含木棉纤维牛仔面料的开发与服用性能研究

陈玉波，梅 帆，余 刚，易长海

(1 陕西国际商贸学院，陕西咸阳712000;2 武汉纺织大学，湖北武汉430073)

木棉纤维是木本植物木棉树的果实纤维，附着于木棉蒴果壳体内壁，由内壁细胞发育、生长而成［1－2］。其纤维与果实附着作用力小，因而一般不需专门的初加工设备，只需箩筐筛动，木棉种子便自行沉底，即可获得木棉纤维。木棉纤维作为一种天然纤维素纤维，具有薄壁大中空的独特结构，具有一系列优良特性如:光洁、抗菌、防蛀、防霉、轻柔、不易缠结、不透水、不导热等［3－5］。本文采用纯棉纱线作经纱与木棉/棉混纺纱线交织，织制木棉/棉混纺牛仔面料，分析面料制作工艺关键技术，并进行丝光加工，对其芯吸高度、透气性、断裂强力、撕破强力、耐磨性等进行测试，讨论丝光对木棉/棉混纺牛仔面料物理机械性能的影响，并对面料进行GB/T 18401－2010(B 类)服用安全性能测试评估，提出设计开发木棉混纺牛仔面料的关键技术与大规模生产可行性。

1 实验

1.1 原料

经纱:18.2 ×2tex 股线，佛山市致立纺织有限公司;纬纱:36.4tex 木棉/棉气流纺纱线，木棉/棉=40/60，上海攀大实业有限公司。

1.2 面料制作

18.2×2tex 股线纯棉经纱送浆染厂整经球经染色、上浆、穿综筘完成后，在毕加诺Gamma 织机上进行经纬纱交织完成织造。头份6000 条，组织3/1 右斜纹，筘号9.05 齿/cm，穿入数选择4 入，投纬25.5 梭/cm。

经纱:络筒→整经→浆染→穿经

纬纱:筒纱→织造→坯布检验→整理→成品检验→成包

1.3 木棉牛仔面料性能测试

1.3.1 织物结构参数

1.3.1.1 织物门幅

将尺寸稳定后的织物平放在试验台上，用皮尺沿着织物幅度(与匹长垂直方向)量取幅宽，为三个不同部位的平均值，记录织物幅宽(英寸)。

1.3.1.2 织物密度

用YB511B 型织物密度镜测量经纬向每英寸纱线条数。每组密度测量4 组数据，取算术平均值作为织物密度测定结果。

1.3.1.3 平方米克重

用圆盘取样器剪取100cm2大小的试样三块，置于烘箱中105℃下烘干至恒重，放入干燥器中冷却30min 后称重，布重为三块试样的平均值，记录织物平方米克重(g/m2)。

1.3.2 织物透湿气性能测试

1.3.2.1 织物透气率

按照GB/T 5453－1997 织物透气性的测试方法，在YG(B)461E 型数字式织物透气性能测试仪上测定织物20cm2透气量，单位为mm/s。测试布面上10个不同部位，取平均值。

1.3.2.2 毛效测试

将试样裁成5cm×30cm 大小样布，测量布样在30min 水上升的高度，并计算三次测量的平均值(测试值分为经向与纬向)。

1.3.3 织物力学性能测试

1.3.3.1 织物撕破强力

按照GB/T 3917.1－2009 织物摆锤法撕破强力测试方法，将试样在温度为20℃、相对湿度为65%的恒温恒湿室中调湿24h。分别按照样板沿经向和纬向剪取7.5cm ×10cm 的试样，在Digital elemendorf tearing test(M008E，SDLATLAS)上测定牛仔面料的经纬向撕破强力，取五个测试结果的平均值。

1.3.3.2 织物断裂强力

按照GB/T 3923.1－2009 纺织品断裂强力和断裂伸长率的测试方法，将试样在温度为20℃、相对湿度为65%的恒温恒湿室中调湿24h。将织物制作成5cm×30cm 的条样，在微机控制电子万能试验机(CMT6503)上测定织物的断裂强力，隔距为200mm，速度100mm/min，每组面料强力为5 块试验结果的平均值。

1.3.3.3 织物耐磨性试样破损测试

按照GB/T 21196.2－2007 织物耐磨性的测定方法，将试样在温度为20℃、相对湿度为65%的恒温恒湿室中调湿24h。剪取直径为140mm 的圆形样三块试样，在M235 型马丁代尔耐磨试验仪上，测定每一块试样发生破损时的总磨擦次数。

1.3.4 服用安全性能测试GB/T 18401－2010(B 类)

