有機棉針織物的性能分析

楊明霞，孔繁榮，陳莉娜

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

中國是產(chǎn)棉大國，棉花在種植過程中需要施加大量的化肥和農(nóng)藥，這些化肥和農(nóng)藥對人體和環(huán)境都會造成一定的危害.有機棉是一種真正源于自然的高品質(zhì)無污染的“環(huán)保棉花”，從種子到最終成品全程不使用農(nóng)藥和化學(xué)肥料.它利用傳統(tǒng)的方法驅(qū)除害蟲，運用自然力量栽培，對人體和土地不會造成危害，很符合目前所提倡的環(huán)保綠色主題.而且，有機棉種植比傳統(tǒng)棉減少了75%的用水，這對地球上日益匱乏的水資源來說無疑是一種保護.如今，對紡織品的生態(tài)環(huán)保要求已引起世界各國的高度重視，紡織品加工是否采用有機棉為原料甚至成為一道綠色壁壘，所以對有機棉的研究更具有長遠意義[1-3].

有機棉作為一種天然環(huán)保型紡織原料，是生產(chǎn)高檔內(nèi)衣、童裝、圍巾、襪子等服飾品和家紡產(chǎn)品的首選面料.但是，目前受種植、病蟲害控制和土壤改良技術(shù)的限制，有機棉的產(chǎn)量、質(zhì)量與普通棉相比還存在一定的差距.有機棉的畝產(chǎn)量只有普通棉的30%～50%，纖維長度短、細度粗、短絨含量較高、強力低.由于有機棉的品質(zhì)指標(biāo)與普通棉相比較差但成本比工業(yè)化種植和制作的普通棉花高，所以在一定程度上影響了有機棉產(chǎn)品的應(yīng)用與推廣.因此，有必要對有機棉纖維及其織物的性能進行研究，研究結(jié)論可為有機棉加工產(chǎn)業(yè)提供更為全面的有機棉知識，使有機棉的加工工藝更為合理，也為有機棉產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)，使企業(yè)更愿意接受這種新型環(huán)保的全天然纖維.

1 有機棉針織物性能的測試與分析

1.1 有機棉纖維性能的指標(biāo)

為了解有機棉纖維和現(xiàn)在常用的普通棉纖維的性能差異，對同種植區(qū)域、同級別的兩種棉纖維的性能指標(biāo)分別進行了測試.由于有機棉的種植對環(huán)境要求很高，我國的有機棉主要種植區(qū)域為地廣人稀的新疆地區(qū)，考慮到目前市場應(yīng)用較廣泛的棉纖維級別為二級和三級，所以選擇對產(chǎn)自新疆的二級和三級有機棉與普通棉纖維進行纖維性能指標(biāo)測試，結(jié)果顯示有機棉的性能指標(biāo)總體上比普通棉差，這與有機棉的種植環(huán)境和生產(chǎn)技術(shù)條件有很大的關(guān)系，測試結(jié)果如表1所示.

表1 新疆普通棉和有機棉的性能指標(biāo)Tab.1 The performance indexes of common cotton and organic cotton produced in Xinjiang

從纖維細度來看，相同級別的新疆有機棉纖維較普通棉纖維要粗，在紡制相同細度的紗線時，由于有機棉紗單位截面內(nèi)的纖維根數(shù)較少、纖維間抱合力小，從而導(dǎo)致紗線強力下降、紡紗的斷頭增加及加工困難.

從纖維長度來看，相同級別的有機棉纖維長度普遍偏短，這造成了有機棉紗線單位體積內(nèi)的纖維頭端數(shù)增多，形成毛羽的概率增加，再加上有機棉纖維短絨多、含雜多、強力低，均會引起紡紗困難及紗線質(zhì)量下降.

