咖啡碳纖維的機織物開發探討

羅炳金，馬旭紅

(浙江紡織服裝職業技術學院，浙江 寧波 315211)

隨著消費者對高品質生活的需求不斷增強，環保、健康、舒適、設計時尚的功能性紡織品逐漸成為市場主流。咖啡碳纖維是用廢棄的咖啡渣經過高溫煅燒，然后運用納米技術研發而成的纖維，其材質和性能滿足當前的消費趨勢。目前國內對咖啡碳纖維的研究和利用文獻不多，岳列紅[1]討論了利用咖啡碳纖維進行內衣設計，并對咖啡碳纖維的性能做了測試；劉蕊等人[2]分析了咖啡碳纖維和紗線的性能；田小迪[3]討論了負離子紗線和咖啡碳纖維交織物的性能。

1 咖啡碳纖維性能分析

咖啡碳纖維的縱、橫截面分別見圖1和圖2。從圖1和圖2可以看出，該纖維的橫截面呈不規則的橢圓形，表面存在很多微小顆粒；縱向具有明顯的中腔結構，這種縱橫向結構特點使得該纖維具有較好的可紡性，所制的織物具有優良的透氣性、透濕性、吸水性。

咖啡碳纖維制成的咖啡碳服飾，特別是內衣和襯衫，具有一定的主動發熱性[1-2]，并且由于咖啡碳纖維縱向、橫截面的結構，使纖維中間部分含有靜態空氣，靜態空氣能產生良好的隔溫效果，同時纖維表面細微的溝槽所產生的毛細現象，可使水分經芯吸、擴散、傳輸等作用迅速吸收并散發，另外咖啡渣也有吸附異味的作用。因此，咖啡碳纖維具有定透濕、消臭、快干、儲熱保暖的功能[4]。

圖1 咖啡碳纖維的縱向圖

圖2 咖啡碳纖維的橫截面

2 咖啡碳纖維在機織物設計中的應用

2.1 咖啡碳紗線/無捻紗交織提花織物

無捻紗是在20世紀70年代末出現的一種新型紗線，其特點是構成紗線的纖維呈平行排列狀，紗線的截面呈帶狀形態。無捻紗采用賽絡紡工藝，紡制水溶性維綸包芯紗(棉與水溶性維綸包芯并捻)，利用無捻紗、咖啡碳纖維的紗線作為緯紗，咖啡碳纖維紗和無捻紗按照一定比例排列；經紗單獨采用咖啡碳纖維的紗線，利用緯起花組織進行交織，通過提花工藝，開發具有可儲熱功能和良好舒適性的服裝面料。

因為采用緯起花與平紋組織，再配合咖啡碳紗線和無捻紗排列，采用提花工藝，加上無捻紗中的可溶性維綸遇熱水溶化的特性，在后整理過程中，無捻紗線退捻后，紗線變長，在面料上浮出，織物表面會出現若隱若現的花紋圖案，花形別具特色，織物手感柔軟、滑爽，設計出的新型紡織品更具有一定的產品設計理念，符合當下的潮流。

圖3 咖啡碳紗線/無捻紗交織提花織物組織圖

2.2 咖啡碳紗線/銅氨纖維長絲交織提花織物

為了使咖啡碳纖維能更好地應用在仿真絲織物上，用咖啡碳纖維紗作為緯紗，銅氨纖維長絲作為經紗，進行交織，織造薄型仿真絲面料，織物組織采用平紋組織。

銅氨纖維是采用天然纖維素材料溶解在氫氧化銅或堿性銅鹽的濃氨溶液中配成紡絲液而制得的再生纖維素纖維，這種纖維材料滑順、輕柔、吸濕、透氣，并且銅氨纖維還具有一定的環保性。

使用咖啡碳纖維紗與銅氨纖維長絲進行交織，織造的織物性能優勢互補，使得咖啡碳纖維能夠應用在薄型仿真絲面料上，這種面料的厚度定為0.25 mm～0.27 mm，根據企業生產實際情況，咖啡碳纖維紗為12 tex，銅氨長絲11.1 tex，織物組織為平紋地經起花，織物其它規格見表1。

