納米微晶功能性莫代爾/羊絨/舒彈絲混紡紗開發

肖建波，查小剛，李小梅，李辛欣

(1.聯宏紡織有限公司，江蘇 張家港 215600； 2.東華大學 紡織學院，上海 201620)

伴隨著工業技術的進步，功能性紡織品開發也進入了新的階段。在日常生活中，越來多的人開始使用功能性紡織品，其中保暖性紡織品占有很大比例。以遠紅外功能紡織品為例，其具有保暖、保健的作用[1]。目前遠紅外纖維的研究大多局限于合成纖維，不符合內衣天然纖維化的需求。而對天然纖維的處理主要通過傳統后整理的方式，要依靠黏合劑使織物功能持久，但也使織物存在遠紅外發射率較低、手感較差、不耐洗滌等缺點，遠紅外效果不能極大程度的發揮與保持。

除了保暖紡織品外，抗菌功能紡織品的研究也受到國內外的高度關注[2]，因細菌等微生物引起的疾病如腳氣、腳臭、婦科病等在成年人中發病較多。市場上的抗菌紡織品90%以上采用納米銀系抗菌劑處理，銀系抗菌劑不僅價格昂貴而且易變色，影響紡織品色澤，另外銀系抗菌劑對真菌的抑制性較差，容易引起皮膚瘙癢，而納米金屬氧化物由于抗菌效果對光的依賴性也受到冷落。

本文對羊絨纖維進行納米遠紅外抗菌功能晶體的處理，通過優化紡紗工藝參數和改造設備紡制功能性莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗。將先進的納米材料制備技術和傳統紡織品加工技術結合，賦予功能性莫代爾/羊絨/舒彈絲混紡織物遠紅外保暖與抗菌止癢功能?？朔藛渭円蕾嚾菊庸?，通過有機化學助劑的接枝和交聯對織物進行功能性整理所帶來的不足。該技術是對我國紡織技術的革新，對于將納米技術應用于紡織領域起到了積極的示范作用，提高了紡織品的附加值，得到了較好的經濟和社會效益。

1 原料選擇與混紡比確定

1.1 原料選擇

羊絨是一種珍貴的蛋白質纖維，其制品輕柔滑爽，保暖性好，深受人們喜愛[3]。近年來，山羊絨原料越來越受到紡織行業的重視，經納米微分子晶體功能性處理可增加羊絨針織品的抗菌功能，并且該功能具有永久性。

舒彈絲是以Sonora聚合物為原料紡制出的一種差別化聚對苯二甲酸丙二醇生物基彈力短纖維[4]，與一般的PTT纖維相比，舒彈絲的纖維在形態上有著較大的不同，其纖維形態呈圈圈紗狀，與彈簧非常相似，纖維卷曲率高達80%?？椢镏屑尤胧鎻椊z，可使織物富有彈性，在提高制品穿著舒適度的同時又能起到防止織物變形、松弛的作用。舒彈絲的彈性適中, 其制品既保留了彈性面料的舒適性,又具備了適中的彈性、拉伸回復性且手感極佳[4]。 此外，舒彈絲都能與棉、毛、滌綸等混紡，其混紡紗具有更好的性能，如抗皺性、舒適性等。

莫代爾纖維是由歐洲源櫸木制成木漿，通過紡絲工藝紡制的。在紡絲過程中，所用溶劑 99%以上可以回收[5]，生產流程對環境基本無污染。莫代爾纖維可以再生，具有較高的濕模量、優異的吸濕性與透氣性，而且強伸性良好，其織物滑爽且透氣性、懸垂性、染色性優良。

將羊絨、舒彈絲、莫代爾3種纖維混紡能充分發揮其各自的優良特性，在保持了羊絨纖維原有特性的基礎上，可以改善織物的彈性、提高抗起球性等，實現了3種纖維優化組合的目的。纖維性能見表1。

