混紡比對備長炭/棉混紡紗及其針織物性能的影響

田西西 方 萌 陳倩鈺 林惠婷

1. 泉州師范學(xué)院 紡織與服裝學(xué)院, 福建 泉州 362000;2. 福建省纖維檢測中心 紡織產(chǎn)品檢測技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350000

隨著衛(wèi)生保健意識的不斷增強(qiáng),人們在服飾穿戴方面更加注重健康環(huán)保,因此對紡織品在綠色環(huán)保、無菌除臭性等方面也提出了更高的要求。基于此,開發(fā)具有除臭性能的織物具有很高的市場價(jià)值[1-2]。

目前,市面上的除臭紡織品以采用除臭纖維為原料織制的織物或?qū)ΤＲ?guī)織物進(jìn)行除臭整理的為主[3]。一些天然纖維具有良好的除臭性能,如以蛋白質(zhì)為主要成分的天然羊毛纖維,即具有較好的除臭效果[4]。合成纖維中具有除臭性能的纖維主要有尼龍、除臭黏膠纖維、光觸媒滌綸、甲殼素纖維等[5-8]。

備長炭纖維是采用優(yōu)質(zhì)備長炭提取物與纖維素顆粒混合制備而成的一種新型功能性纖維。這種纖維具有黏膠纖維特有的纖維素纖維特性,同時(shí)具備納米級炭粒優(yōu)異的吸附性能。纖維縱向表面附著有纖維素顆粒并存在細(xì)小的孔洞,橫截面上也含有許多不規(guī)則的細(xì)小孔洞,這些孔洞能與空氣接觸并吸附具有不良?xì)馕兜奈镔|(zhì),產(chǎn)生除臭作用[9]。目前,備長炭纖維與其他纖維的混紡產(chǎn)品還較為少見,其相關(guān)的研究也不多[10]。基于此,本文以備長炭纖維為研究對象,將備長炭與棉纖維按不同的質(zhì)量比混紡,制備多種不同混紡比的備長炭/棉混紡紗,并與純備長炭、純棉及純普通黏膠紗線進(jìn)行對比,分析備長炭纖維的紡紗性能,再將備長炭/棉混紡紗織制成針織物,探討備長炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)對備長炭/棉針織物頂破性能與除臭性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

纖維原料:以備長炭纖維、棉纖維和普通黏膠纖維為原料,分別紡制不同纖維原料組分的紗線。3種纖維原料的規(guī)格與基本性能如表1所示。由表1可以看出,備長炭纖維的線密度略小于棉纖維,與普通黏膠纖維相同,斷裂強(qiáng)度(3.26 cN/dtex)高于普通黏膠纖維。備長炭纖維的體積比電阻略大于普通黏膠纖維和棉纖維,表明其具有較好的抗靜電性能。

表1 纖維原料規(guī)格與基本性能

試劑:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水(分析純);質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%的醋酸(分析純)。

1.2 試驗(yàn)儀器

DHU A201型小樣清梳聯(lián)合機(jī),DHU A301型小樣并條機(jī),DHU A401 型粗紗試驗(yàn)機(jī),DHU A501型環(huán)錠細(xì)紗試驗(yàn)機(jī),YG005E型電子單纖維強(qiáng)力機(jī),YG321型纖維比電阻儀,YG021DL型電子單紗強(qiáng)力機(jī),SY1000HD型條干均勻度測試分析儀,YG031D型彈子頂破強(qiáng)力儀,WF-52CJB型全自動針織橫機(jī),抽濾瓶,膠塞,軟管,ZG-100型采樣器,燒杯,移液槍,量筒,北川式氨氣檢知管和醋酸檢知管(北京合悅達(dá)科技有限公司,氨氣檢測范圍為5～260 μL/L,醋酸檢測范圍為0.5～125.0 μL/L)。

1.3 紗線原料設(shè)計(jì)

開發(fā)備長炭/棉混紡紗,使紗線在具有備長炭纖維優(yōu)異的吸附性能的同時(shí),融合棉纖維的優(yōu)點(diǎn),從而在降低生產(chǎn)成本的同時(shí),實(shí)現(xiàn)備長炭纖維更廣泛的應(yīng)用。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了3種不同混紡比的備長炭/棉混紡紗,同時(shí)制備了純備長炭、純棉及純普通黏膠紗線進(jìn)行對比。紗線原料設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 紗線原料設(shè)計(jì)

1.4 紡紗工藝流程

本文采用散纖維混合的方式將纖維原料充分混合均勻。由于纖維定量較小,故將梳棉機(jī)的錫林和刺輥速度設(shè)置為慢速,以減少纖維損傷及纖維間的纏結(jié),提高生條質(zhì)量。并條工序采用2道并合,每次并合4根條子。粗紗捻度設(shè)定為50 捻/m,錠翼速度為210 r/min。紡制的紗線(細(xì)紗)線密度為60 tex,錠速為6 000 r/min,前區(qū)牽伸倍數(shù)為10,總牽伸倍數(shù)根據(jù)粗紗定量和細(xì)紗線密度進(jìn)行微調(diào),細(xì)紗捻度設(shè)定為600 捻/m。

