有机棉纯纺机织面料的性能研究

孔繁荣+陈莉娜+赵春生

摘要：设计生产了 4 种有机棉纯纺织物，对比分析了相似规格的普通棉织物的机械和服用性能，并通过灰色聚类分析了 4 种有机棉织物的综合性能，得出通过改变织物的规格可以改善环锭纱有机棉织物的力学性能，采用紧密纱可明显提高有机棉织物的力学性能，普通棉织物和有机棉织物二者在服用性能上相差不大。

关键词：有机棉；机械性能；服用性能；灰色聚类

中图分类号：TS186 文献标志码：B

A Study on Organic Cotton Fabrics

Abstract： Four kinds of pure organic cotton fabrics are produced， their physical properties and wearability are analyzed by comparing with ordinary cotton fabric， and the comprehensive performance of these four kinds of organic cotton fabric is calculated by grey clustering analysis. The conclusion is that the mechanical properties of organic cotton fabric made of ring-spun yarn can be improved by changing fabric specifications and the mechanical properties can be significantly improved by using compact yarn. There is not much difference in wearablity between ordinary cotton fabric and organic cotton fabric.

Key words： organic cotton， mechanical properties； wearability； grey clustering

有机棉是一种不使用任何杀虫剂和转基因产品而进行生产和加工，并经独立认证机构认证的原棉。由于有机棉品质指标相对普通棉的质量较差，所以市场上较多地应用在针织物及混纺面料上，这就限制了有机棉的应用领域。我国有机棉栽培的起步较晚，需进一步加快培育有机棉的品种，扩大有机棉的种植面积，开发有机棉的系列产品，这样才能形成产业扩大国际、国内市场。

1 试验

1.1 试验所用材料的基本规格

表 1 所列为设计生产的 4 种有机棉纯纺织物及其对比试样的基本规格，其中1#、2#、7#和8#织物中所用纱线为环锭纺纱，3#、4#、5#和6#采用的为紧密纺纱。

1.2 试验条件与仪器

织物的强伸性能：HD026电子式织物强力仪。采用扯边纱条样法，经向和纬向各取 5 个试样。

织物的耐磨性：Y522型圆盘式织物平磨仪。将织物裁成直径为125 mm的圆形试样，在试样中央剪一个小孔，共裁 5 个试样，试样上不能有破损。试验次数设定为200次。

织物的透气性：YG461Z型全自动透气性能测试仪。测试试样面积为20 cm2，100 Pa压降。

织物的折皱回复性：YG541E型全自动织物折皱弹性仪。垂直法，以测得的经向和纬向回复角度和来表示织物的折痕恢复能力。

织物的悬垂性：YG811织物悬垂性测定仪。得到试样投影图，通过描图求悬垂系数。

织物的硬挺度：LLY-01B型电脑控制硬挺度仪。斜面法，测得弯曲长度，由公式计算出抗弯刚度。

织物的保温性：YG606型平板式保温仪。测定试验板在一定时间内保持恒温所需要的加热时间，计算试样的保温率、传热系数和克罗值。

织物的光泽度：YG804型织物光泽仪。测得来自织物的正反射光和漫反射光，计算得到织物的对比光泽度。

织物的芯吸性能：YG871型毛细管效应测定仪。把试样垂直放置在导湿测试仪中，静止放置一定时间后测试水分上升高度，用芯吸高度表示芯吸性能。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果与性能分析

由上述试验仪器与条件下所得的测试结果如表 2 所示。

影响织物强伸性和耐磨性的因素有织物结构、纱线性能及纤维性能，由表 1 可知织物的基本规格是相似的，而有机棉纤维及纱线的强伸性均低于普通棉。从表 2 可知，1#和2#的强伸性和耐磨性相差不大；3#和5#织物采用的是紧密纺有机棉纱，因此强伸性和耐磨性均有不同程度的提高；7#织物的密度虽然比8#大，但其经纱细度相对较细，因此两者的强伸性和耐磨性能相差不大，有机棉织物稍差于普通棉织物。3#和5#织物采用了紧密纺有机棉纱，可以看出明显改善了织物的强力和耐磨性。