表1 纖維性能

1.2 羊絨纖維功能化處理

1.2.1 遠紅外抗菌功能晶體的制備

將一定量鋅、硅、鎂、鈣的化合物(1種或幾種)溶于水得到溶液①，將酞酸丁酯、無水乙醇按體積比1∶50混合均勻得到溶液②，在滴定管里倒入溶液①，在DF-101S集熱式恒溫磁力攪拌器水浴池里放入倒有溶液②的燒杯，并對其進行攪拌，把溶液①慢慢向溶液②中滴加，速度大約為30～50 滴/min，滴加完成后，得到溶液③，向溶液③中慢慢滴加質量分數為0.1%～1.0%的尿素混合均勻制成無色透明混合液，加入到反應釜中，在130～180 ℃高溫下反應6～15 h，降到室溫后放置5～10 h，得到乳白色的漿液；加入少許大分子表面改性劑在星型球磨機中磨數小時，再經超聲波振蕩15 min后即得到表面改性的遠紅外抗菌功能晶體分散漿料。

1.2.2 羊絨功能纖維制備

將羊絨纖維浸泡在遠紅外抗菌功能晶體分散漿料中，利用二氧化肽中天然纖維微孔的膨脹效應，將粒徑為5 nm左右的遠紅外抗菌功能晶體鑲嵌到羊絨纖維的微孔中，經過一定的熱、機械和化學反應使得羊絨纖維微孔中晶體進一步晶化長大，此后隨著纖維微孔的收縮以及晶體表面極性基團與纖維的化學結合，遠紅外抗菌功能材料牢固的固著在羊絨纖維的微孔中，形成類似融紡絲的納米整理效果，以保證賦予羊絨制品遠紅外抗菌功能。

1.3 紗線混紡比的選擇

開發多組分紗線，選擇合適的混紡比非常重要。如功能纖維含量過小，產品的物理性質、化學性質及手感風格等很難達到要求，無法實現所設計織物的功能，通過查閱相關資料[6]，確定舒彈絲纖維比例不能超過30%，如果超過30%則會產生無法清除的毛粒，而且織物后整理尺寸收縮不易控制，因此選擇舒彈絲比例為25%。本文設計了3種比例混紡紗，分別為1#：羊絨/莫代爾/舒彈絲45/35/25；2#：羊絨/莫代爾/舒彈絲20/55/25；3#：羊絨/莫代爾/舒彈絲30/45/25，并以相同的組織結構織成3種織物，對其分析可知：

1#織物布面絨毛多且不夠柔和滑爽，織物馬丁代爾起球等級為3級，偏低，達不到可機洗要求，可能是因為莫代爾比例較少。另外由于羊絨比例較高，羊絨纖維相對化學纖維長度離散、細度離散都偏大，因此織物紋路不清。

2#織物，由于20%羊絨占比相對較低，布面絨毛較少，很難起絨，雖然手感比較滑爽，但不夠豐滿，馬丁代爾起球等級達到3.5級左右，紗線條干比較均勻。

3#織物布面手感很好，具有純羊絨織物的手感，彈性優良、蓬松，表面的絨毛豐滿且滑爽，起球等級達到3.5級，且能夠進行機洗，尺寸穩定性較好，條干均勻，布面條紋清晰。

通過以上對比分析，確定按照3#方案紡制莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗。

2 紡紗工藝

2.1 工藝流程

由于羊絨長度比舒彈絲長且離散大，采用半精紡工藝紡紗時[7]，無法清除毛粒，而且對纖維損傷較大。本文采用精梳毛紡工藝與棉紡工藝相結合的加工技術，具體工藝流程為：和毛加油(改造)→梳條(改造)→并條(一道)→頭道針梳(工藝調整)→二道針梳(工藝調整)→復精梳(改造)→三道針梳(工藝調整)→四道針梳(工藝調整)→并條(三道)→粗紗→細沙→絡筒→并線→倍捻。

2.2 技術關鍵與措施

2.2.1 和毛工藝

為增加纖維間的潤滑、減少舒彈絲回潮率、減少靜電、增加纖維間的抱合，首先需對舒彈絲進行逐層噴灑膨松劑并控制回潮率。處理工藝參數：SILKOL-FD膨松劑2%，IP-NEW抗靜電劑0.4%,控制回潮率6%，平衡時間8～12 h。

