远红外聚酯/木棉/棉纤维多功能织物的性能影响研究

2021-09-22石煜沈兰萍阳智宋红

现代纺织技术 2021年5期

石煜　沈兰萍　阳智　宋红

摘要：为提高远红外聚酯/木棉/棉纤维多组分复合功能织物性能，分别制织出平纹、斜纹、缎纹、蜂巢等不同组织结构的织物，并对织物的厚度、强力、保暖性、抑菌性等性能进行测试，剖析各性能指标变化趋势，最后采用灰色近优法对实验结果进行处理分析，优选出综合性能最佳的组织结构。结果表明：4种组织结构织物均具有优良的服用性与保暖抑菌的功能性;基于缎纹组织结构的织物综合性能最佳。

关键词：远红外聚酯;木棉;组织结构;蜂巢组织;灰色近优法;保暖

中图分类号：TS105.3

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2021）05-0042-06

Study on the Influence of the Properties of Far InfraredPolyester/Kapok/Cotton Fiber Multifunctional Fabric

SHI Yu， SHEN Lanping， YANG Zhi， SONG Hong

（School of Textile Science and Engineering， Xi'an Polytechnic University， Xi'an 710048， China）

Abstract：In order to improve the properties of the far infrared polyester/kapok/cotton fiber multi-component functional fabric， plain， twill， satin， honeycomb and other fabrics with different weave structures were woven respectively. The thickness， strength， heat retention and bacteriostasis， etc. of the fabric were tested， and the variation trend of each performance indicator was analyzed. Finally， a grey near-optimal method was used to process and analyze the experimental results， and select an organizational structure with the best comprehensive performance. The results show that all of the four textured fabrics have excellent wearability， heat preservation and bacteriostasis， and the fabric based on satin weave has the best comprehensive properties.

Key words：far infrared polyester; kapok; weave; honeycomb structure; grey near-optimal method; heat preservation

远红外聚酯纤维可通过放射出与人体吸收波长相应的远红外光波，而使织物具有保暖保温等功能。除此以外，还具有手感滑爽，柔软蓬松，轻质透气，富有回弹性等特点[1]。木棉纤维具有高中空的结构特性，且其纤维集合体的蓬松度高，纤维表面微孔多，比表面积大[2-4]，因此可在纤维集合体中储存大量静止空气，使得木棉纤维内部富含氧气，从而具有良好的保暖性，也让厌氧菌无法生长繁殖，是天然的保暖抗菌纤维[5]。

利用远红外聚酯纤维和木棉纤维的优异性能，采用远红外聚酯/木棉/棉纤维功能混纺纱，通过改变组织结构，制织出4种不同组织的复合功能织物，对各织物的基本服用性能与功能性进行测试，剖析各性能指标的变化趋势，并采用灰色近优法对各织物性能进行综合评价。

1 实验

1.1 实验原料

选用的原料为西安工程大学重点实验室纺制的远红外聚酯/木棉/棉纤维功能混纺纱，混纺比6/3/1，纤度18.5 tex，捻度65捻/10 cm，牵伸倍数13.7。

1.2 织物组织结构设计

实验采用的4种组织结构分别为平纹、3/1右斜纹、5/3纬面缎纹、以1上3下为基础的蜂巢组织。图1为4种织物的组织结构图。

1.3 织物规格设计

表1为4种织物的成品规格与上机参数。

1.4 性能测试

1.4.1 织物厚度

依据GB/T 3820—1983《機织物（梭织物）和针织物厚度的测定》，采用YG（B）141D型数字式织物厚度仪，在温度（20±2） ℃，相对湿度65%±2%的条件下进行，通过多次测量获得织物厚度的平均值，测试时间为30 s。

1.4.2 透气性

依据GB/T 5453—1997《织物透气性的测定》，采用YG461E型数字式透气量仪。织物大小为20 cm×20 cm，设置测试压差100 Pa，在标准大气压（相对湿度65%±2%，温度（20±2） ℃）下进行测试。对每个织物分别测量10个不同部位的透气率，计算平均值，得到织物的最终透气率[6]。

1.4.3 织物强力

依据GB/T 19976—2005《纺织品顶破强力的测定钢球法》，采用YG（B）026D-500型电子织物强力机[7]，测试织物的大小为直径为38 mm圆布块，每种试样剪取5块，取5个实验值的平均值为此织物的顶破强力。织物破裂时记录其最大值即为顶破强力，以牛顿为单位。

1.4.4 摩擦性能

依据FZ/T 01054.2—1999《织物风格试验方法—表面摩擦性能试验方法》，采用莱州市电子仪器有限公司的YG821L型织物风格仪对织物摩擦性能进行测试。测试织物的大小为30 mm×28 mm和30 mm×77 mm，测试温度23.5 ℃，相对湿度45.8%，设定动程40 mm，上行速度48 mm/min，下行速度48 mm/min[8]。

1.4.5 保暖性

依据GB/T 11048—2008《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》[9]，采用YG（B）606 E型织物保温性能测试仪，分别测量织物保暖率和克罗值各5次，取平均值。

