李海洋 尉 霞,b 陳成煜 張華平 吳俊雄 羅璟嫻

西安工程大學(xué) a.紡織科學(xué)與工程學(xué)院, b.功能性紡織材料及制品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710048

芳綸具有超高的強(qiáng)度和高模量,且耐熱、阻燃、電絕緣性能優(yōu)良,是理想的防護(hù)服用材料。但芳綸纖維表面光滑,表面能低,親水性差,這嚴(yán)重影響了芳綸服裝的舒適性[1-3]。為此,研究人員展開(kāi)了很多工作,包括采取混紡的方法,以及對(duì)纖維進(jìn)行改性或后整理等。吳俊雄等[4]制備了一種以芳綸為芯紗,外包阻燃腈綸的包芯紗,解決了芳綸紫外光穩(wěn)定性差,易發(fā)生光降解、老化等問(wèn)題。

羊毛纖維因蛋白結(jié)構(gòu)獨(dú)特而具有許多優(yōu)異的特性,如柔軟舒適,吸濕性及保暖性好等[5]。此外,羊毛是一種阻燃性好的天然材料,其氮含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%～21%)高、著火點(diǎn)(570～600 ℃)高、極限氧指數(shù)(25～26)較高、燃燒熱(20.52 kJ/g)低,且燃燒時(shí)不熔融,無(wú)熔滴,離開(kāi)明火后會(huì)自行熄滅[6-9]。

本文選擇將羊毛與芳綸結(jié)合在一起,紡制包芯紗結(jié)構(gòu)的紗線并織制成織物用于制作防護(hù)服,以期既滿足防護(hù)服的特殊性能要求,又大幅改善芳綸織物的舒適性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料、儀器及環(huán)錠細(xì)紗機(jī)改造

試驗(yàn)材料:芳綸單紗,線密度為14.8 tex,煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司;芳綸纖維,長(zhǎng)度為51 mm,線密度為1.2 dtex,煙臺(tái)泰和新材料股份有限公司;羊毛纖維,長(zhǎng)度為65 mm,平均直徑18.1～20.0 μm(即品質(zhì)支數(shù)為70支),浙江新澳紡織股份有限公司。

試驗(yàn)儀器:B412、B423、B432、B442、B452型梳毛機(jī),江陰市百順科技有限公司;FB441型粗紗機(jī),無(wú)錫第七紡織機(jī)械有限公司;HFX-B4型毛紡細(xì)紗機(jī),南通三思機(jī)電科技有限公司;YG(B)742D型汽蒸收縮測(cè)定儀,溫州大榮紡織儀器有限公司;GBW-120型絡(luò)筒機(jī),國(guó)興機(jī)械有限公司;STOLL 12針電腦橫機(jī),德國(guó)斯托爾(STOLL)公司;YG461E型數(shù)字式透氣量?jī)x,寧波紡織儀器廠;FX3150型全自動(dòng)織物透濕量測(cè)試儀,瑞士TEXTEST儀器公司;YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀,溫州大榮紡織標(biāo)準(zhǔn)儀器廠;YG606D型平板式織物保溫儀,寧波紡織儀器廠;LLY-01B型電子硬挺度儀,萊州市電子儀器有限公司;LFY-402型織物摩擦式靜電測(cè)試儀,山東省紡織科學(xué)研究院;AUTO-SP01型垂直燃燒試驗(yàn)儀,深圳市奧德賽創(chuàng)精密儀器有限公司;YG(B)026D型電子織物強(qiáng)力機(jī),寧波紡織儀器廠;PT-2030型耐黃變?cè)囼?yàn)機(jī),廣東寶大宣力科技有限公司。

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的改造:在粗紗架上層額外安裝1排芯絲架,粗紗架外側(cè)安裝1列導(dǎo)絲勾和張力導(dǎo)絲桿;在前羅拉上方的搖架位置安裝U型結(jié)構(gòu)的塑料張力輪和V型結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)絲輪;固定導(dǎo)紗動(dòng)程,確保粗紗須條勻速、穩(wěn)定輸出,且始終位于中間位置[10]。

