化纖機(jī)織功能性產(chǎn)品的開發(fā)工藝與生產(chǎn)技術(shù)

吳志輝

摘要：本文主要介紹了化纖機(jī)織產(chǎn)品開發(fā)工藝流程設(shè)計(jì)及原理，特別是功能性產(chǎn)品針對(duì)不同地域和不同標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)原材料和工藝的調(diào)整，以及常見異常的處理。

關(guān)鍵詞：功能性產(chǎn)品；工藝流程；原料篩選；工藝調(diào)整

中圖分類號(hào)：TS190.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Development and Production of Functional Chemical Fiber Woven Fabric

Abstract： The paper mainly introduces the designing and principle of process route for developing chemical fiber woven fabric， especially the adjustment made to raw materials and process in accordance with different destinations and different standards of the functional products and the disposal of common problems.

Key words： functional product； process route； raw material preparation； adjustment to process

目前化纖機(jī)織面料春夏主要用于防曬服和速干褲，秋冬主要用于防寒服、戶外沖鋒衣、滑雪服、工裝等。針對(duì)功能性，春夏產(chǎn)品以抗紫外線、吸濕快干、抗菌防螨、防蚊蟲等功能性為主，秋冬以防水透濕為主導(dǎo)，以及防火阻燃、防輻射等。為實(shí)現(xiàn)這些功能性，可以應(yīng)用功能性纖維，也可應(yīng)用功能性染色及后整理助劑來實(shí)現(xiàn)。整體上工藝相差無幾，現(xiàn)以機(jī)織面料的防水透濕工藝為代表作簡(jiǎn)單介紹。

1 化纖機(jī)織面料基本工藝流程

化纖面料的常規(guī)工藝流程為接布→退漿去油→染色→固色烘干→半成品檢驗(yàn)→定形→軋光→后處理。

（1）接布。根據(jù)染色的缸量以及訂單數(shù)量和染色縮水率來確定接布數(shù)量的多少。

（2）退漿去油。大部份化纖面料在織造時(shí)都有上漿和上油處理，為確保染色的均勻性和品質(zhì)，必須在染色前做好退漿和去油前處理。根據(jù)面料本身的特點(diǎn)，采用長車退漿或者缸內(nèi)退漿，對(duì)于特殊品種，還要進(jìn)行加強(qiáng)退漿。

（3）染色。染色是染整加工過程的關(guān)鍵一步，通過不同的染料組合和染色升溫工藝曲線，使面料著色，將視覺沖擊力賦予紡織品。同時(shí)對(duì)于部份功能性，可以在染色后染缸內(nèi)直接加入功能性染色助劑，以達(dá)到需求的功能性。根據(jù)面料本身的特點(diǎn)，以及客戶對(duì)布面平整度的要求，采用溢流染色或經(jīng)軸卷染染色，滌綸材質(zhì)采用分散染料，錦綸材質(zhì)采用酸性染料，陽離子染色采用鹽基性染料染色。

（4）固色烘干。染色后根據(jù)顏色及牢度情況，部分水洗固色烘干，部分直接水洗烘干，也有部分采用定形烘干，依品種而定。

（5）半成品檢驗(yàn)。針對(duì)染色品質(zhì)進(jìn)行布面和部份理化性能的檢測(cè)，以判定是否可以進(jìn)入下一道工序。

（6）定形。定形的目的是根據(jù)需求，通過高溫定形，保證產(chǎn)品的使用幅寬，控制產(chǎn)品的緯彎斜和保證產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。同時(shí)，針對(duì)部份功能性要求，可以在定形時(shí)加入功能性后整理助劑，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的功能性需求。

（7）軋光。軋光的目的是通過高溫高壓使布面平整，方便后處理加工，節(jié)省后處理成本，也可以調(diào)節(jié)手感，對(duì)軋光作面產(chǎn)品調(diào)整光澤度等。

2 防潑水功能的工藝及注意事項(xiàng)

2.1 防潑水評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)

防潑水的評(píng)價(jià)方法主要分為噴淋法和滴水法 2 種，其中前者為目前行業(yè)默認(rèn)的織物防潑水評(píng)價(jià)方法。不同標(biāo)準(zhǔn)中，噴淋法的測(cè)試方法均一致，其評(píng)價(jià)等級(jí)如圖 1所示。其中 5 級(jí)表示表面不濕潤，無水滴附著；4 級(jí)表示表面不濕潤，但有小小的水滴附著；3 級(jí)表示表面有各個(gè)水滴狀濕潤；2 級(jí)表示表面一半濕潤，小小的各個(gè)濕潤顯示出已滲透到布中的狀態(tài)；1 級(jí)表示表面全體濕潤。

