生物基锦纶的性能及其在针织面料中的应用

丛洪莲，张永超

(江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122)

生物基锦纶的性能及其在针织面料中的应用

丛洪莲，张永超

(江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏 无锡 214122)

研究了生物基锦纶的性能，试制了生物基锦纶针织面料并对其性能进行详细测试和分析，探讨了这类新型生物纤维在针织面料开发中的应用前景。首先采用红外分析方法确定了生物基锦纶的结构，从分子结构层面探讨其性能;通过将生物基锦纶针织面料与锦纶6、涤纶面料的性能进行对比，结果表明生物基锦纶具有较好的耐磨、悬垂、吸水等性能;采用多指标综合评价方法分析，显示生物基锦纶在服用方面综合指标最高，从而证实其能够在内衣和外衣面料上得到较好的应用。

生物基;锦纶;针织面料;性能;应用

针织产品因其较好的弹性、延伸性、舒适性被广泛地应用于内衣、外衣等面料。随着人们对生态、环保、舒适性等方面的需要，针织物的原料趋于多元化。如今随着生态环保观念的引入，生物基纤维原料不断涌入针织行业，如生物基PDT聚酯针织珠地网眼面料的开发、生物基PPT绒类面料、泳装［4-5］等产品的开发等。生物基纤维的生态环保特性与针织物较好的弹性舒适性结合，使得产品更具有市场。然而目前对于生物基锦纶在针织面料应用的相关报道还很少，本文对生物基锦纶56的性能及其应用开发进行探讨，以期为生物基锦纶产品的开发应用提供理论参考。

1 生物基锦纶的性能

1.1 生物基锦纶结构性能

生物基锦纶(PA56)是采用生物工艺将烷烃、生物基烷烃、油脂下脚料、脂肪酸、生物质等转化成戊二胺，再经过聚合反应生成的聚酰胺产品。为进一步验证生物基锦纶的结构，采用Nicolet iS10傅里叶红外(FT-IR)光谱仪对生物基锦纶进行测试，结果如图1所示。

图1 生物基锦纶的FT-IR谱图Fig.1 Infrared spectrum of bio-based polyamide fiber

图1中3290cm－1附近为N—H的伸缩振动特征吸收峰，在2940cm－1和2860cm－1附近为亚甲基C—H的伸缩吸收峰，酰胺羰基中—CO—的伸缩振动吸收峰在1630cm－1附近。上述定性分析对生物基锦纶特征基团的存在进行了证实［6－7］。

生物基锦纶中的酰胺基团能够形成分子间氢键，从而使分子间具有较强的作用力，因此具有较高的力学性能;此外酰胺基团具有一定的亲水性，因此该产品具有一定的吸水性能。生物基锦纶分子主链中的亚甲基使得生物基锦纶具有一定的柔软性。

1.2 生物基锦纶纱线的制备

采用切片熔融法试纺生物基锦纶，工艺过程为:制备生物基锦纶切片→熔融→纺丝→冷却→上油→拉伸→卷绕。生物基锦纶的成纤工序简单，成本低，原料的利用率很高。所纺纱线为4.4 tex/12 f FDY，利用该纱线在针织机器上进行编织，对其性能和应用进行研究。

2 实验部分

2.1 试样准备

采用E40纬编圆机编织试样，分别用4.4 tex/12 f生物基锦纶FDY、4.4 tex/24 f锦纶6 FDY以及4.4 tex/24 f涤纶FDY为原料试织。织物下机后经煮练→水洗→定型整理后各项规格指标如表1所示。

1.1 反自然枯洪规律 三峡工程完全建成后，冬季蓄水发电，夏季泄水防洪，库区水岸由原来的冬陆夏水变为冬水夏陆，建库前后库区的生态环境发生极大的变化[2]。

表1 织物规格Tab.1 Specifications of fabrics

2.2 织物性能测试

根据GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能第1部分 断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，采用YG026A型电子织物强力试验机对织物的拉伸强力进行测试，实验温度为20℃，相对湿度为60%。

根据GB/T 21196.2—2007《纺织品 马丁代尔法织物耐磨性的测定 第2部分 试样破损的测定》，采用马丁代尔耐磨试验仪对织物耐磨性能进行测试。

根据GB/T 5453—1997《纺织品 织物透气性的测定》，采用YG461E型数字式透气仪对织物透气性进行测试。

根据GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定 第1部分 单项组合试验法》以及GB/T 22799—2009《毛巾产品吸水性测试方法》对织物吸水性能进行测试。

