咖啡炭纖維混紡針織面料的開發與性能研究

王琳+楊明霞+曹秋玲

摘要：在針織圓機上設計開發了 5 種粘膠/咖啡炭腈綸混紡緯編針織面料，并對織物進行染色后整理加工，對開發的針織面料進行頂破、耐磨、保暖、透濕、導濕等服用性能的測試，咖啡炭混紡針織物比棉針織物耐磨性好，保暖舒適，適合作冬季保暖內衣面料。

關鍵詞：咖啡炭腈綸纖維；混紡針織面料；開發；性能

中圖分類號：TS184.4 文獻標志碼：A

Development and Property Study on Blended Knitted Fabrics with Coffee Carbon Fiber

Abstract： Five kinds of viscose/coffee carbon acrylic blended knitted fabrics are developed on circular knitting machine and they are then dyed and finished. Properties such as bursting strength， wear resistance， thermal insulation， moisture permeability and moisture conductivity of these fabrics are tested. The test results show that coffee carbon blended fabrics are better than cotton fabric in terms of wear resistance， thermal insulation and comfort property and they are suitable for making thermal underwear for winter season.

Key words： coffee carbon acrylic fiber； blended knitted fabric； development； property

咖啡炭纖維是將廢棄的咖啡渣，經過1 000 ℃以上的煅燒處理，運用最新的納米技術，進行微粉化，加入到合成纖維中生產出的一種新型環保纖維。咖啡炭腈綸是以聚丙烯腈為載體的一種功能性纖維，具有吸臭除味、釋放負離子、蓄熱保暖、發射遠紅外等功能。咖啡炭纖維生產過程能源消耗及CO2排放量比竹炭纖維少48%，比椰炭纖維少85%，較竹炭、椰炭更低碳環保。在了解咖啡炭混紡紗線性能的基礎上，在針織圓機上設計開發了緯平針、雙羅紋組織 5 種咖啡炭緯編針織面料，對開發的針織面料進行頂破、耐磨、保暖、透濕、導濕等服用性能的測試，以便了解原料、組織結構對織物性能的影響，全面掌握咖啡炭纖維針織面料的性能特點，使生產開發的織物符合當前節能減排、低碳的要求，又能使織物穿著舒適、耐久。

1 原料

開發的產品主要用于冬季保暖內衣面料，為了使產品具有良好的市場推廣前景，既要考慮織物性能，也要考慮生產成本，使產品有良好的性價比。原料選用35%咖啡炭腈綸與65%粘膠混紡，腈綸價格低廉、蓬松柔軟，加入咖啡炭納米顆粒后增加了織物的吸附、蓄熱保暖的功能，粘膠纖維是再生纖維素纖維，具有優異的吸濕性，65/35粘膠/咖啡炭腈綸混紡織物既確保了產品的功能性，又提高了織物的穿著舒適性，與粘膠纖維混紡同時減少了腈綸產品的起毛起球現象。

首先對紗線進行主要性能測試，測試結果見表 1。由表1 可知，咖啡炭紗線強伸性能和條干均勻程度較好，能夠保證上機編織的順利進行。

2 咖啡炭混紡針織面料的設計與生產

2.1 組織設計

面料組織設計時選用針織內衣常用的緯平針和雙羅紋組織。緯平針織物表面平整光潔，穿著柔軟舒適。雙羅紋織物是雙面織物，較緯平針織物厚度、面密度增加，具有良好的彈性和延伸性，穿著沒有壓迫感。

2.2 緯平針組織編織設備技術參數

型號：BODYTEC8無縫內衣機；規格：14"；針數：1 152枚；成圈系統：8 F；機號：E26。

2.3 雙羅紋組織編織設備技術參數

型號：福原雙面針織大圓機LIL-8A；筒徑：30"；機號：E24；路數：84 F。

3 咖啡炭混紡針織面料染整工藝

3.1 染料的選擇

腈綸染色主要使用陽離子型染料，而粘膠纖維染色主要使用的是陰離子型活性染料，這兩種染料在同浴使用時，會出現因離子集合而凝聚的現象，特別在染深色時，陽離子染料對粘膠纖維沾色嚴重，影響上染效果。因此，從染料的選擇到染色工藝的確定要綜合考慮各種因素，制定合適的染色工藝和調整運行條件，選擇在高溫染色機中進行粘膠/腈綸混紡織物的兩浴法低浴比染色，勻染性好，能耗小，產品質量高。

3.2 染色設備與工藝流程

染色設備為高溫高壓低浴比染色機。染色工藝流程：坯布→平幅松弛精練（洗油）→水洗→染色→水洗→脫水→烘干→熱定形→檢驗。

3.3 染色工藝

（1）除油工藝處方

精練劑：1 ～ 2 g/L；除油劑：1 g/L；防皺劑：1 g/L；溫度：50 ～ 60 ℃；時間：30 ～ 40 min。除油工藝過程見圖 1。

（2）腈綸染色工藝處方

勻染劑：0.5 g/L；防皺劑：2 g/L；HAc：0.5 g/L；NaAc：2 g/L；陽離子染料：0.5%（o.m.f）。腈綸染色溫度控制曲線見圖 2。

陽離子染料染腈綸操作過程：先將染料、勻染劑、防皺劑、HAc、NaAc加入染浴中，加入熱水混合均勻，染浴溫度控制在50 ℃左右，加入醋酸使染浴pH值為4.5，浴比調好后，導入織物，依次緩慢升溫、保溫，當溫度升至98 ℃時，保溫50 min，再依次以 1 ℃/min降溫，階段降溫、保溫，降溫到60 ℃沖洗出機。

