功能型驼绒多组分混合絮片的开发及其性能研究

韦玲俐，王 璐，孙 窈，罗 菁，夏 鑫

(新疆大学 纺织与服装学院，新疆 乌鲁木齐 830046)

随着人们对健康舒适的美好生活的追求，以及对纺织行业绿色环保生产工艺日益重视，天然纤维在保暖材料中优势和竞争力日益增强。驼绒纤维以其轻柔、弹性好、吸湿透气性高[1]、保暖性强等特点，广受国内外消费者喜爱，是保暖市场中重要原料之一，但其制成的絮片防风性能较差[2-3]，静电现象严重，穿着舒适感较差，虽然保暖性较好，但价格较高，难以被大多数消费者所接受。罗布麻是西北地区最具特色的植物纤维，断裂强度高、吸湿放湿性好，不同于其他纤维素纤维，其具有更多保健效能，不但能够发射远红外线，屏蔽紫外线，还具备优异的抗菌性能[4-5]，但其制品易出现吸湿板结现象，导致产品的蓬松度及保暖性降低。混合保暖絮片的开发可丰富产品的功能与用途，通过多组分纤维混纺的方式可以充分发挥纤维各自的优势，改善原纤维的不足，并降低生产成本[6]。目前，已有研究将新型纤维与天然纤维进行混纺制得絮片，如将远红外中空涤纶纤维与羊毛进行混纺，制成能够发射远红外线的混合羊毛絮片[7]。然而该类纤维生产加工较为困难，采用涂层会导致纺织品的透气透湿性降低，而在纺丝液中使用过量远红外添加剂则会增加纺丝难度，添加不足则辐射率无法符合要求[8]。

本文将驼绒、罗布麻、超细涤纶纤维、三维卷曲涤纶纤维和ES纤维(聚乙烯/聚丙烯复合纤维)混合，采用热合非织造布加工工艺制成功能型驼绒/罗布麻/超细涤纶纤维/三维卷曲涤纶纤维/ES纤维混合絮片，通过测试分析确认该混合絮片最佳混纺比。开发的混合絮片兼顾了驼绒保暖絮片的基本性能和保健功能，增加了驼绒的实用价值，符合保暖材料绿色、环保、健康的发展趋势。

1 实验部分

1.1 实验原料

原料选择驼绒、罗布麻、超细涤纶纤维、三维卷曲涤纶纤维和ES纤维，其中：ES纤维是由聚乙烯PE和聚丙烯PP通过熔体纺丝工艺复合加工而成，其纤维呈皮芯结构，皮层为聚乙烯，柔软且熔点较低，芯层为聚丙烯，熔点较高，起到纤维主体作用。当混合絮片纤维被加热至ES纤维的熔融温度时，ES纤维皮层开始逐渐融化，并与周围纤维发生热熔黏合，因其黏合形式为点状黏合，故可使加工出的絮片具有柔软、蓬松的特点。实验所用纤维原料性能见表1。

表1 纤维原料性能

1.2 加工前准备

驼绒在开松梳理过程中常因静电现象导致纤维间相互缠绕，造成生产损耗及资源浪费，因此需要在投料前使用相对纤维量15%的水对其进行24 h加湿回潮处理。由于罗布麻纤维细度较粗，刚性较大，致使落棉率较高，需采用同样加湿方式进行回潮处理，同时在实际生产中投料量应比设计含量高5%。

1.3 加工工艺

本文实验以驼绒、罗布麻为主体纤维，配合超细涤纶纤维、三维卷曲涤纶纤维，利用ES纤维低熔点特质，采用热合非织造布生产方式制做驼绒混合絮片。生产流程为: 加湿→开松→梳理→铺网→热压定形→成卷。制做7种尺寸为30 cm×30 cm，面密度为200 g/m2的絮片试样，制备过程中的加热温度为130 ℃，加热时长为3 min。混合絮片设计参数见表2。

表2 混合絮片设计参数

1.4 性能测试

1.4.1 面密度测试

参照GB/T 24218.1—2009《纺织品 非织造布实验方法 第1部分: 单位面积质量的测定》，制备3块尺寸为30 cm × 30 cm的絮片试样，测试3次，并计算平均面密度。

