咖啡碳纤维的机织物开发探讨

罗炳金，马旭红

(浙江纺织服装职业技术学院，浙江 宁波 315211)

随着消费者对高品质生活的需求不断增强，环保、健康、舒适、设计时尚的功能性纺织品逐渐成为市场主流。咖啡碳纤维是用废弃的咖啡渣经过高温煅烧，然后运用纳米技术研发而成的纤维，其材质和性能满足当前的消费趋势。目前国内对咖啡碳纤维的研究和利用文献不多，岳列红[1]讨论了利用咖啡碳纤维进行内衣设计，并对咖啡碳纤维的性能做了测试；刘蕊等人[2]分析了咖啡碳纤维和纱线的性能；田小迪[3]讨论了负离子纱线和咖啡碳纤维交织物的性能。

1 咖啡碳纤维性能分析

咖啡碳纤维的纵、横截面分别见图1和图2。从图1和图2可以看出，该纤维的横截面呈不规则的椭圆形，表面存在很多微小颗粒；纵向具有明显的中腔结构，这种纵横向结构特点使得该纤维具有较好的可纺性，所制的织物具有优良的透气性、透湿性、吸水性。

咖啡碳纤维制成的咖啡碳服饰，特别是内衣和衬衫，具有一定的主动发热性[1-2]，并且由于咖啡碳纤维纵向、横截面的结构，使纤维中间部分含有静态空气，静态空气能产生良好的隔温效果，同时纤维表面细微的沟槽所产生的毛细现象，可使水分经芯吸、扩散、传输等作用迅速吸收并散发，另外咖啡渣也有吸附异味的作用。因此，咖啡碳纤维具有定透湿、消臭、快干、储热保暖的功能[4]。

图1 咖啡碳纤维的纵向图

图2 咖啡碳纤维的横截面

2 咖啡碳纤维在机织物设计中的应用

2.1 咖啡碳纱线/无捻纱交织提花织物

无捻纱是在20世纪70年代末出现的一种新型纱线，其特点是构成纱线的纤维呈平行排列状，纱线的截面呈带状形态。无捻纱采用赛络纺工艺，纺制水溶性维纶包芯纱(棉与水溶性维纶包芯并捻)，利用无捻纱、咖啡碳纤维的纱线作为纬纱，咖啡碳纤维纱和无捻纱按照一定比例排列；经纱单独采用咖啡碳纤维的纱线，利用纬起花组织进行交织，通过提花工艺，开发具有可储热功能和良好舒适性的服装面料。

因为采用纬起花与平纹组织，再配合咖啡碳纱线和无捻纱排列，采用提花工艺，加上无捻纱中的可溶性维纶遇热水溶化的特性，在后整理过程中，无捻纱线退捻后，纱线变长，在面料上浮出，织物表面会出现若隐若现的花纹图案，花形别具特色，织物手感柔软、滑爽，设计出的新型纺织品更具有一定的产品设计理念，符合当下的潮流。

图3 咖啡碳纱线/无捻纱交织提花织物组织图

2.2 咖啡碳纱线/铜氨纤维长丝交织提花织物

为了使咖啡碳纤维能更好地应用在仿真丝织物上，用咖啡碳纤维纱作为纬纱，铜氨纤维长丝作为经纱，进行交织，织造薄型仿真丝面料，织物组织采用平纹组织。

铜氨纤维是采用天然纤维素材料溶解在氢氧化铜或碱性铜盐的浓氨溶液中配成纺丝液而制得的再生纤维素纤维，这种纤维材料滑顺、轻柔、吸湿、透气，并且铜氨纤维还具有一定的环保性。

使用咖啡碳纤维纱与铜氨纤维长丝进行交织，织造的织物性能优势互补，使得咖啡碳纤维能够应用在薄型仿真丝面料上，这种面料的厚度定为0.25 mm～0.27 mm，根据企业生产实际情况，咖啡碳纤维纱为12 tex，铜氨长丝11.1 tex，织物组织为平纹地经起花，织物其它规格见表1。

