孫 娜 姜雅雯 孫喜平 蔣云召 徐 陽

［1.生態(tài)教育部重點實驗室（江南大學），江蘇無錫，214122；2.丹盛紡織有限公司，江蘇鎮(zhèn)江，212300］

隨著國家對職業(yè)安全的關注度日益增加以及人們自我保護意識的增強，職業(yè)工裝的需求日益擴大，同時要求面料具有較高的拉伸斷裂、撕破、頂破、耐磨性能和良好的舒適性，以滿足相關行業(yè)對工裝面料的性能要求。

天然纖維和化學纖維混紡織物在保證織物吸濕性及穿著舒適性的基礎上，有效改善了織物的耐磨性，因此被廣泛應用于工裝，如美國的錦綸/棉50/50 數(shù)碼迷彩作訓服、芬蘭的棉/滌綸65/35夏作訓服以及我國的滌綸/棉/維綸60/20/20 新型作訓服等［1］。但是隨著新形勢下市場對工裝面料性能要求的不斷提高，通過改變紗線或織物結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)提高織物力學性能的方式較難使織物性能有大幅度的提升。

為進一步解決工裝面料舒適性與力學性能提升之間的矛盾，我們借鑒塑膠和混凝土等材料中加入高強金屬材料以增強產(chǎn)品整體強度的設計理念，將柔性高強合成纖維材料嵌織到以天然纖維為主體的織物中，得到嵌織網(wǎng)格加強筋機織物，在保證織物穿著舒適性的同時，提高織物整體物理機械性能與安全防護性能。

1 織物規(guī)格設計

我們從纖維原料、紗線結(jié)構(gòu)和織物規(guī)格三方面入手，面向軍隊作訓服和救援防護服，設計了一款適用于春秋外衣的嵌織網(wǎng)格加強筋機織物。織物經(jīng)紗A 和緯紗A 均為JC 9.7 tex×2 股線，經(jīng)紗B 和緯紗B 均為N 15.5 tex/72 F×2。經(jīng)紗A 與經(jīng)紗B 的比例為32∶2；緯紗A 與緯紗B 的比例為18∶2。織物幅寬163 cm，織物經(jīng)密590 根/10 cm，緯密354 根/10 cm，織物組織為二上二下右斜紋。

1.1 原料選擇

嵌織網(wǎng)格加強筋機織物由基礎紗線和加強筋構(gòu)成。基礎紗線是織物舒適性的保證，所以選擇服用性能較好的棉纖維；加強筋承擔著提高織物力學性能的作用，因此選擇力學性能較好的化學纖維，如滌綸、錦綸、維綸、腈綸和高性能纖維等［2］。其中，錦綸在普通化學纖維中具有明顯優(yōu)勢，且成本遠低于高性能纖維，尤其是錦綸66 具有高強度和高彈性，能滿足面料對斷裂強力、撕破強力以及耐磨性的要求，因此加強筋采用錦綸66長絲。

1.2 紗線設計

基礎紗線在織物中比例較大，為保證織物整體較高的力學性能，在纖維原料中添加一定比例的長絨棉。在長絨棉比例小于50%時，隨著長絨棉比例的增加，紗線強度、條干、粗細節(jié)等各項質(zhì)量指標改善幅度較大，隨著長絨棉比例的繼續(xù)增加，紗線性能提高幅度不明顯［3］；因此，棉紗中長絨棉比例確定為50%。同時采用精梳紡紗系統(tǒng)，紗線采用雙股線結(jié)構(gòu)，提高紗線強力，以滿足織物性能要求。

加強筋采用錦綸66 合股網(wǎng)絡絲，與相同線密度的錦綸長絲相比，合股網(wǎng)絡絲的剛度較小，抱合力更大。通過測試不同線密度下錦綸網(wǎng)絡絲與純棉股線的剛度、模量，合理設計兩種紗線的線密度，使其剛度和模量接近，便于織造中采用單織軸織造，避免雙織軸的復雜織造過程，利于保證織物平整和手感柔軟。

