混纺比对备长炭/棉混纺纱及其针织物性能的影响

田西西 方 萌 陈倩钰 林惠婷

1. 泉州师范学院 纺织与服装学院, 福建 泉州 362000;2. 福建省纤维检测中心 纺织产品检测技术重点实验室,福建 福州 350000

随着卫生保健意识的不断增强,人们在服饰穿戴方面更加注重健康环保,因此对纺织品在绿色环保、无菌除臭性等方面也提出了更高的要求。基于此,开发具有除臭性能的织物具有很高的市场价值[1-2]。

目前,市面上的除臭纺织品以采用除臭纤维为原料织制的织物或对常规织物进行除臭整理的为主[3]。一些天然纤维具有良好的除臭性能,如以蛋白质为主要成分的天然羊毛纤维,即具有较好的除臭效果[4]。合成纤维中具有除臭性能的纤维主要有尼龙、除臭黏胶纤维、光触媒涤纶、甲壳素纤维等[5-8]。

备长炭纤维是采用优质备长炭提取物与纤维素颗粒混合制备而成的一种新型功能性纤维。这种纤维具有黏胶纤维特有的纤维素纤维特性,同时具备纳米级炭粒优异的吸附性能。纤维纵向表面附着有纤维素颗粒并存在细小的孔洞,横截面上也含有许多不规则的细小孔洞,这些孔洞能与空气接触并吸附具有不良气味的物质,产生除臭作用[9]。目前,备长炭纤维与其他纤维的混纺产品还较为少见,其相关的研究也不多[10]。基于此,本文以备长炭纤维为研究对象,将备长炭与棉纤维按不同的质量比混纺,制备多种不同混纺比的备长炭/棉混纺纱,并与纯备长炭、纯棉及纯普通黏胶纱线进行对比,分析备长炭纤维的纺纱性能,再将备长炭/棉混纺纱织制成针织物,探讨备长炭纤维质量分数对备长炭/棉针织物顶破性能与除臭性能的影响。

1 试验部分

1.1 试验材料

纤维原料:以备长炭纤维、棉纤维和普通黏胶纤维为原料,分别纺制不同纤维原料组分的纱线。3种纤维原料的规格与基本性能如表1所示。由表1可以看出,备长炭纤维的线密度略小于棉纤维,与普通黏胶纤维相同,断裂强度(3.26 cN/dtex)高于普通黏胶纤维。备长炭纤维的体积比电阻略大于普通黏胶纤维和棉纤维,表明其具有较好的抗静电性能。

表1 纤维原料规格与基本性能

试剂:质量分数为28%的氨水(分析纯);质量分数为99.7%的醋酸(分析纯)。

1.2 试验仪器

DHU A201型小样清梳联合机,DHU A301型小样并条机,DHU A401 型粗纱试验机,DHU A501型环锭细纱试验机,YG005E型电子单纤维强力机,YG321型纤维比电阻仪,YG021DL型电子单纱强力机,SY1000HD型条干均匀度测试分析仪,YG031D型弹子顶破强力仪,WF-52CJB型全自动针织横机,抽滤瓶,胶塞,软管,ZG-100型采样器,烧杯,移液枪,量筒,北川式氨气检知管和醋酸检知管(北京合悦达科技有限公司,氨气检测范围为5～260 μL/L,醋酸检测范围为0.5～125.0 μL/L)。

1.3 纱线原料设计

开发备长炭/棉混纺纱,使纱线在具有备长炭纤维优异的吸附性能的同时,融合棉纤维的优点,从而在降低生产成本的同时,实现备长炭纤维更广泛的应用。试验共设计了3种不同混纺比的备长炭/棉混纺纱,同时制备了纯备长炭、纯棉及纯普通黏胶纱线进行对比。纱线原料设计如表2所示。

表2 纱线原料设计

1.4 纺纱工艺流程

本文采用散纤维混合的方式将纤维原料充分混合均匀。由于纤维定量较小,故将梳棉机的锡林和刺辊速度设置为慢速,以减少纤维损伤及纤维间的缠结,提高生条质量。并条工序采用2道并合,每次并合4根条子。粗纱捻度设定为50 捻/m,锭翼速度为210 r/min。纺制的纱线(细纱)线密度为60 tex,锭速为6 000 r/min,前区牵伸倍数为10,总牵伸倍数根据粗纱定量和细纱线密度进行微调,细纱捻度设定为600 捻/m。

