火山巖纖維在功能性面料中的開發應用

周群娣,趙 敏,石之夢

(1.江蘇工程職業技術學院,江蘇 南通 226006;2.紹興市博爾森紡織品有限公司,浙江 紹興 312000)

隨著社會經濟及高科技的發展,人們對生活水平的要求也越來越高,在紡織面料市場中,功能性面料備受追捧。所謂的功能性面料是指通過賦予面料新功能,使面料具有了常規面料所不具備的特殊作用及超強性能。如具有記憶、保溫、防風、防水、免燙等舒適功能;具有抗菌、防螨、抗病毒、負離子保健等健康功能;具有耐低溫、抗紫外線、阻燃、抗靜電等安全功能。

開發的面料選用具有高強蓄熱力且抗菌的火山巖纖維和黏膠纖維混紡紗作為經紗,蠶絲纖維和竹纖維混紡紗為緯紗織造而成。通過這些纖維的組合,纖維間的性能得以優勢互補,再經過面料的后整理,開發出一款既有抗菌健康功能,又輕薄保暖的男式襯衣面料。產品具有持久的抗菌保暖效果,且柔軟親膚舒適,綠色環保,是一款高檔高品質的功能性服裝面料。

1 抗菌保暖機理

火山巖纖維是通過一種技術方法將火山巖納米粉體融入滌綸纖維中的新型纖維,纖維中富含硅、鋁、鈣等多種礦物元素和銅、鋅、鉻、鎳、錳等人體健康的必備元素,對人體有益,具有一定的保健功能。

1.1 火山巖纖維保暖機理

常用的保暖機理是通過阻止人體熱量的流失而達到保暖效果,但面料很厚重,如棉絮、羽絨、裘皮及各類化纖絮片等,穿上臃腫不美觀;也可利用發熱纖維制織的保暖面料達到保暖效果。發熱纖維是能自行產生熱量且保暖的新型纖維,它不僅能充分發揮傳統纖維阻止熱量散發的功能,更具有吸收并儲存外界熱量且向人體傳遞熱量的功能。從其發熱機理來看,發熱纖維有吸濕發熱、光能發熱、化學放熱、電能發熱等類型[1]。

火山巖纖維是使用了一種名為“核殼結構雙技能粉體”的專利制造技術,將火山巖和有機植物碳化材料通過高溫碳化成粉,再將火山巖粉末、有機植物碳化材料研磨成納米粉體顆粒后,制成了一種含有“微量金屬元素+碳化材質”的復合結構纖維。

1.1.1 吸熱蓄熱

由于纖維具有納米粉體特殊的微多孔結構以及強大的比表面積,因此能夠吸收更多的熱量。同時火山巖復合物粉體富含金屬元素,這些復雜結構的金屬化合物很容易吸收熱能,因此具有超強的蓄熱能力,同時還能釋放有益人體的遠紅外線,促進人體微循環的改善[2]。

1.1.2 輕蓬保暖

獨特的纖維生產工藝,造成凹凸不平的樹皮纖維表面,無限放大纖維的比表面積,不但能增加吸熱量,還能鎖住更多的靜止空氣,減少熱對流,形成保溫層,增強保暖性。這種特殊表面結構使得纖維更加蓬松保暖。

總之,火山巖纖維能吸熱蓄熱,鎖住溫度,加上制成面料后本身也有較強的熱阻,能形成一層較強的保暖層,所以產生類似“發熱”的效果;人體本身也是個發熱體,保暖層鎖住人體的溫度,減少熱能對外的輻射,形成較強的保暖效果。

1.2 抗菌機理

常見的抗菌面料有兩種機理:一種是進行抗菌后整理,如用抗菌整理劑對面料進行浸泡定型等方法,優點是工藝相對簡單,種類比較多;缺點是持久性不夠,尤其是服用性面料,經過有限次數的洗滌后,抗菌功能逐漸消失,同時抗菌整理劑對面料的舒適性有影響,難以成為高檔服裝面料。另一種是選擇抗菌纖維和其他纖維混紡,達到功能性的同時又能保持其他纖維的自有屬性與品質,可以開發出相對高檔高品質的服裝面料。火山巖纖維就是一種新型的抗菌纖維。

