棉/芳綸包芯紗面料開發(fā)及性能

羅璟嫻,尉 霞,2,*,趙雅婷

(1.西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048;2.西安工程大學(xué)功能性紡織材料及制品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710048)

陽光中的紫外線照射在織物上,一部分從紗線間和纖維間的縫隙流出,另一部分的照射或被纖維吸收或被纖維反射。若紫外線長期照射,會(huì)使織物褪色,還會(huì)使部分纖維變黃變脆,從而導(dǎo)致強(qiáng)力下降,影響紡織品的使用壽命,因此紡織品的抗紫外線性能逐漸被重視[1-2]。

間位芳綸是一種耐高溫、阻燃性好的高性能、高模量化纖,但紫外線照射會(huì)導(dǎo)致間位芳綸分子鏈上酰胺基團(tuán)中C—N 鍵發(fā)生氧化而斷鏈,進(jìn)而導(dǎo)致間位芳綸的力學(xué)性能下降,最終造成產(chǎn)品變脆、龜裂和發(fā)黃,使用壽命縮短[3-7]。用抗紫外線整理劑生產(chǎn)成本高、對工藝要求高且存在毒性和刺激性,采用綠色天然環(huán)保的方式提高織物抗紫外線性能逐漸受到關(guān)注[8]。

天然染料茜草所含的茜根素和羥基茜素等是蒽醌類化合物,天然產(chǎn)物中大多數(shù)的蒽醌類化合物都含有羥基和酮基。茜草分子中有2個(gè)酮基C=O能吸收波長小于400 nm的紫外線,用這種天然染料染色可以吸收紫外線從而達(dá)到提高織物抗紫外線性能的目的[9]。

從紡紗工藝和染色工藝2方面出發(fā),開發(fā)棉/芳綸包芯紗面料。首先在芳綸單紗外包一層棉纖維,阻斷紫外線直接照射,從而起到保護(hù)芳綸的作用;再對織物用茜草進(jìn)行染色,通過染料吸收紫外線提高織物的抗紫外線能力,棉作為外包纖維同時(shí)也解決了芳綸難以染色的問題。此外,由于棉纖維具有良好的親水性和柔軟度,棉纖維的加入可以從透濕導(dǎo)濕等方面提高織物的舒適性[10-11]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

38 mm 芳綸短纖維;14.8 tex芳綸單紗;茜草;Fe-SO4,分析純。

1.2 包芯紗紡制

包芯紗紡紗工藝:開松→梳理(DHU A201型梳棉機(jī))→并條(AS271型并條試驗(yàn)機(jī))→粗紗(FA498型粗紗機(jī))→包芯紗(Merlin細(xì)紗機(jī))→定捻(YG(B)742D型汽蒸收縮測定儀)。

1.3 織造部分

以14.8 tex芳綸雙股線為經(jīng)紗,38 tex棉/芳綸包芯紗、38 tex芳綸/芳綸包芯紗為緯紗分別織造織物。織物上機(jī)參數(shù)見表1。

表1 織物上機(jī)參數(shù)

1.4 染色部分

采用水提法制備茜草染液。采用預(yù)媒法,選擇硫酸亞鐵(FeSO4)作為媒染劑,將芳綸織物放入4%(o.m.f)的媒染劑水溶液中,浴比1∶50,在75 ℃下進(jìn)行40 min,再將芳綸織物取出后水洗。將芳綸織物放入制成的茜草染液中,浴比1∶50,溫度80 ℃下染色80 min,反應(yīng)結(jié)束后將芳綸織物取出,水洗洗去表面少量雜質(zhì)和染液浮液,放入烘箱烘20 min。

1.5 性能測試

1.5.1 抗紫外老化性

(1)紫外光穩(wěn)定性

將織物置于PT-2030A 耐黃變試驗(yàn)箱中測試織物的抗老化性能。紫外光線強(qiáng)度為300 W,樣品與紫外燈的距離為15 cm。一般認(rèn)為70℃的材料在此箱內(nèi)試驗(yàn)3 h相當(dāng)于在自然環(huán)境中2個(gè)月紫外老化結(jié)果。按照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1部分:斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》測試織物老化前后的力學(xué)性能。