1.5 针织物织制

使用WF-52CJB型全自动针织横机,分别将表2所示的6种纱线织制成纬平针针织物,织物橫密为30列/(5 cm),纵密为45行/(5 cm),横机号数为14。

1.6 纱线性能测试

在测试纱线试样性能前,将其放置在温度为(20±2)℃、相对湿度为(65±2)%的恒温恒湿室中调湿24 h以达到平衡状态。纱线拉伸性能测试在YG021DL型电子单纱强力机上进行,参照GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》测试。采用等速伸长(CRE)的方式,拉伸速度为(500±10)mm/min,夹持距离为(500±2)mm,预加张力为(0.5±0.1)cN/tex,每种试样测试30次,结果取平均值。纱线条干均匀度采用SY1000HD型条干均匀度测试分析仪测试,参照GB/T 3292.1—2008《纺织品 纱线条干不匀试验方法 第1部分:电容法》测试。测试速度为100 m/min,每种试样测试10次,结果取平均值,获得纱线条干、毛羽指数、棉结数、粗细节数等指标的测试结果。

1.7 织物顶破性能测试

采用YG031D型弹子顶破强力仪,根据GB/T 19976—2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》进行试验,试样直径为6 cm,夹布圆环内径为2.5 cm,弹子直径为2 cm,试验机下降速度为10 cm/min。试验在标准大气环境下进行,每种试样测试5次,结果取平均值。

1.8 除臭性能测试

纺织材料除臭性能的测试方法有很多,如检知管法、气相色谱法、冷凝取样分析法等[11]。检知管法是利用一支带刻度的玻璃管来检测待测气体浓度的方法。玻璃管内填充有能与待测气体发生显色反应且颜色变化正比于待测气体浓度的颗粒状化学物质。将试样与异味气体接触规定时间后,用检知管分别测定含有试样和不含试样时异味气体的浓度,再通过式(1)计算异味气体浓度减少率(即除臭率)[12]。

(1)

式中:QORR为除臭率;W1为含有试样时异味气体的浓度(体积分数);W2为不含试样时异味气体的浓度(体积分数)。

检知管法是一种简单、快速且低成本的检测方法。本文采用检知管法进行备长炭/棉混纺针织物的除臭性能测试。

测试前,将待测织物裁剪成10 cm×10 cm大小的试样备用。取2个干净且干燥的容量为1 L的抽滤瓶,分别编号为1号和2号。用移液枪抽取0.05 mL质量分数为28%的氨水,加入2 mL的水稀释,并密封、静置使其与水均匀混合。同样地,用移液枪抽取0.5 mL质量分数为99.7%的醋酸,加入2 mL的水稀释,密封、静置使其与水混合均匀。用移液枪向1号抽滤瓶中加入稀释后的氨水0.1 mL,向2号抽滤瓶中加入稀释后的醋酸0.5 mL,用软管塞住抽滤瓶使其密封。待气体在抽滤瓶内部挥发2 h后,将氨气检知管的一端连接在采样器上,另一端插入1号抽滤瓶的瓶嘴处,速率均匀地抽取抽滤瓶中的气体100 mL,直至氨气检知管的读数稳定,读取不含织物试样的1号抽滤瓶内氨气的浓度W2A。同样地,采用醋酸检知管检测不含织物试样的2号抽滤瓶内醋酸的浓度W2B。分别向1号和2号抽滤瓶中加入织物试样,2 h后再分别用对应的检知管抽取抽滤瓶中的气体,读取含织物试样的1号抽滤瓶内氨气的浓度W1A和含织物试样的2号抽滤瓶内醋酸的浓度W1B,再通过式(1)分别计算氨气和醋酸的浓度减少率。