因为织物的透气性主要取决于织物中空隙大小和多少以及织物厚度，织物紧度大、厚度大的透气性略差。从表 2中的数据可得，1#和2#织物的透气性相差较小，3#和5#采用紧密纺纱线在一定程度上减小了纱线的蓬松度，在织物紧度差不多的情况下透气性稍差一些，7#的紧度比8#大得多，因此织物的透气性最差。

由表 2 可以看出，相似规格的有机棉织物和普通棉织物的抗皱性能相差很小。因为织物的抗皱性能主要取决于织物中纤维本身的弹性和织物结构。由于有机棉纤维的断裂伸长率小于普通棉纤维，所以纤维本身的弹性要稍差一些，也会使得织物的抗皱性稍差一些；织物的厚度越厚，经纬密度越大，织物的回复性越好，在设计织物时，要充分考虑到纤维本身的缺点，可通过织物组织设计来改善织物抗皱性，例如织物组织选用浮长线较长的缎纹等组织相较于紧密的平纹组织，其织物的抗皱性可以得到很大改善。

由表 2 可以看出，相似规格的有机棉织物和普通棉织物的悬垂性能和硬挺度相差很小。因为织物的悬垂性和硬挺度主要取决于织物中纤维的刚柔性和织物结构。同样是棉纤维，其刚柔性相差不大，但有机棉纤维细度稍大，纤维刚度也略大，降低了织物的悬垂性；当织物厚度和紧度增加时，织物的悬垂性也会变差。因此设计织物时为了取得良好的悬垂性，可从纱线捻度和织物结构方面入手，选用较小的捻系数和较松的组织结构，但也要防止织物过于轻薄而引起轻飘感。

由表 2 可以看出，有机棉和普通棉织物所得的保温性能的测试指标很接近，可以认为除了与织物组织和厚度有关系外，材料本身相差不大，因此可以认为有机棉制品的保温性能良好。

影响织物光泽度的因素除了原料之外，还有纱线的结构及织物的表面性质等。由表 2 可知，普通棉织物和有机棉织物的光泽相差很小，原因是两者的纤维原料性能除机械性质外其他的性质相差不大，因此织物的服用性能也相差很小，两者的光泽度亦不例外。

棉织物的芯吸性能主要取决于织物孔隙率，也就是说织物的紧度比较大其芯吸高度会比较低。由表 2 可以看出，有机棉织物和普通棉织物在紧度相似的情况下其芯吸高度相差不大，说明在同样情况下织物的导湿能力也相差不大。

2.2 有机棉机织物综合性能的灰色聚类分析

所谓灰色聚类就是区分聚类元素在聚类指标下的所属类别。根据灰色聚类法，确定聚类元素、聚类指标和典型类别如下。

聚类元素：如表 1 所示设计生产的 4 种纯有机棉织物作为评价对象。

聚类指标：选择表 2 中的经向断裂强力、经向断裂功、重量损失率、透气率、折痕回复角、织物正面悬垂系数、经向抗弯刚度、保温率、对比光泽度和经向芯吸高度等10种性能指标作为评价指标。

典型类别：分为 3 类，织物综合性能的好、中、差。

经过Matlab计算，得到 4 种织物对应的聚类系数矩阵如公式（1）所示。

从公式（1）看出，第三种有机棉织物即表 1 中5#织物的综合性能最好，第二种织物即表 1 中的3#织物稍次之，说明采用紧密纱进行织制可明显改善织物的综合性能。

3 结论

（1）以100%有机棉纱线为原料设计生产了 4 种机织面料，采用传统环锭纱织制的有机棉织物在力学性质上稍差于普通棉织物，但可以通过改变织物规格来提高织物的强伸性和耐磨性。

（2）通过采用紧密纺纱织制的织物可明显提高织物的力学性能，且综合性能也比较好，因此设计高档有机棉面料时可考虑采用紧密纺纱。

（3）无论环锭纱或紧密纱，有机棉织物的服用性能完全可以达到普通棉织物的要求，加上有机棉真正的环保优势，加强有机棉纤维的开发和应用研究将具有显著的社会效益。

参考文献

[1] 缪云，马娜.有机棉生产技术、发展现状及未来发展前景[J].中国棉花加工，2008（5）：26-27.