1.2 包芯紗的制備

分別紡制線密度皆為30 tex的羊毛/芳綸包芯紗和純芳綸包芯紗(即芳綸/芳綸包芯紗)。其中,芯層皆為芳綸單紗,線密度為14.8 tex。2種包芯紗的芯層質(zhì)量都占包芯紗整體質(zhì)量的50%。

1.3 包芯紗針織物的制備

分別采用羊毛/芳綸包芯紗和純芳綸包芯紗在STOLL 12針電腦橫機(jī)上織制包芯紗針織物。

包芯紗針織物參數(shù):雙羅紋組織,線圈長(zhǎng)度為5.316 mm,橫向密度為30.9縱行/(5 cm),縱向密度為41.7橫列/(5 cm),面密度為248.8 g/m2。

1.4 性能表征

1.4.1 透氣性

以透氣率表征包芯紗針織物的透氣性。根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》,取20 cm2的圓形試樣,使用YG461E型數(shù)字式透氣量?jī)x測(cè)量試樣不同位置的氣流量5次,取平均值。測(cè)試時(shí),設(shè)置壓強(qiáng)為100 Pa。試樣的透氣率計(jì)算式:

(1)

式中:R為透氣率,mm/s;qV為平均氣流量,dm3/min;A為試樣面積,cm2。

1.4.2 透濕性

以透濕量表征包芯紗針織物的透濕性。根據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第1部分:吸濕法》,取直徑為3 cm的圓形試樣,使用FX3150型全自動(dòng)織物透濕量測(cè)試儀在溫度為38 ℃、相對(duì)濕度為50%的環(huán)境中展開(kāi)測(cè)試。試樣的透濕率計(jì)算式:

(2)

式中:rWVT為透濕率,g/(m2·d);Δm為同一試驗(yàn)組合體2次稱(chēng)量的質(zhì)量之差,g;S為試樣有效試驗(yàn)面積,m2;t為試驗(yàn)時(shí)間,h。

1.4.3 導(dǎo)濕性

以芯吸高度表征包芯紗針織物的導(dǎo)濕性。按照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》,使用YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試,記錄液體芯吸高度的最大值,結(jié)果取平均值。測(cè)試時(shí),試樣尺寸取250 mm×30 mm。

1.4.4 保暖性

以保暖率表征包芯紗針織物的保暖性。按照GB/T 11048—1989 《紡織品 保溫性能的測(cè)定》,使用YG606D型平板式織物保溫儀測(cè)定針織物的保暖率。測(cè)試時(shí),試樣尺寸取300 mm×300 mm。試樣的保暖率計(jì)算式:

(3)

式(3)中:Q為保暖率,%;Q1為無(wú)試樣時(shí)的散熱量,W/℃;Q2為有試樣時(shí)的散熱量,W/℃。

1.4.5 剛?cè)嵝?/p>

以抗彎剛度表征包芯紗針織物的剛?cè)嵝浴８鶕?jù)GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的測(cè)定 第1部分:斜面法》,試樣尺寸取200 mm×25 mm,使用LLY-01B型電子硬挺度儀測(cè)試試樣的彎曲長(zhǎng)度3次,取平均值。試樣的抗彎剛度計(jì)算式:

G=m×C3×10-3

(4)

式(4)中:G為抗彎剛度,mN·cm;m為面密度,g/m2;C為平均彎曲長(zhǎng)度,cm。

1.4.6 抗靜電性

以摩擦帶電電壓表征包芯紗針織物的抗靜電性。根據(jù)GB/T 12703.5—2010《紡織品 靜電性能的評(píng)定 第5部分:摩擦帶電電壓》,試樣尺寸取80 mm×80 mm,使用LFY-402型織物摩擦式靜電測(cè)試儀測(cè)量試樣摩擦帶電電壓的最大值。測(cè)試時(shí),設(shè)置運(yùn)轉(zhuǎn)速度為400 r/min,測(cè)試時(shí)間為1 min,負(fù)載質(zhì)量為500 g。

