一種新型高透氣環(huán)保直立棉填充物的開發(fā)及性能研究

廖若暄，蔡濤,2，吳曉燕

（1.廈門外國語學(xué)院石獅分校，福建 石獅 362700；2.石獅市中紡學(xué)服裝及配飾產(chǎn)業(yè)研究院，福建 石獅 362700）

服裝填充物是紡織服裝的重要組成部分，其基本要求在于保溫、舒適、透氣透濕。滌綸纖維是目前市場應(yīng)用最為廣泛的原料[1]，由于滌綸纖維用于填充時纖維較粗，手感性能和服用舒適性不好，為了提升其保溫性能，一般需要以卷曲的形式進行加工。珍珠棉是滌綸纖維為了提升保溫性能而做的一種改進，通過機械作用使纖維產(chǎn)生卷曲而具有一定的立體結(jié)構(gòu)，因而給予纖維在一定體積范圍內(nèi)的蓬松度。具有蓬松度的珍珠棉填充物，結(jié)構(gòu)內(nèi)存留了一定量的靜止空氣，由于靜止空氣是熱的不良導(dǎo)體，因而對熱量具有良好的隔離作用，從而使得珍珠棉具有了良好的保溫性能[2]。珍珠棉加工工藝是滌綸材料保溫性能的改進工藝，但由于滌綸粗纖維本身手感粗糙、硬度大，其作為填充物舒適性較差，只能作為普通和低端產(chǎn)品紡織服裝的選擇。

家居填充物與服用填充物都是滿足日常消費者使用的相關(guān)產(chǎn)品，家居填充物的使用要求主要在于保溫、蓬松、回彈性能。目前家居填充物產(chǎn)品主要是海綿，海綿是用聚氨酯加其他材料進行膠聯(lián)反應(yīng)而產(chǎn)生的塑料類的產(chǎn)物[3,4]。目前，由于海綿合成過程中使用了有毒有害TDI（甲苯二異氰酸酯），因而對于人體和環(huán)境的傷害和污染大，但目前市場對海綿的需求量大，尚無完全取代海綿的相關(guān)產(chǎn)品。此外，海綿產(chǎn)品由于發(fā)泡而成，不透氣，因而海綿作為填充物的產(chǎn)品使用舒適性較差，特別是長時間與人體接觸后容易產(chǎn)生悶熱感和不舒適感。

因此有必要開發(fā)一種新型高透氣環(huán)保直立棉產(chǎn)品作為服用填充物和家居填充物使用，可以提升填充物產(chǎn)品的透氣舒適性，同時可以避免使用有毒有害原料，具有較好的應(yīng)用前景和市場價值。

舒彈絲是以美國杜邦公司的Sonora聚合物為原料開發(fā)出的一種生物基彈力短纖維，其纖維形態(tài)如彈簧一般，纖維卷曲率高達80%，彈性及回彈性較好，故采用具有三維立體結(jié)構(gòu)的新型環(huán)保舒彈絲纖維原料[5-7]，可以提升產(chǎn)品的手感舒適性及彈性。另一方面，采用常規(guī)滌綸纖維原料可以提升產(chǎn)品的硬度和支撐性，同時控制產(chǎn)品的成本；采用低熔點纖維作為產(chǎn)品的粘合原料，提升產(chǎn)品的耐洗滌性。本研究通過不同原料的配比進行工藝優(yōu)化，開發(fā)高透氣的環(huán)保直立棉產(chǎn)品。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

舒彈絲：5.5 dtex×88 mm，福建省海興凱晟科技有限公司；

低熔點纖維：4.0 dtex×51 mm 廈門泓信特種纖維有限公司

表1 舒彈絲與滌綸配比對性能的影響

滌綸纖維：7 D×64 mm 南通羅萊化纖有限責(zé)任公司

2.2 實驗方案

舒彈絲、滌綸纖維、低熔點纖維混合比例見表1、表2。

2.3 實驗過程

將舒彈絲、低熔點纖維、滌綸纖維按照表1、表2的比例投入到混棉機中充分混合30 min，混合均勻后進入到雙錫林梳棉機中進行梳理，梳理速度控制20 m/min，錫林隔距控制30 mm。梳理后棉網(wǎng)經(jīng)過雙層鋪網(wǎng)進入到直立棉搖擺頭，控制搖擺速度30次/min，直立棉高度控制10 cm，然后直立棉進入烘箱進行成型，4箱體烘箱分別控制溫度為：195、210、200、180 ℃，然后將對制備出來的樣品進行切割并進行性能指標(biāo)測試。

