吸濕速干防螨功能性織物的開發(fā)

趙立環(huán)，李小歡，韓雅新

（1.天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室，天津 300387）

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對床單等床上用紡織品的功能性要求越來越多，特別是老年人和嬰幼兒。眾所周知，塵螨廣泛分布于人們的居室環(huán)境，作為一種強(qiáng)烈的過敏原引起過敏性哮喘、過敏性鼻炎和過敏性皮膚病等，尤其是對嬰幼兒、體弱多病和過敏性體質(zhì)的人表現(xiàn)更加明顯［1］。通常床是螨蟲滋生的最佳環(huán)境之一，因為其為螨蟲提供了舒適的生存環(huán)境及食物來源［2］。因此對老年人及嬰幼兒較理想的床上用品至少應(yīng)具有柔軟舒適、吸濕速干、防螨等性能。目前床上用品的柔軟舒適和吸濕速干性能已基本可達(dá)到，但具有吸濕速干兼防螨功能的床上用品還鮮見報道。

橘瓣型雙組分紡粘水刺非織造布是兩種高聚物熔融后，同時從噴絲組件中擠出形成橘瓣型雙組分纖維，再鋪網(wǎng)后通過水刺方式對雙組分纖維進(jìn)行在線開纖、加固而形成的非織造布［3-4］。該非織造布融合了紡粘、水刺和超細(xì)纖維非織造材料的共同特點，具有獨特的性能［5-6］。首先長絲結(jié)構(gòu)賦予了其較好的機(jī)械性能，其強(qiáng)力比普通短纖產(chǎn)品高很多，并且在使用過程中不易掉屑［7］；其次采用物理加固方法，加工過程無污染，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊密，手感蓬松、柔軟，透氣性好，極大改善了傳統(tǒng)紡粘熱軋產(chǎn)品手感發(fā)硬的缺點［8］；更為重要的是橘瓣型雙組分纖維經(jīng)水刺開纖后，纖維裂解為兩種組分的超細(xì)纖維，賦予了非織造布細(xì)密的空隙結(jié)構(gòu)和100%的物理防螨性能［9-10］。但是作為超細(xì)纖維產(chǎn)品，該非織造布長期與外界粗糙物接觸后，表面超細(xì)纖維容易斷裂，使織物表面發(fā)毛，故其不適合作為產(chǎn)品外層。因此可選用具有良好使用性能的吸濕速干織物與具有100%物理防螨性能的橘瓣型雙組分紡粘水刺非織造布進(jìn)行復(fù)合，開發(fā)吸濕速干、防螨復(fù)合功能織物。

鑒于苧麻纖維縱向有裂紋，纖維構(gòu)造空隙大、透氣性好、傳熱快、吸水多、散濕快，苧麻織物具有較好的吸濕速干性能，本文選擇橘瓣型雙組分紡粘水刺非織造布作為內(nèi)層，苧麻機(jī)織物作為外層，采用水刺法加固復(fù)合該內(nèi)外層；并設(shè)計正交試驗，研究生產(chǎn)工藝指標(biāo)對復(fù)合織物吸濕速干性能的影響，同時對生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化。本研究所開發(fā)的復(fù)合織物主要用做床單，也可用于鞋墊等與人體接觸易滋生螨蟲的紡織品中。本研究成果可大大提升該類紡織品的功能性等級和舒適性程度，并為開發(fā)兼具吸濕速干和防螨功能的復(fù)合織物提供了一種思路。

1 試驗部分

1.1 材料準(zhǔn)備和織物復(fù)合

1.1.1 苧麻機(jī)織物

復(fù)合織物的外層試驗原料為純苧麻紗線，紗線捻度為39捻／10cm，捻系數(shù)為340，線密度為38tex。為了避免上漿對復(fù)合織物吸濕速干性能的影響，本文中所用苧麻紗線沒有進(jìn)行漿紗。因此為了使織造工序順利進(jìn)行，將苧麻單紗進(jìn)行合股，股線線密度為38×2 tex，捻度為30捻／10cm。織造是在ASL2000型自動織樣機(jī)上采用同種織造工藝織制了9塊純苧麻平紋織物，其主要工藝參數(shù)見表1。