2.2 影響防潑水功能效果的主要因素

防潑水功能目前基本上都是在染色后的定形工藝實(shí)現(xiàn)，在定形時(shí)根據(jù)面料的厚薄或客戶的需求情況，選擇合適的原材料和配方。影響防潑水效果好壞有多方面的原因，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.2.1 面料本身的特性

目前化纖面料常見的紗材形態(tài)有全拉伸絲FDY（full draw yarn）、拉伸變形絲DTY（draw textured yarn）、空氣變形絲ATY（air textured yarn）等，在相同線密度和同等防水配方下，防水效果的好壞是DTY>ATY>FDY。其次取決于面料本身的厚薄，克重較重的面料由于吸水率較大，防水效果比克重較輕的好。

2.2.2 防水劑本身的特性

目前常見的防水劑有氟素系防水劑（氟碳系防水劑由于PFOA和FPOS的問題正逐步被歐美市場(chǎng)淘汰）、硅油系防水劑、石蠟系防水劑等，各防水劑之間防水性能如表 1 所示。

2.2.3 工藝流程和作業(yè)條件

工藝流程的設(shè)計(jì)取決于面料本身的特性，以及客戶對(duì)防水度本身的要求，對(duì)于一般防水要求（初期 3 級(jí)以下），工廠為了節(jié)約成本，面料染色以后直接采用甩干后直接防水定形。為確保良好的防水性能，防水定形前面料盡量完全干燥，同時(shí)有的企業(yè)為確保面料吸液量高，采用兩浸兩軋工藝，讓面料充分地吸足防水劑。定形溫度和速度對(duì)防水性能也有一定的影響，相對(duì)而言，溫度高防水性能會(huì)稍好些。

2.3 防水作業(yè)時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）注意防水劑本身的離子特性，下配方時(shí)詳細(xì)閱讀防水劑的產(chǎn)品說明書，與其他藥劑混合使用時(shí)需實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)兼容性，切不可將不同離子性的助劑混合使用。

（2）注意作業(yè)時(shí)的pH值，防水作業(yè)盡量在弱酸性情況下作業(yè)，一般pH值控制在5.5，大批量作業(yè)時(shí)每缸面料測(cè)試，注意防水效果的變化情況，定期清洗藥劑槽并需重新泡藥劑。

（3）抗靜電加潑水時(shí)，潑水度控制在50 ～ 80（1 ～3 級(jí)）左右；抗UV加潑水時(shí)，潑水度管制在50 ～ 80（1 ～ 3 級(jí)）左右，抗靜電與抗UV處理均影響潑水效果。

（4）防水藥劑的使用量并非越大越好，面料的吸水率存在飽和度，以免造成成本的浪費(fèi)，同時(shí)助劑使用量過大，易造成藥劑污染等異常。

（5）為增加防水度的耐洗性，普遍會(huì)在防水劑中加入交聯(lián)劑和滲透劑，配方調(diào)配的先后順序很重要，目前藥劑配比普遍以g/L為單位，原則上先加上適量的水，再加入防水劑，攪拌均勻，再加入足夠量的水，最后加入滲透劑和交聯(lián)劑后充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

（6）面料經(jīng)過藥劑一浸一軋或兩浸兩軋后，要求有足夠的烘干時(shí)間，確保面料對(duì)藥劑的完全吸收和反應(yīng)。

3 耐水壓功能的工藝與注意事項(xiàng)

3.1 耐水壓評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)

耐水壓的單位為mmH2O，目前普遍默認(rèn)的是60 cm/ min的測(cè)試速率（即 1 min測(cè)試到600 mmH2O），數(shù)值越大表示耐水壓效果越好。作為服用面料，目前最高測(cè)試到10 000 mmH2O即可。也有部分地區(qū)使用1 000 cm/min的測(cè)試速率（即 1 min可以測(cè)試至10 000 mmH2O）來進(jìn)行測(cè)試。

3.2 耐水壓主要工藝

3.2.1 直接涂層

直接涂層主要是聚丙烯（A/C）涂層和聚氨酯（PU）涂層（表 2）。根據(jù)稀釋溶劑的不同，分為水性涂層和溶劑型涂層，相對(duì)而言，水性涂層手感較軟。物性方面，溶劑型涂層更佳。通過溶劑將聚丙烯樹脂或聚氨酯樹脂稀釋到一定的粘度，通過刮刀直接刮涂于布面，經(jīng)過高溫將水分或有機(jī)溶劑揮發(fā)后，在布面形成一層保護(hù)膜，達(dá)到耐水壓的功能。

