羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的開發

姜亞琳，劉美娜，王春山，郭小云

(1.煙臺南山學院 工學院，山東 龍口 265706； 2.山東南山智尚科技股份有限公司,山東 龍口 265706)

石墨烯是一種二維層狀、單原子厚度的碳單質，由 SP2雜化的碳原子在二維平面上有序排列而成[1-2]。特殊的結構賦予了石墨烯極優異的物理和化學特性，如獨特的光電學性能、超強的電子傳導性、極大的比表面積等[3-4]，被譽為“改變 21 世紀的神奇材料”[5-6]，廣泛用于聚合物納米復合材料的無機填料[7-8]。

近幾年，石墨烯成為紡織纖維領域的研究熱點，眾多石墨烯復合材料不斷涌現，石墨烯改性滌綸纖維是其中之一，其相關的產品開發呈現發展趨勢。目前，已有公司開發了石墨烯改性滌綸/棉系列混紡產品[9-11]。本文主要探討羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的開發，并與羊毛/滌綸混紡面料的性能進行對比分析，為功能性毛精紡面料開發提供參考。

1 石墨烯改性滌綸纖維性能分析

參照GB/T 14339—2008《化學纖維 短纖維疵點試驗方法》、GB/T 14337—2008《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》、GB/T 6503—2008《化學纖維回潮率試驗方法》、GB/T 14342—2015《化學纖維 短纖維比電阻試驗方法》，測試石墨烯改性滌綸纖維及滌綸纖維的性能，纖維性能如表1所示。采用掃描電鏡觀察石墨烯改性滌綸纖維及滌綸纖維的縱向結構特征，如圖1所示。

表1 石墨烯改性滌綸纖維及滌綸纖維性能

圖1 纖維縱向掃描電鏡照片(×2 000)

由表1可以看出，石墨烯改性滌綸纖維與滌綸纖維相比，毛粒疵點明顯增多，二者斷裂強度接近，石墨烯改性滌綸纖維的斷裂伸長率有所下降，這是由于石墨烯顆粒的加入破壞了部分滌綸纖維原有的結晶區結構。同時，石墨烯的加入對滌綸纖維回潮率無明顯影響，這是因為石墨烯的加入量很少，對纖維主體結構影響較小。石墨烯改性滌綸纖維的比電阻較滌綸纖維明顯降低，說明石墨烯的加入使滌綸纖維的導電性明顯提高，因此加入石墨烯改性滌綸纖維可以減少紡織生產過程中的靜電現象，并賦予織物一定的抗靜電性。

從圖1可以看出，滌綸纖維表面光滑，石墨烯改性滌綸纖維表面有明顯的微小凸起。這是由于石墨烯納米顆粒加入紡絲液后進行紡絲，一部分顆粒嵌于纖維內部，另一部分顆粒顯露在纖維表面，則在石墨烯改性滌綸纖維表面形成微小凸起，這使得纖維表面粗糙，增大了摩擦因數，有利于提高纖維間的抱合力。

2 產品設計及生產工藝

2.1 產品設計思路

本文設計開發羊毛/石墨烯改性滌綸混紡產品，需要考慮3個設計因素：一是產品風格，若石墨烯改性滌綸含量高，產品的毛感會明顯下降，產品檔次降低；二是舒適性，石墨烯改性滌綸的舒適性能與普通滌綸基本相同，其含量會對面料的舒適性產生影響；三是功能性，若石墨烯改性滌綸含量低，則其功能性不能充分體現。綜合考慮這3個因素，確定本文開發產品羊毛/石墨烯改性滌綸混紡比為70/30，在保證面料風格和舒適度的前提下，使其具備一定的功能性。

2.2 原料及產品規格

選用80支毛條和0.28 tex石墨烯改性滌綸纖維條(石墨烯含量為1%)，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡紗經緯紗的線密度分別為10 tex×2和10 tex，織物經向和緯向密度分別為475根/(10 cm)和357根/(10 cm)，幅寬153 cm，面密度140.5 g/m2。

