紙紗/再生滌復合紗及其針織面料的性能

胡蝶飛 王琰 姚菊明 夏新興 張國慶 DANA Kremenakova JIRI Militky JAKUB Wiener 祝國成

摘要：為了探究紙紗/再生滌綸復合紗的可織性及其針織面料的綜合服用性，采用MACH2SIG全自動電腦橫機將紙紗/再生滌綸（100/0、70/30、60/40）3種復合紗編織成緯平針織物，測試紙紗/再生滌綸復合紗的條干均勻度、力學性能以及針織物的熱阻、透氣性、透濕性、懸垂性、折皺彈性和力學性能。利用模糊數(shù)學綜合評價方法對測試結(jié)果進行分析，對紙紗/再生滌綸織物的服用舒適性做出綜合評價。結(jié)果表明：隨再生滌綸含量比例增加，復合紗的條干均勻度下降，斷裂強力和斷裂伸長率提高；3種針織物經(jīng)模糊綜合評價所得的評判值分別為0.2942、0.3311和0.3737。依據(jù)最大隸屬度原則，紙紗/再生滌綸（60/40）織物的綜合服用性能最佳。

關鍵詞：紙紗；紙紗/再生滌綸復合紗；服用性；舒適性；模糊綜合評價

中圖分類號：TS182

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2023）02-0152-07

紙紗是一種以植物纖維為主要原料，采用類似造紙工藝生產(chǎn)而成的新型環(huán)保紗線［1-2］。其加工流程簡單且過程中沒有有害物質(zhì)排放，產(chǎn)品使用后既可自然生物降解又可回用于生產(chǎn)，具有吸濕透氣［3］、抗菌防臭［4］、不產(chǎn)生靜電［5］、天然環(huán)保［6］等優(yōu)點，可生產(chǎn)高檔T恤、抗菌襪等紡織產(chǎn)品，透氣性、吸汗性和速干性都要優(yōu)于棉織品［7］，符合現(xiàn)階段人們對紡織品綠色健康的要求。但由于100%純紙紗的強力低、柔韌性差，在面料生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)編織時易斷紗［8-9］，造成其生產(chǎn)的面料強力差、生產(chǎn)難度大、技術含量高，因此紙紗在紡織品上的應用范圍受限。再生滌綸長絲性能優(yōu)異，綠色環(huán)保［10］，與紙紗復合，可以使織物具備更好的強力、彈性以及懸垂性。

Park等［11］以紙紗和滌綸、尼龍長絲為原料，制備了不同紗支數(shù)和捻度的混合紗，并對混合紗的拉伸性能、表面形貌、均勻度和編織性能進行測定，得出紙紗/尼龍（175/70、700捻/m）和紙紗/滌（175/75、600捻/m）的混紡紗具有低斷紗率和優(yōu)異的編織效果，其所得織物強力高，編織效果好。朱正鋒等［12］對紙紗、棉/紙紗復合紗線的力學性能以及紅外光譜進行測試，得出在線密度相同時，紙紗斷裂伸長率小于棉/紙紗復合紗線。孫理等［8］以豌豆淀粉為原料，制成CMPS用于紙紗的上漿，得出CMPS漿紗的拉伸性能顯著提高，斷裂增強率與耐磨增強率分別比使用羧甲基淀粉增加了14.15%和15.50%，紙紗織造時性能提升。由于紙紗及其紡織品的研究在國內(nèi)尚處于探索階段，服用舒適性相關研究較少，對紙紗織物相關性能的評價缺乏參考。本文以純紙/再生滌綸（100/0、70/30、60/40）3種紗線為原料制備成紙紗織物，對其服用性、舒適性能進行測試，通過模糊數(shù)學評價法，對3種紙紗面料的綜合服用性做出評價，為紙/再生滌綸復合織物在服裝紡織領域的新產(chǎn)品開發(fā)與應用提供參考。

