經編結構靜電阻隔織物的設計與開發

鐘文鑫， 冒海文， 岳亞丹， 仲柏儉， 張新杰， 喻 穎， 馬丕波

(1. 江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 江蘇聚杰微纖紡織科技集團有限公司， 江蘇 蘇州 215222)

經編結構靜電阻隔織物的設計與開發

鐘文鑫1， 冒海文1， 岳亞丹1， 仲柏儉2， 張新杰2， 喻 穎1， 馬丕波1

(1. 江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 江蘇聚杰微纖紡織科技集團有限公司， 江蘇 蘇州 215222)

為探究不同襯緯結構與不同托瑪琳質量分數對經編結構靜電阻隔織物的影響，采用滌綸紗線和聚偏氟乙烯纖維為原料，通過經編平紋和襯緯工藝相結合的織造方式形成靜電阻隔織物樣布，并使用托瑪琳溶液對織物進行后整理處理，使其具有靜電吸附功效。測試相同襯緯工藝下不同質量分數托瑪琳溶液處理后樣布的過濾效率，以及相同質量分數托瑪琳溶液處理不同襯緯工藝樣布的過濾效率，經比較得出最佳的襯緯工藝與托瑪琳溶液質量分數。測試結果表明：使用質量分數為30%的托瑪琳溶液處理樣布，樣布的過濾效率最高；在相同質量分數托瑪琳溶液處理下，過濾網采用1隔2襯的工藝組合進行織造時，樣布的過濾性能最佳。

托瑪琳； 靜電阻隔織物； 靜電吸附； 過濾性； 經編結構

天然礦物托瑪琳具有自極化性能，極化能量來源于溫度變化，而且在無源條件下可產生負離子[1]。它還可催化分解甲醛等有害有機分子，促進空氣中懸浮物的沉降，從而凈化空氣[2-3]。將托瑪琳用于紡織品，是理想的保健功能材料，可制成內衣、健康寢具、沙發等[4-6]。采用同樣具備靜電吸附作用的托瑪琳溶液對樣布進行后整理操作，進一步加強了樣布對微粒的吸附效果，對于人們的身體健康具有較好的保護作用。托瑪琳作為環境功能材料已得到國內外環境科學界的公認，在日本、美國、韓國、中國等國家,托瑪琳用于居室等小環境的改善已實現了產業化。同時托瑪琳功能整理紡織品還有防紫外線、防輻射(電磁屏蔽)[7-8]等功能，在功能性紡織品開發領域具有廣闊的應用前景。

聚偏氟乙烯纖維(PVDF)外觀呈半透明細長狀。從微觀角度看，分子鏈間排列緊密，又有較強的氫鍵，含氧指數為46%，熔點為172 ℃[9-11]。PVDF纖維除了具有良好的耐化學腐蝕性、耐高溫、耐氧化性、耐射線輻射性能外，還具有壓電性、介電性、熱電性等性能[12]，因此，聚偏氟乙烯是一種強極性的高分子材料，具有很高的介電常數，自身極容易產生靜電現象[13-14]，將其作為襯緯組織纖維，能有效提升樣布對細小微粒的靜電吸附性能。同時聚偏氟乙烯纖維與平紋經編織造工藝相結合，使得整個過濾網立體感強，外觀精致。

本文試樣采用平紋與襯緯工藝相結合的織造結構，其中襯緯部分采用聚偏氟乙烯纖維，然后使用托瑪琳溶液對試樣進行后整理處理，使其具有靜電吸附功能，通過改變襯緯工藝以及托瑪琳溶液質量分數，探究具有最佳靜電吸附功能的織物結構與制備工藝。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

平紋部分使用滌綸長絲8.33 tex/36 f(江蘇盛虹紡織有限公司)，襯緯部分使用聚偏氟乙烯纖維100 tex(蘇州耐德新材料有限公司)，后整理部分使用托瑪琳粉(8 000目，河北天晟粉體材料有限公司)。

1.2 實驗設備

實驗設備：KS4型特里科高速經編機(德國卡爾邁耶有限公司)；LZC-H型濾料綜合性能測試臺(蘇州華達儀器設備有限公司)；自動攪拌器；烘箱等。

使用LZC-H型濾料綜合性能測試臺對經過托瑪琳溶液后整理工序的過濾網樣布進行顆粒過濾性能測試。測試臺通過對過濾工藝流程的探索和實驗，參照YY 0469—2004《醫用外殼口罩技術要求》和GB 2626—2006《呼吸防護用品自吸過濾式防顆粒物呼吸器》設計制造，可以對多種濾料進行阻力、流量、效率等方面的測定。本文使用測試臺對過濾網樣本進行過濾性能檢測，可以及時得到完整的數據參數，且操作簡單，使用方便，有利于實驗過程的高效完成。