1.4.2 保温性测试

参照GB/T 11048—2018《纺织品 生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》，采用 YG(B)606D 型平板式保温仪测量织物的保温率、传热系数和克罗值等指标。

1.4.3 透气性透湿性测试

参照GB/T 24218.15—2018《纺织品 非织造布实验方法 第15部分：透气性的测定》以及GB/T 12704.1—2009《纺织品 织物透湿性实验方法 第1部分: 吸湿法》，使用 YG(B) 461E 型织物透气仪和 YG(B) 216-Ⅱ型织物透湿仪测量织物透气率和透湿率。

1.4.4 弹性性能测试

参照FZ/T 60003—2011 《絮片单位面积质量、压缩回弹性及蓬松度的测定》测试保暖絮片的蓬松性及压缩回弹性。压缩率C，压缩弹性率R，蓬松度B计算公式为：

C=(T0-Tn)/T0×100%

R=(T1-Tn)/(T0-Tn)×100%

B=S×T0/m×0.1

式中：C为压缩率，%；R为压缩弹性率，%；B为蓬松度，cm3/g；S为试样面积，cm2；m为试样质量， g；T0为絮片在轻压下的厚度， mm；T1为回复厚度，mm；Tn为最大压力下厚度，mm。

1.4.5 静电性能测试

参照GB/T 12703.5—2010《纺织品 静电性能的评定 第5部分：摩擦带电电压》，采用LX-170型静电电压测试仪对试样带电电压进行测量。

1.4.6 抗菌性能测试

参照GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评定 第3部分：震荡法》，对4种试样进行大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌性测试。

1.4.7 防紫外线性能测试

参照GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》，采用YG912E型纺织品防紫外性能测试仪分别测试3种试样的长波紫外线UVA的平均透射比T(UVA)AV、中波紫外线UVB的平均透射比T(UVB)AV及平均防护系数UPFAV。测试波长范围(280～400) nm ± 0.5 nm。

2 结果与分析

2.1 混合絮片基本性能测试结果分析

2.1.1 保温性能

絮片的保温性能常以克罗值、保温率、传热系数等指标进行表征。理想的保温材料应具有较高的保温率及较低的传热系数，这与保暖絮片的组成材料和比例相关。混合絮片保温性能测试结果见表 3。可以看出，面密度相近的6种混合保温絮片(2#～7#)均具有良好的保温效果，虽相比于1#纯驼绒絮片保温率略低，但最多仅降低3.13%。混合絮片的保温方式是一种消极保暖方式，通过降低热传导、减少热对流及提高对热的反射能力，可有效提高絮片的综合保温效果。混合絮片中的驼绒与三维卷曲涤纶纤维都具有相似的转曲形态，此类形态的纤维交缠之间留有一定空隙，增加了絮片中空气的含量，有效降低了絮片整体的导热性能。同时，驼绒的髓质结构赋予纤维一定的空腔，从而进一步提高了絮片内空气含量，利于絮片的保温。超细涤纶纤维与羽绒绒朵相似，直径小、比表面积大，纤维间形成的微小空气囊更易贮存静止空气，减少热对流现象，降低絮片内的热量流失。2#～7#试样的保温率呈现先降低再升高的趋势，这是因为均匀分布在絮片中的罗布麻是天然的远红外纤维[9]，可在热辐射的作用下，以同波长的远红外线放射辐射回人体，随着罗布麻比例的提高，混合絮片的保暖性能逐渐增强[10]。

表3 混合絮片保温性能测试结果

2.1.2 透气透湿性能

絮片的透气透湿性能直接影响人体的热舒适度，透气透湿性能过低，使人体感到闷热不适，过高则会降低絮片的防风性能，使热对流增强，保温性能下降，故混合絮片的透气透湿性能应控制在合理范围内。混合絮片透气透湿性能测试结果见图1。