2.3 生產工藝

2.3.1 紡紗工藝

由于石墨烯改性滌綸纖維的毛粒較多，導電性較強，具有良好的可紡性，因此羊毛/石墨烯改性滌綸紡紗工藝采用羊毛/滌綸紡紗工藝，紡紗工藝流程為：B412型混條機→GC15型針梳機→GC15型針梳機→GC15型針梳機→PB32LF型精梳機→GC15型針梳機→GC15型針梳機(帶自調勻整機構)→GC15型針梳機(帶自調勻整機構)→GC15型針梳機→GV20 M型高速牽伸機→FM8N型粗紗機→FB505型細紗機→AC338型自動絡筒機。精梳工藝參數為：喂入根數24，喂入長度891 mm，出條質量26 g/m，梳針型號27，隔距38 mm。

2.3.2 織造工藝

采用劍桿織機織造，工藝流程為：整經(上蠟)→穿經→織造→坯布檢驗，織造工藝參數見表2。

3 面料性能測試與結果分析

3.1 力學性能

參照GB/T 3923.1—2013《面料斷裂強力和斷裂伸長率的測定》、FZ/T 20009—2015《毛面料尺寸變化的測定 靜態浸水法》、FZ/T 20021—2012《面料經汽蒸后尺寸變化試驗方法》、GB/T 4802.1—2008《面料起毛起球性能的測定》，測試羊毛/滌綸混紡面料和羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料物理指標，結果見表3。由表3可知，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料與羊毛/滌綸混紡面料的浸水尺寸變化率相同。羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料與羊毛/滌綸混紡面料相比斷裂強力稍有下降，這可能是因為石墨烯顆粒對滌綸結晶區具有一定的影響；汽蒸尺寸變化率稍好，這是由于石墨烯顆粒的加入降低了滌綸纖維大分子間的內應力，使其穩定性有所提高；起毛起球性能變差，這主要是由石墨烯改性滌綸纖維的粗糙表面形態所致。

表2 織造工藝參數

3.2 色牢度

參照GB/T 5713—2013 《紡織品 色牢度試驗 耐水色牢度》、GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗 耐汗漬色牢度》、GB/T 6152—1997 《紡織品 色牢度試驗 耐熱壓色牢度》、GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗 耐摩擦色牢度》、GB/T 12490—2014《紡織品 色牢度試驗 耐家庭和商業洗滌色牢度》、GB/T 5711—2015《紡織品 色牢度試驗 耐四氯乙烯干洗色牢度》，對羊毛/滌綸混紡面料和羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的色牢度進行測試，測試結果見表4。

表3 面料物理指標測試結果

表4 面料色牢度測試結果 級

由表4可知，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的色牢度與羊毛/滌綸混紡面料的色牢度相同，這是由于滌綸纖維的色牢度較高，所以面料色牢度較好。

綜合分析得出，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的物理指標和色牢度指標良好，符合GB/T 26382—2011《精梳毛織品》的要求。

3.3 功能性

3.3.1 抗靜電性能

參照GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評定 第2部分：靜電壓半衰期》，測試并評定羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的靜電性能，面料靜電壓和半衰期測試結果見表5。可知，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料洗滌前后都具有較好的抗靜電性能，達到了耐久型抗靜電紡織品B級要求。

3.3.2 抗菌性能

參照GB/T 20944.3—2009《紡織品 抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》，測試并評價羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的抗菌性指標，測試結果見表6。

表5 羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料靜電壓和半衰期

表6 羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料抑菌性能 %

由表6可知，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料對大腸桿菌、金黃色葡萄糖球菌、白色念珠菌的抑菌率分別為66%、68%、56%，接近國標對抑菌產品的要求，面料具有一定的抑菌性能。由于滌綸纖維對產品的抑菌性能影響較大，因此可以適當提高石墨烯改性滌綸的含量以改善面料的抗菌性能。

4 結 論

①石墨烯改性滌綸與普通滌綸比較，其回潮率及力學性能變化較小，但毛粒明顯增加，比電阻大幅降低，有利于提高織物的抗靜電性。

②羊毛/石墨烯改性滌綸混紡織物采用羊毛/滌綸混紡織物的生產工藝可行。

③羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料具有良好的力學性能、色牢度、抗靜電性和一定的抑菌性能，可以通過綜合考慮織物風格、舒適性和功能性，調整織物的混紡比以獲得最佳面料性能。