目前使用的B262和毛機，均采用3對工作輥—剝毛輥梳理元件組合，與錫林配合[8]。有4個開松梳理點(工作輥、喂絨羅拉與錫林配合點)，對纖維的開松、撕扯作用強烈，測試表明該工序對纖維的損傷達到3～4 mm。為達到既將纖維撕扯開，又要減少纖維損傷的目的，對B262和毛機進行改造，包括：盡量增加梳理點；增加錫林表面角釘排列密度；同時降低錫林轉速，增大速比，加快纖維轉移速度，防止重復轉移損傷纖維。錫林角釘改造見圖1。

圖1 錫林角釘改造

由圖1可以看出，錫林上的鷹嘴形抓絨角釘全部更換為梳針式針尖，可以更有效地刺入纖維內對混合后纖維進行撕松，通過輸送管道送至下一道工序。改造后的和毛機與原梳毛機相比，有效控制了混合后纖維的開松梳理單元面積，增加了角釘密度，降低了錫林轉速。測試表明：和毛后纖維幾乎無損傷，預開松情況良好，確保了后道加工的纖維品質。

2.2.2 梳毛工藝

根據所紡纖維的特征，梳毛工序采取柔和梳理、低速度、輕定量、小隔距、大速比的原則。梳毛工藝參數見表2。

表2 梳毛工藝參數

該工序的主要作用是使纖維順利成條減少毛粒，為此針對預處理后的纖維回縮性特征，梳棉機從以下二方面進行改造：一方面加大梳理點使纖維進一步伸直，改變蓋板針布密度，減少彎鉤纖維，減少毛粒產生；另一方面降低錫林與刺輥的轉速以減少纖維的損傷程度，減小蓋板與錫林之間的分梳強度，增大線速比，實現纖維快速轉移，防止重復梳理產生毛粒和增加不必要的纖維損傷。針布改造見圖2。

圖2 針布改造

由圖2可以看出，通過改變蓋板針布梳理元件的型號，并對各傳動部件工藝參數進行全面調整，實現了順利梳理和成條。通過測試可知，使用改造后的針布，纖維的平均長度僅降低了0.5 mm，有效防止了纖維損傷和毛粒的產生。

2.2.3 針梳工藝

采用二道針梳機進行預梳理，遵循小牽伸、小隔距、輕定量、低車速工藝原則。頭道、二道針梳工藝參數見表3。

表3 頭道、二道針梳工藝參數

由于后形成的條子結構具有收縮性，在原來針梳機上設計最小牽伸倍數為3.8，經牽伸的條子有明顯粗細節，甚至出現斷頭無法進行正常生產，為此調整了針梳機的總牽伸倍數，經過反復實驗，重新定做齒輪將牽伸倍數調至2.5左右。

2.2.4 精梳工藝

精梳工序的目的是去掉雜質毛粒和短絨，根據羊絨混紡紗的特點采取以下措施：①同時考慮毛網質量和制成率，調整給毛長度和拔取隔距，使其取值偏小[9]；②喂入負荷不能太大，防止錫林分梳不清造成拉毛現象；③針對纖維有回縮特點，對錫林針進行重新排列，更有效清除毛粒和短毛。

精梳工藝遵循小隔距、輕定量、低車速的原則，精梳工藝參數見表4。

2.2.5 針梳工藝

在針梳工序中，使用二道針梳，遵守小隔距、小牽伸、輕定量、中車速工藝原則，三道、四道針梳工藝參數見表5。

表4 精梳工藝參數

表5 三道、四道針梳工藝參數

2.2.6 并條工藝

考慮到纖維長度離散大，為防止牽伸不勻、牽伸不開或牽伸過程中長纖維拉斷，調整并條隔距、后區牽伸倍數以及壓力棒調節環，采用逐步牽伸、小定量、小隔距、小牽伸倍數工藝原則。并條工藝參數見表6。

表6 并條工藝參數

在并條工序調整了牽伸區的牽伸皮輥，將原來分體式牽伸皮輥更換成整體式皮輥，有效防止了生產過程中皮輥的游動和套筒抖動，避免在生產過程中造成彎鉤纖維，條干不勻、紗疵、粗節及毛粒的產生。牽伸皮輥改造見圖3。