图1 混合絮片透气透湿性能测试结果

从图1可以看出，纯驼绒絮片有较高的透气和透湿性能，这是由驼绒自身形态和性质决定的。驼绒天然蜷曲形态使抱合的纤维间留有较大间隙，空气易于在间隙间流动，因而透气性较高，不符合优等絮片 0.6～2.0 m/s透气量的要求。相比于驼绒，罗布麻及超细涤纶纤维具有较小的纤维直径及更大的比表面积，有利于降低纤维间较大间隙，并吸附更多的静止空气，阻碍了絮片内空气对流，使混合絮片的透气性能逐渐降低至优等絮片透气量。从透湿性来看，驼绒属于蛋白质纤维，含有大量酰胺键及羧基等亲水基团，且自身结构中有空腔，故吸湿性能良好。与驼绒类似，罗布麻因含有天然纤维素大分子及黄酮类化合物等，内含大量的羧基、羟基等吸湿性基团，故混合絮片的透湿性能虽因涤纶纤维的添加而有所降低，但因罗布麻含量的增加而略有提升。

2.1.3 压缩性能

压缩性能是絮片的一项重要基本性能，通常用蓬松度、压缩率和压缩回复率3个指标来表征。混合絮片压缩性能测试结果见表4。

表4 混合絮压缩性能测试结果

由表4可以看出，纯驼绒絮片具有较好的弹性性能，而含有罗布麻和部分涤纶纤维的混合絮片的压缩回复率及压缩率下降较为明显。压缩回复率是指絮片受压缩后回复的能力，混合絮片中罗布麻比例较高，但罗布麻刚性大，弹性差，受到外力弯曲后回复能力小，同时又因小比例的超细纤维弯曲刚度较小，导致混合絮片整体的弹性压缩率降低，但不低于80%，符合GB/T 64006—2015《复合保温材料 毛复合絮片》一等品标准。压缩率表征絮片抗压扁的性能，混合絮片中由于超细涤纶纤维过于细软，刚度小，远低于驼绒的刚度及弹性模量，故适当添加刚度较大、弹性较高的三维卷曲涤纶纤维可改善混合絮片的压缩性能。混合絮片的蓬松度略微降低，说明驼绒纤维间的较大间隙已被细度较小的罗布麻纤维和超细涤纶纤维均匀填充，空隙率有所下降。

2.1.4 基本性能综合分析

对混合絮片的基本性能进行模糊综合评价分析，选用保温率、蓬松度、压缩回复率、压缩率透气性、透湿量、面密度作为评价指标。

①确定模糊集合U、V

论域U0={U1，U2，…，Um}={1，2，3，4，5，6}

指标V0={V1，V2，…，V7}={保温率，蓬松度，压缩率，压缩回复率，透气性，透湿量，定量}

②根据隶属度r，由V0得矩阵R

式中：rij为R的元素，rij∈[0，1]；Xij为j试样第i项指标的测试值；Ximax为第i项指标的最大值；Ximin为第i项指标的最小值。

③权重分配

④计算综合向量B

由矩阵R可知R保温率,将B保温率代入R得R#,根据权重分配得出综合向量B：

B保温率=(0.6 0.4)×R保温率

由上述模糊评价结论，考虑混合絮片的保温率、透湿量、透气性、面密度、蓬松度、压缩率、压缩回复率等7种基本特性，得出6种混合絮片的基本性能综合排序为2#>4#>3#>5#>6#>7#。

2.2 混合絮片功能性测试分析

2.2.1 抑菌性能

大肠杆菌及金黄色葡萄球菌是生活中常见的2种细菌，保温絮片纤维间的热量及湿气为其生长提供了合适的生存环境，给人体皮肤健康带来了隐患，因此，保温絮片的抑菌性能尤为重要。混合絮片抑菌性能测试结果见表5。

表5 混合絮片抑菌性能测试结果 %

从表5可以看出，混合絮片随着罗布麻含量的增加其抑菌性能明显提高，而纯驼绒絮片则不具有抑菌性能。这是因为罗布麻内含有黄酮类、蒽醌类及鞣制类化合物等抗菌成分[11]，鞣质类化合物呈现酸性，可使薄而疏松的细胞壁破裂，细菌逐渐裂解最终导致死亡。相比于大肠杆菌，金黄色葡萄球菌的细胞壁较厚，其抑菌性能低于大肠杆菌。根据GB/T 20944.3—2008，纺织品对大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌抑菌率均不低于70%，实验中4#混纺絮片基本符合抗菌规定，故混合絮片中罗布麻含量不应低于20%，若需要达到更高的抑菌水平应提高罗布麻含量。

