甲壳素纤维床上用品织物的设计与试制

张显华 魏世豪 李媛媛 邹清云 周 蓉

(河南工程学院，河南郑州，450007)

随着人们消费意识及自我需求的变化，床上用品逐渐向功能性方向发展，织物的抗菌功能性可以通过两种途径实现，一种是在纺丝时加入抗菌纤维，得到的产品将具有长时间的抗菌性能；另一种是加入抗菌剂对纺织品进行抗菌处理。前者的抗菌性能更持久，织物风格和手感更好[1]。人体和床上用品亲密接触最多，因此具有卫生保健的功能性床上用品自然备受关注。

甲壳素是从壳类生物中提取的物质，资源丰富，属于天然高分子材料，具有大量的亲水性基团和良好的生物特性，抑菌率高达90%，能防止异味的产生，拥有持久的抑菌防臭效果，在功能性纺织品领域有着广泛的应用[2]。单独开发纯甲壳素纤维织物，其生产成本相对太高。目前生产的甲壳素纤维细度偏粗, 在强度方面相对偏低，其成纱强度受到影响，可以采用将其和棉纤维或其他纤维进行混纺，改善纺纱性能，同时可以降低织物的生产成本。

1 织物风格

本产品是以甲壳素纤维、棉纤维为原料，通过混纺来设计并织制床上用品织物。其外观细腻平整，手感柔软，色泽亮丽，具有抗菌除臭的性能，纱线颜色选择清爽的浅色系。

2 织物规格设计

2.1 原料设计

床上用品在日常生活中与人们接触最多，甲壳素纤维具有抗菌抑菌除臭性，且亲肤性良好，能进行生物降解，应用广泛，本产品将甲壳素纤维与棉纤维进行混纺，提高了甲壳素纤维的可纺性，同时使织物的生产成本降低，可以极大地满足消费者对床上用品卫生性的要求[3]。

本产品是棉甲壳素纤维混纺床上用品织物，采用的细绒棉线密度为1.65 dtex，成熟度系数1.7，纤维长度31.6 mm，含杂率2.34%，回潮率8.4%[4]。甲壳素纤维平均长度30 mm，对其进行预处理，可以减少纤维的束丝，进而改善纤维间的抱合力，细度1.8 dtex，回潮率12%。选用甲壳素纤维长度小于棉纤维，可使其较多的分布在混纺纱线的外侧，同时选择棉/甲壳素纤维70/30是原料成本和产品性能的最佳比例[5]。

2.2 纱线设计

2.2.1 线密度设计

本产品定位于高档的床上用品面料，在纱线密度的选择上，以细特纱为主，纱线的线密度为14.5 tex，使织物柔软舒适，光泽好。

2.2.2 捻度设计

本产品设计的织物手感柔软，考虑缎纹织物捻度的特点，捻度不宜太大，但较小会影响织物的外观和服用性能，由于甲壳素纤维的特性，其捻度选择应大一些，捻系数为370。为了生产方便，经纬纱设计同一捻系数，实测捻度为91.28捻/10 cm。

2.2.3 捻向设计

对经纬纱线进行合理的捻向配合，可以使织物具有一定的外观效应，本设计的床上用品织物手感柔软，织物组织为正反缎纹，呈现出不同的光泽效应。选用经纱Z捻，纬纱S捻，光泽较好。

2.3 织物结构设计

2.3.1 织物紧度

床上用品手感柔软舒适性好，且表面光泽要好，织物的紧度不能太大，同时由于其坚牢度的要求，参考床上用品的织物紧度范围，选用织物Ej为79%，Ew为50%，总紧度为89.5%[6]。

2.3.2 组织及布边设计

本产品设计的是床上用品织物，组织为缎纹，质地松软，利用组织循环、颜色搭配，设计出方格，同时呈现出不同的光泽。为保证织造、染整后加工的顺利进行，并得到良好的外观效应，应当合理设计布边，布边要求平直，质地紧密，与布身缩率一致，故布边设计为四上一下经重平组织，不仅满足了布边强度，还能保证布身美观。织物组织图如图1所示。

图1 织物组织图

2.3.3 产品规格

织物的匹长是根据其使用方式、厚度、织机的最大卷装容量等多种因素来选定的。匹长为40 m，4联匹，产品幅宽250 cm，经密550根/10 cm，纬密355根/10 cm。

3 织造工艺

3.1 络筒

采用GA012型双面槽筒松式络筒机，将原纱卷绕成一定密度、成形良好的松式筒纱，使纱线能更好地进行染色。考虑到甲壳素纤维强力和纱线毛羽的问题，络筒速度为400 m/min。甲壳素纤维与棉纤维混纺，甲壳素纤维的吸湿性能好，为防止染色不均匀和层差的出现，卷绕密度为0.37 g/cm3。甲壳素纤维吸湿性较好，对湿度比较敏感，生产时要对其进行严格的控制，温度一般调控在25 ℃～35 ℃以内，相对湿度在65%左右[7-8]，不宜大于70%。

3.2 纱线染色前处理

本产品采用棉甲壳素纤维混纺纱线，棉是天然纤维，需要进行染色前处理，减少染色色差。本纱线的煮练工艺，选择烧碱用量为2 g/L。表面活性剂对纱线进行进一步的湿润，同时会使表面的蜡状物质和各种杂质进行软化分散，同时可以避免其重新黏附，有利于试剂向纤维内部渗透，表面活性剂为1 g/L。软水剂能有效防止生成另外一些杂质，用量为1 g/L[9]。

在漂白工艺中，双氧水能破坏色素分子，浓度为4 g/L；硅酸钠是常用的稳定剂，稳定作用佳，同时对pH值具有一定的缓冲作用，可以抑制双氧水的分解，用量为3 g/L；浴比为1∶15；pH为10～11；JFC为适量。

