咖啡炭/聚酯長絲緯編提花床墊面料的性能

叢洪蓮，徐 巧，金蘭名

(江南大學教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇無錫 214122)

緯編提花床墊面料，是目前家紡市場日益流行的一類裝飾面料。傳統(tǒng)床墊面料的原料以滌綸為主，使用時不能充分吸收人體汗液，易滋生細菌，損傷織物甚至造成人體不適，因此，抗菌型床墊面料越來越受到市場歡迎。由于通過功能整理的床墊面料抗菌持久性不強，且增加了工序，故直接采用抗菌纖維織造是這類床墊面料生產(chǎn)的首選。本文所用含咖啡炭纖維［1］是將高溫煅燒的咖啡渣納米粉體加入到聚酯中紡制而成的一種新型纖維，具有抑菌除臭、蓄熱保溫的功能，在紡織品中的應用愈加廣泛。

目前，國內(nèi)對緯編床墊面料的性能研究相對薄弱。李麗敏等［2］雖研究了床墊面料的包覆性、保形性，但缺乏對舒適性的分析與探究。市面上雖推出了多種功能性床墊面料［3］，但對其性能未建立科學、合理的評判體系。

本文設(shè)計開發(fā)含咖啡炭/聚酯長絲的抗菌床墊面料，對比其他常規(guī)的床墊面料，測試分析保暖、透濕、抗菌等多個性能指標，并基于回歸分析對其熱濕舒適性作出綜合評價，對這類產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)有一定的參考作用。

1 實驗設(shè)計

緯編床墊面料是一種復合織物，基本組織為襯緯組織［4］，由夾層內(nèi)襯以及可進行提花編織的正面、反面構(gòu)成。本文從原料、底板2個方面對床墊面料進行實驗設(shè)計，研究對其性能影響規(guī)律。

1.1 原料設(shè)計

床墊面料的原料有面紗、提花紗、連接紗以及內(nèi)襯紗［5］。因只有工藝正面是床墊面料的使用面，主要由面紗、提花紗構(gòu)成，其面紗含量大于80%，直接影響床墊面料外觀、手感等性能。目前市場上常用的面紗原料有聚酯長絲、滌綸短纖紗和粘膠短纖紗。

本文選用167 dtex咖啡炭/聚酯長絲作面紗，對比常規(guī)167 dtex滌綸低彈絲以及197 dtex滌綸短纖紗，比較3個不同面紗的床墊面料的性能。提花紗、連接紗均選用167 detx的滌綸低彈絲，內(nèi)襯紗則選用990 dtex的滌綸低彈絲。

1.2 底板設(shè)計

床墊面料的正面花紋包含底板花紋、主體花紋。其中底板花紋不僅起到連接正、反面的作用，更進一步增強主體花紋的視覺層次感，但為保證主體花紋的突出感，底板花紋一般以斜紋、點紋等簡易幾何圖形為主。本文設(shè)計了5款不同密度的菱形底板(見圖1)。其連接點數(shù)量比例不同，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 底板花紋Fig.1 Soleplate patterns

表1 不同底板連接情況Tab.1 Connection rate of different soleplates

本文實驗通過這3種面紗原料，5種底紋的組合搭配，在筒徑為965 mm，機號為20的雙面電腦提花機上進行打樣，共有15款試樣，具體規(guī)格見表2。

表2 1#～15#試樣規(guī)格Tab.2 Parameters of 1#－15#samples

2 試樣性能測試與分析

2.1 熱濕舒適性能

2.1.1 保溫性

采用 YG606D平板式織物保溫儀，按照GB 11048—2008《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》測試保溫性。

圖2示出面紗分別為咖啡炭/聚酯長絲、滌綸低彈絲、滌綸短纖紗的保溫率y1、y2、y3與連接率(x)的擬合曲線。相應方程及相關(guān)系數(shù)平方為

圖2 保溫率與連接率的擬合曲線Fig.2 Fitting curves of connection rate vs.thermal insulation value