2.2.2 抗静电性能

抗静电性能是表征保温絮片使用性能的一项重要指标。抗静电性能较低的纺织品不但会降低人体穿着舒适感，甚至会引起失眠、头痛、心律失常等症状，危害人体健康。驼绒制品的抗静电性能较差，但与其他天然植物纤维混纺可改善其自身抗静电性能。混合絮片静电性能测试结果见图2。

图2 混合絮片静电性能测试结果

由图2可以看出，混纺絮片的带电电压明显低于纯驼绒絮片，并随着罗布麻纤维比例的提高而继续降低。这是因为絮片的静电性能与制作絮片的纤维材料和测试时的环境相关。驼绒纤维属于蛋白质纤维，与涤纶纤维具有类似的较低电导率，导电能力较弱，当二者进行混纺时更易产生电荷集聚现象。而絮片常用于冬季，由于天气干燥，相对湿度较低，不利于纤维导电，静电现象愈加严重。罗布麻属于纤维素纤维，拥有较高的电导率，其表面大量亲水基团利用纤维横向微孔胞腔结构对吸湿后的水分进行导湿，显示出较好的毛细效应，促进了静电荷的传导及逸散，使静电荷不易聚集[12]。4#试样的带电电压低于2.5 kV,表示混合絮片已具备一定的抗静电能力，符合纺织品C级摩擦带电电压要求。

2.2.3 防紫外线性能

根据GB/T 18830—2009《纺织品 防紫外线性能的评定》，当织物的紫外线防护系数UPF大于40且长波紫外线UVA的透射率小于5%时，可称为防紫外织物，防护系数UPF越高说明透过织物的紫外线越少，防护性能越佳，目前GB/T 18830—2009中防护系数UPF最高标准为50+。混合絮片防紫外线性能测试结果见表6。

表6 混合絮片防紫外线性能测试结果

由表6可以看出，纯驼绒絮片具有较好的防紫外线性能，这是因为蛋白质纤维中含有芳香族氨基酸，其分子活性较大，极易吸收低于300 nm的紫外光，且驼绒颜色较深，紫外线更易被反射。随着罗布麻比例的提高，混合絮片的透射比明显低于纯驼绒絮片，这是由于罗布麻纤维横截面接近腰圆形，且表面布有竖纹和横节，使得紫外线易于反射，不易射入织物中，部分射入纤维中的紫外线被罗布麻中黄酮类化合物所吸收，这使得混合絮片的防紫外线性能大幅提高，织物的UPF值高于50(UPF50+),防紫外线性能比较强。

3 结 论

①经综合模糊分析法得出，2#混合絮片具有最佳的基础综合性能，其工艺为：驼绒/罗布麻/超细涤纶纤维/三维卷曲涤纶纤维/ES纤维混合配比为55/10/15/10/10，生产加工加热温度130 ℃，加热时间3 min。

②根据模糊分析法的结论，结合各混合絮片功能性差异，得出4#混合絮片的总体性能最佳，不但具备良好的保温及压缩弹性等基本性能，还具有较好的抑菌、抗静电性以及优异的防紫外线性能。其对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抑菌性基本符合纺织品抗菌标准，抗静电性能符合纺织品C级摩擦带电电压要求，紫外防护系数高达58.72。多组分混合絮片综合性能最优的工艺参数为：驼绒/罗布麻/超细涤纶纤维/三维卷曲涤纶纤维/ES纤维混合配比为45/20/15/10/10，生产加工加热温度130 ℃，加热时间3 min。

③采用驼绒、罗布麻、超细涤纶纤维、三维卷曲涤纶纤维、ES纤维混纺的方式生产多功能混合絮片，既可降低驼绒絮片的生产成本，拓宽驼绒的使用范围,又赋予混合絮片一定保健功能，增加产品附加值，满足人们“绿色”生产及消费的需要。