從綜合紡紗性能指標(biāo)SCI來看，有機棉纖維的SCI比普通棉纖維低，故成紗強力和可紡性相對普通棉要低[4].在用傳統(tǒng)紡紗方法紡制有機棉紗時，各個工序的工藝設(shè)計都要注意，遵循的原則是在紡紗加工過程中盡量減少對纖維的損傷.例如，改變和優(yōu)化開松條件、梳理作用、混并牽伸力、精梳作用力以及相應(yīng)的工藝道數(shù)和加工效果，以提高纖維的分離度；降低纖維的斷裂、折鉤、強力損傷以及毛羽產(chǎn)生的無效纖維量等，使纖維本有的紡紗性得到充分的保護和發(fā)揮.紡制低特100%有機棉紗時建議采用復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗方法，如緊密紡，可以使纖維更好地聚集增加轉(zhuǎn)移與糾纏，有效降低紗線的毛羽，提高紗線的強力和纖維的可紡性.另外，也可通過篩選和培育優(yōu)良的有機棉品種來改善纖維的綜合性能.

1.2 有機棉針織物性能的測試與分析

為了更好地研究有機棉和普通棉纖維產(chǎn)品的性能差異，針對有機棉纖維成紗強力低的特點，選擇用紗強力要求不如機織面料高且市場多用的針織面料作為研究對象，分別對普通棉和有機棉所制成的針織物進行性能測試，旨在通過對測試結(jié)果的對比分析得出有效結(jié)論，為有機棉產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)[5].

棉纖維的等級和織物的基本規(guī)格會影響織物的性能，為了更好地研究有機棉和普通棉原料對織物性能的影響，測試試樣選擇的是同等級別的二級有機棉纖維和普通棉纖維所制成的針織物，規(guī)格基本一致，組織是緯平，織物密度是橫密162/5 cm、縱密175/5 cm，織物厚度為0.45 mm.

1.2.1 拉伸和頂破性能測試

織物強伸度實驗受溫濕度條件的影響，故實驗室的溫度應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)條件，在此條件下將試樣展開平放調(diào)濕24 h，剪成梯形試樣進行拉伸性能測試，測得有機棉與普通棉針織物的拉伸結(jié)果，見表2.從布樣上裁剪規(guī)定的圓試樣進行頂破性能測試，用頂破強力來表征材料的頂破性能，測得有機棉纖維針織物與普通棉針織物的頂破強力，見表3.

表2 有機棉與普通棉針織物的拉伸性能測試結(jié)果Tab.2 The tensile of organic cotton and ordinary cotton knits N

表3 有機棉與普通棉針織物的頂破性測試結(jié)果Tab.3 The bursting strength of organic cotton and ordinary cotton knits N

影響織物力學(xué)性能的因素主要有纖維性能、紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)，其中纖維性能是織物拉伸強力的決定因素.雖然所測試的兩塊針織物紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)相似，但由于采用的棉纖維在性能上有較大差異，所以有機棉紗的強力比普通棉紗要低.在紗線和織物結(jié)構(gòu)一樣的情況下，有機棉針織物的拉伸強力也比普通棉針織物低.

從表3可知，有機棉織物比普通棉織物的頂破強力低.在頂破過程中，織物的受力是多向性的，針織物的各線圈共同承受頂力而產(chǎn)生伸長變形，所以構(gòu)成針織物的紗線的強度和伸長率是影響頂破性能的主要因素.由于有機棉纖維的強伸性能不如普通棉纖維，所以其紗線強伸性能和織物的頂破性能也比普通棉針織物差.

1.2.2 耐磨性能和抗起毛起球性能測試

將樣品放在實驗用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下調(diào)濕24 h，在樣品上隨機剪取5塊圓形試樣，測試織物試樣平面在定壓下與磨料摩擦所受到的磨損.織物的耐磨性指標(biāo)一般根據(jù)織物承受一定磨損后強度、厚度、質(zhì)量等物理性能的變化來表征，本次實驗用實驗前后的質(zhì)量磨損率來表征，測得的織物質(zhì)量磨損率見表4.隨機剪取試樣5塊，將測試后的試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣對比，評定起毛起球等級，測得的起毛起球等級結(jié)果見表5.

表4 有機棉與普通棉針織物的耐磨性測試結(jié)果Tab.4 Abrasion resistance of organic cotton and ordinary cotton knits

實驗測得的質(zhì)量損失率越大，織物的耐磨性越差.從表4可以看出，有機棉針織織物比普通棉的耐磨性略差.影響織物耐磨性的主要因素有纖維的截面形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)及織物的厚度和緊度.其中，纖維本身的強力和彈性的影響占主導(dǎo)地位，故強伸性能較好的普通棉針織物在耐磨性上也占優(yōu)勢.