由于3個方程的相關(guān)系數(shù)R2均非常接近1，說明連接率與保溫率的線性關(guān)系極好。3條曲線存在的共性是隨著連接率的增大，保暖性降低。通過織物厚度比較分析(見圖3)發(fā)現(xiàn)，隨著連接率增大，3種面料厚度均逐漸減小，保暖性降低。因連接率相同時3種面紗的厚度接近，最多差異為0.02 mm，可以認為不同面紗織物厚度受連接點影響的程度基本相同。相比而言，滌綸短纖紗、咖啡炭/聚酯長絲的試樣保暖性下降趨勢更為緩和。這是由于滌綸短纖紗表面具有許多短而錯雜的毛絨，可形成微小區(qū)域，能夠存儲很多靜止空氣抑制熱傳導［6］，保暖性能進一步提升。而咖啡炭/聚酯纖維的表面具有許多孔隙，可以貯存較多的空氣，具有較好的蓄熱效果。滌綸低彈絲中表面光滑，單絲排列平滑，利于空氣的流通，相對具有冷感。

圖3 織物厚度與連接率的柱形圖Fig.3 Column diagarm of connection rate vs.fabric thickness

2.1.2 導濕性

由于床墊面料使用時是水平放置的，傳統(tǒng)測試芯吸高度的方法并不適用，本文選用表面滴液法［7］，根據(jù) JIS L1907—2010《紡織品吸水性試驗方法》進行導濕面積測試。

圖4示出面紗分別為咖啡炭/聚酯長絲、滌綸低彈絲、滌綸短纖紗試樣導濕面積(y4、y5、y6)與連接率(x)的擬合曲線。

圖4 導濕面積與連接率的擬合曲線Fig.4 Fitting curves of connection rate vs.wetted area

具體方程及相關(guān)系數(shù)的平方分別為

因相關(guān)系數(shù)R2接近1，說明連接率與導濕性回歸性極好。導濕性隨著連接率的增加而上升。這是由于單位面積內(nèi)纖維數(shù)目增多，利于水分的傳輸，因此隨著連接率增大，織物層間抱合愈加緊密，水分不僅僅在織物表面?zhèn)鬏敚瑫r滲透到中間層的內(nèi)襯紗進行水分傳輸，進一步加快傳輸速度。面紗為咖啡炭/聚酯長絲的試樣導濕性遠優(yōu)于其他試樣，由于咖啡/聚酯纖維的表面為多微孔結(jié)構(gòu)，較高的比表面積更利于水分傳輸［8］。

2.1.3 透濕性

透濕性根據(jù)GB/T 12704—1991《織物透濕量測定方法透濕杯法》進行測試，采用YG601-Ⅱ電腦式織物透濕儀。

圖5示出面紗分別為咖啡炭/聚酯長絲、滌綸低彈絲、滌綸短纖紗的試樣透濕量(y7、y8、y9)與連接率x的擬合曲線。其方程及相關(guān)系數(shù)的平方分別為

圖5 透濕量與連接率的擬合曲線Fig.5 Fitting curves of connection rate vs.moisture permeability

上述方程的相關(guān)系數(shù)R2均接近1，線性回歸較好。比較3條曲線走勢，試樣透濕性均呈現(xiàn)上升趨勢，隨著連接率的增大，相同面積內(nèi)的連接點越多，形成的織物孔洞越多，越利于水氣通過。相對而言，滌綸低彈絲和咖啡炭/聚酯長絲走勢更為接近，且相同連接率下均好于滌綸短纖類的試樣。這主要是因為前2種原料本身的結(jié)構(gòu)比較相似，單絲排列平滑，而滌綸短纖表面毛羽過多且錯綜復雜，形成復雜的通道阻擋水汽的透過。