1材料與方法

1.1實驗材料

原料的選擇：本試驗采用紙紗/再生滌綸（100/0），紙紗/再生滌綸（70/30），紙紗/再生滌綸（60/40）3種紗線，由東莞市東城維維線帶加工廠提供。

紙紗/滌復合紗針織面料的制備：將紙/滌復合紗上蠟后以兩股紗線的方式一同喂入機號14針/英寸的MACH2SIG全自動電腦橫機上編織緯平針織物，設置參數(shù)：度目40 G、織針200枚、編織速度0.6 m/s。將3種針織物按順序編號為1#、2#、3#。

將紙紗針織物按照GB/T 6529—2008《紡織品 調(diào)濕和試驗用標準大氣》進行調(diào)濕，溫濕度條件：溫度20℃，濕度65%RH，調(diào)濕時間48 h。

1.2測試方法

1.2.1紗線性能

細度：采用YG086C型縷紗測長儀（寧波紡織儀器廠），按照GB/T 4743—2009《紡織品 卷裝紗 絞紗法線密度的測定》進行測定。測試長度100 m，測試5次，取平均值。

毛羽、條干均勻度：采用USTERME6條干測試儀（瑞士烏斯特有限公司），按照GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗條條干不勻試驗方法 第1部分：電容法》進行測定。測試速度400 m/min，測試長度400 m，測試5次，取平均值。

強伸性：采用YG023B型全自動單紗強力機（溫州方圓儀器有限公司），按照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）》進行測定。紙紗夾持距離500 mm，試驗速度500 mm/min，預加張力0.2 cN/dtex，測試10次，取平均值。

1.2.2織物舒適性能

導熱性：采用YG606E紡織品熱阻測試儀（溫州方圓儀器有限公司），按照GB/T 11048—2018《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定（蒸發(fā)熱板法）》進行測定。裁取500 mm×500 mm試樣，設置試驗板、底板溫度為35℃，預熱時間、測試時間1200 s，測試3次，取平均值。

透氣性：采用YG461E透氣性測試儀（溫州方圓儀器有限公司），按照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》進行測定。試樣面積20 cm2，試樣壓差200 Pa，測試10次，取平均值。

透濕性：采用YG601H-Ⅲ型電腦式織物透濕儀（寧波紡織儀器廠），按照GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第2部分：蒸發(fā)法》進行測定。設置溫度38℃，濕度50%RH，轉(zhuǎn)速5 r/min。透濕率計算見式（1）。

WVT=（Δm-Δm′）A·T（1）

式中：WVT為透濕率，g/（m2·h） ；Δm為同一試驗組合兩次稱量之差，g；Δm′為空白試樣的同一試驗組合兩次稱量之差，g；A為有效試驗面積（0.00283 m2）；T為試驗時間，h。

1.2.3織物服用性能

懸垂性：采用XDP-1型懸垂性測試儀（溫州紡織儀器廠），按照GB/T 23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測定》進行測定。試樣尺寸：直徑240 mm，中心孔直徑4 mm，正反面各測試3次，取平均值。

折皺彈性：采用YG541E全自動激光織物折皺彈性測試儀（寧波紡織儀器廠）。按照GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》進行測定。試樣尺寸：試樣回復翼尺寸：長20 mm，寬15 mm，高40 mm，縱橫向各測試5次，取平均值。

拉伸斷裂強度：采用YG026T-Ⅱ電子織物強力機（寧波紡織儀器廠），按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》進行測定。設置隔距長度100 mm，預加張力1 N，測試速度100 mm/min，測試5次，取平均值。

頂破強度：采用YG031電子織物氣動頂破強力機（寧波紡織儀器廠），按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》進行測定。試樣尺寸：直徑80 mm，不同部位各測試5次，取平均值。

2結(jié)果與分析

2.1紙紗/再生滌綸復合紗特性

紗線形貌特征如圖1所示。由圖1可見，紙紗/再生滌綸（100/0）復合紗縱向均勻，結(jié)構(gòu)緊密，成紗光潔；紙紗/再生滌綸復合紗縱向呈明顯螺旋線形式扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