根据GB/T 5713－1997，测试成品面料耐水浸色牢度;根据GB/T 3922－1995，测试成品面料耐汗渍色牢度;根据GB/T 3920－2008，测试成品面料耐磨擦色牢度;根据GB/T 7573－2009，测试成品面料pH 值;根据GB/T 2912.1－2009，测试成品面料甲醛含量;根据GB/T 17592－2002，测试成品面料禁用偶氮染料含量;根据GB/T 18401－2010 中6.7条，测试成品面料异味。

2 面料制作工艺关键技术

本研究设计开发出轻薄透气、坚牢耐磨和良好的导湿排汗功能的木棉混纺牛仔面料，并将开发生产过程进行研制小结。

2.1 织前工序

为了保证木棉混纺牛仔面料清晰的风格，用于织制牛仔布的经纱棉纤维成熟度要好，长度应偏长，整齐度要好，以便棉纱条干好，本产品研制过程选择股线作为经纱，保证牛仔布面风格。络筒过程中要尽量减少上、下层和前、后排经纱的张力差异，保证片纱张力均匀。浆染采用球经绳状染色，其色泽、色光透染程度均匀一致，色差少，质量稳定且由于染色、上浆分别进行，不相互影响，利于棉纱线的上浆操作控制。其工艺流程为:

纯棉纱线→预处理→球经→润湿处理(1 道)→湿水洗涤(1 ～2 道)→染色氧化(8 ～10 道)→温水洗涤(2 ～3 道)→上柔软剂(1 ～2 道)→上浆(烘干)→落纱卷绕于储纱筒中。

2.2 织造工序

由于在织造过程中经纱与停经片、综丝、钢筘的磨擦频繁，纱线在综丝眼中位移较大，故要求停经片、综丝眼、钢筘表面光滑，无毛刺，避免纱线刮毛。由于木棉纤维表面光滑，其纤维间抱合力不好，木棉混纺纱线适宜在湿度较高环境织造:温度控制为25℃～30℃，相对湿度控制在85% ～90%。在保证开口清晰、织造能正常进行的情况下，经纱张力宜偏小掌握。

2.3 后整理

主要的后整理工艺流程:烧毛→退浆→丝光→拉斜(整纬)→预烘→橡毯预缩→呢毯烘燥→成品检验→成包。

下机坯布存放一段时间，释放内应力，再进行后整理，防止产生卷边、折痕，打卷成卷筒存放。丝光烧碱浓度应控制在170g/L 以下，以避免木棉/棉混纺牛仔面料强力损伤严重，影响其服用穿着性能。预缩整理后的面料应减少在车辆上折叠存放时间，以防折叠痕。整纬拉斜5cm ～7cm，预缩15.0%。

3 测试结果讨论

3.1 面料结构参数与透气性能

由下表1 的测试结果显示织造完成木棉牛仔面料下机尺寸稳定后布重为7.4oz/y2，织物密度为96 ×66 根/英寸。面料经过丝光整理后布重为7.8oz/y2，比下机坯布略微重些，是由于丝光后织物门幅变窄，密度变大，织物有所回缩的缘故。织物透气性主要取决于织物中孔隙的大小和多少，由于丝光成品面料与坯布中纱线线密度与组成成份是相同的，那么影响木棉混纺牛仔面料透气性能的就只受单位面积纱线条数的影响了。丝光成品中单位面积的纱线根数为104×68 根/英寸，每平方英寸丝光成品比坯布纱线条数多8 条，丝光成品中单位面积的纱线根数多，其透气性为118mm/s，比坯布透气率低10.6%。

表1 透气性能Table 1 Permeability

3.2 面料毛细效应

木棉混纺牛仔面料经纬向的芯吸高度如表2 所示，并做柱状图如图1 所示。

表2 毛细效应Table 2 The capillary effect

图1 织物的芯吸高度柱图Fig.1 The wicking height of the fabric

由表2 数据分析显示，芯吸时间、丝光整理与纱线成份对面料芯吸高度即润湿性能影响较大，30min后面料的润湿性能显著增加。其中1#、5#芯吸高度较差，说明其润湿性能不好。其原因是因为纯棉经纱染色、上浆后，在纱线表面形成了一层薄膜，将棉纱亲水性基团包覆起来，影响了其吸湿性能的发挥。其中6#丝光成品的经向(纯棉股线)芯吸高度为6.5cm，整理后棉纱亲水性基团得到释放，其润湿性能得到大大提高。丝光整理并没有对木棉/棉混纺纱线的润湿性能产生影响，7#、8#坯布与丝光成品的纬向(木棉/棉)混纺纱线芯吸高度均为4.5cm。产生这种不变化现象的原因分析如下:第一，整理前后纬纱的稀松程度由66 根/英寸增加到68 根/英寸变密，组织结构变密会使润湿性能降低;第二，另外丝光整理会清除木棉/棉纱线表面部分蜡质等杂质，增加混纺纱线的润湿性能。可能正是由于同时存在这种复杂的正负两向变化的影响因素，恰好没有影响到面料的最终润湿性能。

