功能性緯編斜紋牛仔面料的設計及其性能

萬愛蘭， 繆旭紅， 馬丕波， 陳 晴， 陳方芳

(1. 江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

目前市場上針織牛仔產品所用原料大都為靛藍紗、聚酯纖維和氨綸等，種類單一且檔次低，滿足不了消費者對舒適性和功能性的需求。聚酯作為紡織纖維應用最廣的原料之一，其缺點是無親水性基團，導致其在面料服用過程中不吸濕，夏季穿著悶熱，冬季有接觸涼感。功能性纖維可賦予面料彈性、防水、透濕、抗靜電、防油污、免燙等良好的服用性。如一些異形截面纖維，因表面有眾多微孔或溝槽[1-2]，具有較高的比表面積，利用毛細管芯吸效應，能夠快速地吸收皮膚表面濕氣和汗水，并排放到外層蒸發。其中，Coolmax?纖維導濕性好[3-5]，始終能夠保持織物與皮膚間的微氣候狀態，提高穿著舒適性[6]。中空聚酯纖維因其特殊的異形中空結構[7]，具有保暖功能，手感柔軟滑爽，制成的織物輕柔舒適，同時克服了傳統保暖材料僅僅依靠織物厚度和密度來增加保暖性，符合現代消費審美觀[8]。

由于Coolmax?纖維和中空聚酯纖維均為新型纖維，目前對以其為原料開發的具有吸濕和保暖功能的針織牛仔面料的服用性能研究較少。本文利用這2種功能性原料，通過對緯編斜紋牛仔面料的結構進行設計，分別開發了具有吸濕功能和保暖功能的緯編斜紋牛仔面料，并對功能性面料的吸濕性和保暖性進行表征，測試面料的斷裂強力、耐磨性、懸垂性、透氣性等指標，以期為功能性緯編牛仔面料的開發提供參考。

1 功能性緯編斜紋牛仔面料設計思路

根據整理方式和市場需求的不同，緯編牛仔面料可采用色織、匹染和印花等來實現布面的顏色效應。本文從結構角度進行緯編斜紋牛仔面料的開發，以Coolmax?纖維和異形中空聚酯纖維為原料，采用靛藍棉紗色織的方法，分別設計具有吸濕和保暖功能的緯編斜紋牛仔面料，通過簡單的定型工藝，實現短流程的針織面料開發。

1.1 原料選用

為使緯編牛仔面料在縱橫方向上都具有較好的彈性及彈性回復性[9]，設計時通過氨綸導紗嘴將氨綸通過添紗的方式與靛藍紗編織成圈。

選用線密度為8.3 tex的Coolmax?纖維(英威達纖維有限公司)、線密度為16.6 tex的中空異形聚酯纖維(蘇州金輝纖維新材料有限公司)，并分別與其線密度相同的 2種普通聚酯編織織物進行對比，所用紗線規格見表1，其余原料均由江陰市恒亮紡織有限公司提供。

表1 緯編斜紋牛仔面料紗線規格Tab.1 Yarns specifications of weft-knitted twill denim fabrics

1.2 結構設計與編織工藝

為獲得仿機織牛仔面料的斜紋外觀效應，根據花型高度和寬度，斜紋的成圈系統循環路數設計為六路一循環[9]。棉紗、氨綸采用全成圈工藝，聚酯長絲通過以1針成圈和2針浮線復合組織形成斜紋[10]，編織完成后仿機織牛仔面料反面形成二上一下斜紋效應，工藝正面形成藍白相間斜紋效應。

緯編斜紋牛仔面料的編織圖如圖1所示。穿紗方式為1、3、5路穿入聚酯長絲，2、4、6路以添紗的方式穿入靛藍紗和氨綸絲?？椩鞎r，靛藍紗覆蓋住氨綸絲，顯露在工藝正面；2、4、6路的聚酯長絲以1針出針成圈2針不編織形成浮線的復合組織，在工藝反面顯露仿機織二上一下斜紋效應。