3種紙紗結(jié)構(gòu)特性及力學性能主要參數(shù)在表1中給出。隨著復合紗中再生滌綸的含量逐漸增大，毛羽值和條干CV值以及斷裂強度、伸長率逐漸增大，紙紗/再生滌綸（70/30）、紙紗/再生滌綸（60/40）的斷裂強度相比于紙紗/再生滌綸（100/0）提高約77.9%、105.2%。這是由于在復合紗紡制的過程中，紙紗與再生滌綸長絲以螺旋線形式互相包纏，而紙紗柔韌性差，復合時與再生滌綸無法緊密纏繞，導致復合紗條干不勻率提高；因為再生滌綸長絲的斷裂強度和斷糧伸長率優(yōu)于紙紗，拉伸過程中能承受較大的力，因此隨著再生滌綸含量的提高，紗線強力好。

2.2紙/滌復合紗針織面料結(jié)構(gòu)特性

利用紙紗/再生滌復合紗制備的針織物如圖2所示，紙紗/再生滌綸（100/0）織物明顯比復合紗織物稀松。3種紙紗織物主要參數(shù)如表2所示。3種紙紗織物橫密和縱密數(shù)值接近，面密度也相差不大。

2.3紙紗/再生滌綸復合紗針織面料舒適性能

3種紙紗織物的舒適性能測試結(jié)果如表3所示。隨著再生滌綸含量的增加，熱阻減小，面料保暖性降低，透濕性和透氣性也下降，因此純紙紗織物相比于紙紗/再生滌綸復合紗織物的熱濕舒適性更佳。

2.4紙/滌復合紗針織面料服用性能

3種紙紗織物的折皺回復性測試結(jié)果如圖3所示。隨著再生滌綸含量的增加，紙紗/再生滌綸復合紗織物的折皺回復角逐漸增大，說明紙紗/再生滌綸復合紗織物的抗折皺性能比純紙紗織物更佳。

3種紙紗織物的強伸性測試結(jié)果如表4所示。紙紗/再生滌綸復合紗織物的斷裂強力顯著高于純紙紗織物，斷裂伸長率隨再生滌綸含量的增加整體呈上升趨勢。紙紗/再生滌綸（70/30）織物、紙紗/再生

滌綸（60/40）織物的縱向斷裂強力相比于紙紗/再生滌綸（100/0）織物提高約89.1%、71.7%；橫向斷裂強力提高約104.6%、117.1%。

3種紙紗織物的服用性能測試結(jié)果如表4所示。隨著再生滌綸含量的增加，懸垂系數(shù)變小，因為再生滌綸絲的初始模量低于紙紗，所以再生滌綸含量越高織物懸垂性越好；再生滌綸含量增加，織物的斷裂強力、頂破強力都有所升高。因此紙紗/再生滌綸復合紗織物相比于純紙紗織物的服用性更佳。

2.2模糊綜合評價

鑒于紙紗織物的服用舒適性受多種因素共同影響，結(jié)合測試結(jié)果可看出，再生滌綸含量不同，織物的導熱性、透濕性等舒適性下降，而懸垂性、拉伸性等服用性提升，采用單一指標對紙紗織物的綜合服用舒適性評價不夠全面。因此本文通過模糊綜合評價這一方法對織物的客觀服用舒適性做出綜合評價［13］，以便后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)與應用。

2.2.1確定因素集

將織物的導熱性、透濕性、透氣性、懸垂性、折皺回復性、拉伸性能、頂破性能的性能指標建立因素集U，U={U1， U2， U3， U4， U5， U6， U7， U8}={熱阻，透濕率，透氣量，懸垂系數(shù)，折皺回復角，橫向強力，縱向強力，頂破強力}。以3種紙紗織物的指標測試結(jié)果作為評價對象，建立評判集V［14-15］，V={V1， V2， V3}={1#，2#，3#}。