1.4.7 阻燃性

以續(xù)燃時(shí)間、陰燃時(shí)間、損毀長(zhǎng)度和燃燒狀態(tài)表征針織物的阻燃性。根據(jù)GB/T 5455—2014《紡織品 燃燒性能 垂直方向 損毀長(zhǎng)度、陰燃和續(xù)燃時(shí)間的測(cè)定》,試樣尺寸取300 mm×80 mm,使用AUTO-SP01型垂直燃燒試驗(yàn)儀進(jìn)行測(cè)試。設(shè)置點(diǎn)燃時(shí)間為12 s。

1.4.8 抗紫外老化性

采用PT-2030型耐黃變?cè)囼?yàn)機(jī)對(duì)包芯紗針織物進(jìn)行紫外燈照射,以紫外燈照射包芯紗針織物前后的頂破強(qiáng)力表征針織物的抗紫外老化性。具體為,將試樣裁剪成直徑為5 cm的圓形試樣;距離試樣100 mm,使用30 W紫外燈進(jìn)行照射;根據(jù)GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測(cè)定 鋼球法》,使用YG(B)026D型電子織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)試試樣經(jīng)紫外光照射不同時(shí)間后的頂破強(qiáng)力。

2 結(jié)果與討論

2.1 包芯紗針織物的服用性能

2種包芯紗針織物的透氣性、透濕性、導(dǎo)濕性及保暖性結(jié)果如表1所示。從表1可以看出,在相同的織造工藝條件下,羊毛/芳綸包芯紗針織物與純芳綸包芯紗針織物相比,前者的透氣率提高了66.0%,透濕量提高了16.9%,芯吸高度提高了80.5%,保暖率提高了52.8%。這是因?yàn)檠蛎w維較細(xì),且?guī)в刑烊坏木砬Y(jié)構(gòu),所以含羊毛的針織物內(nèi)部蓬松多孔,這有利于形成良好的氣體和水分?jǐn)U散通道,令羊毛/芳綸包芯紗針織物具有更優(yōu)異的透氣性、透濕性和導(dǎo)濕性;同時(shí),多孔蓬松的結(jié)構(gòu)也使得內(nèi)部熱量不易散失,故而具有更好的保暖性。

表1 包芯紗針織物的服用性能Tab.1 Wearable performance of core-spun knitted fabrics

圖1展示了2種包芯紗針織物的剛?cè)嵝?。從圖1可以看出,羊毛/芳綸包芯紗針織物緯向抗彎剛度比純芳綸包芯紗針織物的低38.0%,經(jīng)向抗彎剛度比純芳綸包芯紗針織物的低18.3%。這是因?yàn)檠蛎w維的模量和剛度均比芳綸的小,加之羊毛纖維具有天然的卷曲度,且較為柔軟,所以羊毛/芳綸包芯紗針織物具有更加柔軟、舒適的觸感。

圖1 包芯紗針織物的抗彎剛度Fig.1 Bending stiffness of core-spun knitted fabrics

2.2 抗靜電性

表2列出了2種包芯紗針織物在1 min內(nèi)的摩擦靜電測(cè)試結(jié)果。從表2可以看出,羊毛/芳綸包芯紗針織物摩擦帶電電壓比純芳綸包芯紗針織物的高1 722 V,較純芳綸包芯紗針織物的提高了166.4%。芳綸本身就具備極好的電絕緣性[11],其產(chǎn)生的靜電不容易釋放,抗靜電性能較差。羊毛纖維表面覆蓋有鱗片,其摩擦因數(shù)較大,也容易產(chǎn)生靜電。因此,羊毛纖維加入后會(huì)導(dǎo)致羊毛/芳綸包芯紗針織物的抗靜電性變差。

