负离子纤维/竹炭纤维混纺纱及面料开发

邓燕群,金 颖,于丹妮,郭 滢, 朱 军

(南通大学纺织服装学院,江苏 南通 226019)

负离子涤纶纤维手感柔软,其释放的负离子能够清新空气,消除疲劳,利于身心健康[1]。十字型截面的涤纶使纤维表面微细沟槽所产生的毛细效应使汗液快速的导出,从而使织物达到吸湿快干的目的。竹炭纤维表面及内部特殊的超细微孔结构使其具有很强的吸附能力,对人体异味有吸收、解异味和消臭作用,同时,多微孔结构具有水份平衡、吸湿透气作用,还具有良好的抗菌防霉作用,是理想的中高档内衣原料。采用两者纤维混纺,开发保健内衣面料具有很好的发展前景[2]。本文探讨新型负离子涤纶纤维与竹炭纤维混纺转杯纱的加工工艺,开发针织保健内衣面料。

1 试验

1.1 试验材料

涤纶基负离子纤维比粘胶基持久耐用,耐日晒性能良好[3],本实验采用涤纶基负离子纤维。纤维在制备过程中,添加了纳米级含锗元素的电气石粉末和纳米TiO2粉末。其特点是:该纤维在常温下能释放出大量的负离子,调节人体的体液呈弱碱性,同时,纤维中的纳米TiO2抗菌剂能够将纺织品上的细菌及其残骸杀灭和清除,并且在H2O、O2体系中发生光催化反应,产生的超氧化物阴离子自由基能和多种臭体反应,能够有效地消除人体臭味。负离子纤维强度为3.36cN/dtex,断裂伸长率10.4%,回潮率0.4%,纤维截面为十字形。粘胶基竹炭纤维(新乡化学纤维股份有限公司),强度为2.25cN/dtex,断裂伸长率18.2%,回潮率13%。两种纤维长度都是38mm,细度都是1.67dtex。负离子纤维/竹炭纤维混纺百分比分别为60∶40、70∶30、80∶20。

1.2 样品制备

1.2.1 工艺流程及参数

将两种纤维分别按三种比例称重,经初步开松后,采用原料混和的方法,喷晒抗静电剂,用塑料膜密封放置24小时后,喂入FKW350HS型微开清联机(青岛鸿奥纺织科技开发有限公司) 进行开松。随后在FB201A型梳理机(青岛纺织机械股份有限公司) 进行梳理,锡林330r/min,刺辊760r/min,道夫20r/min,盖板116mm/min,生条干定量20g/5m。A305C型并条机进行二道并条(天门纺织机械有限公司),8根并合,前罗拉速度263m/min。头并干定量18g/5m,前区牵伸5.8624,后区牵伸1.5182。熟条干定量16.5g/5m,前区牵伸6.3313,后区牵伸1.3889。随后熟条在FA601A转杯纺纱机上进行纺纱,采用正交设计安排实验方案。选取工艺配置为转杯速度30000r/min～40000r/min、分梳辊速度7000r/min～8000r/min,φ54mm转杯,OK37型锯齿分梳辊,螺旋陶瓷假捻盘等。

织物组织选择内衣常用的1+1罗纹和罗纹半空气层两种组织,织物厚度为0.7mm。将纱线在针织横机上分别织出1+1罗纹和罗纹半空气层两种组织。

1.2.2 转杯纺纱正交实验

研究纤维混比、转杯速度、分梳辊速度三因子对纱线性能的影响。纺制28tex纱,中特针织转杯纱捻系数的取值范围一般为360～400,捻系数采用380。采用三水平正交表L18(37)进行实验方案设计[4],编码水平表见表1,制定了18组实验方案,经过纺纱后测试纱线的主要性能指标,分析各工艺配置下纱线的性能。

表1 L18 (37)编码水平表

1.3 性能测试

纱线及织物的性能测试前,所有样品均在标准温湿度条件下(温度为(20±2)℃,相对温度为(65±2)%)平衡24小时。依据GB /T 3292.1-2008《纺织品纱线条干不匀试验方法第1 部分:电容法》测试纱线条干；纱线断裂强度与伸长率依据GB /T 3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定( CRE 法) 》测定；纱线毛羽测试依据FZ /T01086-1999《纱线毛羽测定方法投影计数法》；

负离子浓度测试依据GB/T 30128-2013《纺织品 负离子发生量的检测和评价》；

吸湿速干性能测试依据GB/T 21655.1-2008《纺织品 吸湿速干性的评定第1部分:单项组合实验法》；弹性性能测试依据ZBW-60001-89《针织物拉伸弹性回复率试验方法》；顶破强度测试依据GB/T8878《棉针织内衣》；除臭性能测试依据ISO 17299-2-2014《纺织品·除臭性能的测定·第2部分: 检测管法》。

2 结果与讨论

2.1 转杯纺纱工艺分析及优化

转杯纱的特点是条干均匀,细节和毛羽少,有利于针织加工,生产效率高,成品质量好。表2是18种方案纱线的主要性能指标,下页表3给出了混纺纱正交设计实验性能的极差分析结果[4],可以看出:混比对纱线强力和伸长率影响较大,随着负离子涤纶纤维含量的增加,纱线的强力逐步增加,而伸长率逐步下降。这是由于负离子涤纶纤维强力比粘胶基竹炭纤维大,伸长低的原因。转杯速度对纱线条干、粗节、细节、棉结和伸长率有一定影响,因为转杯速度增加,单位时间内条子的喂入量增多,分梳质量降低,造成纱线的条干变差,细节、粗节、棉结增多。纺纱张力随转杯速度的增加呈二次方曲线递增,使得纱线紧密度增加,引起断裂伸长率下降[5-6]。