2.2.2構(gòu)建模糊評價矩陣R

隸屬度r表示某一項性能指標測試值對于該項指標值域內(nèi)的隸屬程度。計算過程中，測試數(shù)據(jù)分為兩種情況：性能指標如導熱性、透濕性、透氣性、折皺回復性、斷裂強力、頂破強力，測試值越大，織物服用性越好，采用式（2）進行計算；反之，性能指標如懸垂性，測試值越小，服用性越好，采用式（3）進行計算［16］。

rij=Xij-XiminXimaX-Ximin（2）

rij=XimaX-XijXimaX-Ximin（3）

式中：rij為R中的元素，rij∈［0，1］；Xij為第j試樣，第i項指標的測試值；Ximax為第i項指標的最大值；Ximin為第i項指標的最小值。

根據(jù)公式計算后得評價矩陣R：

R=熱阻透濕率透氣量懸垂系數(shù)折皺回復角縱向強力橫向強力頂破強力=

10.75000

10.16700

100.2309

00.07891

00.68961

010.8028

00.89311

00.88851

2.2.3確定權重系數(shù)集合

權重A表示某一因素在整體評價中的相對重要程度。本文中權重A分配反映熱傳遞性、透濕性、透氣性、懸垂性等性能對織物服用性的影響，影響越大，權重值越大，反之則越小。通過主觀賦權法，根據(jù)經(jīng)驗判斷和相關資料查閱，確定權重A。

A=熱阻（0.10）透濕率（0.20）透氣量（0.15）懸垂系數(shù)（0.10）折皺回復角（0.10）拉伸性能（0.15）

縱向強力（0.5）橫向強力（0.5） 頂破強力（0.20）

2.2.4綜合評價結(jié)果計算

綜合評價向量采用式（4）進行計算：

B=A·R=（b1，b2，…，bm）（4）

本文中拉伸性能主要包括縱向強力和橫向強力兩個指標，屬于二級模糊評價問題，因此計算時需先對這兩個指標做二級模糊綜合評價。

B拉=A拉·R拉=（0.50.5）010.8028

00.89311=（00.94660.9014）

將B拉帶入R可得綜合評價矩陣R*：

R*=熱阻透濕率透氣量懸垂系數(shù)折皺回復角拉伸強力頂破強力=

10.75000

10.16700

100.2309

00.07891

00.68961

00.94660.9014

00.88851

將R*和A帶入式（4）進行計算，得B*：

B*=A·R*=（0.100.200.150.100.100.150.20）

10.75000

10.16700

100.2309

00.07891

00.68961

00.94660.9014

00.88851=（0.45000.50490.5698）

對結(jié)果歸一化，B*i=B*i/（∑31B*i），得：

B*=A·R*=0.45001.52470.50491.52470.56981.5247=0.29420.33110.3737

2.2.5綜合評價結(jié)果分析

依據(jù)最大隸屬度原則，歸一化數(shù)值越大，織物的服用舒適性與期望值越接近，該性能越好。從計算結(jié)果中可以看出，3#紙紗/再生滌綸（60/40）織物的評價值最高，為0.3737，說明其綜合服用舒適性能最佳；2#紙紗/再生滌綸（70/30）織物次之，為0.3311；1#紙紗/再生滌綸（100/0）織物綜合服用舒適性較前兩種織物相對最差。