表1 苧麻機(jī)織物主要織造工藝參數(shù)

1.1.2 紡粘水刺非織造布制備及織物復(fù)合

橘瓣型雙組分紡粘水刺非織造布的原料為PET切片和PA6切片，圖1為該非織造布的制備及織物復(fù)合工藝過程簡圖。如圖1所示，首先對PET和PA6切片進(jìn)行預(yù)處理，然后將這兩種彼此互不相容的聚合物切片分別經(jīng)過螺桿擠出機(jī)、熔體管路和熔體過濾器，再共同進(jìn)入紡絲組件，通過特殊形狀的噴絲板制得一種中空橘瓣型截面復(fù)合纖維。兩種組分PET和PA6聚合物在復(fù)合纖維截面中呈橘瓣狀交替配置，圖2所示為紡出的16瓣中空橘瓣型復(fù)合纖維截面圖。然后中空橘瓣型復(fù)合纖維經(jīng)過側(cè)吹風(fēng)及管式牽伸后，在已鋪上前述織造苧麻機(jī)織物的輸網(wǎng)簾上形成纖維網(wǎng)，進(jìn)入水刺工序。在水刺過程中，利用高壓水針對纖網(wǎng)的沖擊作用及經(jīng)托網(wǎng)簾反彈后的水柱加固作用，對纖網(wǎng)和苧麻機(jī)織物進(jìn)行復(fù)合加固，同時使中空橘瓣型雙組分纖維正常開纖。復(fù)合織物經(jīng)開纖、復(fù)合加固后，所制成的復(fù)合織物經(jīng)張力控制裝置和卷繞設(shè)備卷繞成布。

圖2 中空橘瓣型雙組分纖維的截面圖

1.2 生產(chǎn)工藝正交實驗

本文以紡絲工藝氣壓、水刺壓力和鋪網(wǎng)速度為3個試驗因素，每個因素取3個變化水平，按照正交表L9（34）設(shè)計正交試驗，設(shè)計后的正交表見表2。復(fù)合時采用的橘瓣型超纖非織造材料克重為120g／m2，原料成分為PET和PA6，PET和PA6的混比為7∶3。

表2 正交試驗表L9（34）

1.3 復(fù)合織物性能測試

已有研究表明，厚度在100g／m2以上的橘瓣型雙組分紡粘水刺非織造布的防螨率達(dá)100%［9-10］。而且本文采用的該非織造布的生產(chǎn)單位及本復(fù)合織物的實驗單位——廊坊中紡新元無紡材料有限公司，也已委托中國疾病預(yù)防控制中心寄生蟲病預(yù)防控制所對該公司的100g／m2橘瓣型雙組分紡粘水刺非織造布進(jìn)行了防螨性檢測，檢測報告反映其防螨率也為100%［11］。實際上該非織造布的防螨性能來源于其超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，纖維細(xì)度可達(dá)4μm，成布后織物空隙小于1μm；而螨蟲的身體大小在100～500μm，其排泄物大小為10～40μm，故能達(dá)到有效防螨。本研究在橘瓣型雙組分纖維噴絲、牽伸、鋪網(wǎng)后，進(jìn)行水刺開纖的同時與苧麻機(jī)織物進(jìn)行復(fù)合，未改變該非織造布的纖維及織物結(jié)構(gòu)；因此該非織造布的防螨性能可得以保留，即復(fù)合織物必然具有較好的防螨性能。所以本課題略去了對最后復(fù)合織物的防螨性能測試。