[2] 刘宁，余明，刘小宁，等.有机棉的种植与加工[J].中国棉花，2002，29（9）：44-45.

[3] 杨明霞，孔繁荣，陈莉娜.有机棉针织物的性能分析[J].河南工程学院学报（自然科学版），2013，25（2）：5-8， 37.

[4] 张辉，张建春.棉织物结构对芯吸效应的影响[J].棉纺织技术，2003（11）：652-655.

[5] 郁崇文，汪军，王新厚.工程参数的最后优化设计[M].上海：东华大学出版社，2003.

由表 2 可以看出，相似规格的有机棉织物和普通棉织物的悬垂性能和硬挺度相差很小。因为织物的悬垂性和硬挺度主要取决于织物中纤维的刚柔性和织物结构。同样是棉纤维，其刚柔性相差不大，但有机棉纤维细度稍大，纤维刚度也略大，降低了织物的悬垂性；当织物厚度和紧度增加时，织物的悬垂性也会变差。因此设计织物时为了取得良好的悬垂性，可从纱线捻度和织物结构方面入手，选用较小的捻系数和较松的组织结构，但也要防止织物过于轻薄而引起轻飘感。

由表 2 可以看出，有机棉和普通棉织物所得的保温性能的测试指标很接近，可以认为除了与织物组织和厚度有关系外，材料本身相差不大，因此可以认为有机棉制品的保温性能良好。

影响织物光泽度的因素除了原料之外，还有纱线的结构及织物的表面性质等。由表 2 可知，普通棉织物和有机棉织物的光泽相差很小，原因是两者的纤维原料性能除机械性质外其他的性质相差不大，因此织物的服用性能也相差很小，两者的光泽度亦不例外。

棉织物的芯吸性能主要取决于织物孔隙率，也就是说织物的紧度比较大其芯吸高度会比较低。由表 2 可以看出，有机棉织物和普通棉织物在紧度相似的情况下其芯吸高度相差不大，说明在同样情况下织物的导湿能力也相差不大。

2.2 有机棉机织物综合性能的灰色聚类分析

所谓灰色聚类就是区分聚类元素在聚类指标下的所属类别。根据灰色聚类法，确定聚类元素、聚类指标和典型类别如下。

聚类元素：如表 1 所示设计生产的 4 种纯有机棉织物作为评价对象。

聚类指标：选择表 2 中的经向断裂强力、经向断裂功、重量损失率、透气率、折痕回复角、织物正面悬垂系数、经向抗弯刚度、保温率、对比光泽度和经向芯吸高度等10种性能指标作为评价指标。

典型类别：分为 3 类，织物综合性能的好、中、差。

经过Matlab计算，得到 4 种织物对应的聚类系数矩阵如公式（1）所示。

从公式（1）看出，第三种有机棉织物即表 1 中5#织物的综合性能最好，第二种织物即表 1 中的3#织物稍次之，说明采用紧密纱进行织制可明显改善织物的综合性能。

3 结论

（1）以100%有机棉纱线为原料设计生产了 4 种机织面料，采用传统环锭纱织制的有机棉织物在力学性质上稍差于普通棉织物，但可以通过改变织物规格来提高织物的强伸性和耐磨性。

（2）通过采用紧密纺纱织制的织物可明显提高织物的力学性能，且综合性能也比较好，因此设计高档有机棉面料时可考虑采用紧密纺纱。

（3）无论环锭纱或紧密纱，有机棉织物的服用性能完全可以达到普通棉织物的要求，加上有机棉真正的环保优势，加强有机棉纤维的开发和应用研究将具有显著的社会效益。

参考文献

[1] 缪云，马娜.有机棉生产技术、发展现状及未来发展前景[J].中国棉花加工，2008（5）：26-27.

[2] 刘宁，余明，刘小宁，等.有机棉的种植与加工[J].中国棉花，2002，29（9）：44-45.