（3）粘膠染色工藝處方

螯合分散劑：1 g/L；防皺劑：2.5 g/L；活性黑染料：2%（o.m.f）；Na2SO4：35 g/L；Na2CO3：20 g/L。粘膠染色溫度控制曲線見圖 3。

活性黑染料染粘膠操作過程：染色開始 5 min內染浴溫度為60 ℃左右，依次加入螯合分散劑、防皺劑、Na2SO4、染料、純堿。染浴溫度控制在60 ℃左右保溫45 min，然后緩慢降溫至50 ℃，最后出布→水洗→皂洗→水洗→烘干。

（4）染浴溫度控制

腈綸在濕態時，其玻璃化溫度Tg由140 ℃下降到65 ～80 ℃，有利于染料的上染和擴散。當染液溫度達到或高于腈綸玻璃化溫度后，陽離子染料的上染率增加特別快，基本上溫度每升高 1 ℃上染率就會提高大約30%，染料上染的速度太快容易染花，而且受張力容易伸長。除此之外，染色結束后，溫度要緩慢降至玻璃化溫度以下，否則織物容易折皺，外觀和手感變差。腈綸的染色要想染得均勻，染浴溫度的升溫和降溫要控制的特別精確，要特別注意在腈綸玻璃化溫度前后，溫控要精確達到0.5 ℃/min。

3.4 后整理工藝

（1）前處理

由于咖啡炭纖維是將母粒添加在腈綸熔體中的，經強堿母粒容易脫落，所以坯布在精練時均采用純堿。前處理設備為HHS-4型電熱恒溫水浴鍋。

（2）前處理工藝配方

凈洗劑：3 g/L；Na2CO3：2 g/L；溫度：100 ℃；時間：60 min；浴比：1∶20。

（3）柔軟處理

由于咖啡炭纖維表面有空隙，易被有機硅形成的硅膜覆蓋從而堵塞微孔，影響織物的性能，所以在進行柔軟處理時使用親水性的柔軟劑。柔軟劑具有很好的潤滑作用，能夠減小織物中纖維與纖維之間、紗線與紗線之間、織物與人體之間的摩擦作用，減小摩擦力，從而提高織物的柔軟性。坯布柔軟工藝配方如下。DF-368助劑：40 g/L；MgCl2催化劑：3 g/ L；pH值：6；時間：2 min。

3.5 定形工藝

為消除試樣表面的折痕以及卷邊現象，使坯布處于較穩定的狀態，需對坯布進行定形整理，以提高其性能測試的準確性。定形工藝條件如下。溫度：160 ℃；時間：30 s；速度：5 m/min；幅寬：48 cm。

4 面料性能測試

4.1 規格參數

設計開發的咖啡炭混紡針織面料規格參數見表 2。6#為與2#織物規格接近的純棉織物，作為對比面料。

4.2 試驗結果

參考GB/T 19976 — 2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》，在HD026N電子織物強力儀上測定織物的頂破強力；采用Y522型圓盤式織物平磨儀測試織物的耐磨性，用質量減少率評價試樣的耐磨性；采用YG606L平板式保溫儀型測定織物的保溫率；參考GB/T 12704.1 — 2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第 1 部分：吸濕法》，在試驗箱內進行織物透濕性試驗，計算織物的透濕率；參考FZ/T 01071 — 2008《紡織品 毛細效應試驗方法》，在YG871型毛細效應測定儀上測量在規定時間內織物縱、橫向芯吸高度，計算平均芯吸高度。織物性能測試結果見表 3。

織物組織結構和原料組成是影響針織物耐久性和舒適性的主要因素。從表 3 可以看出，4#織物頂破強力最小，主要是4#織物為緯平針組織，其它雙羅紋織物頂破強力較大。1# ～ 5#咖啡炭混紡織物的質量減少率小于棉織物，說明咖啡炭織物更耐磨?？Х忍靠椢锏谋芈拭黠@優于棉織物，一方面是由于腈綸有較好的保暖性，另一方面咖啡炭顆粒的加入增加了纖維的縫隙和孔洞，纖維比表面積增加，有利于織物中靜止空氣含量增加。1# ～ 5#咖啡炭混紡織物透濕率和芯吸高度明顯高于棉織物，說明咖啡炭混紡織物具有較好的透濕性能和導濕性能，這一方面是由于咖啡炭混紡織物中加入了吸濕能力強的粘膠纖維，另一方面咖啡炭顆粒的加入提高了織物的透通性，穿著舒適性明顯改善。

5 結論

咖啡炭腈綸是將咖啡炭納米顆粒加入到聚丙烯腈載體中的一種功能性纖維。在針織圓機上設計開發了 5 種緯平針、雙羅紋組織咖啡炭腈綸混紡緯編針織面料，采用兩浴法對咖啡炭腈綸/粘膠混紡織物進行染色，采用純堿對坯布進行精練，親水性的柔軟劑進行柔軟整理。對開發的針織面料進行頂破、耐磨、保暖、透濕、導濕等服用性能的測試，發現咖啡炭混紡針織物比棉針織物耐磨性好，保暖舒適，適合作冬季保暖內衣面料。

參考文獻

[1] 方國平. 咖啡炭玉石纖維針織內衣面料的研發[J]. 針織工業，2011（10）： 1-2.

[2] 章友鶴，趙連英.新型紡織用纖維的發展及應用[J].紡織導報，2012（9）：51-53.

[3] 張永超，叢洪蓮.咖啡炭纖維緯編面料的開發及其性能[J].紡織學報，2013，34（11）：39-42.

[4] 王永鳳，孫晶，孫瑞芙.咖啡炭改性滌綸混紡織物的開發[J].棉紡織技術，2013，41（9）：62-64.