功能性緯編斜紋牛仔面料的設(shè)計及其性能

萬愛蘭， 繆旭紅， 馬丕波， 陳 晴， 陳方芳

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

目前市場上針織牛仔產(chǎn)品所用原料大都為靛藍紗、聚酯纖維和氨綸等，種類單一且檔次低，滿足不了消費者對舒適性和功能性的需求。聚酯作為紡織纖維應(yīng)用最廣的原料之一，其缺點是無親水性基團，導(dǎo)致其在面料服用過程中不吸濕，夏季穿著悶熱，冬季有接觸涼感。功能性纖維可賦予面料彈性、防水、透濕、抗靜電、防油污、免燙等良好的服用性。如一些異形截面纖維，因表面有眾多微孔或溝槽[1-2]，具有較高的比表面積，利用毛細管芯吸效應(yīng)，能夠快速地吸收皮膚表面濕氣和汗水，并排放到外層蒸發(fā)。其中，Coolmax?纖維導(dǎo)濕性好[3-5]，始終能夠保持織物與皮膚間的微氣候狀態(tài)，提高穿著舒適性[6]。中空聚酯纖維因其特殊的異形中空結(jié)構(gòu)[7]，具有保暖功能，手感柔軟滑爽，制成的織物輕柔舒適，同時克服了傳統(tǒng)保暖材料僅僅依靠織物厚度和密度來增加保暖性，符合現(xiàn)代消費審美觀[8]。

由于Coolmax?纖維和中空聚酯纖維均為新型纖維，目前對以其為原料開發(fā)的具有吸濕和保暖功能的針織牛仔面料的服用性能研究較少。本文利用這2種功能性原料，通過對緯編斜紋牛仔面料的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，分別開發(fā)了具有吸濕功能和保暖功能的緯編斜紋牛仔面料，并對功能性面料的吸濕性和保暖性進行表征，測試面料的斷裂強力、耐磨性、懸垂性、透氣性等指標(biāo)，以期為功能性緯編牛仔面料的開發(fā)提供參考。

1 功能性緯編斜紋牛仔面料設(shè)計思路

根據(jù)整理方式和市場需求的不同，緯編牛仔面料可采用色織、匹染和印花等來實現(xiàn)布面的顏色效應(yīng)。本文從結(jié)構(gòu)角度進行緯編斜紋牛仔面料的開發(fā)，以Coolmax?纖維和異形中空聚酯纖維為原料，采用靛藍棉紗色織的方法，分別設(shè)計具有吸濕和保暖功能的緯編斜紋牛仔面料，通過簡單的定型工藝，實現(xiàn)短流程的針織面料開發(fā)。

1.1 原料選用

為使緯編牛仔面料在縱橫方向上都具有較好的彈性及彈性回復(fù)性[9]，設(shè)計時通過氨綸導(dǎo)紗嘴將氨綸通過添紗的方式與靛藍紗編織成圈。

選用線密度為8.3 tex的Coolmax?纖維(英威達纖維有限公司)、線密度為16.6 tex的中空異形聚酯纖維(蘇州金輝纖維新材料有限公司)，并分別與其線密度相同的 2種普通聚酯編織織物進行對比，所用紗線規(guī)格見表1，其余原料均由江陰市恒亮紡織有限公司提供。

表1 緯編斜紋牛仔面料紗線規(guī)格Tab.1 Yarns specifications of weft-knitted twill denim fabrics

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與編織工藝

為獲得仿機織牛仔面料的斜紋外觀效應(yīng)，根據(jù)花型高度和寬度，斜紋的成圈系統(tǒng)循環(huán)路數(shù)設(shè)計為六路一循環(huán)[9]。棉紗、氨綸采用全成圈工藝，聚酯長絲通過以1針成圈和2針浮線復(fù)合組織形成斜紋[10]，編織完成后仿機織牛仔面料反面形成二上一下斜紋效應(yīng)，工藝正面形成藍白相間斜紋效應(yīng)。

緯編斜紋牛仔面料的編織圖如圖1所示。穿紗方式為1、3、5路穿入聚酯長絲，2、4、6路以添紗的方式穿入靛藍紗和氨綸絲。織造時，靛藍紗覆蓋住氨綸絲，顯露在工藝正面；2、4、6路的聚酯長絲以1針出針成圈2針不編織形成浮線的復(fù)合組織，在工藝反面顯露仿機織二上一下斜紋效應(yīng)。