1.4.6 抑菌性

参照FZ/T73023—2006《抗菌针织品》中规定振荡法进行试验。试验菌种为第五代大肠杆菌 8099（由陕西省微生物研究所提供），将菌液分别倒入装有对照样与抗菌试样的烧瓶中，并测定细菌的浓度，然后振荡一定时间，测出振荡后细菌的浓度，最后计算抑菌率见式（1）[10]。

Y/%=Wb-WcWb×100（1）

式中：Y为抑菌率，%;Wb为标准空白试样振荡接触18 h后烧瓶内的活菌浓度，cfu/mL;Wc为抗菌织物试样振荡接触18 h后烧瓶内的活菌浓度，cfu/mL。

2 结果与分析

2.1 织物厚度

织物厚度是指在压力一定时测量织物的绝对厚度。该指标对织物的强度、保暖性以及透气性等性能影响较大，且与纱线规格、织物组织结构以及纱线交织时的弯曲程度有关。由图2可以看出，对于这4种组织而言，当织物纱线性质及线密度相同时，其织物厚度的大小关系为：蜂巢织物最大，缎纹织物次之、斜纹织物居中，平纹织物最小。这是由于当纱线交织的次数越少，即平均浮长越长，所得到织物就越松厚，且蜂巢织物拥有相对较长的经、纬浮长而形成的凹凸格子，故而较为厚实且手感柔软。其次，缎纹织物、斜纹织物和平纹织物，纱线的弯曲波峰与其交织的次数依次增加，故而织物厚度逐渐减小。

2.2 织物透气性

由图3可以看出，平纹组织的织物透气率最小，斜纹、缎纹织物次之，蜂巢织物最大。在这4种组织结构的织物中，平纹织物表面交织点最多，使得纱线之间的空隙相对最小，气体通过织物时要克服较大的黏滞阻力，阻碍空气流动，故透气性也相对较小;而蜂巢织物纱线之间空隙则相对最大，故透气性也相对较大。这是因为伴随纱线交织次数的减少与平均浮长的增加，织物会变得更加松软，与此同时纱线之间的相互束缚大的作用力会减小，使纱线发生相对滑移而形成孔洞，所以透气性增大[11]。其次，还可看出缎纹织物和蜂巢织物的透气率比较接近，这是由于织物在上机时纬向密度比较大的情况下，缎纹织物交织点相距较远，平均浮长与总紧度与蜂巢织物接近，因此二者透气率大小差异较小，且透气率相对于其他组织也较大。

2.3 织物强力

由图4可见，平纹织物的强力最大，斜纹、缎纹组织次之，蜂巢组织最小。这是由于平纹组织的纱线属于一上一下交织，通常情况下经、纬纱会同时受到弯曲、摩擦等外力作用，因此其强力较好，所得织物硬挺结实、质地坚牢。而斜纹组织、缎纹组织与蜂巢组织这3种组织结构的经、纬浮长均存在差异，故而在承受外力的作用时，经纱所受到的外力与纬纱不同，使得织物强力较差，但手感会则变得较为柔软。

2.4 织物摩擦性能

织物摩擦性能影响着织物的手感风格与服用舒适性，衡量指标分为静摩擦系数与动摩擦系数，纱线的平均浮长、织物组织的松紧、织物紧度等因素都会影响织物表面摩擦性能。对于不同组织结构的织物而言，纱线之间交织次数的越少，织物沿其摩擦方向的纱线浮长越长，织物受到的摩擦就会越小，故平纹织物的摩擦系數分别大于斜纹与缎纹织物。另外，在蜂巢织物表面存在由经纬纱交织而形成的凸体，造成织物表面凹凸，在相互摩擦时，就会像齿轮啮合那样地凹凸交叉，因此产生的摩擦阻力最大。由图5可看出蜂巢织物的摩擦性能最差，缎纹织物最佳。

2.5 织物保暖性

由图6可知，4种织物的保暖率均在44.3%以上、克罗值均在2.08 ℃m2/W以上，满足GB/T 11048—2008中的保暖指标。织物的结构、组织、厚度及层合、复合方式都会影响织物的保暖性。其中，织物组织结构越松厚，织物空隙率越大，则保暖性越好。由图6还可以看出，织物保暖性的大小关系为：蜂巢组织>缎纹组织>斜纹组织>平纹组织。这是由于伴随组织结构的变化，织物经纬纱交织次数减少，织物的蓬松性越好，内部静止空气的含量也越多，织物保暖性越好。除此之外，相对于其他组织而言，蜂巢组织的保温率与克罗值增加明显，主要是因为蜂巢组织四周高中间低，形成凹凸状态的特性，使织物内部含有空隙增多，对保暖性的影响较大。