由于面料要兼顧成本、舒適性和安全防護性能，所以要在保證紗線質(zhì)量滿足織造和織物質(zhì)量要求的前提下降低成本。所紡棉紗單紗斷裂強度18.0 cN/tex、棉結(jié)30 粒/g，其他質(zhì)量指標均滿足GB/T 398—2018《棉本色紗線》中一等品要求［4］；所用錦綸66 長絲斷裂強度9.5 cN/dtex，斷裂伸長率18.5%，4.7 cN/dtex 負荷的伸長率為（12±1.5）%，其他質(zhì)量指標均滿足FZ/T 54013—2019《錦綸66 工業(yè)用長絲》中一等品要求［5］。

1.3 織物設計

錦綸66 合股網(wǎng)絡絲的嵌織距離是嵌織網(wǎng)格加強筋機織物設計的關鍵。在其他條件相同時，錦綸66 合股網(wǎng)絡絲嵌入的距離越小，織物在外力拉伸或撕裂過程中同時受力的長絲根數(shù)越多，織物的力學性能越好［6］；隨著嵌織距離的減小，織物的成本上升，舒適性有所下降；結(jié)合實際經(jīng)驗，并綜合考慮上述影響，設計嵌織距離為5 mm。

消防救援防護服對織物的經(jīng)緯向強力要求較高，故織物應采用較高的經(jīng)密和緯密。一般采用平紋、斜紋等組織，但織物的經(jīng)密和緯密較高時，平紋織物手感硬，服用性能下降較多，且耐磨性和撕裂性能不如斜紋織物；浮長線過長的斜紋織物易起毛、勾絲，且挺括性較差［7］。綜合考慮，采用二上二下右斜紋組織，布邊采用方平組織，順序穿綜，每筘4 入。織物組織圖如圖1 所示。其 中，A 為JC 9.7 tex×2 股線，B 為N 15.5 tex/72 F×2。

圖1 織物組織圖

2 關鍵生產(chǎn)工藝探討

2.1 生產(chǎn)工藝流程

紗線的生產(chǎn)工藝流程：長絨棉與細絨棉各占50%，分別經(jīng)開清棉、梳棉、精梳工序，通過兩道并條混并，再經(jīng)粗紗、細紗、并捻得到JC 9.7 tex×2股線。

棉條混和較棉包混和更易控制混紡比例，并且能夠?qū)煞N原料進行針對性的工藝設計，便于質(zhì)量監(jiān)控［8］。長絨棉與細絨棉性能的不同，使其在清梳工藝上也存在差異。長絨棉斷裂強力較細絨棉低，并且卷曲多，在清梳工序中易受損傷，纖維轉(zhuǎn)移困難，因此應降低開清設備打手速度，梳棉機錫林、蓋板、道夫速度應比加工細絨棉時低，錫林與刺輥線速比應稍大，以加強纖維轉(zhuǎn)移，降低短絨［9］。為了提高長絨棉的利用率，避免開清工序的過度打擊，嚴格控制長絨棉的落棉量，結(jié)合實際經(jīng)驗，長絨棉開清總落棉率控制在（1.7±0.4）%，精梳落棉率控制在（13±1）%；細絨棉開清總落棉率控制在（2.5±0.4）%，精梳落棉率控制在（20±1）%。

織物的生產(chǎn)工藝流程：錦綸長絲染色定形后經(jīng)并網(wǎng)得到錦綸合股網(wǎng)絡絲，JC 9.7 tex×2 股線與錦綸合股網(wǎng)絡絲分別整經(jīng)、上漿后在并軸機上并軸，然后經(jīng)穿結(jié)經(jīng)、織造、驗修布、打包入庫。

