源為500 W的紅外燈，照射角度35°，試樣距離熱源為20 cm，記錄在光照射0 min、15 min時(shí)織物的溫度，測(cè)試織物溫升性能。

使用YGB406織物電阻率測(cè)試儀（溫州大榮紡織）、YGB403織物摩擦帶電測(cè)試儀（溫州大榮紡織）參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T12703.4-2010《紡織品靜電性能的評(píng)定 第4部分：電阻率》和FZ/T01060-1999《織物摩擦帶電電荷密度測(cè)定方法》中所規(guī)定的方法測(cè)試織物抗靜電性能。

使用60 cm×30 cm×40 cm密閉性較好的長(zhǎng)方體箱體、UV1800PC型紫外/可見分光光度計(jì)（上海美譜達(dá)儀器有限公司），采用酚試劑比色法測(cè)試，原理是甲醛分子與酚試劑反應(yīng)生成嗪，嗪在酸性溶液中被高鐵離子氧化形成藍(lán)綠色化合物[9]，對(duì)此化合物進(jìn)行分光光度測(cè)定，測(cè)試織物對(duì)甲醛的吸附性能。

2結(jié)果與分析

2.1咖啡炭改性滌綸纖維含量對(duì)織物性能

的影響研究咖啡炭改性滌綸纖維含量對(duì)織物力學(xué)性能的影響見表4，由表4可知，提高咖啡炭改性滌綸纖維組分在織物中的比例，對(duì)應(yīng)織物的經(jīng)向及緯向強(qiáng)力增大。其原因是織物的力學(xué)性能與紗線的強(qiáng)力正相關(guān)，織物中咖啡炭改性滌綸纖維組分占比越高，對(duì)應(yīng)織物的力學(xué)性能測(cè)試表現(xiàn)越優(yōu)異，所以織物K5的力學(xué)性能最好。

咖啡炭改性滌綸纖維含量對(duì)織物保形性的影響見表5，由表5可知，織物中咖啡炭改性滌綸纖維含量增加，織物的懸垂系數(shù)、彎曲剛度、彎曲滯后矩增大，起拱變形率減小，且K3、K4、K5織物抗起毛起球性能優(yōu)于織物K1、K2，即隨著咖啡炭改性滌綸纖維含量的增加，織物的懸垂性變差，剛度增大，保形性提高，抗起毛起球性能提升。其原因是羊毛初始模量較低，較為柔軟，易于彎曲變形發(fā)生糾纏;咖啡炭改性滌綸纖維初始模量較大，且纖維截面為中腔結(jié)構(gòu)，軸慣性矩較大，不易變形和形成糾纏，故織物中含咖啡炭改性滌綸纖維越多，織物剛性越大，懸垂性越差，織物越挺括，抗起毛起球性越好。

運(yùn)用origin軟件建立織物保溫率和咖啡炭改性滌綸纖維含量之間的回歸方程為y=0.0784x+32.27，R2=0.9571，如圖3所示?？椢锏谋匦阅芎退美w維中靜止空氣的多少關(guān)系較為密切，在本文開發(fā)的織物中除了咖啡炭改性滌綸纖維的中腔結(jié)構(gòu)使得所含靜止空氣增多保溫性較好之外，羊毛的天然卷曲兩側(cè)結(jié)構(gòu)，也使其具有很好的保溫性[10]。從圖3和回歸方程可知，隨著咖啡炭改性滌綸纖維含量的上升，織物保溫性略微上升但幅度不大，其原因可能是咖啡炭改性滌綸纖維中靜止空氣含量和羊毛纖維中差異不明顯，故隨著咖啡炭改性滌綸纖維含量上升時(shí)，不能明顯體現(xiàn)出咖啡炭改性滌綸纖維的保溫效果。

織物溫升度和咖啡炭改性滌綸纖維含量之間的回歸方程為y=0.236x+35.94，R2=0.9642，如圖4所示。研究發(fā)現(xiàn)K1、K2、K3、K4、K55種織物在相同測(cè)試條件下對(duì)應(yīng)溫升度依次增加，即隨著咖啡炭改性滌綸纖維含量的升高，織物的溫升性能越好，其原因是對(duì)應(yīng)織物中咖啡炭改性滌綸纖維含量依次增加，咖啡炭改性滌綸纖維中的咖啡粉體結(jié)構(gòu)增加了纖維的比表面積，能夠吸收大量的熱能，且前人已經(jīng)證明納米咖啡炭粉體具有良好的遠(yuǎn)紅外發(fā)射功能，使得織物具有較好的溫升性[11]。