圖1 緯編六路斜紋結(jié)構(gòu)編織圖Fig.1 Knitting diagram of twill structure with six cam systems for weft-knitted denim fabric

根據(jù)不同的原料搭配，結(jié)合組織結(jié)構(gòu)設(shè)計，選用機號為E24和E28、筒徑為76.2 cm的緯編大圓機(泉州佰源機械有限公司)，織造時根據(jù)工藝要求設(shè)置合理的線圈長度，并根據(jù)各原料的線圈長度調(diào)整彎紗深度，使織造時聚酯長絲張力維持在3.92 cN、棉紗張力維持在2.94 cN左右，開發(fā)吸濕和保暖緯編斜紋牛仔面料，下機后坯布的面密度如表2所示。

表2 緯編牛仔試樣所用原料及坯布規(guī)格Tab.2 Materials and gray fabric specifications of weft-knitted denim fabrics

注：1#、2#試樣使用的機號為E28；3#、4#試樣使用的機號為E24。

1.3 后整理工藝

緯編斜紋牛仔面料在定型工序經(jīng)過水槽時，加入柔軟劑可改善面料手感。

定型采用ASMA503KP610-2401型定型機(江蘇梅大紡織機械股份有限公司)，機架幅寬為 175 cm，烘箱溫度為170 ℃，車速控制為12 m/min，超喂為22%～40%，定型后1#、2#幅寬為160 cm，3#、4#為155 cm。

本文實驗采用酵素洗，其工藝為：首先將緯編斜紋牛仔面料在50 ℃加入2 g/L滲透劑EHC、1.5 g/L 中性酵素保溫20 min，然后于 70 ℃熱水洗 5 min、50 ℃溫水洗 3 min、60 ℃皂洗10 min，常溫過2遍清水3 min。經(jīng)后整理后成品面料的參數(shù)如表3 所示。

表3 緯編斜紋牛仔試樣成品參數(shù)Tab.3 Finished fabrics parameters of weft-knitted denim fabrics

2 緯編斜紋牛仔面料性能測試

針織物的線圈結(jié)構(gòu)使其更易發(fā)生形變且回復(fù)性差，從面料的外觀風(fēng)格和服裝的穿著舒適性角度出發(fā)進行設(shè)計，可利用浮線來減小面料緯向的延伸性，使面料具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本文主要考察2種功能性緯編斜紋牛仔面料的保暖性、吸濕性，及面料的服用性能，包括拉伸斷裂性能、耐磨性、懸垂性、透氣性等。

2.1 保暖性測試

實驗儀器為YG606型織物保溫性試驗儀，參照GB/T 11048—2008《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)定條件下熱阻和濕阻的測定》進行保暖性測試。每個面料取 30 cm×30 cm試樣3塊，要求實驗板、保護板、底板的溫度上限為36 ℃，下限為35.9 ℃，預(yù)熱時間為 30 min，循環(huán)次數(shù)為5次，實驗結(jié)果取算術(shù)平均值。試樣為設(shè)計的保暖性面料及其對比面料，即面料1#、2#。

2.2 吸濕性測試

實驗儀器為YG(B)871型毛細管效應(yīng)測定儀，參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應(yīng)試驗方法》，在(20±2)℃溫度和(65±2)%相對濕度下進行垂直芯吸實驗。將尺寸為25 cm×3 cm的樣品沿著線圈橫列和線圈縱行剪下，底部垂直懸浮在裝有蒸餾水的容器上。每個試樣的底端夾一個1.2 g的夾子確保底端浸泡在垂直深度為10 mm的水中。測量 30 min內(nèi)吸水的垂直高度，分別記錄1、5、10、20、30 min 時試樣的芯吸高度。試樣為設(shè)計的吸濕性面料及其對比面料，即面料3#、4#，每種面料各取橫縱方向后 3塊，共6塊試樣，結(jié)果取算術(shù)平均值。

2.3 拉伸斷裂性能測試

實驗儀器為HD026NS型電子織物強力儀，參照GB/T 3923.1—1997《織物拉伸性能 斷裂強力和斷裂伸長率的測定》測試試樣的拉伸斷裂強力。試樣尺寸選用250 mm×50 mm，夾持方法為剪切條樣法，斷裂伸長率小于或等于75%的織物，隔距長度為200 mm；斷裂伸長率大于75%的織物，隔距長度為100 mm。由于試樣面密度均大于200 g/m2而小于500 g/m2，預(yù)加張力設(shè)定為5 N，拉伸速度為100 mm/min，面料1#～4#的橫列、縱行方向各測試 5組，實驗結(jié)果取算術(shù)平均值。