3.3 面料物理机械性能

通过实验测得坯布与丝光成品牛仔面料的经纬向断裂强力、断裂伸长率和撕破强力，表3 为两款牛仔面料断裂强力、断裂伸长率和撕破强力的数据结果。经过丝光整理的成品面料，织物光泽、平整度提高，强力也有所变化。其经向断裂强力、断裂伸长率均有不同程度增加，纬向断裂强力、断裂伸长率下降幅度较大。丝光后经向断裂强力上升到940N 比坯布经向断裂强力提高2.1%，是由于在丝光过程中，棉纤维在浓碱液中发生溶胀，结晶度下降的同时纤维的取向度提高，致使织物经向断裂强力不仅没有下降反而有所提高。丝光后纬向(木棉/棉混纺纱)断裂强力降低到325N，比坯布纬向断裂强力下降31.8%。原因可能是因为烧碱丝光过程中，木棉纤维结晶度降低，取向度提高不明显，伴生物减少，导致木棉混纺牛仔面料纬向断裂强力大幅度降低。那么在产品后整理过程中，是否要对木棉混纺牛仔面料进行丝光加工，具体的整理工艺有待后续进一步探讨研究。

表3 面料强力Table 3 The fabric strength

由表3 数据可知丝光成品的经向撕破强力为23.4N，纬向撕破强力为15.5N，丝光后的面料纬向撕破强力提高26.0%。因为撕破强力断裂机理的不同，织物经过整理后，纱线排列更为紧密，在撕破过程中滑动小，撕裂三角区小，剪切应力集中，同时承受附荷的纱线根数少，面料整理后织物经向密度变密约8.5%，经向撕裂强力略有减少。整理后纬向每英寸纱线根数增加2 根，织物纬向密度变密约2.9%，整理后木棉/棉混纺纱线表面更加光洁，撕破过程纱线磨擦降低，滑动更容易，面料纬向撕破强力反而增大。

3.4 面料耐磨擦性能

织物的耐磨次数如表4 所示，坯布与丝光成品分别测试三块试样，并记录各面料两根纱线断裂时的耐磨次数。

表4 织物的耐磨次数Table 4 The number of fabric wear

分析表4 数据可知，丝光后整理过程对面料耐磨损性能的影响较大。丝光整理后磨破次数分别为14500、19000、21000，各磨破数据均小于坯布耐磨次数。丝光整理过程中纱线伴生物减少，表面更加光洁，纤维间抱合力减少，不利于织物的耐磨性，因此丝光整理后的成品面料耐磨性降低。

3.5 服用安全性能

经过丝光整理，用来制作牛仔服装的木棉/棉丝光牛仔面料的各项色牢度、安全性能测量结果如表5 数据所示。

表5 丝光成品服用安全性能Table 5 Mercerized fabric safety performance test

对比牛仔服装FZ/T 81006－2007 的各项牛仔面料产品要求，本研制开发的木棉/棉混纺牛仔面料各项色牢度、甲醛含量、pH 值、异味以及可分解芳香胺染料均达到牛仔服装服用安全性能B 类纺织品标准要求。

4 结论

4.1 生产工艺关键技术

(1)采用球经绳状染色，其色泽、色光透染程度均匀一致，色差少，质量稳定且由于染色、上浆分别进行，不相互影响。

(2)由于木棉纤维表面光滑，其纤维间抱合力不好，木棉混纺纱线适宜在湿度较高环境织造:温度控制为25℃～30℃，相对湿度控制在85% ～90%。

(3)丝光烧碱浓度应控制在170g/L 以下，以避免木棉/棉混纺牛仔面料强力过度损伤，影响其服用穿着性能。

4.2 面料性能

(1)丝光整理后，面料结构更为紧凑，透气率降低，面料润湿性能有所改善。

(2)经向断裂强力和断裂伸长率增大，纬向断裂强力和断裂伸长率下降且其强力降幅高达31.8%。那么在产品后整理过程中，是否要对木棉混纺牛仔面料进行丝光加工，具体的整理工艺有待后续进一步探讨研究。而经向撕破强力略微降低，纬向撕破强力提高26.0%。

(3)丝光整理后纱线伴生物减少，表面更加光洁，纤维间抱合力减少，不利于织物的耐磨性，丝光整理后的成品面料的耐磨性是降低的。

(4)丝光成品面料GB/T 18401－2010(B 类)服用安全性能测试评估结果显示，木棉/棉丝光成品面料达到FZ/T 81006－2007 的各项牛仔服装服用安全性能的标准要求。

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