1.3 織造工藝

在KS4型特里科高速經編機上采用單把梳櫛進行經編過濾網樣布的織造。在此次實驗中，將織物的工藝參數輸入經編機控制系統后進行織造，并依次剪取20塊實驗樣布。樣布形狀呈現為12 cm×12 cm大小的正方形。

織物樣布由平紋和襯緯2個部分組成。平紋部分使用單把梳櫛滿穿織造，墊紗數碼為1-0/2-3//。為對比出組織結構的差異對織物過濾性能的影響，在襯緯工藝上，分別采用滿襯、1隔1襯、1隔2襯、1隔3襯和無襯5種方式。

1.4 琳后整理工藝

本文實驗中的后整理方法采用浸漬與浸軋法相結合，主要是把托瑪琳微粒材料通過整理加工，使其附著在織物表面，從而賦予織物具有自發產生負氧離子的功能[6]。分別設計了0、20%、30%、40%、50% 5種質量分數的托瑪琳溶液，其溶質配比見表1所示。

表1 托瑪琳溶液配比Tab.1 Ratio of tourmaline solution

用自動攪拌器將配好的托瑪琳溶液以300 r/min的速度攪拌30 min。從5種經編結構織物中，各取1塊樣布放在不同濃度的托瑪琳溶液中充分浸泡10 s后取出，對樣布分別進行扎車壓浸處理，然后，使用烘箱(160 ℃)將樣布烘干，得到可用于過濾性能測試的樣布。經過托瑪琳溶液整理過的織物樣本，在使用過程中由于能量刺激(摩擦熱、光、靜電等)能產生大量的負離子。托瑪琳負離子以化學鍵與纖維上的羥基或氨基結合，具有較好的牢度。

1.5 性能測試

使用LZC-H型濾料綜合性能測試臺，在室溫狀態下，對經過托瑪琳溶液后整理工序的25塊過濾網織物樣布進行顆粒過濾性能測試。測試過程中，分別記錄了PM1.0、PM2.0、PM5.0時候的實驗測試數值，可以充分體現具備不同襯緯工藝的樣布，經過不同濃度的托瑪琳溶液浸泡處理后織物的過濾性能，測試平均值見表2所示。

表2 各樣布命名、組織結構及其過濾性能測試均值Tab.2 Each sample′s naming, structure, and average value of filtration performance test

2 結果分析

2.1 濃度影響

在過濾性能實驗中，本文分別對滿襯、1隔1襯、1隔2襯、1隔3襯和無襯5種組織結構的織物(各自命名為滿襯樣布組、1隔1襯樣布組、1隔2襯樣布組、1隔3襯樣布組和無襯樣布組)，各自使用了0、20%、30%、40%和50% 5種不同質量分數的托瑪琳溶液進行浸泡、壓扎和烘干處理，并分別測試了其過濾性能。

使用托瑪琳溶液對樣布進行后整理，在一定程度上可以增強樣布的靜電吸附功能。通過對表2中各組數據的分析，整體上可將托瑪琳溶液的質量分數對樣布過濾性能的影響歸結為：在0～30%范圍內，樣布的過濾效率隨著托瑪琳溶液濃度的升高而增強；在30%～50%范圍內，樣布的過濾效率隨著托瑪琳溶液質量分數的升高而降低，因此，由實驗可知，當托瑪琳溶液質量分數為20%～30%左右時，樣布的過濾效率最高，說明其過濾性能也達到了最佳。2.2 織物組織結構影響

當使用一定質量分數的托瑪琳溶液對織物進行后整理處理時，織物本身的織造結構上的差異，也會影響其在實驗過程中的過濾性能。針對特定的托瑪琳溶液質量分數，本文通過實驗測試，可以得到織物的不同結構，即襯緯方式不同時，托瑪琳溶液質量分數對織物過濾性能的影響。

由表2可知，對于不同襯緯組織結構的樣布，其過濾性能存在較為明顯的優劣差異。結合上文所述的當托瑪琳質量分數為20%～30%時，樣布的過濾性能最佳，綜合分析表2中數據的變化趨勢，可以得出各個襯緯組織結構的樣布過濾效率高低(即樣布過濾性能的優劣)排序為：