織物對(duì)甲醛的吸附性和咖啡炭改性滌綸纖維含量之間的回歸方程為y=-0.44x+65.56，R2=0.9503，如圖5所示。由圖5可知，織物中咖啡炭改性滌綸纖維含量提高，織物對(duì)甲醛的吸附量減少。其原因可能是羊毛纖維對(duì)甲醛分子具有優(yōu)異的吸附性能，羊毛纖維結(jié)構(gòu)中的空隙對(duì)甲醛分子有一定的吸附作用且羊毛纖維結(jié)構(gòu)中的—NH2可與甲醛分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成穩(wěn)定的化合物，此過程是不可逆的[12]，對(duì)羊毛纖維的結(jié)構(gòu)和性能均有不利影響，進(jìn)而影響羊毛纖維的使用壽命。與羊毛纖維相比，咖啡炭改性滌綸纖維結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，自身吸附性能的耐久性較好。本實(shí)驗(yàn)研究目的主要是為了探究開發(fā)的咖啡炭改性滌綸纖維織物異味吸附性能，由于實(shí)驗(yàn)條件有限，僅選擇甲醛作為了研究對(duì)象。通過異味吸附性能效果測(cè)試，結(jié)合咖啡炭改性滌綸纖維自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以明確，開發(fā)含有咖啡炭改性滌綸的混紡面料，能賦予織物明顯的異味吸附性能，為開發(fā)新型纖維和羊毛纖維混紡織物并獲得優(yōu)良的功能性特點(diǎn)提供技術(shù)思路。

咖啡炭改性滌綸纖維含量對(duì)織物抗靜電性能的影響見表6，由表6可知，K1、K2、K3、K4、K55種織物表面比電阻都在109數(shù)量級(jí)，說明5種織物都具有很好的抗靜電性效果。而隨著咖啡炭改性滌綸纖維含量的提高，織物表面比電阻和面密度電荷略微增大但不明顯，故咖啡炭改性滌綸纖維含量高低對(duì)織物抗靜電影響不明顯。

2.2含咖啡炭改性滌綸纖維織物與普通毛

滌織物性能對(duì)比為進(jìn)一步了解咖啡炭改性滌綸混紡毛織物的功能特性，選用相同規(guī)格毛/滌混紡織物作為參照，分

別對(duì)不同織物的保溫性、溫升性、異味吸附性和表面比電阻進(jìn)行測(cè)試分析，具體結(jié)果如表7。由表7可知，羊毛含量一定的情況下，含咖啡炭改性滌綸纖維的織物相比同規(guī)格含普通滌綸的織物，保溫率提高了8.43%，織物溫升幅度提高了12.3 ℃，甲醛吸附量提高了7.7 g/cm2，抗靜電性能指標(biāo)提高了2個(gè)數(shù)量級(jí)，說明含咖啡炭改性滌綸纖維的織物相比同規(guī)格含普通滌綸的織物對(duì)其保暖性、溫升性、抗靜電及異味吸附功能具有明顯有益效果。

2.3織物組織對(duì)織物性能的影響研究

不同組織的織物力學(xué)性能見8，由表8可知，鳥眼織物Z4的斷裂強(qiáng)力低于Z1、Z2、Z3織物斷裂強(qiáng)力，其原因是鳥眼組織相對(duì)斜紋、方平和小提花組織平均浮長(zhǎng)線較長(zhǎng)，拉伸過程中受拉系統(tǒng)的紗線被非受拉系統(tǒng)紗線的擠壓力較小，經(jīng)緯紗切向滑移阻力較小，故鳥眼組織的強(qiáng)力相對(duì)較低。此外，鳥眼織物平均浮長(zhǎng)線較長(zhǎng)，紗線屈曲數(shù)降低，拉伸織物時(shí)屈曲紗線由彎曲到伸直過程中，織物的伸長(zhǎng)較短，從而使得鳥眼織物的斷裂伸長(zhǎng)率也相對(duì)較低。從表中還可看出，鳥眼組織的撕破強(qiáng)力相對(duì)較大，其原因是鳥眼組織平均浮長(zhǎng)線較長(zhǎng)，紗線間較易發(fā)生滑移現(xiàn)象，使得受力三角形變大，故其撕破強(qiáng)力較大。