表1 咖啡碳纱线/铜氨纤维长丝交织提花织物规格表

2.3 咖啡碳纱线/棉/莫代尔交织提花织物

选用棉型咖啡纤维，与棉和莫代尔纤维进行多组分混纺，咖啡碳/棉/莫代尔混纺比为40∶40∶20。因为棉型咖啡碳纤维与涤纶相比，断裂伸长率、断裂强度、初始模量均较低，但回潮率大于涤纶纤维，使得织物的手感较一般普通涤纶织物柔软，吸湿性能有所改善，但纯咖啡碳纤维织物的服用性较差。采用多组分混纺技术，配合三种不同性质纤维的性能特点，充分利用咖啡碳纤维、棉纤维和莫代尔的优良特性，保持咖啡碳纤维在织物中的保健功能，同时改善了织物抗起毛起球性、湿舒适性、悬垂性差等缺点，提高了织物的服用性能。

织物组织采用凸条组织，该凸条组织是以四上四下纬重平组织为基础，其固结组织与交界组织均为平纹组织，织物表面呈现立体感的灯芯条外观。表2为咖啡碳纱线/棉/莫代尔交织提花织物规格。

表2 咖啡碳纱线/棉/莫代尔交织提花织物规格

3 咖啡碳/棉/莫代尔生产工艺实践

3.1 织造工艺流程

织造工艺流程见图4。

图4 织造工艺流程

3.2 整经工艺

整经机为贝宁格ZC-L-180型。整经工艺采用“小伸长、保弹性、匀张力、中速”进行配置。整经速度390 m/min，整经张力分前、中、后 三段，分别为25 cN、23 cN、21 cN ，卷绕密度0.59 g/cm3，总经根数6820，经轴数11只/每批，整经根数621根×4 轴+620根×7 轴，整经长度24480 m。

3.3 浆纱工艺

经纱上浆的主要目的是使纱线毛羽伏贴，提高纱线的耐磨性和强度。咖啡碳纤维的载体是涤纶，在浆纱张力的作用下，纤维容易产生相对滑移而导致弹性和强力降低，并且在织造时因摩擦也容易产生静电并使纱线产生起毛起球现象，这样会造成开口不清。因此，根据咖啡碳纤维及其混纺纱的特点，采用“二高一低”和“重被覆、求渗透、贴毛羽、保浆膜”的浆纱工艺，在适当回潮率下，以保持经纱在织造过程中的柔软和弹性，并防止强力下降。

同时，根据相溶、相似的要求，选用与咖啡碳纤维有较强粘着力，例如CD-DF868、PVA、变性淀粉作为主浆料，配置少量的平滑剂、柔软剂、抗静电剂，以提高纱线抗静电性和耐磨性。

3.4 织造工艺

采用喷气织机织造，为了减少喷气织机织造咖啡碳织物时出现的“三跳”织疵、开口不清等现象，采取“底后梁、中开口、大张力”的措施。织造上机张力设为180 cN～220 cN，后梁底于胸梁的经位置线，开口动程在90 mm～110 mm，开口时间不宜过迟。开口时间过迟，打纬时织口移动量过大，纬纱打不紧甚至造成边撑疵或轧断边纱。梭子进梭口的时间安排以开口时上层纱距筘槽上唇5 cm,下层纱距筘槽下唇也为5 cm为准。织机速度680 rpm。

3.5 定形整理和柔软整理

定形整理是通过加热使织物获得尺寸稳定效果的过程，本产品采用干热定形工艺，定形温度为165℃～185℃，时间为35 s。

咖啡碳纤维织物经过定型整理后，织物的手感会变得有点僵硬，服装缝制过程中容易产生针洞，而且也会降低服装穿着的舒适性，因此一般要进行柔软整理，可采用化学柔软剂对咖啡碳纤维织物进行柔软处理，降低织物的摩擦系数，提高织物的柔软性。

柔软整理工艺参数为：有机硅类柔软剂7.8%；浴比1∶20；整理时间32 min；整理温度37℃；烘干温度59℃。

4 结语

利用咖啡碳纤维特殊的性能，通过材料设计组合、合理的织物组织结构和工艺设计，开发咖啡碳纤维与其它材料组合使用的产品，生产出多品种的咖啡碳系列功能面料，该系列面料在保持了咖啡碳纤维的抑菌除臭、发散负离子、抗紫外线等特性的基础上，使面料的手感效果、肌肤触感、材料组合性价比等多项衡量成品的指标得到优化。咖啡碳纤维产品不仅具有广阔的市场前景和良好的经济效益，也符合纺织行业提高档次、提高产品附加值、转型升级和发展多样化产品的趋势。