火山巖超高溫融合的復合粉體中,含有多種金屬元素。金屬離子均有一定的抑制細菌生長的作用,尤其火山巖中還富含鋅離子元素,能起到有效的抑菌抗菌作用,呵護人體的肌膚。

2 產品設計

設計的抗菌保暖面料主要用于高檔男裝襯衣,除了利用火山巖纖維達到抗菌保暖的功能外,面料還應該具備良好的保型性、舒適性、柔膚性,還要具有高檔高品質的光感和絲滑感,因此設計時需要考慮多種纖維組合且比例合理分配,以達到各種功能要求。

2.1 設計要點

2.1.1 抗菌性

抗菌纖維的種類比較多,開發的產品選用火山巖高強蓄熱纖維,它是經過權威機構檢測合格,具有抑制金黃色葡萄球菌、白色念珠菌、大腸桿菌的功能,而且指標遠遠超過標準值。

2.1.2 保暖性

采用的火山巖纖維,經權威機構檢測遠紅外發射率0.95,高于標準值0.88;遠紅外輻射升溫值達1.9,高于標準值1.4;負離子的發生量是771,在標準值范圍550～1 000中屬于中高水平,吸熱蓄熱性能非常好。

開發的功能面料中選用火山巖纖維60/黏膠纖維40混紡紗為經紗,在整體面料中火山巖纖維含量達到35%,遠超過功能纖維含量20%的標準值,完全保證該面料中抗菌保暖功能的充分發揮。火山巖纖維價格偏高,因此面料的成本較高。

2.1.3 服用性

2.1.3.1 舒適親膚性

開發的面料含多種纖維組分,組分中選用的纖維素纖維最多,占47%,還有6%的蛋白質纖維桑蠶絲。這些纖維吸濕透氣,穿在身上舒適,保證了面料的親膚性,但纖維素纖維容易起皺,保形性不好,因此在纖維組分中增加了一些聚酯纖維。

2.1.3.2 柔軟性

影響面料柔軟性的因素有面料的組織和紗線捻系數。織物組織為斜紋,斜紋織物交織頻次少,織物柔軟,適合服用面料;紗線的捻度對柔軟性影響也很大,捻度小,紗線柔軟,面料的手感也柔軟。經紗的捻度為110捻/(10 cm),緯紗的捻度為106捻/(10 cm)。

2.1.3.3 柔和光感與絲滑手感

為了提高面料的檔次,在纖維中加入了適當比例的桑蠶絲。桑蠶絲的柔和光感及爽滑的手感,使面料的色澤柔和,手感絲滑,有效提高了面料質感,使面料檔次得到很大提高,同時增強了面料的親膚性。

2.1.3.4 保形性與彈性

為了使襯衣面料具有保形性與彈性,在纖維中加入了適當比例的聚酯纖維與氨綸絲。由于纖維素纖維抗皺性差,而聚酯纖維具有抗皺保形性,所以二者結合,取長補短,使面料挺括有型;紗線中加入氨綸絲,使面料具有彈性,穿著更舒適,自由不緊繃。

2.1.4 綠色環保性

火山巖纖維中添加的是純天然無機納米粉體,且纖維制成液可循環回收使用,因此纖維具有綠色環保性,其他選用的纖維也具有綠色環保性,故該功能性面料具有綠色環保性。

2.2 工藝參數

成品經密708根/(10 cm)(180根/in),成品緯密413根/(10 cm)(105根/in),成品幅寬145 cm(57 in)。經紗穿入根數為3,邊經穿入數為4,使用15片綜框,上機筘幅為180 cm。