2.2 并網(wǎng)工藝

在LB-192 型包覆紗機上進行并網(wǎng)。在網(wǎng)絡絲加工過程中，機器車速和空氣壓力會影響最終網(wǎng)絡絲的結(jié)構(gòu)與性能。一般來說，空氣壓力越大，對長絲絲束的作用力越強，有利于單絲的交纏，網(wǎng)絡結(jié)越易形成；機器車速主要影響網(wǎng)絡數(shù)和網(wǎng)絡牢度，車速越高，網(wǎng)絡數(shù)越少、網(wǎng)絡牢度也越低。在實際生產(chǎn)中，車速不能過快，否則長絲張力過大會導致斷頭，且網(wǎng)絡數(shù)和網(wǎng)絡牢度較小，長絲抱合力沒有得到很好的改善；同時網(wǎng)絡牢度不能過大，否則織物上網(wǎng)絡結(jié)點明顯，染色不勻增加，織物柔軟性也會受到一定影響［10］。綜合考慮對長絲的抱合力和織物布面的要求，選擇中等網(wǎng)絡數(shù)和網(wǎng)絡牢度，車速設定為370 m/min，氣壓設定為0.5 MPa。

2.3 整、漿、并工藝

兩種經(jīng)紗的吸濕性和力學性能差異較大，對整經(jīng)速度、整經(jīng)張力等工藝的要求不同，需分別采用專門的整經(jīng)機進行整經(jīng)。JC 9.7 tex×2 股線在GA124H-230 型整經(jīng)機上整經(jīng)，錦綸合股網(wǎng)絡絲在FILA WARPER-230 型整絲機上整經(jīng)。紗線整經(jīng)張力應均勻、適度，盡量減少紗線的伸長；在實際生產(chǎn)中，整經(jīng)張力器選擇環(huán)式+桿式，相對于圓盤式張力器能夠擴大張力調(diào)節(jié)范圍，同時對張力波動起到一定補償作用。車速的設置要考慮紗線以及筒子卷繞的質(zhì)量；紗線和筒子卷繞質(zhì)量較高時，車速可偏高設置，兼顧整經(jīng)效率；與JC 9.7 tex×2 股線相比，錦綸合股網(wǎng)絡絲的回潮率較小，易產(chǎn)生靜電，故整經(jīng)速度要適當降低。實際生產(chǎn)中，JC 9.7 tex×2 股線整經(jīng)速度500 m/min，錦綸合股網(wǎng)絡絲的整經(jīng)速度400 m/min。

錦綸合股網(wǎng)絡絲經(jīng)加工后抱合力得到了改善，但耐磨性難以滿足織造要求，直接織造易產(chǎn)生破股疵點，所以還要單獨上漿，進一步增強長絲抱合力、強力和耐磨性。漿料使用以聚丙烯酸銨鹽為主要成分的錦綸專用漿料，其在上漿時與烘燥后的水溶性不一致，可以減少漿紗吸濕再黏現(xiàn)象［11］。選用FILAMASTER-EXPRESS-180 型長絲專用漿絲機，采用軸對軸的上漿方式，且錦綸吸濕性較小，烘干速度快，漿絲速度可適當提高，設定為260 m/min。低速和高速壓漿力分別為3 000 N 和9 000 N。濕態(tài)下錦綸更易伸長，故設定上漿部分牽伸率為0.1%，烘燥部分牽伸率為0.8%。

短纖紗纖維長度較短，毛羽明顯，且強力小于長絲，故上漿的目的是增加強力和耐磨性，貼伏毛羽，上漿率相對長絲較大，且需兼顧漿液滲透和被覆，上漿率設定為8.5%。選用S432-180型漿紗機。由于經(jīng)紗頭份較多，所以采用雙漿槽；漿料以淀粉、PVA 為主，具體配方為：40 kg 淀粉、20 kg PVA、4 kg KT、2.5 kg CMS、2.5 kg 蠟片。漿紗主要工藝參數(shù)：車速70 m/min，預壓輥壓力為12 kN，漿槽主壓輥Ⅰ、Ⅱ壓力分別為8.5 kN、30 kN，漿液溫度92 ℃，漿紗回潮率（7±1）%。