聚丙烯涂層只起固紗填縫效果，一般不適合做高耐水壓加工，僅供調(diào)節(jié)手感和防風(fēng)使用。高耐水壓涂層都使用PU涂層，PU通過改性，又分為一般PU和透濕PU 2 種。根據(jù)物性要求不同，使用不同的樹脂，同時(shí)架橋劑和交聯(lián)劑也存在差別。常用的架橋劑分為Melamine型（溫度型架橋劑，膠液調(diào)配后使用壽命較長）和NCO型（時(shí)間型架橋劑，膠液調(diào)配后的使用壽命只有 4 ～ 8 h）。根據(jù)機(jī)臺(tái)及操作工藝的差別，可以分為干法涂層和濕法涂層。

PU直接涂層耐水壓的高低取決于以下 8 個(gè)方面：面料本身的厚薄及毛糙感，面料越粗糙，涂布量越大，成本越高，水壓越難做，而且左中右涂布量難管控一致，易造成左中右克重差異；面料前處理的效果，做PU高耐水壓涂層工藝，必須經(jīng)過高溫高壓前處理，使涂層面平整，能夠有效提高PU涂層的成膜性，以達(dá)到高耐水壓；底面膠涂布量的分布，作業(yè)高耐水壓產(chǎn)品，底膠涂布量須比面膠涂布量大，能夠有效提升耐水壓；對(duì)于特別高旦尼爾產(chǎn)品，可以考慮三刀工藝或羅拉涂布工藝；對(duì)于高耐水壓要求的涂層，應(yīng)使用針版式涂層機(jī)，避免涂層后再定形，以免再次定形對(duì)PU膜耐水壓的影響；對(duì)于部分后整理功能性助劑可以添加到PU樹脂中，以達(dá)到需求的功能，比如防火劑、抗菌劑等，但需要提前評(píng)估添加產(chǎn)品的相溶性、添加量的極限值以及是否對(duì)水壓和透濕有影響；對(duì)于水洗后耐水壓要求，需添加耐水洗性的助劑，但同時(shí)不能影響貼條；PU底面膠調(diào)配水平也直接關(guān)系到物性，膠液調(diào)配時(shí)與有機(jī)溶劑攪拌盡量均勻、充分，膠液粘度合理，一般底膠在25 Pa？s，面膠在 8 Pa？s，同時(shí)膠液中盡量不產(chǎn)生氣泡。

3.2.2 轉(zhuǎn)移涂層

轉(zhuǎn)移涂層的原料與直接涂層原理差異不大，但加工過程會(huì)有差別。轉(zhuǎn)移涂層是指以離型紙為載體，先將PU樹脂的面層均勻涂到離型紙上，通過高溫烘干成膜后再涂上PU底膠，轉(zhuǎn)貼至面布接著熟成，一次性完成。轉(zhuǎn)移涂層的樹脂在調(diào)制完成后，經(jīng)過脫泡處理，機(jī)臺(tái)精密度高，膠面成膜性更好，水壓更穩(wěn)定，左中右克重均很穩(wěn)定。而更有優(yōu)勢(shì)的是彈力面料和針織面料可以作業(yè)轉(zhuǎn)移涂布加工，而高耐水壓直接涂層則無法做彈力產(chǎn)品。

3.2.3 復(fù)合工藝

復(fù)合工藝是通過復(fù)合設(shè)備，將半成品面料與膜通過樹脂復(fù)合而成。目前常用的膜有TPU膜、PU膜、PES膜、PTFE膜，耐熱性能PTFE>PES>PU>TPU。工藝操作上一致，物性的差別取決于膜材本身。接著用樹脂根據(jù)操作原理不同，分為溶劑型膠和熱熔膠 2 種。溶劑型樹脂復(fù)合工藝已有較長時(shí)間，所以工藝穩(wěn)定性更好，接著性優(yōu)良，手感更柔軟，透濕度方面也比熱熔膠更高。而熱熔膠工藝對(duì)特殊產(chǎn)品仍需進(jìn)一步改進(jìn)，包括20 D以下輕薄面料目前熱熔膠工藝仍待突破；對(duì)于前處理有做超防水處理的面料，熱熔膠工藝在水洗后有脫膠風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)有熱熔膠供應(yīng)商也在不斷改進(jìn)產(chǎn)品，以適應(yīng)趨勢(shì)的需求，熱熔膠最大的優(yōu)勢(shì)在于其環(huán)保性。近兩年由于復(fù)合產(chǎn)品的穩(wěn)定性更佳，復(fù)合產(chǎn)品越來越多，特別是三層復(fù)合產(chǎn)品。對(duì)于熱門的四面彈復(fù)合膜再復(fù)合搖粒部分，為確保透濕性能不受影響，搖粒絨產(chǎn)品一定要做吸濕快干處理。而對(duì)于機(jī)織布與膜及經(jīng)編布復(fù)合部分，為確保手感和水洗后不起泡，機(jī)織布與經(jīng)編布應(yīng)盡量采用相同材質(zhì)，而且復(fù)合前要做好縮率的管控。