經紗為11.7 tex(50s)火山巖黏膠混紡發熱紗,混紡比為火山巖纖維/黏膠60/40,原色。緯紗有2種,一種為原色氨綸包芯紗,由14.6 tex(40s)滌竹混紡紗+4.44 tex(40 D)氨綸彈力紗構成,比例為50/50;另一種為11.7 tex(50s)竹纖維桑蠶絲混紡紗,混紡比為竹纖維/桑蠶絲70/30,原色。整塊面料的成分35%火山巖纖維、23%黏膠、24%竹纖維、10%滌綸、6%桑蠶絲、2%氨綸。織物組織選用有質感的斜紋小機理組織,如圖1所示,緯紗的排列比為1∶1。

圖1 組織圖

3 坯布織造

3.1 經紗混紡

3.1.1 清花工序

所用機器:FA1001圓盤抓棉機,FA029多倉機,FA1131清花機。由于火山巖纖維較短、毛燥,黏膠纖維吸濕性強,因此要控制好車間內的溫濕度。車間溫度一般控制在28℃,濕度63%,在成卷后再做平衡回潮。本工序確保火山巖纖維與黏膠纖維的充分均勻混合,并且達到除雜去短纖的效果,為后道工序打基礎,是保證紗線質量的根本。

3.1.2 梳棉工序

采用A186G梳棉機,車間的溫度是28℃,濕度59%。設備的速度50 m/min,定量為12 g/min,定期進行設備的維護保養。為使纖維均勻順直排列,速度不能快,濕度也不能大。

3.1.3 并條工序

采用FA316A并條機,分頭并、二并,進一步對纖維進行梳理、牽伸,車間溫度27℃,濕度70%。設備速度140 m/min,定量為17～12 g/(10 m)。為使纖維均勻順直排列,速度不能快,避免纖維纏繞并導致成紗毛粒,濕度也不能太大。

3.1.4 粗紗工序

采用FA497粗紗機,進行定量牽伸,少量加捻,增加棉條強力,一般定量2.5～3.5 g/(10 m),車間溫度控制在27℃,濕度在63%。

3.1.5 細紗工序

選用賽緊紡,TH518型細紗機,結合了賽絡紡和緊密紡的優點,條干CV值2.20,粗節4.13,細節指標達到0.23,結構緊密,耐磨性好,毛羽更少,紗線光潔,3mm以上有害毛羽更少,捻度是110捻/(10 cm),車間溫度32℃,濕度62%,細紗生產過程中注意皮輥沾花,芋子成型良好。

3.2 緯紗紡制

緯紗中含有短纖混紡紗及氨綸包芯紗,其紡制方法為對應品種的常規紡制方法。

3.3 絡筒部分

采用賜來福絡筒機,絡筒速度控制在550 m/min,絡筒工藝使用“中等張力、低速度”。考慮經紗中的火山巖納米粉體顆粒容易產生靜電,經紗易起毛起球;緯紗中含桑蠶絲,紗線強力稍弱,容易斷頭。因此絡筒時要使用“中等張力、低速度”,盡量減少斷頭及靜電的產生。絡筒時車間溫度27℃,濕度62%,確保紗線質量穩定。

3.4 整經部分

采用分批整經。

3.4.1 漿紗工序

由于經紗是11.7 tex單紗,紗支細,單紗強力低,同時織物的密度高,織造時經紗之間摩擦會加劇,對紗線的強力要求也增加,因此漿紗是必要工序。漿紗采用復合分絞,這種方式對高支高密織物的生產尤為重要,因為紗線經過上漿后容易黏連到一起。如果漿紗后并絞頭嚴重,不能把黏在一起的紗線徹底分開,織造過程中易造成開口不清、起毛,增加織機的斷頭,從而產生跳花、跳紗等三跳疵點,影響織造生產效率和產品質量。復合分絞漿紗就能將上漿后的紗線分開得比較徹底。