(2)K/S值

將試樣折疊一次,在不同位置測試3次K/S值,取平均值。

(3)色牢度

根據(jù)GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取?用褪色灰色樣卡評價(jià)染色芳綸織物經(jīng)紫外線照射后的色牢度。

1.5.2 舒適性能

(1)透氣性

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》測試織物透氣性,保證試樣無破損或受潮。

(2)透濕性

根據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品織物透濕性試驗(yàn)方法第一部分:吸濕法》測試透濕性,試樣直徑7.50 cm,試樣面積28.3 cm2,溫度23 ℃,相對濕度50%。

(3)導(dǎo)濕性

根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》測試織物導(dǎo)濕性,根據(jù)毛細(xì)效應(yīng)芯吸原理,試樣大小250 mm×3 mm,溫度27℃,時(shí)間20 min,測量芯吸高度。

(4)剛?cè)嵝?/p>

根據(jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品彎曲性能的測定第一部分:斜面法》測試織物剛?cè)嵝?試樣大小200 mm×25 mm。織物的剛?cè)嵝杂稍嚇拥目箯潉偠缺碚鳌?/p>

(5)保暖性

根據(jù)GB/T 11048—2008《紡織品生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測量》測量織物保暖性,試樣大小300 mm×300 mm,設(shè)置溫度37 ℃。

(6)抗靜電性

根據(jù)GB/T 12703.5—2010《紡織品靜電性能的評定第5部分:摩擦帶電電壓》進(jìn)行測定。試樣大小80 mm×80 mm,摩擦計(jì)時(shí)60 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗紫外老化性

(1)紫外光穩(wěn)定性

由于試樣的經(jīng)紗相同,都為雙股芳綸,而緯紗不同,因此只對試樣的緯向拉伸斷裂強(qiáng)度進(jìn)行討論。織物拉伸斷裂強(qiáng)力測試結(jié)果見表2。

表2 織物拉伸斷裂強(qiáng)度測試結(jié)果

由表2中可以觀察到,在不經(jīng)過紫外線照射的情況下,棉/芳綸和染色棉/芳綸的斷裂強(qiáng)力較芳綸/芳綸小,這是因?yàn)槊?芳綸包芯紗的強(qiáng)度比芳綸/芳綸包芯紗的強(qiáng)度要低,紗線原料中的棉作為天然纖維,它的強(qiáng)度本身不如芳綸纖維的強(qiáng)力大,所以造成織物的斷裂強(qiáng)力沒有純芳綸織物的斷裂強(qiáng)力大。棉/芳綸和染色棉/芳綸兩者斷裂伸長相似,說明染色對織物的斷裂伸長率影響不大。

在紫外照射箱中模擬3、6、12個(gè)月的紫外線照射,加速老化后,對3種試樣經(jīng)過不同時(shí)長紫外線照射的拉伸斷裂強(qiáng)度對比分析,測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 試樣經(jīng)紫外線照射后斷裂強(qiáng)力變化

由圖1可知,3種試樣的斷裂強(qiáng)力變化曲線隨著紫外線照射時(shí)間的增長都呈下降趨勢。芳綸織物經(jīng)紫外線照射后,表面的大分子鏈發(fā)生斷裂,結(jié)構(gòu)遭到破壞,因此強(qiáng)度下降。隨著紫外線照射時(shí)間的增加,芳綸纖維分子鏈斷裂的數(shù)量增多,強(qiáng)度下降的趨勢也越明顯。其中,純芳綸織物沒有經(jīng)過處理,紫外線照射時(shí)間越長,強(qiáng)力下降越明顯。經(jīng)過4.5、9.0、18.0 h紫外線照射后,強(qiáng)力分別降低2.0%、5.4%、11.7%。棉/芳綸包芯紗面料隨紫外線照射時(shí)長增加也持續(xù)降低,雖然棉在芳綸外層起到初步的隔絕作用,但由于棉對紫外線的吸收能力低,因而抗紫外線性能提升并不明顯。染色織物由于茜草染料能夠吸收紫外線,并且媒染劑中的Fe2+本身對紫外線也有一定的吸收作用,使得染色后的棉/芳綸包芯紗織物的抗紫外線性能最好,經(jīng)過4.5、9.0、18.0 h 紫外照射后,強(qiáng)力分別降低1.9%、4.3%、8.3%。