圖1 緯編六路斜紋結構編織圖Fig.1 Knitting diagram of twill structure with six cam systems for weft-knitted denim fabric

根據不同的原料搭配，結合組織結構設計，選用機號為E24和E28、筒徑為76.2 cm的緯編大圓機(泉州佰源機械有限公司)，織造時根據工藝要求設置合理的線圈長度，并根據各原料的線圈長度調整彎紗深度，使織造時聚酯長絲張力維持在3.92 cN、棉紗張力維持在2.94 cN左右，開發吸濕和保暖緯編斜紋牛仔面料，下機后坯布的面密度如表2所示。

表2 緯編牛仔試樣所用原料及坯布規格Tab.2 Materials and gray fabric specifications of weft-knitted denim fabrics

注：1#、2#試樣使用的機號為E28；3#、4#試樣使用的機號為E24。

1.3 后整理工藝

緯編斜紋牛仔面料在定型工序經過水槽時，加入柔軟劑可改善面料手感。

定型采用ASMA503KP610-2401型定型機(江蘇梅大紡織機械股份有限公司)，機架幅寬為 175 cm，烘箱溫度為170 ℃，車速控制為12 m/min，超喂為22%～40%，定型后1#、2#幅寬為160 cm，3#、4#為155 cm。

本文實驗采用酵素洗，其工藝為：首先將緯編斜紋牛仔面料在50 ℃加入2 g/L滲透劑EHC、1.5 g/L 中性酵素保溫20 min，然后于 70 ℃熱水洗 5 min、50 ℃溫水洗 3 min、60 ℃皂洗10 min，常溫過2遍清水3 min。經后整理后成品面料的參數如表3 所示。

表3 緯編斜紋牛仔試樣成品參數Tab.3 Finished fabrics parameters of weft-knitted denim fabrics

2 緯編斜紋牛仔面料性能測試

針織物的線圈結構使其更易發生形變且回復性差，從面料的外觀風格和服裝的穿著舒適性角度出發進行設計，可利用浮線來減小面料緯向的延伸性，使面料具有較好的結構穩定性。本文主要考察2種功能性緯編斜紋牛仔面料的保暖性、吸濕性，及面料的服用性能，包括拉伸斷裂性能、耐磨性、懸垂性、透氣性等。

2.1 保暖性測試

實驗儀器為YG606型織物保溫性試驗儀，參照GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性 穩定條件下熱阻和濕阻的測定》進行保暖性測試。每個面料取 30 cm×30 cm試樣3塊，要求實驗板、保護板、底板的溫度上限為36 ℃，下限為35.9 ℃，預熱時間為 30 min，循環次數為5次，實驗結果取算術平均值。試樣為設計的保暖性面料及其對比面料，即面料1#、2#。

2.2 吸濕性測試

實驗儀器為YG(B)871型毛細管效應測定儀，參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》，在(20±2)℃溫度和(65±2)%相對濕度下進行垂直芯吸實驗。將尺寸為25 cm×3 cm的樣品沿著線圈橫列和線圈縱行剪下，底部垂直懸浮在裝有蒸餾水的容器上。每個試樣的底端夾一個1.2 g的夾子確保底端浸泡在垂直深度為10 mm的水中。測量 30 min內吸水的垂直高度，分別記錄1、5、10、20、30 min 時試樣的芯吸高度。試樣為設計的吸濕性面料及其對比面料，即面料3#、4#，每種面料各取橫縱方向后 3塊，共6塊試樣，結果取算術平均值。

2.3 拉伸斷裂性能測試

實驗儀器為HD026NS型電子織物強力儀，參照GB/T 3923.1—1997《織物拉伸性能 斷裂強力和斷裂伸長率的測定》測試試樣的拉伸斷裂強力。試樣尺寸選用250 mm×50 mm，夾持方法為剪切條樣法，斷裂伸長率小于或等于75%的織物，隔距長度為200 mm；斷裂伸長率大于75%的織物，隔距長度為100 mm。由于試樣面密度均大于200 g/m2而小于500 g/m2，預加張力設定為5 N，拉伸速度為100 mm/min，面料1#～4#的橫列、縱行方向各測試 5組，實驗結果取算術平均值。

