石墨烯复合纤维功能针织面料的开发

周俊俭,张艳明,蔡雅敏,罗伟强,张增强2,

(1.中山国泰染整有限公司,广东 中山528445;2.广东省纺织新材料及产品协同创新工程技术研究中心,广东 中山528445;3.五邑大学 纺织材料与工程学院,广东 江门529020)

石墨烯是一种新型纳米材料,它结构独特、性能优异,是目前发现的唯一的二维自由态原子晶体,被称为“奇迹材料”[1]。单纯的石墨烯纤维达不到可纺要求,而利用涤纶、锦纶、腈纶等与石墨烯复合制备出的石墨烯复合纤维,不但具有普通纤维的基本功能,而且还拥有石墨烯远红外、抗菌等独特的功能[2],在功能性纺织品中有广阔的应用前景。

中山国泰染整有限公司利用石墨烯复合纤维开发的秋冬季休闲服装面料,采用精梳棉、普通涤纶丝和石墨烯涤纶丝为原料,选用提花罗纹组织结构,经过抓毛等后整理,和克重接近但不含石墨烯复合纤维的同种面料相比,保暖性更好,符合消费者对秋冬季面料质轻、保暖的需求。

1 原料选配

面料正面选用14.76 tex(40 S/1)精梳棉,避免穿着过程中的起毛起球现象。为了达到质轻效果,连接纱选用5.56 tex(50 D/48 F)涤纶长丝。综合考虑成本和功能性,面料反面选用16.67 tex(150 D/144 F)的普通涤纶丝和石墨烯涤纶丝1∶1交织而成。

2 编织工艺

2.1 设备参数

机器 福源双面大圆机;

机号 22针/25.4 mm;

转速 20 r/min;

总针数 2 256枚。

2.2 上机工艺和编织图

三角配置和穿纱如图1所示,其中A纱为14.76 tex(40 S/1)精梳棉,B纱为5.56 tex(50 D/48 F)涤纶长丝,C纱为16.67 tex(150 D/144 F)普通涤纶丝×2条,D纱为16.67 tex(150 D/144 F)石墨烯涤纶丝×2条。

图1 提花罗纹上机工艺图

线圈长度:正面纱29 cm/100个线圈;连接纱27 cm/100个线圈;反面纱26 cm/100个线圈。

编织图如图2所示。

图2 提花罗纹编织图

3 染整工艺

染整工艺流程为:染色→开幅→烘干→定型(加亲水性814 1 kg)→抓毛→梳毛→剪毛→摇粒→定型机干定→检验。

3.1 前处理

前处理工艺处方及条件为:

精炼酶 2.25 g/L

除油剂K-23 1.5 g/L

除油剂60A 0.75 g/L

防皱剂D-900 1.5 g/L

双氧水 2.25 g/L

双氧水稳定剂TX-166 0.4 g/L

浴比 1∶12

温度 60℃

时间 40 min

醋酸/柠檬酸 0.5 g/L

除氧剂DM-8681 0.1 g/L

温度 40℃

时间 10 min

前处理工艺曲线如图3所示。

图3 前处理工艺曲线

3.2 染色

涤纶染色工艺处方及条件为:

抗还原剂BT-AR 2.4 g/L

高温匀染剂YR-031 0.6 g/L

醋酸HAc 0.85 g/L

醋酸钠 0.6 g/L

分散染料X%

浴比 1∶10

温度 130℃

时间 30 min

涤纶染色工艺曲线如图4所示。

图4 涤纶染色工艺曲线

棉染色工艺处方及条件如下:

螯合分散剂RX-815A 1.2 g/L

蚀毛剂8000L 0.25 g/L

工业盐NaCl 85 g/L

固色剂Na2CO35 g/L

代用碱RX-108A 3 g/L

活性染料X%

浴比 1∶10

温度 60℃

时间 60 min

棉染色工艺曲线如图5所示。

图5 染棉工艺曲线

3.3 后整理和定型

采用轻拉毛工艺,梳毛、剪毛后再进行摇粒起绒。织物定型时温度控制在130℃,机速为30 m/min,超喂17%,上风机开75%,下风机开80%,同时使用助剂调节手感和抗皱效果。

4 面料性能测试

4.1 测试方法

4.1.1 基本性能

参照相关标准测试面料的顶破强力、抗起毛起球、色牢度等基本性能。

4.1.2 抗菌性能

面料的抗菌性是指面料有杀菌或抑菌的效果。参照FZ/T 73023-2006《抗菌针织品》附录D吸收法的标准进行测试,考核的菌种为金黄色葡萄球菌。

4.1.3 远红外性能

具有远红外性能的纺织产品不仅拥有保暖的功能,也具有保健性,受到消费者的喜爱,其手感、外观与普通织物几乎没有差别。参照GB/T 30127-2013《纺织品远红外性能的检测和评价》的标准,测试红外发射率和辐射率。

4.1.4 保暖性能

面料轻薄同时具有保暖性是服装设计中所需考虑的重要因素,也是消费所追求的服装特点之一。参照GB/T 11048-1989《纺织品保温性能试验方法》方法A平板式的标准,对石墨烯复合纤维提花罗纹布与普通提花罗纹布进行对比测试,2种面料样品的原料百分比见表1。

表1 2种提花罗纹布的原料百分比

4.2 结果与分析

4.2.1 基本性能

石墨烯复合纤维提花罗纹布的基本性能测试结果和测试标准见表2。由表2可知,石墨烯复合纤维提花罗纹布的各项基本物理性能指标均达到服用标准。

表2 面料基本性能测试结果

4.2.2 抗菌性能

石墨烯复合纤维提花罗纹布的抗菌性测试结果见表3。

表3 面料抗菌性测试结果

由表3可知,石墨烯复合纤维提花罗纹布的抑菌率满足标准,具有抗菌功能。

4.2.3 远红外性能

石墨烯复合纤维提花罗纹布的远红外性能测试结果见表4。

表4 面料远红外性能测试结果

由表4可知,石墨烯复合纤维提花罗纹布具备远红外的性能。

4.2.4 保暖性能

石墨烯复合纤维提花罗纹布和普通提花罗纹布的保暖性能测试结果见表5。

表5 面料保暖性能测试结果

由表5可知,石墨烯复合纤维提花罗纹布的保暖性能优于同种规格的普通提花罗纹布。

5 结语

利用石墨烯复合纤维开发出的功能性针织面料,物理性能达到服用标准,并且石墨烯的抗菌性及远红外性能也在面料上得到体现,和同规格不含石墨烯复合纤维的面料进行对比,石墨烯复合纤维面料的保暖性能更优。虽然由于石墨烯本身的颜色限制了其面料颜色大多数为深色,但对于秋冬季面料来说这并不是问题,因此具有良好的应用前景。