根据GB/T 3917.1—2009《纺织品 织物撕破性能第1部分 冲击摆锤法撕破强力的测定》，采用YG033A型落锤式织物撕裂仪对织物的撕裂性能进行测试。

将试样剪成3块直径为24cm的圆形，利用XDP-1织物悬垂性测试仪，对试样进行测试。

3 实验结果与分析

3.1 拉伸性能分析

测试生物基锦纶、涤纶和锦纶6织物的拉伸强力，结果如图2所示。由图2(a)可看出，随着拉伸长度的增大，拉伸强力呈波浪线状上升。这是由于在拉伸过程中，织物横向上没有线圈之间的相互穿套，只有沉降弧单独承受拉力，随着拉力的逐渐增大，沉降弧逐渐断裂，从而使拉力呈波浪线上升。由图可见，涤纶织物的横向拉伸强力和拉伸长度较锦纶织物差，而生物基锦纶织物的横向拉伸强力和拉伸长度和锦纶6相比稍低。从图2(b)可以看出，织物的纵向拉伸曲线较横向平滑上升。这是织物纵向线圈相互穿套，在拉伸过程中，织物纵向线圈相互拉紧，共同承受外界拉力，当拉力上升到一定程度织物发生断裂。由图可以看出涤纶织物的纵向拉伸强力和拉伸长度远远小于锦纶织物，而生物基锦纶在拉伸强力和拉伸长度方面又远远高于锦纶6织物。

图2 织物拉伸强度Fig.2 Tensile strength of fabric.(a)Transverse tensile;(b)Longitudinal tensile

由于织物纵向与横向的拉伸断裂情况有所不同，若要对织物的拉伸断裂强力和拉伸长度进行比较，还需对织物的拉伸性能进行综合评判，F=FW×FT;L=LW×LT(式中F为拉伸强力综合指标，FW为横向拉伸强力，FT为纵向拉伸强力;L为拉伸长度综合指标，LW为横向拉伸长度，LT为纵向拉伸长度)。由上式得出生物基锦纶、锦纶6、涤纶的拉伸强力综合值分别为 94725.73、89545.02、45166.93，拉伸长度综合值分别为 2030.91、1622.89、687.30，从而可以得出生物基锦纶在拉伸断裂强力和拉伸长度方面均远远高于锦纶6。

3.2 撕裂和耐磨及透气性能分析

表2示出织物的撕裂强力、耐磨性、透气性能的测试结果。在织物撕裂测试时对织物的横向和纵向分别进行测试，其结果不便于比较，因此使用撕裂综合指标Z=ZW×ZT(式中:ZW为横向撕裂强力;ZT为纵向撕裂强力)。从表中可看出，生物基锦纶、锦纶6以及涤纶织物中，锦纶6的撕裂强力最高，生物基锦纶次之、涤纶织物最差。这是由于在保证织物纱线细度相同，加工设备相同的条件下，涤纶织物的密度最小，织物较为松散，纱线间抱合力小，从而撕裂性能较差，而锦纶的密度最大，织物最为紧密，纱线间的抱合力大，从而具有较好的撕裂性能。

表2 织物撕裂与耐磨及透气性测试结果Tab.2 Result of tearing，wear-resistanceand permeability test

耐磨测试中，生物基锦纶的耐磨性能较锦纶6好，锦纶6明显较涤纶纤维好。这主要是因为生物基锦纶具有较高的拉伸强力和拉伸长度，从而能够储存较多的拉伸能。在摩擦的过程中，纤维受到应力的反复作用，拉伸强力和长度大的织物能够较好地承受该应力，因此具有较好的耐磨性能［8］。

在透气性测试中，涤纶织物的透气性较锦纶6和生物基锦纶好，而锦纶6又较生物基锦纶好。这主要是因为涤纶织物的密度小，能够较好地透过气体，而生物基锦纶织物的密度最大，相对而言较难透过气体。

3.3 吸水性能分析

在吸水性能测试中，采用完全浸湿时间和吸水率2个指标衡量织物的吸水性能。由于织物完全浸湿时间越短吸水性能越好，而吸水率越高织物吸水性能越好，因此采用织物完全浸湿时间的倒数来衡量织物的吸水性能，为了便于比较，将织物完全浸湿时间倒数和吸水率进行归一化处理后，得出表3所示的织物吸水性测试结果。可以看出，在吸水率方面从大到小的顺序为锦纶6＞生物基锦纶＞涤纶，而完全浸湿时间倒数从大到小的顺序为生物基锦纶＞锦纶6＞涤纶。由于从这个方面得出织物的吸水性大小不一致，因此还需进行综合评判，综合值S=St×Sr。式中:St为吸水率;Sr为完全浸湿时间倒数。从而得出吸水性能顺序为生物基锦纶(S=0.26)＞锦纶6(S=0.04)＞涤纶(S=0.03)。

表3 织物吸水性测试结果Tab.3 Results of water absorption test

3.4 悬垂性能分析

在织物悬垂性测试中，生物基锦纶的静态悬垂系数为30.1%，锦纶6的静态悬垂系数为44.3%，涤纶的静态悬垂系数为54.1%，织物悬垂效果如图3所示。可以得出生物基锦纶的悬垂性最好，锦纶6次之，而涤纶织物最差。

