高級機織潔凈面料的設計與織造

羅炳金　林曉云

詳細介紹了高級抗靜電潔凈面料的性能要求，并根據這些性能要求，著重從主體原料選擇、導電絲選用和配置、組織結構確定、織造工藝等關鍵技術分析探討了高級抗靜電潔凈面料的設計和開發過程。

This paper introduced the design of an antistatic-cleanroom fabric as well as its production, and emphatically analyzed the technique and the key measures to design and develop the antistatic-cleanroom fabric.

一般的潔凈面料主要是指抗靜電的面料，主要用在煤礦、天然氣、油田、化工廠等易燃易爆的工作場所的工作服。但是隨著現代科技產業的發展，在微電子、精密加工、生物制藥等行業對潔凈面料的功能要求越來越高，這些行業的的車間和潔凈室的潔凈服不但要求有優良持久的抗靜電性能，而且要求潔凈服對人體散發的大量塵粒起到良好的屏蔽和過濾作用，同時自身又不能成為發塵源。

國內的抗靜電織物從20世紀90年代初發展迅速，但相對國外，產品還是比較低檔，功能比較單一，適合1000級及以上的潔凈室用的潔凈服面料比較少見，高端的潔凈面料大多進口于日本和歐美國家。因而開發高級潔凈服面料具有廣闊市場前景。

1高級潔凈面料的性能要求

1.1無塵性、濾塵性、舒適性

無塵性是指潔凈服裝本身不能成為發塵源，這就要求潔凈服的面料在設計和生產過程中選擇不發塵的原料和輔料，并且在面料的裁剪、縫制中減少發塵和積塵的可能性。

作為潔凈服潔凈性能的另一個重要指標—濾塵率，在日本也被業界稱為捕塵率，是指潔凈服阻隔人體微粒向外擴散的效果，這要求潔凈面料不能透過皮屑、頭屑等身體散落粒子以及內衣等散出的纖維屑粒子.

高級潔凈服的人性化設計必須要考慮舒適性的因素，這就要求潔凈服的面料具有良好透氣性、透濕性，以避免穿著時的悶熱。一般來說，提高潔凈服面料的透氣性和透濕性是以犧牲濾塵性為代價的，因此，潔凈服的透氣性和透濕性必須控制在一定范圍之內。

1.2抗靜電性和耐久性

抗靜電織物的加工方法主要有以下3種類型：一是涂敷法，就是在纖維表面涂敷一層親水性聚合物表面活性劑（抗靜電劑），這種方法工藝簡單，但織物不耐洗滌；二是加入法，即在合纖原料中加入抗靜電劑或碳黑微粒，然后紡絲、織布，這種方法生產方便，但織物殘留電壓偏高，黑色抗靜電纖維在淺色織物中無法掩蓋；第三種方法是嵌織導電纖維法，采用此種方法獲得的抗靜電面料的抗靜電性能耐久性強，能適應低濕環境，織物應用面廣。

潔凈服抗靜電性能的耐久性主要通過選擇合適的防靜電纖維來實現，目前常見有兩種防靜電纖維—表面滲碳型和復合紡絲型防靜電纖維。表面滲碳型防靜電纖維因為其導電成分涂覆在基體表面，經洗滌后導電成分易剝落，增加面料的發塵量；而復合紡絲型防靜電纖維則是將導電成分與熔融狀的基體材料充分混合后，再經特殊噴絲孔而成，因此耐磨耐洗，適合用在高級潔凈服面料中。