2.4 保溫性能測試

按照ASTMD1518-2014紡織材料傳熱性的試驗方法，將試樣覆蓋于試驗板上，試驗板及底板和周圍的保護板均以電熱控制相同的溫度，并以通斷電的方式保持恒溫，使試驗板的熱量只能通過試樣的方向散發(fā)，測定試驗板在一定時間內(nèi)保持恒溫所需要的加熱時間，計算試樣的保溫率，測試5次，取平均值。

2.5 透氣性能測試

按照GB/T 5453-1997紡織品織物透氣性能測試的試驗方法，在規(guī)定的壓差條件下，測定一定時間內(nèi)垂直通過試樣給定面積的氣流流量，計算出透氣率。氣流速率可直接測出，也可通過測定流量孔徑兩面的壓差換算而得，測試5次，取平均值。

表2 低熔點纖維與滌綸配比對性能的影響

2.6 彈性回復(fù)性能測試

參照GB/T 18941-2003高聚物多孔彈性材料定負荷沖擊疲勞的測試方法進行彈性回復(fù)性能測試，把試樣放在壓頭下的中心部位，調(diào)節(jié)沖擊位置至與試樣的厚度相當(dāng)，并調(diào)節(jié)壓頭與平臺的相對位置，施加（75±20）N 的規(guī)定負荷，再持續(xù)一段周期后通過厚度的變化確定彈性回復(fù)性，測試5次，取平均值。

2.7 耐洗滌性能測試

參照ASTMD4770-2000標(biāo)準(zhǔn)方法進行測試，將待測樣品平均鋪放于洗衣機槽內(nèi)，平均撒入1/4匙洗衣粉，按照規(guī)定的程序，使洗衣機開始運作，運作時間1 h，觀察樣品的變化，記錄是否出現(xiàn)結(jié)構(gòu)松散現(xiàn)象，測試5次，取平均值。

3 結(jié)果與討論

3.1 舒彈絲與滌綸配比對產(chǎn)品性能的影響

舒彈絲是一種新型彈性纖維，具有永久型的三維立體結(jié)構(gòu)（圖1），且有良好的手感。由于材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，在直立棉產(chǎn)品應(yīng)用過程中充當(dāng)了彈簧的作用，而細度較粗的滌綸纖維可以作為硬度調(diào)節(jié)材料，低熔點纖維材料作為連接舒彈絲與滌綸纖維的粘合材料，保證了直立棉產(chǎn)品的成型。為了便于研究舒彈絲與滌綸配比對直立棉產(chǎn)品性能的影響，固定了低熔點纖維的比例，并根據(jù)表1所設(shè)定的混合配方，得到以下結(jié)果。

圖1 舒彈絲三維立體結(jié)構(gòu)（放大倍數(shù) 200倍）

圖2 舒彈絲/滌綸組分對產(chǎn)品保溫和耐洗滌性能的影響

圖2顯示隨著舒彈絲組分的增加，直立棉產(chǎn)品的保溫性能逐漸提升。這是因為空氣是熱的不良導(dǎo)體，靜止的空氣可以有效阻隔熱傳導(dǎo)而起到保溫的作用，常規(guī)提升填充物保溫性能的主要方式即為增加填充物中靜止空氣含量。舒彈絲具有三維立體結(jié)構(gòu)和良好的纖維彈性，在填充物中可以起立體彈簧的作用，保留靜止空氣而發(fā)揮保溫的效果。因此隨著舒彈絲含量的增加產(chǎn)品的保溫性能提升，然而直立棉產(chǎn)品只有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)才能起到保溫的效果，當(dāng)舒彈絲原料含量過高時導(dǎo)致產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而影響到保溫性能。

耐洗滌性能與產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有關(guān)系，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，產(chǎn)品耐洗滌性能越好。隨著舒彈絲含量的增加織物的耐洗滌性能也提升，但超過40%后，其耐洗滌性能降低。同時圖2也顯示產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和保溫性能存在一定關(guān)聯(lián)性。

圖3 舒彈絲/滌綸組分對產(chǎn)品彈性和透氣性能的影響

圖3顯示隨著舒彈絲組分的增加，直立棉產(chǎn)品的彈性回復(fù)性能逐漸提升。彈性回復(fù)性是表征填充物主要性能指標(biāo)之一，舒彈絲具有三維立體結(jié)構(gòu)和良好的彈性，這種性能使其與常規(guī)結(jié)構(gòu)纖維相比，存在較大的優(yōu)勢。但是，當(dāng)舒彈絲原料含量過高時會導(dǎo)致直立棉產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而影響到彈性回復(fù)性能。