根據(jù)表5可知，有機棉針織物的抗起毛起球性能比普通棉針織物差，評級為2級.主要原因是，有機棉纖維較普通棉纖維粗且短，成紗毛羽較多，制成織物后表面的纖維頭端較多，摩擦后容易豎起在織物表面形成起毛，繼而糾纏成球，故有機棉針織物的抗起毛起球性能較普通棉針織物差.

1.2.3 織物的透氣性和保溫性測試

先將織物在規(guī)定條件下調(diào)濕處理，在同一樣品的不同部位測量5次，所得的有機棉與普通棉針織物透氣性測試結(jié)果見表6.在每份樣品中取試樣3塊，測得有機棉針織物與普通棉針織物的保溫結(jié)果見表7.

表5 有機棉與普通棉針織物的抗起球起毛性測試結(jié)果Tab.5 Pilling of organic cotton and ordinary cotton knits 級

表6 有機棉與普通棉針織物的透氣性測試結(jié)果Tab.6 Air permeability of organic cotton and ordinary cotton knits mm·s-1

表7 有機棉與普通棉針織物的保暖性測試結(jié)果Tab.7 Warmth retention property of organic cotton and ordinary cotton knits

由表6可以看出，有機棉針織物的透氣率比普通棉針織物略低，但差距不大，這說明有機棉針織物的透氣性與普通棉針織物非常接近，也具有良好的透氣性能.

織物的保溫率越大、傳熱系數(shù)越小，其保暖性就越好.由表7可看出，有機棉針織物的保暖性與普通棉針織物相差不多，這是因為織物的保暖性主要取決于纖維層中靜止空氣的含量，纖維層中靜止空氣的含量越大，熱量越不容易傳遞，保暖性就越好.上述兩種織物組織一樣、結(jié)構(gòu)松緊基本一致，所以含氣量也很接近，故保暖性相差不多.

2 結(jié)論

有機棉纖維的長度較短，細度較粗，強度也偏低，其成紗強力和可紡性相對普通棉纖維要低，所以在采用傳統(tǒng)方法紡制有機棉紗時，各個工序都要遵循在加工過程中盡量減少對纖維損傷的原則.紡制低特100%有機棉紗時，建議采用復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗如緊密紡的方法，可以有效地改善紗線性能.另外，也可通過篩選和培育優(yōu)良的有機棉品種來改善纖維的綜合性能.

有機棉針織物和普通棉針織物相比機械性能較差，這導(dǎo)致有機棉織物的耐用性也相對較低，但透氣性和保溫性與普通棉織物相差不大，二者均具有較好的服用舒適性能.為了更好地推廣有機棉產(chǎn)品，可以通過混紡紗、包芯紗等多種紗線的應(yīng)用以及組織變化、交織、后整理等工藝改進，擴大有機棉織物的適用范圍.

參考文獻：

[1] 繆云，馬娜.有機棉生產(chǎn)技術(shù)、發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展前景[J].中國棉花加工，2008(5):26-27.

[2] 梅雯.全球有機棉產(chǎn)品銷售穩(wěn)步增長[J].中國經(jīng)濟導(dǎo)報，2010,24(8):1.

[3] 胡伯陶.有機棉及其發(fā)展趨勢[J].棉紡織技術(shù)，2006,34(6):62-64.

[4] 孟俊婷，唐淑榮，褚平，等.紡紗均勻指數(shù)在原棉品質(zhì)綜合評價中的應(yīng)用研究[C]∥中國棉花學(xué)會2007年年會論文匯編.青島，2007.

[5] 陶麗珍，席梅花.有機棉針織面料服用性能研究[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2008(2):11-12,36.

[6] 徐雯，余菊姣，潘志榮.有機棉產(chǎn)品特點及其生產(chǎn)技術(shù)要點[J].棉紡織技術(shù)，2010(5):308-309.

[7] 古麗米娜·茹仙古麗.綠色環(huán)保纖維——有機棉[J].中國纖檢,2006(5):35-39.