含木棉纖維牛仔面料的開發與服用性能研究

陳玉波，梅 帆，余 剛，易長海

(1 陜西國際商貿學院，陜西咸陽712000;2 武漢紡織大學，湖北武漢430073)

木棉纖維是木本植物木棉樹的果實纖維，附著于木棉蒴果殼體內壁，由內壁細胞發育、生長而成［1－2］。其纖維與果實附著作用力小，因而一般不需專門的初加工設備，只需籮筐篩動，木棉種子便自行沉底，即可獲得木棉纖維。木棉纖維作為一種天然纖維素纖維，具有薄壁大中空的獨特結構，具有一系列優良特性如:光潔、抗菌、防蛀、防霉、輕柔、不易纏結、不透水、不導熱等［3－5］。本文采用純棉紗線作經紗與木棉/棉混紡紗線交織，織制木棉/棉混紡牛仔面料，分析面料制作工藝關鍵技術，并進行絲光加工，對其芯吸高度、透氣性、斷裂強力、撕破強力、耐磨性等進行測試，討論絲光對木棉/棉混紡牛仔面料物理機械性能的影響，并對面料進行GB/T 18401－2010(B 類)服用安全性能測試評估，提出設計開發木棉混紡牛仔面料的關鍵技術與大規模生產可行性。

1 實驗

1.1 原料

經紗:18.2 ×2tex 股線，佛山市致立紡織有限公司;緯紗:36.4tex 木棉/棉氣流紡紗線，木棉/棉=40/60，上海攀大實業有限公司。

1.2 面料制作

18.2×2tex 股線純棉經紗送漿染廠整經球經染色、上漿、穿綜筘完成后，在畢加諾Gamma 織機上進行經緯紗交織完成織造。頭份6000 條，組織3/1 右斜紋，筘號9.05 齒/cm，穿入數選擇4 入，投緯25.5 梭/cm。

經紗:絡筒→整經→漿染→穿經

緯紗:筒紗→織造→坯布檢驗→整理→成品檢驗→成包

1.3 木棉牛仔面料性能測試

1.3.1 織物結構參數

1.3.1.1 織物門幅

將尺寸穩定后的織物平放在試驗臺上，用皮尺沿著織物幅度(與匹長垂直方向)量取幅寬，為三個不同部位的平均值，記錄織物幅寬(英寸)。

1.3.1.2 織物密度

用YB511B 型織物密度鏡測量經緯向每英寸紗線條數。每組密度測量4 組數據，取算術平均值作為織物密度測定結果。

1.3.1.3 平方米克重

用圓盤取樣器剪取100cm2大小的試樣三塊，置于烘箱中105℃下烘干至恒重，放入干燥器中冷卻30min 后稱重，布重為三塊試樣的平均值，記錄織物平方米克重(g/m2)。

1.3.2 織物透濕氣性能測試

1.3.2.1 織物透氣率

按照GB/T 5453－1997 織物透氣性的測試方法，在YG(B)461E 型數字式織物透氣性能測試儀上測定織物20cm2透氣量，單位為mm/s。測試布面上10個不同部位，取平均值。

1.3.2.2 毛效測試

將試樣裁成5cm×30cm 大小樣布，測量布樣在30min 水上升的高度，并計算三次測量的平均值(測試值分為經向與緯向)。

1.3.3 織物力學性能測試

1.3.3.1 織物撕破強力

按照GB/T 3917.1－2009 織物擺錘法撕破強力測試方法，將試樣在溫度為20℃、相對濕度為65%的恒溫恒濕室中調濕24h。分別按照樣板沿經向和緯向剪取7.5cm ×10cm 的試樣，在Digital elemendorf tearing test(M008E，SDLATLAS)上測定牛仔面料的經緯向撕破強力，取五個測試結果的平均值。

1.3.3.2 織物斷裂強力

按照GB/T 3923.1－2009 紡織品斷裂強力和斷裂伸長率的測試方法，將試樣在溫度為20℃、相對濕度為65%的恒溫恒濕室中調濕24h。將織物制作成5cm×30cm 的條樣，在微機控制電子萬能試驗機(CMT6503)上測定織物的斷裂強力，隔距為200mm，速度100mm/min，每組面料強力為5 塊試驗結果的平均值。

1.3.3.3 織物耐磨性試樣破損測試

按照GB/T 21196.2－2007 織物耐磨性的測定方法，將試樣在溫度為20℃、相對濕度為65%的恒溫恒濕室中調濕24h。剪取直徑為140mm 的圓形樣三塊試樣，在M235 型馬丁代爾耐磨試驗儀上，測定每一塊試樣發生破損時的總磨擦次數。

1.3.4 服用安全性能測試GB/T 18401－2010(B 類)