2.4 耐磨性能測試

實驗儀器為Y522型織物耐磨儀，參照GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第2部分：試樣破損的測定》測定試樣的耐磨性能。進行耐磨性能測試時，給試樣選用適當(dāng)?shù)膲毫Γ訅褐劐N選擇250 g，磨料選擇中型A150的炭化砂輪。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，評定方法為每摩擦 5次觀察試樣出現(xiàn)破損則作為摩擦終點，即經(jīng)過磨損后，試樣中某根紗線斷裂造成外觀上的破洞，記錄試樣破損前累積的摩擦次數(shù)即耐磨次數(shù)。出現(xiàn)破洞越早，即所耐受的摩擦次數(shù)越少，說明織物的耐磨性能越差。面料1#～4#各測試5塊試樣，實驗結(jié)果取算術(shù)平均值。

2.5 懸垂性測試

實驗儀器為YG811E型織物懸垂性試驗儀，參考FZ/T 01045—1996《織物懸垂性試驗方法》進行懸垂性測試。面料1#～4#各裁成直徑為24 cm的圓形 1塊，轉(zhuǎn)動速度設(shè)定為30 r/min，對動靜狀態(tài)下的織物進行懸垂性測試。

2.6 透氣性測試

實驗器材為YG(B)461E型數(shù)字式織物透氣性能測定儀，參照GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》進行透氣性實驗。測試面積選擇20 cm2，測試壓差設(shè)定為100 Pa，面料1#～4#各取不同的位置測量10次，結(jié)果取算術(shù)平均值。

以上所有實驗均在恒溫恒濕實驗室(溫度為(20±2) ℃，相對濕度為(65±3)%)調(diào)濕24 h后進行。

3 結(jié)果與討論

3.1 保暖功能性牛仔面料的性能分析

功能性緯編斜紋牛仔面料的保暖性測試結(jié)果如表4所示。

表4 保暖緯編斜紋牛仔面料保暖性實驗結(jié)果Tab.4 Heat retention of weft-knitted denim fabrics with special-shaped hollow polyester

保溫率越高、導(dǎo)熱系數(shù)越小、克羅值越大，織物的保暖性越好。由表4可知，使用異形中空聚酯纖維的面料2#的保溫率比使用普通聚酯纖維的試樣1#的高3.31%，提高了23.4%，導(dǎo)熱系數(shù)比普通聚酯纖維的低21 W/(m·℃)，克羅值高0.02，可見，中空異形聚酯蓄靜止空氣能力強，面料2#比1#的保暖性能好。

保暖緯編斜紋牛仔面料沿縱、橫向拉伸斷裂實驗結(jié)果見表5。試樣1#和2#所用原料、面密度、縱橫密均接近，稍有不同的是試樣2#的聚酯纖維含量略高于試樣1#，故表現(xiàn)為試樣2#的橫向斷裂強力略高于試樣1#。

表5 保暖緯編斜紋牛仔面料拉伸斷裂強力Tab.5 Tensile breaking strength of weft-knitted twill denim fabrics with special-shaped hollow polyester

緯編斜紋牛仔面料耐磨性測試數(shù)據(jù)如表6所示。可以看出，由于試樣2#中聚酯纖維的含量高于試樣1#，試樣2#的耐磨次數(shù)比1#高。故在設(shè)計緯編斜紋牛仔時，適當(dāng)增加聚酯纖維的比例，可提高面料的拉伸斷裂強力和耐磨性。

表6 保暖緯編斜紋牛仔面料服用性能Tab.6 Wearability of weft-knitted twill denim fabrics with special-shaped hollow polyester

由表6保暖緯編斜紋牛仔面料懸垂性測試結(jié)果可知，1#、2#面料懸垂系數(shù)差異不明顯，說明設(shè)計的保暖緯編斜紋牛仔面料的懸垂性基本一致。由于試樣1#的棉紗含量高，聚酯纖維含量低，故2#的透氣性比試樣1#略差。