1.5 針織物織制

使用WF-52CJB型全自動針織橫機(jī),分別將表2所示的6種紗線織制成緯平針針織物,織物橫密為30列/(5 cm),縱密為45行/(5 cm),橫機(jī)號數(shù)為14。

1.6 紗線性能測試

在測試紗線試樣性能前,將其放置在溫度為(20±2)℃、相對濕度為(65±2)%的恒溫恒濕室中調(diào)濕24 h以達(dá)到平衡狀態(tài)。紗線拉伸性能測試在YG021DL型電子單紗強(qiáng)力機(jī)上進(jìn)行,參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(CRE法)》測試。采用等速伸長(CRE)的方式,拉伸速度為(500±10)mm/min,夾持距離為(500±2)mm,預(yù)加張力為(0.5±0.1)cN/tex,每種試樣測試30次,結(jié)果取平均值。紗線條干均勻度采用SY1000HD型條干均勻度測試分析儀測試,參照GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗(yàn)方法 第1部分:電容法》測試。測試速度為100 m/min,每種試樣測試10次,結(jié)果取平均值,獲得紗線條干、毛羽指數(shù)、棉結(jié)數(shù)、粗細(xì)節(jié)數(shù)等指標(biāo)的測試結(jié)果。

1.7 織物頂破性能測試

采用YG031D型彈子頂破強(qiáng)力儀,根據(jù)GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測定 鋼球法》進(jìn)行試驗(yàn),試樣直徑為6 cm,夾布圓環(huán)內(nèi)徑為2.5 cm,彈子直徑為2 cm,試驗(yàn)機(jī)下降速度為10 cm/min。試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下進(jìn)行,每種試樣測試5次,結(jié)果取平均值。

1.8 除臭性能測試

紡織材料除臭性能的測試方法有很多,如檢知管法、氣相色譜法、冷凝取樣分析法等[11]。檢知管法是利用一支帶刻度的玻璃管來檢測待測氣體濃度的方法。玻璃管內(nèi)填充有能與待測氣體發(fā)生顯色反應(yīng)且顏色變化正比于待測氣體濃度的顆粒狀化學(xué)物質(zhì)。將試樣與異味氣體接觸規(guī)定時(shí)間后,用檢知管分別測定含有試樣和不含試樣時(shí)異味氣體的濃度,再通過式(1)計(jì)算異味氣體濃度減少率(即除臭率)[12]。

(1)

式中:QORR為除臭率;W1為含有試樣時(shí)異味氣體的濃度(體積分?jǐn)?shù));W2為不含試樣時(shí)異味氣體的濃度(體積分?jǐn)?shù))。

檢知管法是一種簡單、快速且低成本的檢測方法。本文采用檢知管法進(jìn)行備長炭/棉混紡針織物的除臭性能測試。

測試前,將待測織物裁剪成10 cm×10 cm大小的試樣備用。取2個干凈且干燥的容量為1 L的抽濾瓶,分別編號為1號和2號。用移液槍抽取0.05 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水,加入2 mL的水稀釋,并密封、靜置使其與水均勻混合。同樣地,用移液槍抽取0.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.7%的醋酸,加入2 mL的水稀釋,密封、靜置使其與水混合均勻。用移液槍向1號抽濾瓶中加入稀釋后的氨水0.1 mL,向2號抽濾瓶中加入稀釋后的醋酸0.5 mL,用軟管塞住抽濾瓶使其密封。待氣體在抽濾瓶內(nèi)部揮發(fā)2 h后,將氨氣檢知管的一端連接在采樣器上,另一端插入1號抽濾瓶的瓶嘴處,速率均勻地抽取抽濾瓶中的氣體100 mL,直至氨氣檢知管的讀數(shù)穩(wěn)定,讀取不含織物試樣的1號抽濾瓶內(nèi)氨氣的濃度W2A。同樣地,采用醋酸檢知管檢測不含織物試樣的2號抽濾瓶內(nèi)醋酸的濃度W2B。分別向1號和2號抽濾瓶中加入織物試樣,2 h后再分別用對應(yīng)的檢知管抽取抽濾瓶中的氣體,讀取含織物試樣的1號抽濾瓶內(nèi)氨氣的濃度W1A和含織物試樣的2號抽濾瓶內(nèi)醋酸的濃度W1B,再通過式(1)分別計(jì)算氨氣和醋酸的濃度減少率。

