兔毛材料吸附性能研究

2019-03-07徐永富范开鑫

纺织科学与工程学报 2019年1期

张毅，徐永富，范开鑫

(天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387)

0 前言

随着科技水平的提高，空气质量呈现下滑的趋势，空气污染日渐严重。由各种环保纺织纤维所生产的空气过滤材料应运而生。兔毛可以作为生产再生纤维的原料重新使用，即使消费者丢弃它们，它们也可以在自然条件下降解成不污染环境的肥料。市场上兔毛制品一般是由兔毛和羊毛按一定比例混纺制成的[1]，不仅服装舒适性优越于其他合成纤维纺织品，并且在空气过滤吸附方面，取得了丰硕的成果，传统的吸附过滤材料也逐渐被兔毛新型过滤材料取代[2]。因此，如何进一步提高兔毛织物的吸附性能是一个值得研究的问题。

高吸附过滤功能的产品一般都具有夹层，且因为机织物结构紧密，密度较大，较多被用作夹层材料。针织面料表面光滑，具有亲肤感，所以选用针织面料作为表层和里层。此实验机织物夹层均为半自动小样织机织造样品，表里层针织物为实验室提供。

1 试验部分

试验仪器：密度镜，电子天平，AFT 8130过滤效率试验台，半自动式小样织布机。

1.1 兔毛夹层机织物的制备流程

兔毛夹层原料准备→夹层织物成形→夹层织物上机织造→夹层织物预缩处理→兔毛夹层织物性能测定。

本次实验选用40支、60支、80支三种纯兔毛纱线，为不影响后面的织物吸附性能研究，织物织造长度按照国家标准进行。兔毛夹层经过预缩处理后表面有起毛现象，经纬纱线变得更加紧凑。并且面料收缩，织物表面出现绒毛层，手感丰满柔软，外观美观，色泽柔和。此外，由产生的绒毛削弱并掩盖织物的一些原始缺陷，使其不会显著暴露在织物表面。

1.2 兔毛表里层针织物测试流程

取样→织物的经、纬纱密度测定→织物的经、纬纱缩率测定→织物平方米克重测定。

为了使测量数据准确并具有代表性，选取样本的位置应该合理，所以选取样本时避开织物的两侧和两端，在距离织物边缘5厘米以上的位置采取测试样本。织物直径不能小于15厘米。其他测试指标均按照《国家纺织织物测试标准——物理性能》进行测定。

1.3 兔毛夹层织物吸附性能测试

参照标准GB 12218-1989“通风空气通用性能试验”，并使用AFT 8130过滤效率试验台测试布的过滤效率和过滤阻力。测试空气流量为32.0 L/min。

2 各织物试验测定结果

2.1 兔毛夹层机织物性能测定结果如下表1。

三种兔毛夹层机织物均为半自动式小样织机织造，其相应规格如下表1所示。

表1 三种兔毛夹层机织物性能对比

2.2 兔毛表里层针织物性能测定结果如下表2。

选取三种针织物作为表里层，规格数据如下表2所示。

表2 三种规格兔毛表里层针织物测量数据

2.3 兔毛材料吸附性能测试。

使用AFT 8130过滤效率试验台对样品进行测试。

打开电源前检查仪器连接是否完好；顺时针方向依次打开三个电源;在数字显示屏上按照顺序按以下指令：Options～Aerosot～Heateran,使加热器开始工作，进入预热阶段，预热15分钟；预热过程中显示屏上显示“Heater On”；调节总压力阀(Supply Air Regulator)到70 psi；调节夹具压力阀(Filter Holder Pressure Regulator)到30 psi；调节发生器压力阀(Aerosol Generator Pressure Regulator)到35 psi；调节补充气体流量(Make-up Air Flowmeter)到70 lpm；检查中和器(Aerosol Neutralizer)是否打开；预热30分钟以上；执行“TESTSETUP”命令，对光度计CF值进行初始化；在数字显示屏上按下“FILTER TEST”指令，测试试验用的布料，然后和测试图进行对比，看试验用的布料是否能够达到试验测试的标准；将布料和夹层按照顺序放入仪器开始进行过滤性能的测试。兔毛材料吸附性能测试数据如下表3。

3 织物试验测定方法及分析

3.1 织物试验测定方法——正交试验设计

(1)正交试验设计的概念及原理

在优选的区域中，使用正交表，对测试结果的数据分析，优选范围的缩小或具有比较优势的多因素测试方法来科学地布置测试点。

正交试验设计就是在优选的区域中，利用正交表格，对试验测试所得的数据进行分析，从中挑选出具有代表性的试验数据，从而缩小了需要分析的数据的范围，进一步总结分析得出最终结论，找到试验测试的最佳水平组合。

