氣凝膠改性聚酯/棉混紡針織物服用性能研究

摘 要：為了探討氣凝膠改性聚酯纖維混紡針織物的服用性能，本文探討了氣凝膠改性聚酯纖維的結構，對比分析了改性前后聚酯纖維與棉混紡紗的特性，并利用其進行緯平針織物試織，分析了對應織物的性能變化規(guī)律，結果表明：氣凝膠改性聚酯纖維表面存在明顯的顆粒層結構，且隨著混紡織物中聚酯纖維含量的增加，氣凝膠改性聚酯/棉、聚酯/棉混紡針織物的頂破性能均先降低后提升，而透氣性、透濕性、吸水性、保溫性及懸垂性則整體變差；氣凝膠改性聚酯/棉混紡針織物的透氣性、透濕性、吸水性及保溫性優(yōu)于聚酯/棉混紡針織物，而頂破性能及懸垂性較聚酯/棉混紡針織物差，二者起毛起球性能基本一致。試樣綜合服用性能最佳的混紡比為20/80。

關鍵詞：氣凝膠改性；聚酯/棉；混紡紗；針織物；織物性能

中圖分類號：TS106.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095－414X（2023）04－0037－06

0" 引言

氣凝膠是一種具有超低密度和高度交聯的網絡結構狀納米多孔材料[1]，通常其孔徑低于100 nm，顆粒尺寸小于20 nm，可由二氧化硅、氧化鋁及二氧化鈦等無機材料，聚酰亞胺、多異氰酸酯、碳等有機材料，或凝膠玻璃等混合材料制備得到，制備過程通常由溶膠凝膠階段和超臨界干燥處理構成，其制品已在航空航天、建筑、冷鏈及環(huán)保等領域得到廣泛應用[2-3]。聚酯纖維因其優(yōu)異的模量、強度、彈性、保形性和耐熱性等優(yōu)點，已經成為用途最廣、消耗量最大的化纖品種之一[4]。但其制品常存在吸濕、透氣、保溫能力差，穿著不舒適等問題，難以滿足人們對服用紡織品舒適性的要求。因此，開發(fā)一種既具有高強度、高彈性、良好保形性，且穿著舒適的聚酯纖維制品就顯得尤為重要。

目前，對聚酯纖維的改性一般通過共聚、共混、提高分子量、纖維成形及表面改性等途徑來實現。藏雨等通過大分子單體法引入含氟支鏈，成功制備疏水性含氟聚對苯二甲酸乙二醇酯接枝共聚物[5]。許卓等將新型環(huán)保阻燃劑2-羧乙基苯基次磷酸（CEPPA）與乙二醇（EG）進行預酯化制得CEPPA-EG酯化液，然后與精對苯二甲酸（PTA）的酯化液混合，經聚合反應后得到阻燃聚酯[6]。李曹杰等以PTA和EG為單體，氧化石墨烯為改性劑，采用直接酯化原位聚合法得到改性聚酯，測試表明添加少量氧化石墨烯改性劑有助于提升聚酯的結晶性能，并能提高聚酯材料在加工成型過程中的熱穩(wěn)定性[7]。李光武將多元羧酸和多元醇混合得到混合漿料，再將其依次進行酯化及縮聚反應，在多元羧酸和多元醇混合階段、酯化反應階段和縮聚階段分別向體系中加入二氧化硅氣凝膠顆粒，從而得到氣凝膠改性聚酯，將其進行紡絲，得到氣凝膠改性聚酯纖維，制備的氣凝膠改性聚酯纖維具有良好的保溫性和較輕的密度[8-9]。本文針對氣凝膠改性聚酯纖維，分析其結構特征，并選用氣凝膠改性聚酯纖維及聚酯纖維分別與棉纖維混紡，制備不同混紡比紗線，再利用電腦橫機進行緯平針織物試織，測試并分析其服用性能變化規(guī)律，以期為纖維材料改性技術的研究提供借鑒。

1" 氣凝膠改性聚酯纖維的結構

為探討氣凝膠改性聚酯纖維的結構，采用S-4800型掃描電子顯微鏡（SEM）及470FI-IK型傅里葉紅外光譜儀（FT-IR）對市售的氣凝膠改性聚酯纖維（上海奧領紡織新材料有限公司生產）進行測試，纖維SEM測試結果如圖1所示，纖維FT-IR測試結果如圖2所示。