3.3 纱线染色

由于甲壳素纤维对染料的吸附和结合能力较强，染色速度快于棉纤维，对棉纤维进行阳离子化试剂处理，使棉纤维改性而获得正电荷，提高了混纺的匀染性[10]。

棉甲壳素纤维混纺织物经预处理后可实现活性染料染色，能得到较好的染色深度和匀染性，对抗性和皂洗牢度影响较小，染色条件易控制。Na2CO3质量浓度为10 g/L，可以调节pH，同时有固色作用。在进行染色过程中，用食盐作促染剂，用量为40 g/L。结合本产品面料风格，纱线以浅色为宜，浴比为1∶8。甲壳素纤维对染料助剂比较敏感，食盐、纯碱要分次加入；为了减少对纱线的损伤，采用加完食盐后缓慢升温至80 ℃，分次等量加入碱剂，每隔10 min加入一次，以使充分匀染。

3.4 络筒

采用Schlafhorst Autoconer338型络筒机。该织物所用纱线线密度为14.5 tex，属细特纱，络筒速度应适当减小，但应大于松式络筒时的速度，络筒速度为500 m/min。甲壳素纤维之间摩擦抱合力较小，张力应适当偏小，本产品的张力为10 cN。卷绕密度与纱线的号数有关，参考相似产品，卷绕密度为0.42 g/cm3。

3.5 整经

选择本宁格ZDA-GE型分批整经机。本产品设计床上用品的纱号数细，为减少伸长损失并降低断头，整经工艺以“小张力，低转速”为原则。主要参数设置：张力20 cN，张力杆隔距26 mm，整经速度550 m/min，整经卷绕密度0.52 g/cm3，整经宽度272 mm。接头方式为织布结，相对湿度65%，计算并修正整经轴数为16个。为达到拼幅、拼花的要求，在浆纱前需要对纱线进行劈花和排花。

3.6 浆纱

采用祖克S432型浆纱机，高压上浆，浸透与被覆并重，使浆料紧紧贴伏。甲壳素纤维混纺后的纱线毛羽较多，不利于织造时开口，容易形成织疵。纱线经过上浆，可以有效地改善纱线表面毛羽等情况。鉴于棉甲壳素纤维混纺纱线毛羽较多、纱线强力不够，其主要参数设置：上浆率14%，浆纱回潮率9%，经纱伸长率0.96%，控制车速50 m/min，温度90 ℃。甲壳素纤维纱线耐碱不耐酸，为了减少对纱线的损伤，浆液一般为中性或者微碱性，pH值为7～8[11]。

3.7 穿经

采用半自动穿经，经停片6排，采用顺穿法。基础组织是五枚三飞经面缎纹和五枚三飞纬面缎纹，布边是四上一下经重平组织，将布边穿入最后2页综，分别为11、12；布身采用顺穿法来提高工作效率，穿综情况依次为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。本产品幅宽为250 cm，筘幅为267.7 cm，选择布边穿筘为3入，布身为4入，公制筘号133齿/10 cm。

3.8 纬纱准备

纬纱定捻采用SFVC型定捻锅，可以在一定程度上稳定纱线捻度。本产品纬纱为棉甲壳素混纺纱线，纱号较细，捻度适中。具体定捻工艺：温度85 ℃，时间60 min，压力9.78 kPa。

3.9 织造

为了达到织物布面柔软光滑、色泽光亮的要求，采用ZAX9100型喷气织机，其入纬率、生产效率高。甲壳素纤维纱线在织造过程中容易产生毛羽，易造成经纱黏连、飞花、断头等，织物幅宽较宽，织造采用“早开口，小张力，低后梁”的工艺原则，使布面平整细腻，色泽光亮。

4 后整理工艺

烧毛可以去除经过各种摩擦后产生的布身细毛，使布面光洁美观，保证质量并提高服用性。本产品使用LZCM028型气体烧毛机，采用一正一反烧毛。织物轻薄，由于甲壳素纤维纱线生产过程中毛羽很多，车速不宜太大，太小又有可能损伤此织物。主要参数设计：车速110 m/min，火焰温度800 ℃，火焰与布面距离1.0 cm。

采用酶退浆和氧化剂退浆相结合，酶退浆具有专一性，较温和，氧化剂辅助退浆褪去PVA浆料，退浆更彻底、充分。生物酶无危害，对环境的污染小，氧化剂亚溴酸钠相比双氧水对纤维的损伤更小。

拉幅将织物的幅宽拉至规定的宽度，并使它呈稳定状态，同时可以纠正一些纬纱问题，使织物的外观质量得到改善。采用德国Moenus公司KranzeK30型热风拉幅机。棉甲壳素纤维混纺纱公定回潮率为10.92%，给湿率为16%，热风烘房温度110 ℃，车速60 m/min，蒸汽气压200 kPa。

通过降低织物在使用过程中的经向收缩来稳定织物尺寸，一般未整理前的织物经向缩水率约在8%～10%，经过整理可以使其在3%左右[12]。本产品吸湿性较好，采用三辊筒橡胶毯式预缩机，给湿率为15%，车速为30 m/min。

5 结语

本产品选用棉/甲壳素纤维70/30 14.5 tex纱，经纱Z捻，纬纱S捻，捻度91.28捻/10 cm；织物经密550根/10 cm，纬密355根/10 cm，总紧度89.5%，采用缎纹及纱线颜色设计出方格组织，其性能柔软舒适，光泽好，抑菌率达70%以上。该面料在满足普通床上用品性能的基础上，还具有抑菌抗菌、环保等特点，丰富了产品的价值，提升了消费者的生活品质。