表2 包芯紗針織物抗靜電性Tab.2 Antistatic performance of core-spun knitted fabrics

2.3 阻燃性

2種包芯紗針織物的阻燃性測(cè)試結(jié)果如表3所示。從表3可以看出,羊毛/芳綸包芯紗針織物的續(xù)燃時(shí)間比純芳綸包芯紗針織物的增加了3.90 s,陰燃時(shí)間增加了2.14 s,損毀長(zhǎng)度增加了7.12 cm,但燃燒過(guò)程中未出現(xiàn)火焰蔓延,以及熔融滴落和熔洞現(xiàn)象,故不會(huì)對(duì)人體造成燙傷等二次傷害。盡管相較于純芳綸包芯紗針織物,羊毛/芳綸包芯紗針織物的阻燃性能有所下降,但根據(jù)GB/T 17591—2006《阻燃織物》對(duì)織物燃燒性能的規(guī)定和要求,本文織制的羊毛/芳綸包芯紗針織物仍屬阻燃織物。

表3 包芯紗針織物阻燃性Tab.3 Flame retardancy of core-spun knitted fabrics

2.4 抗紫外老化性

圖2展示了2種包芯紗針織物頂破強(qiáng)力隨紫外燈照射時(shí)間的變化狀況。從圖2可以看出:純芳綸包芯紗針織物受到紫外燈照射后,頂破強(qiáng)力一開(kāi)始就逐步下降,由最初的859.5 N(未照射)下降至842.1 N(4.5 h)、831.5 N(9.0 h)、804.0 N(18.0 h),分別降低了2.0%、3.3%、6.5%。而羊毛/芳綸包芯紗針織物紫外燈照射9.0 h內(nèi),頂破強(qiáng)力無(wú)明顯下降;紫外燈照射9.0 h后,頂破強(qiáng)力呈明顯的下降趨勢(shì);紫外燈照射18.0 h后,頂破強(qiáng)力由741.7 N(9.0 h)下降至710.2 N(18.0 h),降低了4.2%。這是因?yàn)檠蛎堑鞍追肿又泻蟹枷阕灏被?其對(duì)紫外光具有良好的吸收能力[12]。當(dāng)羊毛纖維用作包芯紗的外層時(shí),羊毛可以有效吸收紫外線,對(duì)芯層芳綸形成保護(hù),從而使含芳綸的針織物具有一定的抗紫外老化能力,羊毛/芳綸包芯紗針織物暴露于陽(yáng)光下一段時(shí)間仍能保持原有的強(qiáng)度。

圖2 紫外燈輻照不同時(shí)間后包芯紗針織物的頂破強(qiáng)力Fig.2 Bursting strength of core-spun knitted fabrics after UV light irradiation for different time

3 結(jié)論

(1)羊毛/芳綸包芯紗針織物的透氣性、透濕性、導(dǎo)濕性、保暖性及剛?cè)嵝韵啾燃兎季]包芯紗針織物的均有所改善,但抗靜電性有所下降。整體上,羊毛/芳綸包芯紗針織物的舒適性?xún)?yōu)于純芳綸包芯紗針織物的舒適性。

(2)相較于純芳綸包芯紗針織物,羊毛/芳綸包芯紗針織物的阻燃性有所降低,但仍符合GB/T 17591—2006《阻燃織物》對(duì)阻燃織物燃燒性能的規(guī)定和要求。羊毛/芳綸包芯紗針織物與純芳綸包芯紗針織物均屬阻燃織物。

(3)羊毛/芳綸包芯紗針織物比純芳綸包芯紗針織物具有更好的抗紫外老化性,這種利用羊毛包纏芳綸的方法能獲得更持久的抗紫外老化性,且未采取后整理工藝,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。