2 結(jié)果與討論

2.1 紗線性能

表3所示為6種不同紗線試樣的拉伸性能和條干均勻性對比。從表3可以看出,純備長炭紗線的斷裂強(qiáng)度小于純普通黏膠紗線和純棉紗線,這可能與纖維原料的斷裂強(qiáng)度及成紗條干均勻度有關(guān)。當(dāng)備長炭與棉的混紡比為50∶50時(shí),備長炭/棉混紡紗的斷裂強(qiáng)度較其他2種混紡比混紡紗的略大。棉纖維的斷裂強(qiáng)度高于備長炭纖維的,理論而言,備長炭/棉混紡紗的斷裂強(qiáng)度高于純備長炭纖維紗的,但試驗(yàn)結(jié)果并非如此。這可能是因?yàn)槊蘩w維屬于天然纖維,其長度離散度較大,且與備長炭纖維的長度相差較大,使得散纖維混紡過程中同時(shí)控制好2種纖維的難度較大,從而影響了紗線強(qiáng)度。純備長炭紗線的條干不勻率CV值和粗、細(xì)節(jié)數(shù)等指標(biāo)均高于純普通黏膠紗線。3種備長炭/棉混紡紗中,隨著備長炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,紗線的條干不勻率CV值和毛羽指數(shù)均逐漸減小。這可能與備長炭纖維較長且長度整齊度良好,提高了紗線的條干均勻度,降低了紗線毛羽指數(shù)有關(guān)。從紗線的粗、細(xì)節(jié)數(shù)來看,純備長炭紗線優(yōu)于純棉紗和備長炭/棉混紡紗。當(dāng)備長炭和棉纖維的混紡比為50∶50時(shí),所得混紡紗的粗、細(xì)節(jié)較少,整體質(zhì)量較好。

表3 不同紗線試樣的性能對比

2.2 頂破性能

頂破性能優(yōu)劣關(guān)系到織物的耐用性能。表4為不同混紡比備長炭/棉針織物的頂破強(qiáng)力測試結(jié)果。由表4可知,純備長炭針織物的頂破強(qiáng)力低于純棉織物,這與備長炭纖維及其純紡紗線的斷裂強(qiáng)度均低于純棉纖維及純棉紗線這一結(jié)果一致。3種備長炭/棉針織物中,隨著備長炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,其針織物頂破強(qiáng)力略有增大。

表4 不同混紡比備長炭/棉針織物的頂破強(qiáng)力

2.3 除臭性能

測試不同混紡比備長炭/棉針織物對氨氣和醋酸的除臭率,結(jié)果分別如圖1和圖2所示。

圖1 不同混紡比備長炭/棉針織物對氨氣的除臭率

圖2 不同混紡比備長炭/棉針織物對醋酸的除臭率

從圖1可以看出,忽略抽濾瓶密封不嚴(yán),首次抽取氣體存在漏氣等因素的影響,純棉和純普通黏膠針織物對氨氣沒有表現(xiàn)出明顯的除臭效果,而含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的備長炭/棉針織物對氨氣的除臭率即可達(dá)到69.75%。3種備長炭/棉混紡針織物中,隨著備長炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,備長炭/棉針織物對氨氣的除臭率增大,除臭效果提升。純備長炭針織物的除臭率相比備長炭/棉(30/70)針織物的提高了18.59%。由圖2可知,純普通黏膠針織物和純棉針織物對醋酸的除臭效果也不明顯,而純備長炭針織物對醋酸有較好的除臭作用,但除臭率低于對氨氣的除臭率。3種備長炭/棉針織物中,隨著備長炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,備長炭/棉針織物對醋酸的除臭率增大,且增大幅度較對氨氣除臭率的增大幅度更明顯。純備長炭針織物對醋酸的除臭率相比備長炭/棉(30/70)針織物對醋酸的除臭率提高了256.29%。

3 結(jié)語

為探討備長炭纖維產(chǎn)品的性能,設(shè)計(jì)并紡制了不同混紡比的備長炭/棉混紡紗,并將其織制成緯平針針織物,測試和比較了純備長炭紗線、純棉紗線、純普通黏膠紗線及3種不同混紡比備長炭/棉混紡紗的性能及其針織物的頂破性能與除臭性能。研究結(jié)果表明,純備長炭紗線的斷裂強(qiáng)度低于純普通黏膠紗線和純棉紗線;備長炭與棉纖維的混紡比為50∶50時(shí),混紡紗的斷裂強(qiáng)度較高。備長炭/棉混紡紗的條干不勻率CV值和毛羽指數(shù)均隨著備長炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而減小,當(dāng)備長炭與棉纖維的混紡比為50∶50時(shí),混紡紗的粗、細(xì)節(jié)較少,整體質(zhì)量較好。備長炭/棉針織物頂破性能的變化規(guī)律與其相應(yīng)紗線的力學(xué)性能基本一致:純備長炭針織物的頂破強(qiáng)力低于純棉針織物;3種備長炭/棉針織物中,隨著備長炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,其針織物頂破強(qiáng)力略有增大。此外,備長炭/棉針織物對氨氣和醋酸均有良好的除臭作用,且對氨氣的除臭效果更好。隨著混紡紗中備長炭纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大,備長炭/棉針織物對氨氣和醋酸的除臭率增大。