一种经编间隔织物用功能性涤纶单丝的研发

陈志鹏+林光兴+柯文新+王威+苏成喻+许丹+石建良+朱秋明+杨孝清

摘要：经编间隔织物是一种特殊的三维结构织物，具有广阔的应用空间。作为这种结构的关键组成部分，间隔纱的性能对于改善间隔织物的性能，以及开发新产品、拓展产品的应用领域，起到十分关键的作用。研究表明，功能性茶炭涤纶单丝具有模量高、刚性大、尺寸稳定性好等优点，具有抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌生长和繁殖等特点，是服用、家用、产业用经编间隔织物产品开发时间隔纱的良好选择。通过选择功能性单丝，利用间隔织物的不同组织结构和工艺参数，设计生产高端间隔织物的新路子，解决了长期以来经编间隔织物开发的一个主要瓶颈。

关键词：单丝；经编；间隔织物

中图分类号：TS182+.5

文献标志码：A

On Developing a Functional Polyester Monofilament Yarn for Warp-knitted Spacer Fabric

Abstract： Warp-knitted spacer fabric is a special 3D-structure fabric that has wide applications. As a key component of this structure， spacer yarn plays important role in improving the properties of the spacer fabric， developing new products and opening up new application fields. Study shows that tea charcoal polyester monofilament yarn， which has high modulus， strong rigidity and good dimensional stability and can inhibit the breeding and growth of colibacillus and Staphylococcus aureus， is ideal choice for being used as spacer yarn during developing warp-knitted spacer fabrics for clothing， home-textiles and technical textiles purposes. A new solution for developing warp-knitted spacer fabric based on using functional monofilament yarn， different fabric structures and different process parameters is provided here， which has broken a bottleneck in developing warp-knitted spacer fabric.

Key words： monofilament yarn； warp-knitting； spacer fabric

1问题的提出

经编间隔织物多采用涤纶、尼龙等化纤编织及其三维结构特点，决定了这类织物具有十分优越的透气、透湿、抗压、弹性、防冲击等性能，具有材质轻、易清洗等优点，织物的用途得到不断拓展。经编间隔织物从20世纪90年代开始，大量用于鞋材。据测算，休闲鞋、运动鞋年产销量超过30亿双，消费已经达到鞋类总量的40%。对于鞋材而言，穿用舒适性的首要标准是脚、运动鞋和环境三者之间的生物热力学的综合平衡，包括热平衡和湿平衡两个方面。鞋腔内温度与相对湿度平衡，是材料容湿性、透气性、透水性与人体活动状态等综合协调的结果。足部长时间或剧烈运动中产生大量的热量，并分泌大量的汗液，没有及时排出就会导致鞋底滑腻感，影响穿着舒适性，还使鞋内底摩擦力减小，可能给穿着者造成损伤。鞋腔内，帮面和底部热湿交换过程中形成各种微气候环境，直接关系到足部健康。传统的运动鞋面料采用普通涤纶或者锦纶，对微环境中的有害细菌没有抑制作用，难以满足人们对舒适、健康的要求。

穿用舒适性以及功能性对于高端产品提出了更高的要求。国内对于功能性经编间隔织物主要采用涂覆的方法，由于涂覆过程中不可避免的对织物的三维网孔结构造成堵塞，从而影响面料的透气透湿性，同时涂覆材料对织物产生附着力也影响使用寿命，因此开发差异化经编间隔织物产品具有重要的意义。功能性经编间隔织物以差别化、功能性涤纶为主要原料，考虑抑菌功能与成本最佳方案，在不影响产品抑菌功能的基础上，结合使用普通涤纶复丝或锦纶复丝，选用双针床经编网眼组织与编织工艺，再经过相应后整理赋予产品时尚色彩与风格，得到成功研发与推广。

2茶炭改性涤纶单丝技术路线

茶炭素有“黑钻石”的美誉，富含大量对身体有益的微量元素。茶炭是采用回收茶叶、茶渣为原料，经特殊工艺烧制而成的一种具有微孔、中孔、小孔的多孔性材料，具有很大的比表面积和超强的吸附性，具有除臭、吸附异味等特殊功效。茶炭具有除湿、调节环境温度的特殊功能，可使吸附的水分呈弱碱性，具有漂白、美肤等功效。由于其特殊的分子结构和超强的吸附性，茶炭具有弱导电性，起到防静电、抗电磁辐射作用。茶炭也可以放射远红外线，激发产生负离子，加快血液循环，改善人体环境。根据茶炭功能机理，以及经编根据间隔织物对间隔单丝的弹性要求，提出茶炭改性涤纶单丝技术路线（图1）。

3功能性涤纶单丝制备

以茶炭涤纶母粒与聚酯切片作为纺丝原料，通过高速熔融纺丝工艺制得含茶炭成分的U型涤纶单丝，其中茶炭聚酯母粒占聚酯切片的质量分数为5%；纺丝过程采用UDYDT工艺，其中冷却方式采用吹风冷却或自然冷却，获得含茶炭成分的涤纶未取向丝，再经拉伸获得茶炭涤纶单丝，其中拉伸工序拉伸倍率为3.5～4.5倍。

实验表明，当茶炭在涤纶单丝中含量少于5%时，其抗菌效果一般；当含量高于6%时，单丝成形变脆，容易断裂，不符合间隔纱的弹性与刚性相互统一的要求。综合考虑单丝性能，将茶炭比例确定在5%。