并軸工序選用T-MDS-180 型并軸機。退繞張力應依據(jù)紗線線密度進行設定，紗線較細時，為了減少紗線斷頭，退繞張力偏小設置。JC 9.7 tex×2 股線退繞張力320 N，錦綸合股網(wǎng)絡絲退繞張力460 N，織軸卷繞張力4 400 N。結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際，織軸開始卷繞時車速50 m/min～60 m/min，卷繞到300 m 左右時，速度逐漸增加并穩(wěn)定在70 m/min 左右。

2.4 織造工藝

選用JAT 810-190 型噴氣織機。由于織物經(jīng)密高、緊度大，在織造過程中織機負荷大，布面振動大，所以對梭口清晰度的要求較高?？棛C配備電子開口機構(gòu)，每頁綜框動程單獨設置，選擇較早的開口時間和較大的上機張力，同時車速不能過高，以保證梭口清晰度。第1 頁至第8 頁綜框動程依次為42 mm、49 mm、55 mm、61 mm、23 mm、29 mm、35 mm、40 mm，開口時間270°，上機張力4 000 N，織機速度680 r/min。

采用低后梁工藝，但為了減小上層經(jīng)紗張力，避免上層經(jīng)紗斷裂而影響織機效率，后梁高度偏高設置，實際高度為+2?？椢锏膬煞N緯紗線密度不同，所以主噴嘴壓力分別設置。一般紗線的線密度越大，氣壓設定越高，所以JC 9.7 tex×2股線的主噴嘴氣壓0.16 MPa，錦綸合股網(wǎng)絡絲的主噴嘴氣壓0.32 MPa，輔噴氣壓均為0.35 MPa，拉伸噴嘴0.39 MPa，微風氣壓0.10 MPa，主噴時間70°～180°，輔噴時間70°～240°。

3 織物力學性能測試

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1 部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》、GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能 第1 部分：沖擊擺錘法撕破強力的測定》、GBT 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》和FZ/T 01128—2014《紡織品 耐磨性的測定雙輪磨法》，對織物的拉伸斷裂、撕破、頂破、耐磨性等進行測試［12-15］。測試結(jié)果表明：織物經(jīng)向斷裂強力1 202.5 N，緯向斷裂強力848.6 N，經(jīng)向撕破強力54.8 N，緯向撕破強力48.4 N，頂破強力1 922.4 N，摩擦475 次出現(xiàn)破損。GA 633—2006《消防員搶險救援防護服裝》對外層面料經(jīng)、緯向斷裂強力要求均為不應小于350 N，對經(jīng)、緯向撕破強力要求均為不應小于25 N：未規(guī)定頂破強力和出現(xiàn)破損摩擦次數(shù)［16］。可以看出：織物的拉伸性能和撕破性能達到了GA 633—2006《消防員搶險救援防護服裝》對外層面料力學性能的要求。

4 結(jié)束語

為了解決面料設計中穿著舒適性與力學性能提升之間的矛盾，引入加強筋結(jié)構(gòu)，制備了舒適性和力學性能優(yōu)良的嵌織網(wǎng)格加強筋機織物。在紡紗和織造工序中，考慮到棉紗和錦綸網(wǎng)絡絲的性能差異，采取了針對性的技術(shù)措施，保證了成紗質(zhì)量和織物質(zhì)量?？椢锏牧W性能測試結(jié)果表明：織物的拉伸斷裂、撕破、頂破、耐磨性等均滿足了相關標準規(guī)定，織物具有較好的應用價值。隨著人們對工裝面料防護性要求的不斷提升，兼具舒適性和良好力學性能的工裝面料將具有巨大的發(fā)展?jié)摿?；在此基礎上，開發(fā)具有電磁屏蔽、防靜電、阻燃等防護功能于一身的工裝面料將成為后續(xù)研究的熱點。