图3 织物悬垂性测试结果Fig.3 Result of drapability test.(a)Bio based polyamide;(b)Nylon 6;(c)Polyester fabric

3.5 综合评价

为探究生物基锦纶是否能够应用于服用面料，采用透气、柔软、吸湿性能3个舒适性指标力学性能和耐磨、撕裂、拉伸性能3个力学性能指标，对织物进行综合性能评价。对所得数据进行正向性处理，各项指标值越大，性能越好［9］。在织物综合性能的评价中，要对各性能的权重进行赋值，采用变异系数客观赋值法对权重进行计算，如式(1)～(3)所示。

式中:vi为各项指标的变异系数;¯xi为均值;sii为方差;xij为第j个被评价对象在第i项指标上的取值。

由于各项指标量纲和数量级的影响，由上述公式所得的方差数据不具有可比性，因此还要对vi进行归一化处理，得出各项指标权数wi［10］。

经计算得出织物透气、柔软、吸湿、耐磨、撕裂、拉伸等性能指标的权重系数分别为w1=0.03，w2=0.10，w3=0.38，w4=0.21，w5=0.13，w6=0.15。利用几何综合法对其进行综合评价，带入式(5)中计算综合指标。

由式(5)计算得出3种织物的综合指标值分别为13.77、6.52、3.35。由此得出作为服装用面料，生物基锦纶较锦纶6和涤纶更为适合，因此生物基锦纶作为一种新型环保原料可一定程度的替代锦纶6在服装领域的应用。

4 生物基锦纶针织面料的开发

生物基锦纶因其特有的吸水、柔软、耐磨等性能可用于针织内、外衣面料的生产。

4.1 生物基锦纶单面针织面料的开发

现以棉纱与生物基锦纶长丝为原料开发一款典型单面组织面料——珠地网眼面料。采用单面二针道圆机，机号为E24，筒径为76cm，其编织图如图4所示。

图4 单面布编织图Fig.4 Figure of knitting for single-side of cloth

第1～4路穿入18.4 tex棉纱，第5～6路穿入22.2 tex/96 f生物基锦纶 DTY，线圈长度为26cm/100针，织得的面料面密度为175 g/m2，手感柔软舒适，适用于运动T恤的加工生产。

4.2 生物基锦纶抽条双面织物的开发

以生物基锦纶为原料开发一款双面织物，采用双面二针道圆机，机号为E24，筒径为86cm，其编织图如图5所示。

图5 双面布编织图Fig.5 Figure of knitting for double-sided cloth

原料为16.7 tex/48 f生物基锦纶，奇数路线长为27cm/100针，偶数路线长为31cm/100针，织得面料面密度为175 g/m2，在集圈的作用下织物一面形成抽条的效应，织物手感光滑、柔软性适中，可用于外衣产品的加工生产。

5 结论

本文对生物基锦纶的结构进行了研究，并对其织物性能及其应用进行分析，得出以下结论:

1)生物基锦纶中的酰胺基团能够形成分子间氢键，具有较好的力学性能;该基团为弱亲水基团，因此较其他化纤具有较好的吸水性能。

2)生物基锦纶织物具有较好的耐磨、柔软、吸水等性能，能够较好的替代锦纶6产品。

3)生物基锦纶可应用于内衣、T恤等夏季贴身产品以及休闲外衣，该原料具有良好的市场前景。

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Performance of bio-based polyamide and its application in knitted fabrics

CONG Honglian，ZHANG Yongchao
(Engineering Research Center of Knitting Technology，Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China)

This paper studies the performance on bio-based polyamide fiber.The knitted fabric of biobased polyamide fiber is made，and the tests on it's performance is performed.Then the development of this new kind of bio-based polyamide fiber is discussed.Firstly the infrared analysis method is used to determine its structure.Compared with the performance of bio-based polyamide fabric with nylon 6 and polyester fabric，the result shows that the bio-based polyamide has better wear-resistance，drape，water absorption properties.And the multi-index comprehensive evaluation method was adapted to prove that the bio-based polyamide has highest comprehensive index in serviceability.It confirms that bio-based polyamide fiber can replace nylon 6 to acertain extent.It can achieve better application in underwear and garments textile fields.The bio-based polyamide can adapt to the diverse needs of the market with the feature of environment friendliness.And it has a good market prospect.

bio-based;polyamide;knitted fabric;performance;application

TS 182.5

A

10.13475/j.fzxb.20140805606

2014－08－27

2015－03－20

国家科技支撑项目(2012BAF13B03)

丛洪莲(1976—)，女，副教授，博士。从事针织CAD/CAM技术，针织产品的开发与性能研究。E-mail:cong-wkrc@163.com。