(2)色牢度

染色棉/芳綸包芯紗織物K/S值測試結(jié)果見表3。

表3 染色織物K/S 值測試結(jié)果

由表3可知,染色后織物的K/S值較小,說明織物染得的顏色較淺;L值較大,表明染色后織物的明度較高;a值說明了染色后織物帶有紅光;b值說明了染色后織物帶有黃光。

染色后的棉/芳綸包芯紗織物經(jīng)過不同時(shí)長紫外線照射后的色牢度測試結(jié)果見表4。

表4 色牢度測試結(jié)果

染色后的棉/芳綸包芯紗織物經(jīng)過不同時(shí)長紫外線照射后,織物顏色有所變化。織物在紫外線照射4.5 h和9.0 h 后的顏色基本保持不變,在紫外線照射18.0 h 之后,織物顏色稍有變化,織物褪色且色澤變暗,色牢度達(dá)到3～4級(jí)。總體來看,染色棉/芳綸包芯紗織物經(jīng)短時(shí)間紫外線照射的色牢度好,經(jīng)長時(shí)間照射后色牢度等級(jí)下降,主要是因?yàn)樵谧贤饩€的作用下,染料中的化學(xué)鍵發(fā)生改變或斷裂,使得染料發(fā)色體的結(jié)構(gòu)遭到破壞,表現(xiàn)出色變。

2.2 舒適性

2種包芯紗織物的舒適性能測試結(jié)果見表5。

表5 織物舒適性

由表5可知:

(1)棉/芳綸包芯紗織物的透氣性更好,透氣率增加7.6%。說明在同種織物組織的情況下,棉/芳綸織物能夠使更多的空氣穿過空隙。

(2)透濕性是水以蒸汽的形式透過面料的性能,及面料對氣態(tài)水的通透能力。織物透濕性與纖維自身吸濕性能有關(guān)。由于棉的存在使棉/芳綸包芯紗面料的透濕性更優(yōu)。棉/芳綸的透濕量大,較芳綸/芳綸提高了6.3%。

(3)棉/芳綸的緯向芯吸高度比芳綸/芳綸增加了16.9%,說明緯紗為棉/芳綸包芯紗的織物的導(dǎo)濕能力比純芳綸織物的導(dǎo)濕能力要好,水分更容易擴(kuò)散。這是由于包芯紗中外包部分的棉比芳綸具有良好的吸濕性,而芳綸纖維結(jié)構(gòu)中含有芳香環(huán),親水性官能團(tuán)少,相比棉纖維吸濕性較差。所以在人體出汗的情況下,棉/芳綸包芯紗織物的導(dǎo)濕性更好,能夠使汗液及時(shí)導(dǎo)出織物外,在導(dǎo)濕排汗方面更具優(yōu)勢。

(4)與純芳綸織物相比,棉/芳綸包芯紗面料織物的抗彎剛度下降24.7%,說明純芳綸織物的硬挺度更大,而棉/芳綸包芯紗面料織物更具柔軟性,手感更好,穿著舒適性更高。

(5)棉/芳綸比芳綸/芳綸保溫率下降36.9%,純芳綸織物的保溫率更高。由于芳綸是一種具有良好保暖性的纖維,純芳綸織物中的芳綸含量更高,因此純芳綸織物比棉/芳綸包芯紗面料的保暖性要好。

(6)2種織物的摩擦帶電電壓值差別不大。棉是天然纖維,纖維上含有較多親水性基團(tuán),而纖維越吸水,其抗靜電性越好。芳綸屬于化纖,是高分子聚合物,易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象,所以棉的抗靜電能力比芳綸優(yōu)秀。由于在紡紗前已對作為外包部分的芳綸短纖維用抗靜電劑處理過,增強(qiáng)了芳綸纖維的抗靜電性能,進(jìn)而提高了純芳綸織物的抗靜電性。

3 結(jié) 論

(1)棉/芳綸包芯紗織物的透氣性、透濕性、導(dǎo)濕性、柔軟性等較純芳綸織物更優(yōu),整體提高了織物的舒適性。

(2)經(jīng)天然染料茜草染色后的棉/芳綸包芯紗織物在紫外線照射后拉伸斷裂強(qiáng)度下降率最低,與純芳綸織物相比大大提高了織物抗紫外老化性能。