由圖1可知，氣凝膠改性聚酯纖維相較于聚酯纖維表面存在較為明顯的顆粒層，主要為制備過程中摻雜的二氧化硅氣凝膠顆粒所致。

由圖2可知，氣凝膠改性聚酯纖維及聚酯纖維均在1716、1247、1100及725 cm-1附近出現強吸收峰，在1716 cm-1附近的吸收峰是由C=O伸縮振動形成，在1247及1100 cm-1附近的吸收峰是由C-O伸縮振動形成，在725 cm-1附近的吸收峰是由對位雙取代苯環(huán)上-CH2面內搖擺所形成的，而這些吸收峰均為聚酯纖維的特征吸收峰[10]；對氣凝膠改性聚酯纖維的FT-IR譜圖分析，發(fā)現在1019及872 cm-1附近出現強吸收峰，在1019 cm-1附近的吸收峰為Si-OH的彎曲振動形成，在872 cm-1附近的吸收峰為Si-O-Si的對稱和反對稱健的伸縮振

動形成，而這些吸收峰均為二氧化硅氣凝膠的特征吸收峰[11-12]。綜上分析，表明在聚酯纖維內含有二氧化硅氣凝膠成分，對氣凝膠改性聚酯纖維的結構及特征基團進行了證實。

2" 實驗部分

2.1" 紗線設計

采用氣凝膠改性聚酯纖維、普通聚酯纖維分別與細絨棉纖維混紡制備混紡紗，纖維參數如表1所示。設計氣凝膠改性聚酯/棉、聚酯/棉混紡比均為20/80、35/65、50/50、65/35、80/20，采用纖混工藝紡制10組36 tex環(huán)錠紗，測試紗線的性能，結果如表2所示，氣凝膠改性聚酯/棉混紡紗編號為a1-a5，聚酯/棉混紡紗編號為b1-b5。

2.2" 試樣準備

采用WF-52CJD型電腦橫編機（福建泉州凹凸精密機械有限公司生產）織造密度相同的緯平針織物，織物下機后經煮練、水洗、定型整理，得到10款試樣，其規(guī)格如表3所示，氣凝膠改性聚酯/棉混紡織物編號為A1-A5，聚酯/棉混紡織物編號為B1-B5。

2.3" 織物性能測試

根據GB/T 19976-2005《紡織品頂破強力的測定鋼球法》，采用YG031DC型彈子頂破強力機（泉州市美邦儀器有限公司生產）對試樣頂破性能進行測試。

根據GB/T 4802.2-2008《紡織品織物起毛起球性能的測定第2部分：改型馬丁代爾法》，采用YG502型織物起毛起球儀（泉州市美邦儀器有限公司生產）對試樣起毛起球性能進行測試。

根據GB/T 5453-1997《紡織品織物透氣性的測定》，采用YG461E型數字式織物透氣量儀（泉州市美邦儀器有限公司生產）對試樣透氣性進行測試。

根據GB/T 12704.1-2009《紡織品織物透濕性試驗方法第1部分：吸濕法》，采用YG216型織物透濕量儀（泉州市美邦儀器有限公司生產）對試樣透濕性進行測試。

根據GB/T 21655.1-2008《紡織品吸濕速干性的評定第1部分：單項組合試驗法》，采用XY300- 2C型精密電子天平（泉州市美邦儀器有限公司生產）來測試織物吸水性。

根據GB/T 11048-1989《紡織品保溫性能測試》，采用YG606E型織物保溫性能測試儀（泉州市美邦儀器有限公司生產）對試樣保溫性能進行測試。

根據GB/T23329-2009《紡織品織物懸垂性的測定》，采用YG811E型全自動懸垂儀（泉州市美邦儀器有限公司生產）對試樣的懸垂性進行測試。

3" 實驗結果與分析

3.1" 頂破性能分析

對試樣進行頂破性能測試，測試結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著聚酯纖維含量的增加，試樣頂破強力及頂破高度先降低后提升，這主要是由于聚酯纖維的斷裂強度及斷裂伸長率均高于棉纖維，在測試織物頂破性能的初期，主要是由延伸度小的棉纖維承擔全部負荷直至斷裂，再由聚酯纖維承擔負荷。氣凝膠改性聚酯/棉混紡織物的頂破性能低于聚酯/棉混紡織物，頂破強力下降5.3 %，頂破高度下降10.5 %，主要是由于氣凝膠改性聚酯纖維的斷裂強度及斷裂伸長率低于聚酯纖維所造成。