3結(jié)論

本文以紙紗/再生滌綸（100/0、70/30、60/40）3種復合紗為原料測試其結(jié)構(gòu)和力學性能，并通過全自動電腦橫機制備成針織面料，對其相關服用性、舒適性進行測試，得出如下結(jié)論：

a） 再生滌綸比例越高，紗線條干均勻度下降，毛羽增多，斷裂強度和伸長率越高。紙紗/再生滌綸（70/30）、紙紗/再生滌綸（60/40）的斷裂強度相比于紙紗/再生滌綸（100/0）提高77.9%、105.2%。

b） 純紙紗織物的導熱、透濕透氣性好，穿著舒適性相比紙紗/再生滌綸紗織物更佳，但其懸垂性、拉伸強力以及頂破強力等相關服用性不如紙紗/再生滌綸織物。

c） 通過模糊數(shù)學綜合評判法對測試結(jié)果進行全面客觀的評價，得出3種紙紗針織物的綜合服用性從好到次的順序依次為：3#、2#、1#。因此，從評價結(jié)果中可看出，紙紗/再生滌綸（60/40）織物的綜合服用性最佳。

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Properties of paper yarn/recycled polyester composite yarn and its knitted fabric

HU Diefei1a，1c， WANG Yan1a，2，1c， YAO Juming1b，1c，3， XIA Xinxing1a，

ZHANG Guoqing1b，1c， DANA Kremenakova4， JIRI Militky4， JAKUB Wiener4， ZHU Guocheng1a，1c

（1a.College of Textile Science and Engineering; 1b.School of Materials Science & Engineering， Zhejiang Sci-Tech University;

1c.Zhejiang-Czech Joint Laboratory of Advanced Fiber Materials， Hangzhou 310018， China;

2.Xiangshan Knitting Institute of Zhejiang Sci-Tech University， Xiangshan 315700， China;

3.School of Material Science and Chemical Engineering， Ningbo University， Ningbo 315201， China;

4.Faculty of Textile， Technical University of Liberec， 46117 Liberec， Czech Republic）

Abstract：

In order to actively respond to the climate change and environmental issues， the green and sustainable technology has been always concerned. The development of new bio-based fiber materials has also become one urgent task for China's textile industry in the new era of "green， technology and fashion". Owing to the environmentally friendly， simple processing， non-chemical pollution and recyclable characteristics， the paper yarn has been applied on the market and increasing dramatically， and the domestic demand for paper yarn has reached 80，000 to 100，000 tons/year， with a growth rate 25% year on year， showing promising development prospect. However， at present， the weaving strength of paper yarn is low and the production is difficult， and the paper yarn is only targeted at the high-end market. Little research is available for the paper yarn and textile in China， and there is a lack of reference for the evaluation of its related performance.

In order to overcome the problems of pure paper yarn such as low strength， high hardness and easy yarn breaking in the actual weaving process， three kinds of composite yarns made of paper yar/recycled polyester （100/0， 70/30， 60/40） were prepared， and the knitted fabric was also fabricated by MACH2SIG automatic computer flat knitting machine. Before knitting， the composite yarns were treated by wax for reducing their roughness and friction. The evenness and mechanical properties of composite yarns， the air permeability， moisture permeability， drapability， wrinkle elasticity， breaking strength and bursting strength of the knitted fabrics were tested. The test results were processed and analyzed by fuzzy comprehensive evaluation method， the weight coefficient and normalized value were calculated， and the comfort of paper yarn/recycled polyester composite yarn fabrics was evaluated objectively. The results show that the breaking strength and elongation of the composite yarn improve when the ratio of recycled polyester increases. The comprehensive wearability of the knitted fabric made from composite yarn with paper yarn/recycled polyester （60/40） is the best， and the knitted fabric made from paper yarn/recycled polyester （100/0） is the worst.

The paper yarn/recycled polyester composite yarn as a green and environment-friendly textile material has a broad and promising application in textile. This research work could provide a theoretical and technical guidance for application of the paper yarn and its textiles.

Keywords：

paper yarn; paper yarn/recycled polyester composite yarn; wearability; comfort; fuzzy comprehensive evaluation

收稿日期：20220901

網(wǎng)絡出版日期：20221207

作者簡介：胡蝶飛（1997—），女，浙江紹興人，碩士研究生，主要從事紡織品材料與紡織品設計方面的研究。

通信作者：祝國成，E-mail：gchengzhu@zstu.edu.cn