圖3 牽伸皮輥改造

2.2.7 粗紗工藝

由于羊絨混合后纖維長度差異大，導致羊絨長纖維束通過牽伸區時，出現長纖維被拉斷、出硬頭、牽伸不勻、條干差等弊病。為此，參照半精紡粗紗牽伸原理，對粗紗設備的牽伸區進行改造，膠輥改造見圖4?？梢钥闯觯瑢Υ旨喼辛_拉上方的膠輥進行重新設計，開槽形成滑溜牽伸，改變了羊絨混合后的受力狀況和摩擦力界分布，實現了長度差異大的纖維也能采用棉型粗紗機進行加工。粗紗工藝參數見表7。

表7 粗紗工藝參數

圖4 膠輥改造

2.2.8 細紗工藝

細紗工序以確保牽伸均勻、成紗條干均勻為目的，采用緊密紡紗提高紗線均勻度和成紗強力，采用小隔距、輕定量的工藝原則。細紗工藝參數見表8。

表8 細紗工藝參數

對于細紗設備的改造，一是參照粗紗牽伸區改造方法，對中羅拉上方的膠輥工作面上開設滑溜槽，形成滑溜牽伸，改善了羊絨纖維的受力狀況；二是采用加長上下銷的長度，改善牽伸區摩擦力界的分布，以保證羊絨短纖維在運動中能夠在指定的牽伸區范圍內運動。膠輥與下銷棒的改造見圖5。

圖5 膠輥與下銷棒改造

2.3 成紗質量指標

莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗成紗質量指標見表9。

表9 成紗質量指標

3 產品設計及性能測試

3.1 產品設計

采用本文開發的11.1 tex×3莫代爾/羊絨/舒彈絲45/30/25混紡紗，在德國Stoll橫機上編織試樣。橫機機號16，織物幅寬 50 cm，織物組織為緯平針，織物用于內衣面料。

3.2 織物性能測試

3.2.1 抗起毛起球性能

參照GB/T 4802.2—1997《紡織品 織物起球試驗 馬丁代爾法》,測試織物的抗起毛起球性能，測試結果為3～4級，說明該織物具有良好的抗起毛起球性能[10]。

3.2.2 保暖性

根據GB/T 30127—2013《紡織品 遠紅外性能的檢測與評價》，采用血液流速法及恒溫恒濕人體感受法測試織物遠紅外保暖性以及微循環改造性能[11]。測試結果為：織物的遠紅外發射率為0.90(標準為≥0.88),織物的遠紅外輻射溫升值為1.7 ℃(標準為≥1.4)，可以看出該織物具有優良的保暖性。

3.2.3 抗菌性

根據FZ/T 73023—2006《抗菌針織品》測試織物的抗菌性能，通過簡化洗滌條件與程序，進行50次洗滌(10個完整洗滌循環)[12]，然后對織物的抗菌性進行測試，測試結果為織物對金黃色葡萄球菌的抑菌率為99%(標準為≥80%)，對大腸桿菌抑菌率為77%(標準為≥70%)，對白色念珠菌的抑菌率為95%(標準為≥60%)?？梢钥闯?，織物具有優良的抗菌性能。

4 結 論

①通過對紡紗設備的改造，拓展了高支羊絨混紡針織紗的應用領域，大大提升了產品的附加值。

②通過工藝調整、設備改造、流程改造，實現了在不加助劑情況下，提高針織品抗起毛起球等級的效果。

③合成出粒徑為5 nm左右的遠紅外抗菌復合功能晶體，并成功對其改性，最終得到分散性好、尺寸分布均勻、晶種表面具有極性活性集團的功能晶種分散漿料，解決了當前無機納米材料在天然纖維應用中的團聚和界面結合2大瓶頸問題。

④采用納米技術和傳統整理工藝相結合，解決了在天然纖維尤其是羊絨纖維上賦予抗菌止癢、遠紅外等性能，并使得羊絨針織品功能高效且持久。