2.2 熱濕舒適性綜合評價

為了對15種試樣的熱濕舒適性作出綜合性的評價，基于上述各個指標的回歸方程建立熱濕舒適性綜合評判函數(shù)。

緯編床墊面料的各項熱濕舒適性指標均具正向性，值越大越好［9］，但為了避免因不同指標量綱單位帶來的不可共度性，利用閾值法對原函數(shù)進行無量綱化，再采用直接加權(quán)法［10］建立目標函數(shù):

式中:Y為熱濕舒適性綜合評價方程;yi為第i指標的回歸方程;max(yi)為第i指標下的最大值，主要為了使指標無量綱化;wi為第i指標的權(quán)重，可利用變異系數(shù)法進行計算，具體見式(11)。

式中σi和分別為第i指標的標準差以及平均值。經(jīng)計算得到 w1=0.19，w2=0.62，w3=0.19;代入式(10)獲得咖啡炭/聚酯長絲、滌綸低彈絲、滌綸短纖紗的熱濕舒適性綜合評價的數(shù)學模型，分別為

將15種織物的工藝參數(shù)分別代入上式中，得到各個織物無量綱的綜合評價值，結(jié)果如表3所示。對比數(shù)值可看出:以咖啡炭/聚酯長絲為面紗的床墊面料(試樣1#～5#)其綜合評價值高于其他2類面料，說明咖啡炭/聚酯纖維的熱濕舒適性能要遠好于滌綸。其中試樣3#的綜合值最高，說明采用C號底板花紋能較大限度地發(fā)揮咖啡炭/聚酯纖維的性能優(yōu)勢，而其他2類的最優(yōu)試樣10#、13#分別采用的是E、C號底板花紋，可見在床墊面料設(shè)計時，應根據(jù)面紗原料來選擇合適的底板花紋。

表3 試樣熱濕舒適性綜合評價值Tab.3 Comprehensive evaluation on heat-moi sture comfort

2.3 抗菌性測試與分析

抗菌性采用GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評定振蕩法》進行測試，選擇大腸桿菌為實驗菌種。由于試樣要裁成5 mm×5 mm的尺寸，因此連接點對織物性能影響不大，僅需比較面紗原料對抗菌性的影響。當試樣與初始菌液混合后，為防止細菌數(shù)目過多，利用10倍稀釋法得到101、102、103、1044種稀釋倍數(shù)梯度下的菌液，在37℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后統(tǒng)計菌落數(shù)目，實驗結(jié)果見表4。

表4 抗菌性測試結(jié)果Tab.4 Results of antimicrobial test

為保證實驗精確度，標準規(guī)定選擇菌落數(shù)目在30～300之間的計數(shù)，故本文選擇10 000稀釋倍數(shù)下的數(shù)據(jù)來計算抑菌率。圖6示出稀釋10 000倍24 h后各試樣菌落的培養(yǎng)情況?？梢钥闯?，相比其他試樣，面紗為咖啡炭/聚酯長絲的培養(yǎng)皿中細菌數(shù)目最少。

圖6 大腸桿菌菌落圖Fig.6 Diagrams of Escherichia coli colony.(a)Blank sample;(b)Polyester drawn textured yarn;(c)Spun polyester yarn;(d)Coffee-charcoal/PET filament

標準規(guī)定，抑菌率≥70%才具有抗菌性能。對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，面紗為滌綸低彈絲和滌綸短纖紗的試樣，其抑菌率均未超過70%，不具有抗菌性能。而含咖啡炭/聚酯纖維的床墊面料抑菌率達到91.3%，滿足抗菌的要求，對大腸桿菌的生長具有較好的抑制作用。這是由于咖啡炭/聚酯纖維經(jīng)特殊工藝炭化，其內(nèi)部空隙較大，有強大的吸附能力?？Х忍康亩嗫孜叫Ч苡行Э刂企w表水分，進而破壞細菌生存的濕潤環(huán)境，抑制細菌生長。