對復(fù)合織物的吸濕速干性能，目前有兩個測試標(biāo)準(zhǔn)：GB／T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單項組合試驗法》和GB／T 21655.2-2009《紡織品 吸濕速干性的評定 第2部分：動態(tài)水分傳遞法》。后者采用液態(tài)水分管理測試儀（MMT）進(jìn)行測試，在實際測試過程中因本試驗復(fù)合織物較厚，在一定時間內(nèi)水分不能從上層透到下層，以便傳感器接收信號，因此實驗結(jié)果很不穩(wěn)定。為此，本文依據(jù)GB／T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定 第1部分：單項組合試驗法》對表征織物吸濕速干性能的吸水率、滴水?dāng)U散時間、芯吸高度、蒸發(fā)速率和透濕量進(jìn)行了測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 測試結(jié)果（表3）

表3 各指標(biāo)測試結(jié)果

2.2 復(fù)合織物的吸濕速干性能

由表3可看出，在正交試驗的9個試驗測試結(jié)果中，表征織物吸濕性的吸水率均大于100%，滴水?dāng)U散時間均小于5s，芯吸高度均大于90mm；表征織物速干性的蒸發(fā)速率均大于0.18g／h，透濕量均大于8 000 g／（m2·d）。因此本項目所開發(fā)的復(fù)合織物的全部指標(biāo)均滿足國標(biāo)對吸濕速干性能的要求，可稱為吸濕速干織物。

2.3 生產(chǎn)工藝參數(shù)對吸濕速干性能的影響及工藝優(yōu)化

2.3.1 吸水率

正交試驗分析結(jié)果如表4所示，其中K1，K2，K3分別表示1、2、3水平相應(yīng)結(jié)果的平均值，極差R表示該因素在取值范圍內(nèi)試驗指標(biāo)的變化幅度。其大小等于3個水平平均值中的最大值與最小值的差。

表4 平均吸水率和級差分析

由表4可知，工藝氣壓對復(fù)合織物的吸水率影響最大，其次為鋪網(wǎng)速度，再次為水刺壓力。工藝氣壓的大小決定了牽伸后的長絲細(xì)度，工藝氣壓越大，經(jīng)牽伸后的長絲越細(xì)，纖維的比表面積越大，吸水率越大。對吸水率，最優(yōu)的復(fù)合工藝為A1B1C1，即工藝氣壓0.3 MPa，鋪網(wǎng)速度18m／min，水刺壓力180bar。

2.3.2 滴水?dāng)U散時間

2.3.2 基于信息不對稱角度分析政府政策失靈 信陽市政府治理農(nóng)作物秸稈禁燒過程中，出臺的相關(guān)政策涉及范圍廣泛且強(qiáng)度大。焚燒政策主要是從“禁”的角度，以縣、鄉(xiāng)、村為單位，實行秸稈禁燒責(zé)任制度，通過層層的管制與監(jiān)督，杜絕焚燒秸稈的現(xiàn)象發(fā)生。要求各縣、鄉(xiāng)、村成立分片包干小組和禁燒監(jiān)督小組，晝夜輪番巡查，對小組領(lǐng)導(dǎo)所監(jiān)督的地區(qū)發(fā)現(xiàn)起火點，進(jìn)行嚴(yán)格罰款[5]。從政府角度來看，政策只是一種強(qiáng)制性的手段，只能通過嚴(yán)厲政策緩解焚燒秸稈的狀況，并沒有從根源上為秸稈謀求長久發(fā)展的綜合利用方式。農(nóng)戶不了解秸稈資源的用途，加上為了省時和省力，而采用焚燒方式處理，從而使得政府政策得不到有效的發(fā)揮，造成了政府的失靈。