根據GB/T 5713－1997，測試成品面料耐水浸色牢度;根據GB/T 3922－1995，測試成品面料耐汗漬色牢度;根據GB/T 3920－2008，測試成品面料耐磨擦色牢度;根據GB/T 7573－2009，測試成品面料pH 值;根據GB/T 2912.1－2009，測試成品面料甲醛含量;根據GB/T 17592－2002，測試成品面料禁用偶氮染料含量;根據GB/T 18401－2010 中6.7條，測試成品面料異味。

2 面料制作工藝關鍵技術

本研究設計開發出輕薄透氣、堅牢耐磨和良好的導濕排汗功能的木棉混紡牛仔面料，并將開發生產過程進行研制小結。

2.1 織前工序

為了保證木棉混紡牛仔面料清晰的風格，用于織制牛仔布的經紗棉纖維成熟度要好，長度應偏長，整齊度要好，以便棉紗條干好，本產品研制過程選擇股線作為經紗，保證牛仔布面風格。絡筒過程中要盡量減少上、下層和前、后排經紗的張力差異，保證片紗張力均勻。漿染采用球經繩狀染色，其色澤、色光透染程度均勻一致，色差少，質量穩定且由于染色、上漿分別進行，不相互影響，利于棉紗線的上漿操作控制。其工藝流程為:

純棉紗線→預處理→球經→潤濕處理(1 道)→濕水洗滌(1 ～2 道)→染色氧化(8 ～10 道)→溫水洗滌(2 ～3 道)→上柔軟劑(1 ～2 道)→上漿(烘干)→落紗卷繞于儲紗筒中。

2.2 織造工序

由于在織造過程中經紗與停經片、綜絲、鋼筘的磨擦頻繁，紗線在綜絲眼中位移較大，故要求停經片、綜絲眼、鋼筘表面光滑，無毛刺，避免紗線刮毛。由于木棉纖維表面光滑，其纖維間抱合力不好，木棉混紡紗線適宜在濕度較高環境織造:溫度控制為25℃～30℃，相對濕度控制在85% ～90%。在保證開口清晰、織造能正常進行的情況下，經紗張力宜偏小掌握。

2.3 后整理

主要的后整理工藝流程:燒毛→退漿→絲光→拉斜(整緯)→預烘→橡毯預縮→呢毯烘燥→成品檢驗→成包。

下機坯布存放一段時間，釋放內應力，再進行后整理，防止產生卷邊、折痕，打卷成卷筒存放。絲光燒堿濃度應控制在170g/L 以下，以避免木棉/棉混紡牛仔面料強力損傷嚴重，影響其服用穿著性能。預縮整理后的面料應減少在車輛上折疊存放時間，以防折疊痕。整緯拉斜5cm ～7cm，預縮15.0%。

3 測試結果討論

3.1 面料結構參數與透氣性能

由下表1 的測試結果顯示織造完成木棉牛仔面料下機尺寸穩定后布重為7.4oz/y2，織物密度為96 ×66 根/英寸。面料經過絲光整理后布重為7.8oz/y2，比下機坯布略微重些，是由于絲光后織物門幅變窄，密度變大，織物有所回縮的緣故。織物透氣性主要取決于織物中孔隙的大小和多少，由于絲光成品面料與坯布中紗線線密度與組成成份是相同的，那么影響木棉混紡牛仔面料透氣性能的就只受單位面積紗線條數的影響了。絲光成品中單位面積的紗線根數為104×68 根/英寸，每平方英寸絲光成品比坯布紗線條數多8 條，絲光成品中單位面積的紗線根數多，其透氣性為118mm/s，比坯布透氣率低10.6%。

表1 透氣性能Table 1 Permeability

3.2 面料毛細效應

木棉混紡牛仔面料經緯向的芯吸高度如表2 所示，并做柱狀圖如圖1 所示。

表2 毛細效應Table 2 The capillary effect

圖1 織物的芯吸高度柱圖Fig.1 The wicking height of the fabric

由表2 數據分析顯示，芯吸時間、絲光整理與紗線成份對面料芯吸高度即潤濕性能影響較大，30min后面料的潤濕性能顯著增加。其中1#、5#芯吸高度較差，說明其潤濕性能不好。其原因是因為純棉經紗染色、上漿后，在紗線表面形成了一層薄膜，將棉紗親水性基團包覆起來，影響了其吸濕性能的發揮。其中6#絲光成品的經向(純棉股線)芯吸高度為6.5cm，整理后棉紗親水性基團得到釋放，其潤濕性能得到大大提高。絲光整理并沒有對木棉/棉混紡紗線的潤濕性能產生影響，7#、8#坯布與絲光成品的緯向(木棉/棉)混紡紗線芯吸高度均為4.5cm。產生這種不變化現象的原因分析如下:第一，整理前后緯紗的稀松程度由66 根/英寸增加到68 根/英寸變密，組織結構變密會使潤濕性能降低;第二，另外絲光整理會清除木棉/棉紗線表面部分蠟質等雜質，增加混紡紗線的潤濕性能?？赡苷怯捎谕瑫r存在這種復雜的正負兩向變化的影響因素，恰好沒有影響到面料的最終潤濕性能。