在试验测试中，如果测试的试验因素个数较少，例如单因素或者双因素，数据处理以及数据的分析较为简单；若测试的试验因素个数增多，则数据的处理以及数据分析的难度增加，每一组数据都需要很大的计算量而且计算过程中很容易出错。为了简化数据处理过程，引入正交试验设计这种试验设计方法，简化数据处理过程，但是不影响最后的测试结果，更容易找到试验测试的最佳结果[3]。

(2)正交试验设计的基本程序

确定试验目的，明确评价指标→挑选因素，确定水平→选正交表，进行表头设计→明确试验方案

(3)本实验采用正交试验的原因

在试验测试中，如果测试的试验因素个数较少，例如单因素或者双因素，数据处理以及数据的分析较为简单；若测试的试验因素个数增多，则数据的处理以及数据分析的难度增加，每一组数据都需要很大的计算量而且计算过程中很容易出错。此次试验为三种变量，每个变量包含三个水平，若一一试验，次数为33=27种，次数较多，故为了简化数据处理过程，引入正交试验设计方法，更容易找到试验测试的最佳结果。

3.2 织物试验测定分析

3.2.1 兔毛夹层机织物性能测定分析

兔毛夹层经过预缩处理后表面有起毛现象，经纬纱线变得更加紧凑。面料收缩后，织物表面出现绒毛层，手感丰满柔软，外观美观，色泽柔和。此外，由产生的绒毛削弱并掩盖织物的一些原始缺陷，使其不会显著暴露在织物表面。

观察预缩处理后的三种夹层的表面，发现外观风格有一定的差异；40支的夹层外观风格，手感舒适度，织物紧度，拉伸性能都是最好的；60支的夹层次之；80支的夹层性能最差。初步分析，这是由于40支纱线所织成的织物，在紧度上优于其余两种织物，使得纱线之间的空隙减小，来增加纱线之间的接触，才不会有明显的粗糙感，而是增加顺滑感。

3.2.2 兔毛表里层针织物性能测定分析

一号规格的兔毛针织物密度最大，缩率最小，克重最大；摸起来表面最为光滑，且经纬纱贴合紧密，故紧度较大；织物的弹性拉伸性能也较好。

二号规格的织物与一号织物相比，密度和紧度稍小，缩率稍大。织物表面摸起来较为光滑，紧度和拉伸性能比一号织物稍差些。

三号规格的织物密度紧度最小，缩率最大。织物摸起来粗糙，绒毛较多，且经纬纱线间隙较大，用力一拉能看到空隙；拉伸性能较差

3.2.3 兔毛材料吸附性能测试分析

本次试验为层数，规格和夹层3个因子，每个因子又分3个水平进行试验，选用L9(34)型正交表，过滤效率和过滤阻力两个为试验指标，为了使试验结果更加精确，在前面两个试验指标的基础上加入综合指标[4]，具体如下：

式中，Εi为过滤效率，Εmax为过滤效率中的最大值，ηi为过滤效率功效系数；Di为过滤阻力，Dmax为过滤阻力中的最大值，pi为过滤阻力功效系数；d为综合评价指标。根据上述公式，求出每组试验对应的综合指标d。

(1)兔毛材料吸附性能测试极差分析

表4 正交试验极差分析表

根据综合指标d，通过判断每个根据极值Rj的大小来确定各因素对试验指标影响的主次顺序。本试验中每个试验对应的极值如表。对三个因素的极值大小进行比较，不难发现RC> RA> RB，所以对试验指标影响的主次顺序为CAB，即由极差分析可得：机织物夹层规格>层数数量>针织物表里规格。

兔毛织物吸附性能的作用机理是一种物理作用类型的吸附，通过静电引力作用吸附微小颗粒来达到吸附过滤作用[5]。这种物理吸附能力有材料本身的物理性能有关，例如材料的外观风格，厚度，表面平整程度，纤维的线密度，材料的均匀度等。

在极差分析中夹层的影响最大，支数为60的兔毛夹层虽然外观风格比40的稍差，但是紧度小过滤阻力也小，从综合指标d来看，60支数的夹层都是最佳方案。一规格的织物外观风格，紧度等性能最好，吸附微小颗粒的能力也就越强。虽然一规格的过滤阻力要大于三规格的过滤阻力，但织物的吸附性能过滤效率是主要因素，所以一规格是最优解；层数越大吸附的微小颗粒数就越多，过滤效率就越高，但是织物的层数还与厚度有关，层数太小，过滤效率不足；层数越大织物就越厚，而层数过大时，过滤阻力也大，过滤阻力增大会导致过滤效率减小，织物吸附性能降低，所以选择的4层是最优解。

综上所述，极差分析得出的提高兔毛织物吸附性能的最优方案是一规格的兔毛针织物，表里各两层共四层，夹层支数为60。

(2)兔毛材料吸附性能测试方差分析

为了进一步研究层数，规格和夹层对过滤效率和过滤阻力的显著性的影响，正交试验方差分析表如下表5。