3.2 吸濕功能性牛仔面料的性能分析

功能性緯編斜紋牛仔面料吸濕性實驗結(jié)果如圖2 所示。可知：在織物的縱、橫方向上，加入 Coolmax? 纖維的試樣4#在速度和數(shù)值上都比試樣3#的吸濕性好，隨著時間的增長，吸濕速率均變緩；針對同一塊試樣，橫列方向的吸濕性優(yōu)于縱行方向，這是由于針織物紗線沿橫向編織所決定的。在第1 min內(nèi)，幾組試樣縱橫方向上的吸水性能差異不大，但在1～10 min 階段，由于纖維毛細管內(nèi)外壓差太大，毛細管吸水效率高，芯吸高度提升了4～10倍，試樣4#縱行方向的芯吸高度甚至超過了試樣3#橫列方向，表明Coolmax?纖維使面料的吸濕性能得到了提升，適合作為運動服裝面料。

圖2 垂直芯吸實驗芯吸高度對比Fig.2 Vertical core suction height contrast

吸濕緯編斜紋牛仔面料沿縱、橫向拉伸斷裂試驗結(jié)果見表7。

表7 吸濕緯編斜紋牛仔面料拉伸斷裂強力Tab.7 Tensile breaking strength of weft-knitted twill denim fabrics with Coolmax? fibers

表7中數(shù)據(jù)顯示斷裂強力沿橫列方向大于縱行方向，說明針織物編織方向?qū)椢锏膹娏τ酗@著的影響。試樣3#、4#面密度接近，試樣4#斷裂強力大，其對應(yīng)的縱密最高，而4#橫密雖比試樣3#略低，但因縱密顯著高于3#，且試樣4#中的線圈小于試樣3#，結(jié)構(gòu)更緊密，橫向拉伸時面料不易斷裂破壞。此外，對比表5、7中數(shù)據(jù)可知，3#、4#面料斷裂伸長率顯著大于1#和2#，主要是因為試樣3#和4#采用的是線密度為7.8 tex的氨綸，比試樣1#和2#的4.4 tex氨綸粗；雖然試樣1#、2#采用的是線密度為 16.6 tex聚酯纖維，但試樣1#、2#的斷裂強力并沒有高于3#、4#，表明織物密度比聚酯纖維粗細對織物的強力影響大。

吸濕緯編斜紋牛仔面料耐磨性及懸垂性測試數(shù)據(jù)如表8所示。可知，試樣3#耐磨性好，可能與其面料面密度大有關(guān)，與試樣4#相比，3#織物縱密和橫密差異小，織物結(jié)構(gòu)均勻，故耐磨性好。

表8 吸濕緯編斜紋牛仔面料服用性能Tab.8 Wearability of weft-knitted twill denim fabrics with Coolmax? fibers

吸濕緯編斜紋牛仔面料懸垂性測試結(jié)果表明，試樣3#、4#的懸垂系數(shù)差異不明顯，說明設(shè)計的吸濕緯編斜紋牛仔的懸垂性基本一致。

由表6、8中數(shù)據(jù)可知，緯編斜紋牛仔面料透氣性最差的是試樣4#，透氣率只有90 mm/s，因為其縱向密度最大，單個線圈小，織物緊密，孔隙率小。

4 結(jié) 論

1)結(jié)合市場需求和生產(chǎn)實際，本文利用中空異形聚酯纖維和Coolmax?纖維結(jié)合緯編六路斜紋結(jié)構(gòu)分別設(shè)計了面密度為320 g/cm2左右的保暖緯編斜紋牛仔面料和270 g/cm2左右的吸濕緯編斜紋牛仔面料，并分別用相同線密度的普通聚酯纖維以相同結(jié)構(gòu)作為性能對比樣。

2)與普通聚酯緯編斜紋牛仔面料相比，異形中空聚酯緯編斜紋牛仔面料的保溫率提高了23.4%，Coolmax?緯編牛仔斜紋面料在1～10 min內(nèi)橫列方向芯吸高度提升了4～10倍。

3)線密度大的氨綸會提高緯編斜紋牛仔面料的拉伸斷裂伸長率；織物密度尤其是縱密會增加面料的拉伸斷裂強力和耐磨性；織物透氣性受其密度、原料比例及線圈長度的影響，棉紗線圈長度大及含量高會提高織物的透氣性，織物密度與透氣性成負相關(guān)。