2.4 耐磨性能測試

實驗儀器為Y522型織物耐磨儀，參照GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第2部分：試樣破損的測定》測定試樣的耐磨性能。進行耐磨性能測試時，給試樣選用適當的壓力，加壓重錘選擇250 g，磨料選擇中型A150的炭化砂輪。根據標準，評定方法為每摩擦 5次觀察試樣出現破損則作為摩擦終點，即經過磨損后，試樣中某根紗線斷裂造成外觀上的破洞，記錄試樣破損前累積的摩擦次數即耐磨次數。出現破洞越早，即所耐受的摩擦次數越少，說明織物的耐磨性能越差。面料1#～4#各測試5塊試樣，實驗結果取算術平均值。

2.5 懸垂性測試

實驗儀器為YG811E型織物懸垂性試驗儀，參考FZ/T 01045—1996《織物懸垂性試驗方法》進行懸垂性測試。面料1#～4#各裁成直徑為24 cm的圓形 1塊，轉動速度設定為30 r/min，對動靜狀態下的織物進行懸垂性測試。

2.6 透氣性測試

實驗器材為YG(B)461E型數字式織物透氣性能測定儀，參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》進行透氣性實驗。測試面積選擇20 cm2，測試壓差設定為100 Pa，面料1#～4#各取不同的位置測量10次，結果取算術平均值。

以上所有實驗均在恒溫恒濕實驗室(溫度為(20±2) ℃，相對濕度為(65±3)%)調濕24 h后進行。

3 結果與討論

3.1 保暖功能性牛仔面料的性能分析

功能性緯編斜紋牛仔面料的保暖性測試結果如表4所示。

表4 保暖緯編斜紋牛仔面料保暖性實驗結果Tab.4 Heat retention of weft-knitted denim fabrics with special-shaped hollow polyester

保溫率越高、導熱系數越小、克羅值越大，織物的保暖性越好。由表4可知，使用異形中空聚酯纖維的面料2#的保溫率比使用普通聚酯纖維的試樣1#的高3.31%，提高了23.4%，導熱系數比普通聚酯纖維的低21 W/(m·℃)，克羅值高0.02，可見，中空異形聚酯蓄靜止空氣能力強，面料2#比1#的保暖性能好。

保暖緯編斜紋牛仔面料沿縱、橫向拉伸斷裂實驗結果見表5。試樣1#和2#所用原料、面密度、縱橫密均接近，稍有不同的是試樣2#的聚酯纖維含量略高于試樣1#，故表現為試樣2#的橫向斷裂強力略高于試樣1#。

表5 保暖緯編斜紋牛仔面料拉伸斷裂強力Tab.5 Tensile breaking strength of weft-knitted twill denim fabrics with special-shaped hollow polyester

緯編斜紋牛仔面料耐磨性測試數據如表6所示?？梢钥闯觯捎谠嚇?#中聚酯纖維的含量高于試樣1#，試樣2#的耐磨次數比1#高。故在設計緯編斜紋牛仔時，適當增加聚酯纖維的比例，可提高面料的拉伸斷裂強力和耐磨性。

表6 保暖緯編斜紋牛仔面料服用性能Tab.6 Wearability of weft-knitted twill denim fabrics with special-shaped hollow polyester

由表6保暖緯編斜紋牛仔面料懸垂性測試結果可知，1#、2#面料懸垂系數差異不明顯，說明設計的保暖緯編斜紋牛仔面料的懸垂性基本一致。由于試樣1#的棉紗含量高，聚酯纖維含量低，故2#的透氣性比試樣1#略差。