4 透濕性能探討

4.1 透濕原理

透濕根據(jù)原理不同分為親水透濕和微孔透濕。親水透濕的原理是借助氫鍵和其它分子間作用力，在高濕度一側(cè)吸附水分子，通過高分子鏈上親水基團(tuán)傳遞到低濕度一側(cè)解吸，從而達(dá)到透濕的效果，透濕的過程也就是“吸附-擴(kuò)散-解吸”的過程。而微孔透濕的原理是采用一層很薄的高分子聚合物薄膜，上面有大量的細(xì)小且相通的微孔，每平方厘米約有14億個(gè)微孔，微孔直徑一般小于 2 μm，因此直徑在100 μm左右的水滴無法透過微孔，而直徑為0.000 4 μm的水蒸汽分子和空氣則能通過氣體的擴(kuò)散和對(duì)流自由地通過微孔。故相對(duì)而言，微孔透濕的性能更快些，而且微孔透濕膜會(huì)有輕微的透氣性能，但親水透濕膜沒有透氣性能。微孔透濕的耐高溫性和耐低溫性均要好于親水PU產(chǎn)品。親水透濕薄膜與微孔透濕薄膜物性對(duì)比如表 3 所示。

4.2 透濕度的檢驗(yàn)方法和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

目前較常用的透濕度檢測(cè)方法有倒杯水法、正杯氯化鈣法、倒杯醋酸鉀法、旋轉(zhuǎn)法、濕阻抗法等。其中倒杯水法、正杯氯化鈣法、倒杯醋酸鉀法的單位均為g/（m2？d），數(shù)值越大，代表透濕性能越好。旋轉(zhuǎn)法的單位是%，數(shù)值越大越好。濕阻抗法單位為m2？Pa/W，濕阻抗數(shù)據(jù)越低，代表透濕性能越好。由于各測(cè)試方法差別較大，同一品種使用不同的測(cè)試方法，其結(jié)果差異較大，并沒有可比性。現(xiàn)各國和各地區(qū)對(duì)透濕度的要求采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)于同一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同年份有不同的版本，測(cè)試結(jié)果存在一定的差異。透濕度的高低主要取決于PU樹脂和膜本身，與基布和工藝也有關(guān)系，但相對(duì)影響較少。

對(duì)于功能性紡織品，目前在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)上因?yàn)榈赜蚝蜕盍?xí)慣的差異，要求點(diǎn)不一樣。比如防潑水，國外客戶強(qiáng)調(diào)的是環(huán)保性能，倡導(dǎo)使用C6及無氟防水產(chǎn)品；對(duì)于防水度的要求，由于國外都采用滾筒烘干，洗后防水度要求為烘干后防水度要求。而國內(nèi)現(xiàn)在仍未禁止C8防水劑，新的戶外沖鋒衣標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32614 — 2016《戶外運(yùn)動(dòng)服裝沖鋒衣》也是考核常規(guī)家庭水洗后自然晾干的防水度。對(duì)防水劑的篩選及防水工藝必須區(qū)別對(duì)待。據(jù)了解，目前依照新的戶外沖鋒衣標(biāo)準(zhǔn)，送檢面料檢測(cè)的洗后晾干防水度合格率并不高。而分歧更大的是透濕度部分，同一面料不同的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果相差很大。以親水透濕高透濕為例，倒杯水法ASTM E96BW-1995版本測(cè)試透濕可達(dá)6 000 g/（m2？d），而用倒杯醋酸鉀方法JIS-L1099 B1法測(cè)試可以達(dá)15 000 g/（m2？d）。同樣是以倒杯水法ASTM E96BW方法，其1995版和2015版測(cè)試結(jié)果也相差甚遠(yuǎn)。另外，濕法涂層和微多孔產(chǎn)品測(cè)試正杯法數(shù)值上較有優(yōu)勢(shì)，而親水透濕則測(cè)試倒杯法數(shù)值上有優(yōu)勢(shì)。所以對(duì)于原料和工藝的選擇，主要還是需要根據(jù)產(chǎn)品的用途和客戶的需求來進(jìn)行調(diào)整。而對(duì)于一些新開發(fā)的功能性產(chǎn)品，初期的測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)仍待完善，甚至有些功能性的作用仍停留在噱頭上，需要經(jīng)過時(shí)間和生活的檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)（略）