表1 咖啡碳紗線/銅氨纖維長絲交織提花織物規格表

2.3 咖啡碳紗線/棉/莫代爾交織提花織物

選用棉型咖啡纖維，與棉和莫代爾纖維進行多組分混紡，咖啡碳/棉/莫代爾混紡比為40∶40∶20。因為棉型咖啡碳纖維與滌綸相比，斷裂伸長率、斷裂強度、初始模量均較低，但回潮率大于滌綸纖維，使得織物的手感較一般普通滌綸織物柔軟，吸濕性能有所改善，但純咖啡碳纖維織物的服用性較差。采用多組分混紡技術，配合三種不同性質纖維的性能特點，充分利用咖啡碳纖維、棉纖維和莫代爾的優良特性，保持咖啡碳纖維在織物中的保健功能，同時改善了織物抗起毛起球性、濕舒適性、懸垂性差等缺點，提高了織物的服用性能。

織物組織采用凸條組織，該凸條組織是以四上四下緯重平組織為基礎，其固結組織與交界組織均為平紋組織，織物表面呈現立體感的燈芯條外觀。表2為咖啡碳紗線/棉/莫代爾交織提花織物規格。

表2 咖啡碳紗線/棉/莫代爾交織提花織物規格

3 咖啡碳/棉/莫代爾生產工藝實踐

3.1 織造工藝流程

織造工藝流程見圖4。

圖4 織造工藝流程

3.2 整經工藝

整經機為貝寧格ZC-L-180型。整經工藝采用“小伸長、保彈性、勻張力、中速”進行配置。整經速度390 m/min，整經張力分前、中、后 三段，分別為25 cN、23 cN、21 cN ，卷繞密度0.59 g/cm3，總經根數6820，經軸數11只/每批，整經根數621根×4 軸+620根×7 軸，整經長度24480 m。

3.3 漿紗工藝

經紗上漿的主要目的是使紗線毛羽伏貼，提高紗線的耐磨性和強度。咖啡碳纖維的載體是滌綸，在漿紗張力的作用下，纖維容易產生相對滑移而導致彈性和強力降低，并且在織造時因摩擦也容易產生靜電并使紗線產生起毛起球現象，這樣會造成開口不清。因此，根據咖啡碳纖維及其混紡紗的特點，采用“二高一低”和“重被覆、求滲透、貼毛羽、保漿膜”的漿紗工藝，在適當回潮率下，以保持經紗在織造過程中的柔軟和彈性，并防止強力下降。

同時，根據相溶、相似的要求，選用與咖啡碳纖維有較強粘著力，例如CD-DF868、PVA、變性淀粉作為主漿料，配置少量的平滑劑、柔軟劑、抗靜電劑，以提高紗線抗靜電性和耐磨性。

3.4 織造工藝

采用噴氣織機織造，為了減少噴氣織機織造咖啡碳織物時出現的“三跳”織疵、開口不清等現象，采取“底后梁、中開口、大張力”的措施。織造上機張力設為180 cN～220 cN，后梁底于胸梁的經位置線，開口動程在90 mm～110 mm，開口時間不宜過遲。開口時間過遲，打緯時織口移動量過大，緯紗打不緊甚至造成邊撐疵或軋斷邊紗。梭子進梭口的時間安排以開口時上層紗距筘槽上唇5 cm,下層紗距筘槽下唇也為5 cm為準。織機速度680 rpm。

3.5 定形整理和柔軟整理

定形整理是通過加熱使織物獲得尺寸穩定效果的過程，本產品采用干熱定形工藝，定形溫度為165℃～185℃，時間為35 s。

咖啡碳纖維織物經過定型整理后，織物的手感會變得有點僵硬，服裝縫制過程中容易產生針洞，而且也會降低服裝穿著的舒適性，因此一般要進行柔軟整理，可采用化學柔軟劑對咖啡碳纖維織物進行柔軟處理，降低織物的摩擦系數，提高織物的柔軟性。

柔軟整理工藝參數為：有機硅類柔軟劑7.8%；浴比1∶20；整理時間32 min；整理溫度37℃；烘干溫度59℃。

4 結語

利用咖啡碳纖維特殊的性能，通過材料設計組合、合理的織物組織結構和工藝設計，開發咖啡碳纖維與其它材料組合使用的產品，生產出多品種的咖啡碳系列功能面料，該系列面料在保持了咖啡碳纖維的抑菌除臭、發散負離子、抗紫外線等特性的基礎上，使面料的手感效果、肌膚觸感、材料組合性價比等多項衡量成品的指標得到優化。咖啡碳纖維產品不僅具有廣闊的市場前景和良好的經濟效益，也符合紡織行業提高檔次、提高產品附加值、轉型升級和發展多樣化產品的趨勢。