3.2 吸濕功能性牛仔面料的性能分析

功能性緯編斜紋牛仔面料吸濕性實驗結果如圖2 所示?？芍涸诳椢锏目v、橫方向上，加入 Coolmax? 纖維的試樣4#在速度和數值上都比試樣3#的吸濕性好，隨著時間的增長，吸濕速率均變緩；針對同一塊試樣，橫列方向的吸濕性優于縱行方向，這是由于針織物紗線沿橫向編織所決定的。在第1 min內，幾組試樣縱橫方向上的吸水性能差異不大，但在1～10 min 階段，由于纖維毛細管內外壓差太大，毛細管吸水效率高，芯吸高度提升了4～10倍，試樣4#縱行方向的芯吸高度甚至超過了試樣3#橫列方向，表明Coolmax?纖維使面料的吸濕性能得到了提升，適合作為運動服裝面料。

圖2 垂直芯吸實驗芯吸高度對比Fig.2 Vertical core suction height contrast

吸濕緯編斜紋牛仔面料沿縱、橫向拉伸斷裂試驗結果見表7。

表7 吸濕緯編斜紋牛仔面料拉伸斷裂強力Tab.7 Tensile breaking strength of weft-knitted twill denim fabrics with Coolmax? fibers

表7中數據顯示斷裂強力沿橫列方向大于縱行方向，說明針織物編織方向對織物的強力有顯著的影響。試樣3#、4#面密度接近，試樣4#斷裂強力大，其對應的縱密最高，而4#橫密雖比試樣3#略低，但因縱密顯著高于3#，且試樣4#中的線圈小于試樣3#，結構更緊密，橫向拉伸時面料不易斷裂破壞。此外，對比表5、7中數據可知，3#、4#面料斷裂伸長率顯著大于1#和2#，主要是因為試樣3#和4#采用的是線密度為7.8 tex的氨綸，比試樣1#和2#的4.4 tex氨綸粗；雖然試樣1#、2#采用的是線密度為 16.6 tex聚酯纖維，但試樣1#、2#的斷裂強力并沒有高于3#、4#，表明織物密度比聚酯纖維粗細對織物的強力影響大。

吸濕緯編斜紋牛仔面料耐磨性及懸垂性測試數據如表8所示。可知，試樣3#耐磨性好，可能與其面料面密度大有關，與試樣4#相比，3#織物縱密和橫密差異小，織物結構均勻，故耐磨性好。

表8 吸濕緯編斜紋牛仔面料服用性能Tab.8 Wearability of weft-knitted twill denim fabrics with Coolmax? fibers

吸濕緯編斜紋牛仔面料懸垂性測試結果表明，試樣3#、4#的懸垂系數差異不明顯，說明設計的吸濕緯編斜紋牛仔的懸垂性基本一致。

由表6、8中數據可知，緯編斜紋牛仔面料透氣性最差的是試樣4#，透氣率只有90 mm/s，因為其縱向密度最大，單個線圈小，織物緊密，孔隙率小。

4 結 論

1)結合市場需求和生產實際，本文利用中空異形聚酯纖維和Coolmax?纖維結合緯編六路斜紋結構分別設計了面密度為320 g/cm2左右的保暖緯編斜紋牛仔面料和270 g/cm2左右的吸濕緯編斜紋牛仔面料，并分別用相同線密度的普通聚酯纖維以相同結構作為性能對比樣。

2)與普通聚酯緯編斜紋牛仔面料相比，異形中空聚酯緯編斜紋牛仔面料的保溫率提高了23.4%，Coolmax?緯編牛仔斜紋面料在1～10 min內橫列方向芯吸高度提升了4～10倍。

3)線密度大的氨綸會提高緯編斜紋牛仔面料的拉伸斷裂伸長率；織物密度尤其是縱密會增加面料的拉伸斷裂強力和耐磨性；織物透氣性受其密度、原料比例及線圈長度的影響，棉紗線圈長度大及含量高會提高織物的透氣性，織物密度與透氣性成負相關。