另一方面，織物的透氣性能和產(chǎn)品內(nèi)部的有序結(jié)構(gòu)有關(guān)系，舒彈絲呈非線狀結(jié)構(gòu)，隨著舒彈絲含量增加的產(chǎn)品內(nèi)部相互勾連，超過一定比例后產(chǎn)品透氣性能降低。

綜上所述，舒彈絲含量增加后，直立棉產(chǎn)品的保溫性能、彈性性能得到顯著提升，但是由于舒彈絲的三維立體結(jié)構(gòu)，與常規(guī)線狀滌綸纖維相比增加了產(chǎn)品內(nèi)部纖維之間的勾結(jié)糾纏程度，超過一定比例后影響到產(chǎn)品的透氣性能和耐洗滌性能。在固定低熔點纖維比例組分的基礎(chǔ)上，從圖2和圖3得到的結(jié)論是舒彈絲含量為40%、常規(guī)滌綸含量為30%可以均衡地保持產(chǎn)品最佳的保溫性能、耐洗滌性能、彈性回復(fù)性能、透氣性能。

3.2 低熔點配比對產(chǎn)品性能的影響

低熔點纖維是一種特殊的纖維，同常規(guī)纖維相比，低熔點纖維可以在一般更低的溫度下熔融和其他纖維粘合。低熔點的這種特性，可以充當(dāng)粘合成分，促進不同組分之間的相互連接，從而形成一種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

低熔點纖維充當(dāng)粘合的成分，一定要進行充分的混合。只有不同組分的材料與低熔點纖維進行充分混合均勻，纖維之間的搭橋效應(yīng)才能凸顯，否則就會出現(xiàn)加工過程中常規(guī)常見的“陰陽面”，即低熔點纖維較為集中的區(qū)域結(jié)構(gòu)密實，而低熔點分布較少的部分結(jié)構(gòu)松散，最終導(dǎo)致產(chǎn)品使用性能受到較大影響，不同規(guī)格的低熔點纖維由于熔點溫度范圍的差異，也會影響到其粘合性能。

從表3可知，隨著低熔點纖維的增加，產(chǎn)品的平均耐洗滌次數(shù)顯著增加。這是因為，雖然舒彈絲纖維具有三維立體結(jié)構(gòu)，和其他混合的纖維具有一定的勾連和纏結(jié)，但是結(jié)構(gòu)依然不穩(wěn)定。通過添加低熔點纖維并均勻混合，經(jīng)加熱后低熔點纖維發(fā)生了熔融并與就近的纖維粘合，冷卻后使產(chǎn)品形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。隨著低熔點纖維用量的增加，加熱后纖維集合體中相互粘合的結(jié)合點增加，形態(tài)更穩(wěn)固，從而耐洗滌性能增加。

表3 低熔點纖維與滌綸配比對產(chǎn)品性能的影響

從實驗結(jié)果中還可以看到，舒彈絲比例一定的情況下，隨著低熔點纖維的增加，直立棉產(chǎn)品的保溫性能和彈性回復(fù)性能存在現(xiàn)增加后減小的規(guī)律。正如上述分析，織物的保溫性能與其結(jié)構(gòu)有關(guān)系，隨著低熔點纖維的加入，靜止的空氣增加，從而促使產(chǎn)品的保溫性能增加，但由于過多的低熔點纖維加入，產(chǎn)品粘合點飽和后造成產(chǎn)品板結(jié)，彈性回復(fù)性降低，保溫性能也開始下降。

4 結(jié)論

⑴ 新型高透氣環(huán)保直立棉產(chǎn)品開發(fā)，原料組成對于成品性能具有較大的影響，合理的纖維比例能夠有效提升直立棉的保溫性能、透氣性能以及耐洗滌性。

⑵ 舒彈絲具有天然的三維立體卷曲結(jié)構(gòu)和良好的彈性，隨著含量的增加，直立棉產(chǎn)品的保暖性能、透氣性和耐洗滌性能提升，但是到達一定比例后，其相關(guān)性能呈現(xiàn)下降的趨勢。

⑶ 低熔點纖維的加入，可以顯著增強直立棉的耐洗滌性能，但由于低熔點纖維過多加入后呈現(xiàn)的板結(jié)狀態(tài)，其比例需要控制在合理的范圍。

⑷ 通過實驗，舒彈絲/低熔點纖維/常規(guī)滌綸的比例控制在40%、30%、30%，直立棉產(chǎn)品具有最佳的綜合應(yīng)用性能，其保暖性能平均值為75.6%、彈性回復(fù)性能平均值為44.5%、透氣性能平均值為110.5 mm/s，耐洗滌次數(shù)平均值為12.5次。