3.2" 起毛起球性能分析

對試樣進行起毛起球試驗，與標準樣照進行對比評級，評級結果如表4所示。

由表4可知，氣凝膠改性聚酯/棉混紡織物的起毛起球性能和聚酯/棉混紡織物基本一致，試樣摩擦200次的評級多為4.5～5級，織物表面無明顯變化，或者織物表面輕微起毛；摩擦500次的評級多為4～4.5級，織物表面出現輕微起毛或者起球；摩擦1000次的評級多為3～3.5級，織物表面起毛情況較嚴重，產生了較為清晰的毛球顆粒，并且織物中間部位明顯變薄，主要由于織物在反復摩擦作用下起毛，棉纖維被摩斷后會被聚酯纖維包裹，進一步加重織物外觀起毛起球。

3.3" 透氣、透濕及吸水性分析

對試樣進行透氣、透濕及吸水性測試，測試結果如表5所示。

由表5可知，隨著混紡織物中聚酯纖維含量的增加，試樣透氣性、透濕性及吸水性均有所下降，這是因為棉纖維的結構及性能相較于聚酯纖維更利于透氣、透濕及吸水[13]。氣凝膠改性聚酯/棉混紡織物的透氣性、透濕性及吸水性整體高于聚酯/棉混紡織物，透氣性能提升1.6 %，透濕性能提升59.6 %，吸水性能提升7.2 %，主要是由于聚酯纖維經氣凝膠改性處理后，纖維表面存在的顆粒層，而氣凝膠顆粒為三維多孔輕質型結構材料，使材料的通透性能有所提高，同時，也在一定程度上提升了水分吸收能力。

3.4" 保溫性分析

對試樣進行保溫性測試，測試結果如圖4所示。

由圖4可知，試樣保溫率隨混紡織物中聚酯纖維含量的增加而減小，分析原因主要為聚酯纖維相較于棉纖維導熱系數大，保暖性較差，蓄熱能力低。氣凝膠改性聚酯/棉混紡織物的保溫率高于聚酯/棉混紡織物，保溫率平均提升6.1 %，主要是由于聚酯纖維經氣凝膠改性處理后，纖維表面含有一定量的氣凝膠顆粒，而氣凝膠具有良好的低熱導性，使得織物保溫性較高。

3.5" 懸垂性分析

對試樣進行懸垂性測試，測試結果如圖5所示。

由圖5可知，試樣懸垂系數隨混紡織物中聚酯纖維含量的增加而增大，而懸垂系數越大，則織物越硬挺，柔軟性變差，主要是由于聚酯纖維初始模量大、剛性高，使得織物的懸垂系數變大，因此，當混紡織物中聚酯纖維含量增加時，織物懸垂系數增大，柔軟性變低，織物變得更加硬挺。當氣凝膠改性聚酯纖維與普通聚酯纖維分別與棉混紡，在混紡比一定的情況下，氣凝膠改性聚酯/棉混紡織物的懸垂系數高于聚酯/棉混紡織物，懸垂系數提升12.8 %，主要是由于聚酯纖維改性過程中摻雜的氣凝膠顆粒使聚酯纖維剛性增大，纖維間抱合力增強。

3.6" 綜合分析

為了進一步確定氣凝膠改性聚酯/棉混紡針織物的服用性能，采用模糊物元綜合評價法對其進行分析，選定織物的力學性能、起毛起球性、透氣性、透濕性、吸水性、保溫性及懸垂性能為評價指標，采用變異系數客觀賦值法對權重進行計算[14]。如公式1計算試樣各項指標的權重值。

式中：Wi 為各項指標的權重；Vi為各項指標的變異系數。

經計算，各項指標的權重值分別為0.2197、0.1097、0.0650、0.0814、0.2451、0.0764、0.2027，采用公式（2）計算試樣的歐式貼近度值，用來評價樣本與標準樣本之間的差異，當歐式貼近度值越大時，則表明樣本越接近于標準樣本，試樣綜合性能也就更優(yōu)。

式中：ρHj為歐式貼近度值，△ij為差平方復合模糊物元矩陣。

經計算，試樣A1-A5的歐式貼近度值分別為0.6454、0.4168、0.3539、0.2829、0.1167，故試樣A1最優(yōu)，即氣凝膠改性聚酯/棉混紡比為20/80時，所得到的針織物綜合服用性能最佳。