正交試驗分析結(jié)果如表5所示。

表5 平均滴水?dāng)U散時間和級差分析

由表5可知，鋪網(wǎng)速度對復(fù)合織物的滴水?dāng)U散時間影響最大，其次為水刺壓力，再次為工藝氣壓。在其他工藝參數(shù)不變的情況下，鋪網(wǎng)速度影響了水刺密度，鋪網(wǎng)速度越小，纖維在單位時間內(nèi)所獲得的水刺密度越大，復(fù)合纖維開纖、纏結(jié)效果越好，水分在產(chǎn)品內(nèi)的擴(kuò)散時間越短，滴水?dāng)U散時間越小。對滴水?dāng)U散時間，最優(yōu)的復(fù)合工藝為A2B2C3，即工藝氣壓0.2MPa，鋪網(wǎng)速度25m／min，水刺壓力170bar。

2.3.3 芯吸高度

正交試驗分析結(jié)果如表6所示。

表6 平均芯吸高度和級差分析

由表6可知，工藝氣壓對復(fù)合織物的芯吸高度影響最大，其次為鋪網(wǎng)速度，再次為水刺壓力。對芯吸高度，最優(yōu)的復(fù)合工藝為A3B1C3，即工藝氣壓0.4MPa，鋪網(wǎng)速度18m／min，水刺壓力170bar。

2.3.4 蒸發(fā)速率

正交試驗分析結(jié)果如表7所示。

表7 平均蒸發(fā)速率和級差分析

由表7可知，工藝氣壓對復(fù)合織物的蒸發(fā)速率影響最大，其次為水刺壓力，再次為鋪網(wǎng)速度。對蒸發(fā)速率，最優(yōu)的復(fù)合工藝為A1B1C2，即工藝氣壓取0.3 MPa，鋪網(wǎng)速度18m／min，水刺壓力190bar。

2.3.5 透濕量

正交試驗分析結(jié)果如表8所示。

表8 平均透濕量和級差分析

由表8可知，工藝氣壓對復(fù)合織物的透濕量影響最大，其次為水刺壓力，再次為鋪網(wǎng)速度。對透濕量，最優(yōu)的復(fù)合工藝為A2B2C2，即工藝氣壓0.2MPa，鋪網(wǎng)速度25m／min，水刺壓力190bar。

綜合以上分析可看出，工藝氣壓對表征織物吸濕速干性能的各個指標(biāo)的影響都較大，表明復(fù)合織物的纖維細(xì)度對織物的吸濕速干性能尤為關(guān)鍵。對于正交試驗中3個因素的水平選擇，因表征復(fù)合織物吸濕性的吸水率、滴水?dāng)U散時間和芯吸高度均遠(yuǎn)超過國標(biāo)所要求的指標(biāo)，而表征織物速干性的蒸發(fā)速率和透濕量也均符合國標(biāo)要求，但超出國標(biāo)要求不多。因此在選擇試驗因素水平時，偏重于提高復(fù)合織物的蒸發(fā)速率和透濕量。對蒸發(fā)速率，最優(yōu)的復(fù)合工藝為A1B1C2；而對透濕量，最優(yōu)的復(fù)合工藝為A2B2C2；綜合考慮復(fù)合織物的吸水率、滴水?dāng)U散時間和芯吸高度，因素A取A1，因素B取B1，因素C取C2。

3 結(jié)論

（1）以具有100%物理防螨性能的橘瓣型雙組分紡粘水刺非織造布為內(nèi)層，苧麻機(jī)織物為外層，利用水刺法對二者進(jìn)行加固復(fù)合后，復(fù)合織物的吸濕速干性能完全滿足國標(biāo)要求。

（2）通過正交試驗得出，工藝氣壓對表征織物吸濕速干性能的各個指標(biāo)影響都較大，復(fù)合織物的纖維細(xì)度對織物的吸濕速干性能尤為關(guān)鍵。

（3）提高復(fù)合織物的速干性并兼顧織物的吸濕性，復(fù)合織物的最優(yōu)生產(chǎn)工藝為工藝氣壓0.3MPa，鋪網(wǎng)速度18m／min，水刺壓力190bar。

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