3.4.2 整經工序

使用ASGA229整經機。整經的速度對經紗張力起主導作用,根據面料中紗線線密度、單紗強力合理選擇整經線速度,速度過高,會增加經紗斷頭,影響織機效率。由于紗線經過了漿紗,單紗強力較強,又是分批整經,整經速度較快,整經速度為550 m/min。

3.5 穿經部分

使用(13+2)片綜框,布邊穿綜順序為1,2,布身穿綜順序為3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15一個穿綜循環13根,合計穿775個循環。

3.6 織造部分

織布采用星耀噴氣織機,車速600 r/min。該織機開口機構性能優越,織機運動平穩;典型的機電一體化電子多臂系統,用微型計算機控制織物花紋,快速控制復雜花型,性能更優越;選用PLC西門子可編程序的程序控制器,提高織機穩定性和抗干擾性,減少了設備故障;斷經檢測更靈敏,根據用戶設定的斷經停車角度和絕對值式光電編程碼器的角度信號,實現定位停車。根據經紗火山巖纖維的特殊性,調節了PLC對停經片的靈敏度,準確實現定位停車,有效提高產品質量和織物的品質[3]。

4 染色及后整理

4.1 染色前處理

染色前處理工藝流程為:退漿→燒毛→預縮。

退漿要做到對纖維無損傷,這樣才能使火山巖纖維及其他組分纖維的特性充分發揮,故選用酶退漿法。同時酶用量少,退漿效率高,不會造成污染,環保性能好。

4.2 染色部分

產品在染色時選用合適的染料很關鍵。根據織物原料成分,選用的染料有活性染料、分散染料。面料成分里面含有蛋白質纖維、纖維素纖維、聚酯纖維,應選用各自最佳染料,并且相互不沖突的染料進行繩狀染色,使染料能充分吸收,顏色均勻。

4.3 染色后處理

染色后處理的工藝流程為:定型→磨毛→軋光→罐蒸。

(1)定型是將面料幅寬進行烘干定型,使面料形態穩定。此功能面料在脫水定型期間要增加一些提高面料柔軟、滑爽手感的助劑。為了使火山巖纖維保暖抗菌功能充分展現,應選擇偏向于中性的助劑,兼具環保。

(2)磨毛是用砂磨輥將面料反面磨出一層短而密的絨毛,加強面料親膚性,提高面料柔和度。

(3)軋光是為了使面料表面光滑,光澤增強,手感柔軟,提升面料的質感。

(4)罐蒸是為了促使面料里各種纖維的功能性得以充分展現,這樣面料就可以進入后面的檢驗包裝環節,然后進入服裝生產線。

5 結束語

火山巖保暖抗菌機理面料在設計織造生產過程中,主要注意以下幾點。

(1)火山巖高強蓄熱纖維的混紡比例可適當高于標準值,使保暖抗菌性充分發揮,得到性能最優的價值體現。

(2)火山巖纖維的價格偏高,在設計中既要考慮到面料的服用性,還要考慮纖維檔次的匹配度,以提升品質與檔次。

(3)作為襯衣面料,應保證充分的舒適性、挺括性,在考慮纖維混合比例時應兼顧各種纖維性能,做到優勢互補,充分展現。

(4)火山巖是納米粉體,在紡紗生產過程中溫濕度保證適宜,車間溫度控制在27～32℃,相對濕度偏大,控制在45%～70%,保證在紡紗織造過程中纖維平順,避免產生二次粉塵,使得功能降低。另外在細紗時相對濕度應該偏大45%即可,避免纏繞皮輥。

通過上述工藝措施,火山巖纖維功能面料的抗菌性、保暖性、舒適性、挺括性、彈性、絲滑感都得到了充分體現。成品面料經權威機構檢測,抗菌保暖指標檢測的數據都符合國標要求,受到了市場的青睞和消費者的喜愛。