表2 实验方案与纱线性能指标

表3 混纺纱性能的极差表

分梳辊速度对纱线条干、毛羽、粗节、棉结影响较大,对纱线的强力也有一定影响。分梳辊速度提高,分梳作用增强,使纱线的粗节、细节、棉结减少,条干不匀率下降,但短绒率增加,毛羽相应增加,纱线强力下降[5-6]。

(续上表)

通过灰色综合评价法对各混纺比正交实验得到的数据进行综合分析[7]。根据资料和纱线使用特性分别赋予纱线各性能不同的权重,其中纱线条干不匀率25%、强力25%、伸长率15%、毛羽15%、粗节及棉结各占10%,得到混纺比60/40的最优工艺配置为:转杯速度35000r/min、分梳辊速度7500r/min；混纺比70/30的最优工艺配置为:转杯速度30000r/min、分梳辊速度7500r/min；混纺比80/20的最优工艺配置为:转杯速度35000r/min、分梳辊速度7500r/min。

2.2 织物性能分析

测试了面料的负离子浓度、吸湿速干性能、吸附除臭性能、力学性能等,综合分析最适合做针织功能内衣面料的工艺配置和组织。

表4 给出了织物的吸湿速干性能测试结果,配比为60/40的1+1罗纹织物的吸湿速干性能最好。分析其原因:除了新型负离子纤维的十字型截面使得纤维表面具有微细沟槽,能产生的毛细效应使汗液能快速导出,织物达到吸湿快干的功能之外,竹炭粘胶纤维对水分子有较强的吸附功能,其内部和表面均为蜂窝状多孔结构,纵向表面存在沟槽,同样具备快速导湿功能[8]。根据GB/T 21655.1-2008吸湿快干标准,针织类产品吸湿性要求:吸水率≥200%,滴水扩散时间≤3S,芯吸高度≥100,速干性要求:蒸发速率≥0.18g/h。因此,六种针织物除了滴水扩散时间比标准稍微长一些,其他各项指标均达到且优于吸湿速干性针织物标准。

表4 织物吸湿速干性能数据

负离子涤纶纤维中含有纳米级含锗元素的电气石粉末,在常温下能释放出大量的负离子[3],同时,竹炭粘胶纤维也能持续释放一定量的负离子,负离子释放量是普通粘胶纤维的3倍～5倍。图1为不同混纺比条件下,两种织物的负离子浓度释放量,由图可知,负离子涤纶混比越大,织物负离子释放量越大,相同比例的罗纹半空气层织物的负离子释放量大于1+1罗纹织物。根据GB/T 30128-2013纺织品负离子发生量的检测和评价标准,负离子发生量＞1000个/cm2,评价为织物负离子发生量较高。

图2 、图3给出了不同混纺比条件下低应力伸长率和顶破强度。从图2、图3可以看出,负离子涤纶比例越大,织物低应力伸长性能和顶破性越好。相同比例的罗纹半空气层织物的弹性和顶破强度要优于1+1罗纹织物。

图2 织物弹性指标

图3 织物顶破性能

针织样品送检,负离子涤纶/竹炭纤维配比为60/40和70/30四种样品氨气的除臭率ORR均超过70%,超过了67.6%的标准值,其中,配比为60/40的罗纹半空气层面料吸附除臭性能最好。分析其原因:检测的标准是参照ISO 17299-2-2014,除臭率主要反映的是面料竹炭纤维对氨气的吸附作用。竹炭纤维是超细微孔结构,比表面积大,对氨气具有很强的吸附能力,当竹炭纤维含量越大,其吸附消臭效果也越好[8]。同时,负离子纤维中含有一定量的纳米TiO2,在日照下发生光催化反应,产生超氧化物阴离子自由基与多种臭体反应,能有效地消除人体臭味[3]。因此,面料同时具有了物理消臭和化学消臭的功能,使面料能全天候全时段具备消臭作用。

3 结论

通过新型负离子纤维与竹炭纤维混纺,生产混纺纱线和开发高性能内衣针织面料,根据本文试验,得到以下结论:

(1)纤维混比对纱线强力和伸长率影响较大；转杯速度对纱线条干、粗节、细节、棉结和伸长率有一定影响；分梳辊速度对纱线条干、毛羽、粗节、棉结影响较大,对纱线的强力也有一定影响。

(2) 负离子涤纶/竹炭纤维混比为60/40的1+1罗纹织物的吸湿速干性能最好。混比为80/20的罗纹半空气层面料负离子发生量以及织物低应力伸长性能和顶破性最好。竹炭纤维含量越大,其吸附除臭效果越好。

(3)综合各种性能的分析,采用负离子涤纶/竹炭纤维混比为70/30的罗纹半空气层面料兼顾了吸湿速干、除臭性能以及负离子发生量和力学性能,比较适合做功能性内衣面料。