潔凈性能耐久性的另一個主要指標是面料的起毛起球等級。摩擦起毛起球等級低的面料，在使用過程中容易產生微粒，污染潔凈室的環境。

2高級潔凈面料的設計

根據潔凈服的性能要求、實際的生產條件、產品的價格情況，形成高級潔凈服面料的設計思路。

2.1主體原料選擇

在潔凈室里使用的織物不能產生絨毛和灰塵，而棉、麻等天然纖維因為是短纖維，在纖維末端很容易產生顆粒物，再生切片紡制的纖維含有一定比例的回收料，其中雜質較多，會增加面料的發塵幾率，所以聚酯和聚酰胺的合成纖維成為首選。而聚酯材料在耐熱性、尺寸穩定性、耐自然老化（變黃）、洗滌耐久性及纖維加工等方面都優于聚酰胺纖維。

據資料報道，選用超細纖維（單絲纖度在0.5dtex以下）能夠發揮其優異的過濾性能，并且超細纖維織物的吸濕透氣性能也優于普通合成纖維織物。經對比試驗，采用單絲纖度在0.6～0.7dtex范圍內的細旦聚酯纖維作為基本材料，一方面滿足了過濾的要求，與普通合成纖維織物相比其透氣性、舒適性也大為提高，其成本與超細纖維相比也下降了許多。

2.2導電絲的選擇和使用

電阻率小于107Ω/cm的纖維定義為導電纖維，高級的潔凈服面料要求電導率相對要高、導電耐久性好、導電介質不易脫落、織造性能良好、強度及熱學性能與主體材料基本一致，同時導電纖維以較低的混用率（一般混用0.5%～2%），即能使滌綸、錦綸等織物具有良好的抗靜電效果，生產成本較低。

考慮到主體材料是選用聚酯纖維，而聚酯纖維與聚酰胺纖維的熱學性能不盡相同，兩者的沸水收縮率有一定的差異。為了防止后整理時導電絲因收縮率不同而造成卷曲或斷裂，從而造成抗靜電性能下降和影響織物的外觀及手感，應選用聚酯基的復合導電絲。

現國內多采用日本KANABO（鐘紡）、德國BASF（巴斯夫）及美國SOLUTIA（首諾）等公司的復合紡絲導電纖維。

導電纖維的使用方式采用“嵌織導電纖維法”，即在織物中，嵌織一定比例的導電纖維，以此使織物在服用過程中摩擦產生的靜電迅速釋放。導電纖維嵌入織物中的距離有：5、10mm條紋狀；1.5mm×1.5mm、2.5mm×2.5mm、5mm×5mm、10mm×10mm、15mm×15mm網格狀。導電絲在織物嵌織的距離越小，織物表面的電阻就越小，織物的抗靜電性也就越好，但織物的成本和織造的難度則越高，所以根據產品的要求和現有的生產條件選擇合適的導電絲的間距是比較關鍵的。經過多種潔凈面料的測試與數理統計分析，織物嵌織導電絲的間距與織物表面的電阻及織物成本的關系如圖1所示。從圖1可以看到織物中導電纖維嵌入的距離為5mm×5mm時，織物的表面電阻和織物的成本都相對較低。

2.3組織結構設計

高級潔凈服面料一般采用平紋或斜紋組織。斜紋織物在其耐磨性及外觀上較平紋為優，并且適宜于高密織物。

平紋類或2/2斜紋類織物：導電絲浮于織物表面，使織物更易發生電暈放電，提高抗靜電性能，主要用于加工抗靜電工作服。

2/1＋1/2或3/1＋1/3聯合組織類織物：該類織物采用地經為2/1或3/1斜紋組織，嵌織的導電絲為1/2或1/3組織隱藏于織物背面，使產品具有抗靜電性能，且導電纖維隱蔽、不外漏，織物外表美觀，適于制作高級潔凈服的面料。