2.6 组织结构对织物抑菌性的影响

由图7可以看出，4种组织结构制织成的织物对大肠杆菌抑菌性均为良好，即抑菌率均在97%以上，满足FZ/T 73023-2006中的抗菌指标。其中蜂巢织物的抑菌率最高，平纹织物则相对最小。由于织物采用的纱线原料相同，斜纹、缎纹以及蜂巢组织纱线之间空隙的较大，透气性也较大，空气含量较多，导致厌氧菌无法生存，故而抑菌率较组织结构紧密的平纹组织稍大。

3 织物性能优化

3.1 灰色近优法原理

假设有织物Mj（j=1，2，…，m），各评价指标为Ci（i=1，2，…，n），按一定行列排序形成矩阵，可以得到m个织物n维指标的灰矩阵Rn×m：

Rn×m=C1C2··CnR11R12··R1mR21R22··R··········Rn1Rn2··Rnm（1）

式中：Rij为第j种织物的第i个质量指标的实际测量值，即灰矩阵Rn×m的灰元值，再将测试出的不同织物的质量指标录入，可得到白化灰矩阵R′n×m：

R′n×m=C1C2··CnR′11R′12··R′1mR′21R′22··R′2m··········R′n1R′n2··R′nm（2）

将各白化灰元值映射到[0，1]区间，再将各白化灰元的效果测度取代白化灰元值，得到近优白化灰矩阵R″n×m矩阵[12]。一般采用单点效果测度，其包括上限效果测度（应用于越大越优型指标）、下限效果测度（应用于越小越优型指标）以及中心效果测度（应用于适中型指标）[13]。

越大越优型指标：R″ij=R′ijmax{R′ij，umax}（3）

式中：max{R′ij，umax}=max（R′i1，R′i2，…，R′im，umax）;

适中型指标：R″ij=min（R′ij，u0）max（R′ij，u0）（4）

越小越优型指标：R″ij=min{R′ij，umin}R′ij（5）

式中：min{R′ij，umin}=max（R′i1，R′i2，…，R′im，umin）。

根据各指标的最优评价标准，代入相应近优白化测试值可得到矩阵R″n×m：

R″n×m=C1C2··CnR″11R″12··R″1mR″21R″22··R″2m··········R″n1R″n2··R″nm（6）

在R″n×m矩阵中，已经得到了单一指标的近优程度，为综合全面的评价织物性能，需整合式（6）中的近优白化灰量，从而得出综合近优度。近优度白化灰元R″S，计算如式（7）：

R″S=Sj[S1，S2，…，Sm]=Sj1n∑n1R″i1，1n∑n1R″i2，…，1n∑n1R″1m（7）

依据式（7）计算出4种织物的近优度后，再依据大小进行排序，近优度值越接近于1，则说明该组织结构的织物综合性能越好。

3.2 织物综合性能评价

将不同织物的各个评价指标的测试结果分别录入式（1），得到各织物性能指标的白化灰矩阵R′8×4：

R′8×4=（1234）

厚度透气率强力静摩擦系数动摩擦系数保暖率克罗值抑菌率0.940.950.971.01473.5486.4492.3499.94594434324290.4510.4160.4050.4750.4340.4020.3910.45344.347.147.649.82.082.122.162.3797.2497.3397.4297.55

本实验研究的织物厚实柔软，且透气性良好，在保证具有优良的保暖性与抑菌性的同时也能满足基本的服用性能，可用于开发保暖抗菌类产品。因此除对织物的保暖抑菌等功能需求之外，开发时还应考虑织物的手感与舒适性。因此根据织物风格特点及其功能需求将织物厚度、保暖率、克罗值、抑菌率等定为越大越优型;织物强力、透气率定为中间最优型;静摩擦系数、动摩擦系数定为越小越优型。各性能指标测量值按照上述相应公式，将其近优白化值录入，列出近优白化矩阵R″8×4：

根据式（7），列出近优度白化灰元矩阵RS，分别求出各织物的综合近优度，然后由大到小进行排序：

R″S=Sj[S1，S2，…，S4]=Sj18∑8iR″i1，18∑8iR″i2，

…，18∑8iR″i4=Sj[0.927，0.946，0.976，0.960]织物综合近优度由大到小的排序为：缎纹组织、蜂巢组织、斜纹组织、平纹组织。

由综合近优度及测试结果可知，

R″8×4=（1234）

厚度透气率强力静摩擦系数动摩擦系数保暖率克罗值抑菌率0.930.940.9610.9680.9940.9940.9790.9530.9880.9870.9810.8980.91410.8530.900.97310.8630.8900.9460.95610.8780.8950.91110.9970.9980.9991

4 结论

a）采用远红外聚酯/木棉/棉纤维功能混纺纱制织成的4种组织结构织物均具有优良服用性能，同时还具有保暖与抑菌等功能。

b）经测试，平纹织物的强力最好;缎纹织物的摩擦性能最好，服用性与功能性也较好;蜂巢织物的保暖及抑菌性最佳，但舒适性与手感较差。

c）运用灰色近优法对不同组织结构的织物各项性能进行综合评定，缎纹组织综合性能最好，适宜于秋冬类保暖产品的设计与开发，可制成床单、襯衫等面料，市场应用前景广阔。

参考文献：

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