3.3 面料物理機械性能

通過實驗測得坯布與絲光成品牛仔面料的經緯向斷裂強力、斷裂伸長率和撕破強力，表3 為兩款牛仔面料斷裂強力、斷裂伸長率和撕破強力的數據結果。經過絲光整理的成品面料，織物光澤、平整度提高，強力也有所變化。其經向斷裂強力、斷裂伸長率均有不同程度增加，緯向斷裂強力、斷裂伸長率下降幅度較大。絲光后經向斷裂強力上升到940N 比坯布經向斷裂強力提高2.1%，是由于在絲光過程中，棉纖維在濃堿液中發生溶脹，結晶度下降的同時纖維的取向度提高，致使織物經向斷裂強力不僅沒有下降反而有所提高。絲光后緯向(木棉/棉混紡紗)斷裂強力降低到325N，比坯布緯向斷裂強力下降31.8%。原因可能是因為燒堿絲光過程中，木棉纖維結晶度降低，取向度提高不明顯，伴生物減少，導致木棉混紡牛仔面料緯向斷裂強力大幅度降低。那么在產品后整理過程中，是否要對木棉混紡牛仔面料進行絲光加工，具體的整理工藝有待后續進一步探討研究。

表3 面料強力Table 3 The fabric strength

由表3 數據可知絲光成品的經向撕破強力為23.4N，緯向撕破強力為15.5N，絲光后的面料緯向撕破強力提高26.0%。因為撕破強力斷裂機理的不同，織物經過整理后，紗線排列更為緊密，在撕破過程中滑動小，撕裂三角區小，剪切應力集中，同時承受附荷的紗線根數少，面料整理后織物經向密度變密約8.5%，經向撕裂強力略有減少。整理后緯向每英寸紗線根數增加2 根，織物緯向密度變密約2.9%，整理后木棉/棉混紡紗線表面更加光潔，撕破過程紗線磨擦降低，滑動更容易，面料緯向撕破強力反而增大。

3.4 面料耐磨擦性能

織物的耐磨次數如表4 所示，坯布與絲光成品分別測試三塊試樣，并記錄各面料兩根紗線斷裂時的耐磨次數。

表4 織物的耐磨次數Table 4 The number of fabric wear

分析表4 數據可知，絲光后整理過程對面料耐磨損性能的影響較大。絲光整理后磨破次數分別為14500、19000、21000，各磨破數據均小于坯布耐磨次數。絲光整理過程中紗線伴生物減少，表面更加光潔，纖維間抱合力減少，不利于織物的耐磨性，因此絲光整理后的成品面料耐磨性降低。

3.5 服用安全性能

經過絲光整理，用來制作牛仔服裝的木棉/棉絲光牛仔面料的各項色牢度、安全性能測量結果如表5 數據所示。

表5 絲光成品服用安全性能Table 5 Mercerized fabric safety performance test

對比牛仔服裝FZ/T 81006－2007 的各項牛仔面料產品要求，本研制開發的木棉/棉混紡牛仔面料各項色牢度、甲醛含量、pH 值、異味以及可分解芳香胺染料均達到牛仔服裝服用安全性能B 類紡織品標準要求。

4 結論

4.1 生產工藝關鍵技術

(1)采用球經繩狀染色，其色澤、色光透染程度均勻一致，色差少，質量穩定且由于染色、上漿分別進行，不相互影響。

(2)由于木棉纖維表面光滑，其纖維間抱合力不好，木棉混紡紗線適宜在濕度較高環境織造:溫度控制為25℃～30℃，相對濕度控制在85% ～90%。

(3)絲光燒堿濃度應控制在170g/L 以下，以避免木棉/棉混紡牛仔面料強力過度損傷，影響其服用穿著性能。

4.2 面料性能

(1)絲光整理后，面料結構更為緊湊，透氣率降低，面料潤濕性能有所改善。

(2)經向斷裂強力和斷裂伸長率增大，緯向斷裂強力和斷裂伸長率下降且其強力降幅高達31.8%。那么在產品后整理過程中，是否要對木棉混紡牛仔面料進行絲光加工，具體的整理工藝有待后續進一步探討研究。而經向撕破強力略微降低，緯向撕破強力提高26.0%。

(3)絲光整理后紗線伴生物減少，表面更加光潔，纖維間抱合力減少，不利于織物的耐磨性，絲光整理后的成品面料的耐磨性是降低的。

(4)絲光成品面料GB/T 18401－2010(B 類)服用安全性能測試評估結果顯示，木棉/棉絲光成品面料達到FZ/T 81006－2007 的各項牛仔服裝服用安全性能的標準要求。

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