2.4織物規格總表

根據上述的設計思路，設計出高級機織抗靜電潔凈織物規格如表1。

3生產的關鍵技術

具體的工藝流程如下：

（1）經紗：原料→網絡→整經→穿經→織造→后處理

（2）緯絲：原料

織物下機后要進行機械處理，使經紗與經紗之間產生一定程度的重疊（使緯向的縮率達到15%左右），使織物的經向緊度大于100%，并且要進行熱定形整理。

3.1網絡工序

普通的抗靜電潔凈面料的生產都需要上漿或加捻工藝，以便于織造。但上漿也給織物帶來了附加的含塵粒子或離子，這些含塵粒子或離子在織物經過退漿工序后還是很難全部消除的，于是影響了抗靜電潔凈面料的性能；而加捻將影響高支高密織物的手感和面料的濾塵性。因此在開發高級潔凈服面料時，可使用網絡工藝。在采用網絡工藝時，最關鍵的是控制好網絡度（網絡點之間的距離）和網絡牢度（也稱交絡牢度，指網絡結在一定張力作用下不解體的能力）。網絡牢度越好，網絡絲的后加工性越好。但是從織物外觀考慮，網絡牢度過大，織物上殘留的網絡結較多，織物硬挺、彈性不好，影響織物的濾塵性；網絡牢度過小，在織造的各道工序中易出現斷頭、起毛、起球現象。網絡牢度與網絡度、網絡加工時的壓縮空氣的壓強、加工速度、預加張力和超喂率等有直接關系。

根據高級潔凈服面料的性能和織造要求，經過反復的實驗，確定網絡工序的主要工藝：甲經的網絡點之間的距離控制在12mm，乙經控制在10mm，壓縮空氣壓強為0.15～0.35MPa，加工速度為400m/min，網絡加工的預加張力為4.41mN，超喂率為3%左右。

3.2整經工序

整經速度適當降低，以保證經絲彈性、減少斷頭，并使經軸達到張力、排列和卷繞三均勻。整經時，張力的控制尤為重要，若張力過大，會損傷經絲的物理機械性能；若張力過小，會造成經絲間的相互纏繞。在不影響整經及后道工序生產的前提下，張力以小為好，一般甲經長絲的整經張力為（21±2）cN，乙經的整經張力為（16±2）cN，且要保證絲線退解時張力盤完好，導紗器清潔，經絲間張力均勻，以免寬急經產生。

3.3織造工序

該織物為高密度的薄型織物，總經根數較多，加之嵌織比較細的導電纖維，所以應適當降低織機的車速，這樣有利于減少經絲起毛或斷頭以及引緯失誤。

織造時宜采取“早開口、遲引緯、上機張力宜大”的工藝措施。由于經紗采用滌綸長絲，故可適當加大織造上機張力，來滿足織造要求。上機張力一般控制在其斷裂強力的19%左右，比在其它織機上制織要高4%。這樣可減少梭口上、下層經紗的伸長差異，有利于噴水引緯時梭口清晰。

將梭口盡可能調成等張力梭口，這樣既保證了梭口的清晰度，又在一定程度上減小了開口時上、下層經絲張力的差異，梭口大小為9mm。噴水織機的經位置線調整主要靠改變后梁的位置參數來實現，經位置線的變化決定了開口時上、下層經絲張力差異程度。根據ZW405型噴水織機的機構特點和品種結構要求，確定后梁的高度調在8cm檔，深度調在4cm檔；停經架的的高度調在5cm檔，深度調在1cm檔，這樣減小了上、下層經絲的張力差異，滿足了噴水引緯要求。為避免緯絲噴射中易出現的緯絲扭圈、緯縮等疵點，可采取適當加大噴射壓力的措施來解決。

具體織造上機工藝參數如下：車速450r/min，噴射時間85°，綜平時間340°，夾持器動程0.8mm，夾持器閉合時間340°，開放時間108°，左絞邊閉合時間20°，右絞邊閉合時間280°，水泵動程30mm，噴嘴方向正中，探緯信號320°，拘束飛行220°，殘留緯絲長8mm，上機張力29～34cN。

為避免溫濕度不當造成毛絲多、開口不清、織造效率低等問題，車間溫、濕度應嚴格控制，適宜的溫度為20～25℃，濕度為68%～75%。

參考文獻

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