[3] 杨明霞，孔繁荣，陈莉娜.有机棉针织物的性能分析[J].河南工程学院学报（自然科学版），2013，25（2）：5-8， 37.

[4] 张辉，张建春.棉织物结构对芯吸效应的影响[J].棉纺织技术，2003（11）：652-655.

[5] 郁崇文，汪军，王新厚.工程参数的最后优化设计[M].上海：东华大学出版社，2003.

由表 2 可以看出，相似规格的有机棉织物和普通棉织物的悬垂性能和硬挺度相差很小。因为织物的悬垂性和硬挺度主要取决于织物中纤维的刚柔性和织物结构。同样是棉纤维，其刚柔性相差不大，但有机棉纤维细度稍大，纤维刚度也略大，降低了织物的悬垂性；当织物厚度和紧度增加时，织物的悬垂性也会变差。因此设计织物时为了取得良好的悬垂性，可从纱线捻度和织物结构方面入手，选用较小的捻系数和较松的组织结构，但也要防止织物过于轻薄而引起轻飘感。

由表 2 可以看出，有机棉和普通棉织物所得的保温性能的测试指标很接近，可以认为除了与织物组织和厚度有关系外，材料本身相差不大，因此可以认为有机棉制品的保温性能良好。

影响织物光泽度的因素除了原料之外，还有纱线的结构及织物的表面性质等。由表 2 可知，普通棉织物和有机棉织物的光泽相差很小，原因是两者的纤维原料性能除机械性质外其他的性质相差不大，因此织物的服用性能也相差很小，两者的光泽度亦不例外。

棉织物的芯吸性能主要取决于织物孔隙率，也就是说织物的紧度比较大其芯吸高度会比较低。由表 2 可以看出，有机棉织物和普通棉织物在紧度相似的情况下其芯吸高度相差不大，说明在同样情况下织物的导湿能力也相差不大。

2.2 有机棉机织物综合性能的灰色聚类分析

所谓灰色聚类就是区分聚类元素在聚类指标下的所属类别。根据灰色聚类法，确定聚类元素、聚类指标和典型类别如下。

聚类元素：如表 1 所示设计生产的 4 种纯有机棉织物作为评价对象。

聚类指标：选择表 2 中的经向断裂强力、经向断裂功、重量损失率、透气率、折痕回复角、织物正面悬垂系数、经向抗弯刚度、保温率、对比光泽度和经向芯吸高度等10种性能指标作为评价指标。

典型类别：分为 3 类，织物综合性能的好、中、差。

经过Matlab计算，得到 4 种织物对应的聚类系数矩阵如公式（1）所示。

从公式（1）看出，第三种有机棉织物即表 1 中5#织物的综合性能最好，第二种织物即表 1 中的3#织物稍次之，说明采用紧密纱进行织制可明显改善织物的综合性能。

3 结论

（1）以100%有机棉纱线为原料设计生产了 4 种机织面料，采用传统环锭纱织制的有机棉织物在力学性质上稍差于普通棉织物，但可以通过改变织物规格来提高织物的强伸性和耐磨性。

（2）通过采用紧密纺纱织制的织物可明显提高织物的力学性能，且综合性能也比较好，因此设计高档有机棉面料时可考虑采用紧密纺纱。

（3）无论环锭纱或紧密纱，有机棉织物的服用性能完全可以达到普通棉织物的要求，加上有机棉真正的环保优势，加强有机棉纤维的开发和应用研究将具有显著的社会效益。

参考文献

[1] 缪云，马娜.有机棉生产技术、发展现状及未来发展前景[J].中国棉花加工，2008（5）：26-27.

[2] 刘宁，余明，刘小宁，等.有机棉的种植与加工[J].中国棉花，2002，29（9）：44-45.

[3] 杨明霞，孔繁荣，陈莉娜.有机棉针织物的性能分析[J].河南工程学院学报（自然科学版），2013，25（2）：5-8， 37.

[4] 张辉，张建春.棉织物结构对芯吸效应的影响[J].棉纺织技术，2003（11）：652-655.

[5] 郁崇文，汪军，王新厚.工程参数的最后优化设计[M].上海：东华大学出版社，2003.