3 結(jié)論

本文試織了咖啡炭/聚酯纖維緯編提花床墊面料并對其抗菌、保暖、導濕等性能進行分析，得出以下結(jié)論。

1)基于線性回歸分析發(fā)現(xiàn)隨著連接率增大，織物的導濕、透濕性逐漸升高，而保溫性下降，底板連接率是影響床墊面料熱濕舒適性的重要因素。

2)對比熱濕綜合評價值發(fā)現(xiàn)，含有咖啡炭/聚酯纖維的床墊面料熱濕舒適性能遠好于其他試樣。其中3#試樣的綜合值最高，因此在設(shè)計咖啡炭纖維床墊面料時，可較多地選用此種底板。

3)咖啡炭/聚酯纖維床墊面料抑菌率達到91.3%，符合抗菌標準，適合用作抗菌型床墊面料的開發(fā)。

［1］ 方國平.咖啡炭玉石纖維針織內(nèi)衣面料的研發(fā)［J］.針織工業(yè)，2011(10):1－2.FANG Guoping.The development of coffee carbon-jade fiber knitted underwear fabrics［J］.Knitting Industries，2011(10):1－2.

［2］ 李麗敏，趙俐.變化底板雙面提花針織床墊布保形性與包覆性的綜合評判［J］.東華大學學報:自然科學版，2011，37(3):336 －339.LI Limin，ZHAO Li.Integrative judgment on shape preservation and enwrapping of double jacquard knitting mattress coverings with different soleplate［J］.Journal of Donghua University:Natural Science Edition，2011，37(3):336－339.

［3］ 嚴峻.新型的床墊布［J］.家居，2012(3):80－81.YAN Jun.The new mattress ticking［J］.Household，2012(3):80－81.

［4］ 李靜，龍海如.阻燃針織床墊布的制備及性能［J］.紡織科技進展，2012(5):34－36.LI Jing，LONG Hairu.Manufacturing and performance investigation on flame-retardant knitted mattress fabrics［J］.Progress in Textile Science ＆ Technology，2012(5):34－36.

［5］ 李麗敏，趙俐.底板色塊數(shù)對床墊面料表面凹凸感的影響［J］.針織工業(yè)，2010(9):8－10.LI Limin，ZHAO Li.The effect of soleplate color piece number of the mattress fabric to surface stereoscopy［J］.Knitting Industries，2010(9):8 －10.

［6］ 李秋平.中空纖維面料的性能及其產(chǎn)品開發(fā)［J］.印染，2005(12):31－32.LI Qiuping.The performance and development of the hollow fiber fabrics［J］. Dyeing ＆ Finishing，2005(12):31－32.

［7］ 潘建君，孟家光.織物導濕理論與測試方法的研究［J］.針織工業(yè)，2005(7):61－62.PAN Jianjun，MENG Jiaguang.Liquid water transmission theory and test method research of fabrics［J］.Knitting Industries，2005(7):61 －62.

［8］ 張一平，許瑞超，陳麗娜.纖維異形度對織物導濕快干性能的影響［J］.紡織學報，2006，27(12):70 －76.ZHANG Yiping，XU Ruichao，CHEN Lina.Effect of abnormal degree of fiber cross-section on the moisturetransfer and dry-fast properties of the fabric［J］.Journal of Textile Research，2006，27(12):70 －76.

［9］ 吳有煒.試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理［M］.蘇州:蘇州大學出版社，2002:246.WU Youwei. Experiment Design and Data Processing［M］.Suzhou:Soochow University Press，2002:246.

［10］ 張威，劉智，李龍.基于多元回歸分析的緯平織物熱濕舒適性能［J］.紡織學報，2011，32(7):54 －59.ZHANG Wei，LIU Zhi，LI Long.Thermal moisture comfort of weft knitted plain fabric based on multiple regression analysis［J］.Joumal of Textile Research，2011，32(7):54－59.