PM1.0時，1隔2襯樣布 > 1隔1襯樣布 > 1隔3襯樣布 > 無襯樣布 > 滿襯樣布；

PM2.0時，1隔2襯樣布 > 1隔1襯樣布 > 1隔3襯樣布 > 滿襯樣布 > 無襯樣布；

PM5.0時，1隔2襯樣布 > 1隔1襯樣布 > 1隔3襯樣布>滿襯樣布 > 無襯樣布。

參與襯緯工藝的聚偏氟乙烯纖維本身帶有一定的靜電吸附功能，理論上能夠增強過濾網底布的過濾性能。由表2得出，當樣布的襯緯組織為1隔2襯時，其過濾效率高于其他襯緯組織結構的樣布，過濾性能最佳，1隔1襯組織的樣布性能次之，無襯樣布的過濾性能最差。

當托瑪琳溶液質量分數過低時，托瑪琳粉末在樣布表面單位面積內的分布量不足，因而影響樣布過濾性能的提升；而當質量分數過高時，黏附在樣布表面的托瑪琳粉末過多，有可能會導致底布過濾網孔的堵塞，同樣不利于增強樣布的顆粒吸附和過濾性能。同樣，采用聚偏氟乙烯纖維進行襯緯時，在采取的不同襯緯工藝中，聚偏氟乙烯纖維分布較為稀疏時(即1隔3襯結構)，樣布單位面積內的靜電吸附纖維量不足，則不能夠充分提高樣布的過濾效率。反之，當聚偏氟乙烯纖維分布較為稠密，即樣布單位面積內填充的帶有靜電吸附作用的纖維密度過高(如滿襯)時，則可能對底布表面的過濾孔造成擠壓使得其孔隙偏小，同樣會影響樣布的綜合過濾性能的增強。綜合以上對實驗數據的分析可知，當托瑪琳溶液質量分數為30%，采用1隔2襯緯組織結構時，樣布的過濾效率最高。

3 結 論

本文采用滌綸長絲作為過濾網織造原料，采用帶有靜電吸附作用的聚偏氟乙烯纖維進行襯緯編織，以此制備過濾網底布；然后使用托瑪琳溶液對過濾網底布進行后整理，得到具有高效吸附功能的過濾網。通過本文研究得到以下結論。

1)在組織結構相同的情況下，托瑪琳能夠有效增強過濾網的過濾性能，使用質量分數為30%的托瑪琳溶液處理過濾網樣布，樣布的過濾效率最高。

2)在相同托瑪琳溶液處理下，過濾網采用1隔2襯的工藝組合時進行織造時，過濾網樣布的過濾性能最佳。最終得出在質量分數為30%的托瑪琳溶液處理下，采用1隔2襯的工藝組合時，過濾網樣布的過濾效率最高。

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Design and development of warp-knitted fabric with electrostatic barrier effect

ZHONG Wenxin1, MAO Haiwen1, YUE Yadan1, ZHONG Baijian2, ZHANG Xinjie2, YU Ying1, MA Pibo1

(1.EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.JiangsuJujieMicrofiberTextileTechnologyGroupCo.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu215222,China)

The influence of different weft structure and mass fraction of tourmaline fabric on the electrostatic barrier behaviors of warp knitted structure fabric was investigated in this paper. The fabric with electrostatic barrier effect of was prepared from the polyester yarn and polyvinylidene fluoride fiber by the combination of warp plain and lining weft process. Tourmaline solution was utilized during the finishing treatment, so that the fabric have a function of electrostatic adsorption effect. The filtration efficiency of fabric of same lining weft process treated with different concentrations of tourmaline was measured, that of fabric of different lining weft processes treated with the same concentration of tourmaline was measured, and by comparison, the best lining weft process and tourmaline solution concentration were determined. The results indicated that the fabric has the best filtration efficiency when the tourmaline solution concentration in the finishing treatment was 30%. Under the same condition, when the filter screen was woven by the combination of one-partition-two-lining process, the fabric had the best filter property.

tourmaline; electrostatic barrier; electrostatic adsorption; filtration property; warp-knitting

10.13475/j.fzxb.20160601005

2016-06-10

2016-11-15

中國博士后科學基金項目(2016M591767)江蘇省產學研項目(BY2015019-31)；江蘇省先進紡織工程技術中心重點項目(XJFZ/2016/2)；江南大學大學生創新訓練項目(2016204Y)

鐘文鑫(1992—)，男，碩士生。研究方向為產業用針織產品的結構設計與性能。馬丕波，通信作者，E-mail：mapibo@jiangnan.edu.cn。

TS 184.3； TS 186.1

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