4" 結論

本文探討了氣凝膠改性聚酯纖維的結構，并分別制備了五種不同混紡比的氣凝膠改性聚酯/棉、聚酯/棉混紡緯平針織物，對其服用性能測試分析，得出以下結論：

（1）氣凝膠改性聚酯纖維相較于普通聚酯纖維在其表面存在明顯的顆粒層結構。

（2）氣凝膠改性聚酯/棉混紡針織物的透氣性、透濕性、吸水性及保溫性優(yōu)于聚酯/棉混紡針織物，而頂破性能及懸垂性較聚酯/棉混紡針織物差，二者抗起毛起球性能基本一致；試樣綜合服用性能最佳的混紡比為20/80。

（3）氣凝膠改性聚酯纖維在服用舒適性方面優(yōu)于普通聚酯纖維，具有良好的市場前景。

參考文獻：

[1]吳曉棟，宋梓豪，王偉，等．氣凝膠材料的研究進展[J]. 南京工業(yè)大學學報（自然科學版），2020，42（4）：405－451．

[2]呂璐濤，楊宗霖，劉偉，等．氣凝膠材料的研究進展及其在航空航天領域的應用[J]. 高分子通報，2022，（ 4）：11-29．

[3]王斌，羅曉宇，趙益君，等．SiO2氣凝膠增強碳泡沫復合材料的制備工藝及性能[J]．硅酸鹽學報，2022，50（5）：1316－1324．

[4]李昌壘，陳建勇，郭玉海，等．滌綸纖維的抗熔滴性能研究[J]．浙江理工大學學報，2010（3）：368-371，392．

[5]藏雨，雷天陽，徐亮，等．含氟丙烯酸酯大分子單體接枝改性聚酯的研究[J]．齊齊哈爾大學學報（自然科學版）， 2020，36（3）：77－80．

[6]許卓，支海萍，張順花．阻燃改性聚酯的合成及其性能分析[J]．浙江理工大學學報（自然科學版），2022，47（3）：323－328．

[7]李曹杰，鄭兵，張順花．微量氧化石墨烯改性聚酯的結構及熱性能分析[J]．浙江理工大學學報（自然科學版），2020，43（4）：478－482．

[8]李光武．氣凝膠改性聚酯纖維及氣凝膠改性聚酯織物的制備方法：CN108715632B[P]．2019－09－24．

[9]李光武．氣凝膠改性聚合物纖維、其濕法紡絲方法及其紡織的織物：CN108754630B[P]．2020－10－16．

[10]金亞雯，程蓓．性質相近的紡織纖維紅外光譜法鑒別的實踐[J]．中國纖檢，2018（11）：78－80．

[11]徐琴鳳．碳摻雜二氧化硅氣凝膠的制備與性能研究[D]．綿陽：西南科技大學，2018．

[12]竇綠葉．二氧化硅納米纖維基彈性氣凝膠的制備及其隔熱性能研究[D]．上海：東華大學，2020．

[13]孫浪濤，李建華，何小玲，等．Coolmax／棉混紡織物的吸濕速干性分析[J]．中原工學院學，2022，33（1）：1－5．

[14]孫浪濤，李楚涵，成欣毓，等．聚對苯二甲酸丙二酯及彈力復合纖維T400緯向彈力交織物的彈性回復性評價[J]．毛紡科技，2022，50（2）：39－43．

Wearability of Aerogel-modified Polyester/Cotton Blended Knitted Fabrics

HUANG Zi-ya， SUN Lang-tao， HE Xiao-ling， DAI Xing-qiang

（College of Textiles and Apparel， Quanzhou Normal University， Quanzhou Fujian 362000， China）

Abstract： In order to explore the wearing properties of aerogel modified polyester fiber blended knitted fabrics， this paper discusses the structure of aerogel-modified polyester fibers. The characteristics of polyester fiber and cotton blended yarn before and after modification are compared and analyzed， and the trial weaving of weft flat knitted fabric is carried out with it， and the performance change rules of corresponding fabric are analyzed. The results show that there is an obvious particle layer structure on the surface of the aerogel-modified polyester fiber， and with the increase of polyester fiber content in blended fabrics， the bursting properties of the aerogel-modified polyester/cotton and polyester/cotton blended knitted fabrics first decreased and then increased， and the air permeability， moisture permeability， water absorption， thermal insulation and drapability become worse as a whole. The air permeability， moisture permeability， water absorption and heat preservation of the aerogel-modified polyester/cotton blended knitted fabric are better than those of polyester/cotton blended knitted fabric， while the bursting performance and drapability are worse than those of polyester/cotton blended knitted fabric. The anti-pilling performance of the two is basically the same. The best blending ratio is 20/80.

Key words： aerogel modification; polyester/cotton; blended yarn; knitted fabric; fabric properties

（責任編輯：周莉）