織物組織對(duì)織物保形性的影響見表9，由表9可知，懸垂系數(shù)和彎曲剛度：Z3>Z1>Z2>Z4，即懸垂系數(shù)和彎曲剛度由大到小依次為：小提花組織、斜紋組織、方平組織、鳥眼組織，起拱變形率正好相反，其原因是小提花組織，平均浮長(zhǎng)線較短，紗線間嵌合和接觸面積較大，纖維間摩擦阻力較大，從而增加了織物的剛度，使得織物保形性較好。斜紋和方平兩種組織，雖然平均浮長(zhǎng)線相同，但經(jīng)緯紗線的存在狀態(tài)不同，方平組織相鄰兩根經(jīng)紗相比斜紋組織的易于重疊，使得方平組織較為松軟，從而其剛?cè)嵝圆蝗缧奔y組織。

織物組織對(duì)織物保溫、溫升和吸附性能的影響見表10，由表10可知，織物保溫性由好到差順序?yàn)椋壶B眼組織、斜紋組織、方平組織、小提花組織;溫升性和甲醛吸附性由好到差為：鳥眼組織、方平組織、斜紋組織、小提花組織。其原因是鳥眼組織Z4平均浮長(zhǎng)線較長(zhǎng)，織物較為松軟，紗線間空隙相對(duì)較多，故織物保溫性、溫升性和吸附性相對(duì)較好;小提花組織Z3交織點(diǎn)較多，浮長(zhǎng)線較短，其結(jié)構(gòu)較為緊密，對(duì)靜止空氣的儲(chǔ)存量較少，熱量分子和甲醛分子不易進(jìn)入織物中，故它的保溫率、溫升幅度和對(duì)甲醛分子的吸附性相對(duì)較差。斜紋組織和方平組織雖平均浮長(zhǎng)線相同，但斜紋組織相鄰兩根紗線的重疊程度沒有方平組織的大，即斜紋組織相對(duì)緊密，阻止了空氣的相對(duì)流動(dòng)，故斜紋織物的保溫率好于方平組織。

織物組織對(duì)織物抗靜電性能的影響見表11，由表11可看出，織物抗靜電效果由好到差順序?yàn)椋壶B眼組織、斜紋組織、方平組織、小提花組織。其原因是鳥眼組織交織點(diǎn)較少，浮長(zhǎng)線較長(zhǎng)，有機(jī)炭黑導(dǎo)電纖維易于露出織物表面，故織物的抗靜電效果較好。斜紋組織和方平組織雖然平均浮長(zhǎng)線相同，但是方平織物結(jié)構(gòu)較為松軟，因此織物的抗靜電效果不如斜紋組織好。

綜上可知，鳥眼織物保溫性和溫升性相對(duì)較好，但保形性效果較差;小提花組織保形性較好，但保溫性和吸附性相對(duì)較差;方平組織和斜紋組織其各項(xiàng)性能處于鳥眼組織和小提花組織之間。結(jié)合織物組織對(duì)織物性能的影響關(guān)系，以及咖啡炭改性滌綸纖維自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以更為有效的開發(fā)出具有不同性能特點(diǎn)的面料，為工廠迎合市場(chǎng)需求提供更豐富的技術(shù)基礎(chǔ)。

3結(jié)論

結(jié)合開發(fā)蓄熱保暖、抗靜電、吸附異味等多功能于一體的高端毛精紡面料的研究過程，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

a）咖啡炭改性滌綸纖維含量增加，織物力學(xué)性能增大，保形性提高，溫升幅度增大，保溫率略微增大，吸附性能相對(duì)下降。

b）相比同規(guī)格普通毛滌織物，咖啡炭改性滌綸織物具有更好的保暖性、溫升性、抗靜電及異味吸附功能。

c）鳥眼織物保溫性和溫升性相對(duì)較好，但保形性效果較差;小提花組織保形性較好，但保溫性和吸附性相對(duì)較差;方平組織和斜紋組織其各項(xiàng)性能處于鳥眼組織和小提花組織之間。

基于目前實(shí)驗(yàn)采用的多組分纖維混紡及不同組織結(jié)構(gòu)變化相結(jié)合的面料開發(fā)思路，能獲取理想的面料開發(fā)效果，后續(xù)研究方向?qū)⒁M(jìn)織物功能整理的思路，為進(jìn)一步拓展毛精紡面料的多功能化產(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)參考。

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收稿日期：20210421網(wǎng)絡(luò)出版日期：20210826

作者簡(jiǎn)介：雒芳林（1992-），女，甘肅白銀人，碩士，主要從事紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)方面的研究。