2 结果与讨论

2.1 纱线性能

表3所示为6种不同纱线试样的拉伸性能和条干均匀性对比。从表3可以看出,纯备长炭纱线的断裂强度小于纯普通黏胶纱线和纯棉纱线,这可能与纤维原料的断裂强度及成纱条干均匀度有关。当备长炭与棉的混纺比为50∶50时,备长炭/棉混纺纱的断裂强度较其他2种混纺比混纺纱的略大。棉纤维的断裂强度高于备长炭纤维的,理论而言,备长炭/棉混纺纱的断裂强度高于纯备长炭纤维纱的,但试验结果并非如此。这可能是因为棉纤维属于天然纤维,其长度离散度较大,且与备长炭纤维的长度相差较大,使得散纤维混纺过程中同时控制好2种纤维的难度较大,从而影响了纱线强度。纯备长炭纱线的条干不匀率CV值和粗、细节数等指标均高于纯普通黏胶纱线。3种备长炭/棉混纺纱中,随着备长炭纤维质量分数的增大,纱线的条干不匀率CV值和毛羽指数均逐渐减小。这可能与备长炭纤维较长且长度整齐度良好,提高了纱线的条干均匀度,降低了纱线毛羽指数有关。从纱线的粗、细节数来看,纯备长炭纱线优于纯棉纱和备长炭/棉混纺纱。当备长炭和棉纤维的混纺比为50∶50时,所得混纺纱的粗、细节较少,整体质量较好。

表3 不同纱线试样的性能对比

2.2 顶破性能

顶破性能优劣关系到织物的耐用性能。表4为不同混纺比备长炭/棉针织物的顶破强力测试结果。由表4可知,纯备长炭针织物的顶破强力低于纯棉织物,这与备长炭纤维及其纯纺纱线的断裂强度均低于纯棉纤维及纯棉纱线这一结果一致。3种备长炭/棉针织物中,随着备长炭纤维质量分数的增大,其针织物顶破强力略有增大。

表4 不同混纺比备长炭/棉针织物的顶破强力

2.3 除臭性能

测试不同混纺比备长炭/棉针织物对氨气和醋酸的除臭率,结果分别如图1和图2所示。

图1 不同混纺比备长炭/棉针织物对氨气的除臭率

图2 不同混纺比备长炭/棉针织物对醋酸的除臭率

从图1可以看出,忽略抽滤瓶密封不严,首次抽取气体存在漏气等因素的影响,纯棉和纯普通黏胶针织物对氨气没有表现出明显的除臭效果,而含质量分数为30%的备长炭/棉针织物对氨气的除臭率即可达到69.75%。3种备长炭/棉混纺针织物中,随着备长炭纤维质量分数的增大,备长炭/棉针织物对氨气的除臭率增大,除臭效果提升。纯备长炭针织物的除臭率相比备长炭/棉(30/70)针织物的提高了18.59%。由图2可知,纯普通黏胶针织物和纯棉针织物对醋酸的除臭效果也不明显,而纯备长炭针织物对醋酸有较好的除臭作用,但除臭率低于对氨气的除臭率。3种备长炭/棉针织物中,随着备长炭质量分数的增大,备长炭/棉针织物对醋酸的除臭率增大,且增大幅度较对氨气除臭率的增大幅度更明显。纯备长炭针织物对醋酸的除臭率相比备长炭/棉(30/70)针织物对醋酸的除臭率提高了256.29%。

3 结语

为探讨备长炭纤维产品的性能,设计并纺制了不同混纺比的备长炭/棉混纺纱,并将其织制成纬平针针织物,测试和比较了纯备长炭纱线、纯棉纱线、纯普通黏胶纱线及3种不同混纺比备长炭/棉混纺纱的性能及其针织物的顶破性能与除臭性能。研究结果表明,纯备长炭纱线的断裂强度低于纯普通黏胶纱线和纯棉纱线;备长炭与棉纤维的混纺比为50∶50时,混纺纱的断裂强度较高。备长炭/棉混纺纱的条干不匀率CV值和毛羽指数均随着备长炭纤维质量分数的增大而减小,当备长炭与棉纤维的混纺比为50∶50时,混纺纱的粗、细节较少,整体质量较好。备长炭/棉针织物顶破性能的变化规律与其相应纱线的力学性能基本一致:纯备长炭针织物的顶破强力低于纯棉针织物;3种备长炭/棉针织物中,随着备长炭纤维质量分数的增大,其针织物顶破强力略有增大。此外,备长炭/棉针织物对氨气和醋酸均有良好的除臭作用,且对氨气的除臭效果更好。随着混纺纱中备长炭纤维质量分数的增大,备长炭/棉针织物对氨气和醋酸的除臭率增大。