单丝纺丝主要工艺为：纺丝温度280～320℃；冷却风温度15～25℃，风速0.1～5m/s，或自然冷却；纺丝速度为1000～1200m/min。

4单丝一般与特殊性能检测

为检验制备的单丝具有明显的高性能，采取一般指标、功能检测和元素含量测试等方式加以确定。常规涤纶单丝断裂强度一般要求在3.1cN/dtex以上，收缩率（沸水）、含油率以及断裂伸长率一般为厂家与客户根据产品用途协商。一般性能测试表明，主要指标明显高于常规涤纶单丝（表1）；特殊测试结果表明，功能单丝和织物明显优于常规产品（表2）；表中单丝为30D茶炭改性涤纶单丝，织物为100%茶炭单丝编织而成的经编织物。

C元素含量测试主要是通过C、H、N元素的含量辅助证明茶炭单丝，表3中茶炭指的是茶炭粉体，茶炭单丝指的是将茶炭母粒与聚酯切片共混纺得的单丝，普通单丝指聚酯单丝。结果显示，茶炭中含C量为68.08%，茶炭单丝含C量为62.83%，普通单丝含C量为61.86%。

我国每年都有大量的废弃茶叶，茶炭纤维的开发充分利用了这些废弃的茶叶，降低了产品开发成本，节约了资源，同时减轻了环境负担。茶炭天然有颜色，因此无需染色，省略了化学漂染过程，避免了使用化学合成染料染色带来的环境污染，有利于保护环境，节约能源。

5织物用原料筛选与比例确定

织物用原料筛选与比例确定的原则是，实现经编间隔织物耐磨、耐折、色牢度、起毛起球以及织物能持续抗菌抑菌的技术要求，并考虑经济成本最优化的要求。

功能性材料——茶炭涤纶单丝成本较高，将使织物成本上升。为此，决定采用茶炭改性涤纶单丝与普通涤纶长丝交织方式，控制成本。织物设计试制时，采用从10%的茶炭单丝含量开始，这时抑菌效果不明显。而超过50%时，织物表面开始漏丝（间隔纱浮出织物表面），织物手感差；织物抗压弹性过大，回复率下降。经多次优化和反复测试，最终确定在20%～50%含量时，织物综合性能比较稳定，成本在合理区间。不同间隔织物必须根据织物的组织和其它原料的品种、规格情况，具体确定功能性单丝的最佳用量（表4）。

6织物组织工艺参数

在经编间隔织物的开发过程中，为了检验不同织物与功能性单丝的组合对织物最终的影响，分别选用不同组织结构，采用不同密度、空穿率等。通常，织物密度越小、纱线空穿率越大（决定了空穿数越多），网孔通透性越大，织物的透气性越好，但是就越容易造成织物特别是间隔层弹性和弹性回复的不足。

单面网眼效应的经编间隔织物在实际应用中用量最大，多用于鞋材和服装衬里。用作鞋内衬时，能确保空气流通，创造一个空气清新的鞋内微环境；用作鞋垫时，除了透气导湿外，还具有较好的缓冲性，从而提高鞋的舒适性。

为了充分体现实际应用，同时确保织物具有良好的透气性，本实验采用密度适中，空穿率较大的单面网眼经编组织结构，来检验采用功能性单丝编织出的织物具有较好的抗压、弹性回复及耐磨性等，同时抗菌性良好。表5为实验用织物采用的原料及组织工艺参数，图2是对应的垫纱运动图。

7织物一般与特殊检测

为确保产品质量，提出高于行业标准和国际通行标准的检测指标和检验规程，形成高端企业标准。主要技术指标实测结果见表6、表7。

产品经国家服装质量监督检验中心（天津）检测全部达到（部分指标超过）Q/HYZZ001—2014《功能性经编间隔织物》标准要求。企业更加全面的检测证明，功能性单丝织物优点明显（图3）。

在多次实验中，分别采用密实组织结构的织物和各种网眼组织。密实组织透气性差，但是强力、弹性、抗菌等指标占优。而选用不同类型的网眼组织，如单面网眼、双面网眼以及菱形、圆形等，测试发现网孔过大，力学性能和抑菌率效果减弱。因此，在具体产品开发时要考虑单丝与主体原料的配比，织物的组织结构等。

8应用推广展望

采用茶炭涤纶单丝与涤纶复丝原料组合，应用双针床经编网眼等多种组织，生产功能性经编间隔织物，具有良好的力学性能和持久有效抑菌、负离子、远红外等效果。通过采用电子送经、电子横移、贾卡提花等技术，以及合适的后整理技术，能开发出多种系列产品。本研究解决了单丝长期未解决的性能问题，实现高性能间隔织物的生产，填补了国内持久有效抑菌间隔织物的空白。

就抗菌而言，国内外同类产品的抑菌效果是通过后整理来实现。这种间隔织物产品是在材料与织物组织结构方面造就持久抑菌效果。采用多种编织工艺，已经使间隔产品应用领域从原来最大的鞋材和箱包，拓展到骨架和结构材料、过滤网、芯片网等，并广泛地应用于服装、家居、车用、医疗、体育、农业、交通、太阳能、安全防护等领域，市场容量不断扩大。

参考文献

[1]王显楼.涤纶单丝生产工艺对其结构和性质的影响[J].合成纤维，1986（2）：30-34.

[2]柯文新，王朝生，曾志明，等.一种茶炭涤纶单丝及其制备方法：中国，ZL201210088215.4[P].2012-07-25.

作者简介：陈志鹏，男，1985年生，工程师，主要研究方向为经编新原料、新产品、新技术与新工艺研发以及产品检测和标准完善等。

通讯作者：苏成喻，高级工程师，E-mail：240476746@qq.com。

作者单位：陈志鹏、柯文新、苏成喻、石建良、朱秋明、杨孝清，福建省晋江市华宇织造有限公司；林光兴，中国针织工业协会；柯文新、许丹，泉州铮蓥化纤有限公司；王威，天津工业大学；陈志鹏、苏成喻、许丹、石建良、朱秋明、杨孝清，福建省经编间隔织物企业重点实验室。