兔毛材料吸附性能研究

張 毅，徐永富，范開鑫

(天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387)

0 前言

隨著科技水平的提高，空氣質(zhì)量呈現(xiàn)下滑的趨勢，空氣污染日漸嚴(yán)重。由各種環(huán)保紡織纖維所生產(chǎn)的空氣過濾材料應(yīng)運(yùn)而生。兔毛可以作為生產(chǎn)再生纖維的原料重新使用，即使消費(fèi)者丟棄它們，它們也可以在自然條件下降解成不污染環(huán)境的肥料。市場上兔毛制品一般是由兔毛和羊毛按一定比例混紡制成的[1]，不僅服裝舒適性優(yōu)越于其他合成纖維紡織品，并且在空氣過濾吸附方面，取得了豐碩的成果，傳統(tǒng)的吸附過濾材料也逐漸被兔毛新型過濾材料取代[2]。因此，如何進(jìn)一步提高兔毛織物的吸附性能是一個值得研究的問題。

高吸附過濾功能的產(chǎn)品一般都具有夾層，且因為機(jī)織物結(jié)構(gòu)緊密，密度較大，較多被用作夾層材料。針織面料表面光滑，具有親膚感，所以選用針織面料作為表層和里層。此實驗機(jī)織物夾層均為半自動小樣織機(jī)織造樣品，表里層針織物為實驗室提供。

1 試驗部分

試驗儀器：密度鏡，電子天平，AFT 8130過濾效率試驗臺，半自動式小樣織布機(jī)。

1.1 兔毛夾層機(jī)織物的制備流程

兔毛夾層原料準(zhǔn)備→夾層織物成形→夾層織物上機(jī)織造→夾層織物預(yù)縮處理→兔毛夾層織物性能測定。

本次實驗選用40支、60支、80支三種純兔毛紗線，為不影響后面的織物吸附性能研究，織物織造長度按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。兔毛夾層經(jīng)過預(yù)縮處理后表面有起毛現(xiàn)象，經(jīng)緯紗線變得更加緊湊。并且面料收縮，織物表面出現(xiàn)絨毛層，手感豐滿柔軟，外觀美觀，色澤柔和。此外，由產(chǎn)生的絨毛削弱并掩蓋織物的一些原始缺陷，使其不會顯著暴露在織物表面。

1.2 兔毛表里層針織物測試流程

取樣→織物的經(jīng)、緯紗密度測定→織物的經(jīng)、緯紗縮率測定→織物平方米克重測定。

為了使測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確并具有代表性，選取樣本的位置應(yīng)該合理，所以選取樣本時避開織物的兩側(cè)和兩端，在距離織物邊緣5厘米以上的位置采取測試樣本?？椢镏睆讲荒苄∮?5厘米。其他測試指標(biāo)均按照《國家紡織織物測試標(biāo)準(zhǔn)——物理性能》進(jìn)行測定。

1.3 兔毛夾層織物吸附性能測試

參照標(biāo)準(zhǔn)GB 12218-1989“通風(fēng)空氣通用性能試驗”，并使用AFT 8130過濾效率試驗臺測試布的過濾效率和過濾阻力。測試空氣流量為32.0 L/min。

2 各織物試驗測定結(jié)果

2.1 兔毛夾層機(jī)織物性能測定結(jié)果如下表1。

三種兔毛夾層機(jī)織物均為半自動式小樣織機(jī)織造，其相應(yīng)規(guī)格如下表1所示。

表1 三種兔毛夾層機(jī)織物性能對比

2.2 兔毛表里層針織物性能測定結(jié)果如下表2。

選取三種針織物作為表里層，規(guī)格數(shù)據(jù)如下表2所示。

表2 三種規(guī)格兔毛表里層針織物測量數(shù)據(jù)

2.3 兔毛材料吸附性能測試。

使用AFT 8130過濾效率試驗臺對樣品進(jìn)行測試。

打開電源前檢查儀器連接是否完好；順時針方向依次打開三個電源;在數(shù)字顯示屏上按照順序按以下指令：Options～Aerosot～Heateran,使加熱器開始工作，進(jìn)入預(yù)熱階段，預(yù)熱15分鐘；預(yù)熱過程中顯示屏上顯示“Heater On”；調(diào)節(jié)總壓力閥(Supply Air Regulator)到70 psi；調(diào)節(jié)夾具壓力閥(Filter Holder Pressure Regulator)到30 psi；調(diào)節(jié)發(fā)生器壓力閥(Aerosol Generator Pressure Regulator)到35 psi；調(diào)節(jié)補(bǔ)充氣體流量(Make-up Air Flowmeter)到70 lpm；檢查中和器(Aerosol Neutralizer)是否打開；預(yù)熱30分鐘以上；執(zhí)行“TESTSETUP”命令，對光度計CF值進(jìn)行初始化；在數(shù)字顯示屏上按下“FILTER TEST”指令，測試試驗用的布料，然后和測試圖進(jìn)行對比，看試驗用的布料是否能夠達(dá)到試驗測試的標(biāo)準(zhǔn)；將布料和夾層按照順序放入儀器開始進(jìn)行過濾性能的測試。兔毛材料吸附性能測試數(shù)據(jù)如下表3。

3 織物試驗測定方法及分析

3.1 織物試驗測定方法——正交試驗設(shè)計

(1)正交試驗設(shè)計的概念及原理

在優(yōu)選的區(qū)域中，使用正交表，對測試結(jié)果的數(shù)據(jù)分析，優(yōu)選范圍的縮小或具有比較優(yōu)勢的多因素測試方法來科學(xué)地布置測試點(diǎn)。

正交試驗設(shè)計就是在優(yōu)選的區(qū)域中，利用正交表格，對試驗測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從中挑選出具有代表性的試驗數(shù)據(jù)，從而縮小了需要分析的數(shù)據(jù)的范圍，進(jìn)一步總結(jié)分析得出最終結(jié)論，找到試驗測試的最佳水平組合。

在試驗測試中，如果測試的試驗因素個數(shù)較少，例如單因素或者雙因素，數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)的分析較為簡單；若測試的試驗因素個數(shù)增多，則數(shù)據(jù)的處理以及數(shù)據(jù)分析的難度增加，每一組數(shù)據(jù)都需要很大的計算量而且計算過程中很容易出錯。為了簡化數(shù)據(jù)處理過程，引入正交試驗設(shè)計這種試驗設(shè)計方法，簡化數(shù)據(jù)處理過程，但是不影響最后的測試結(jié)果，更容易找到試驗測試的最佳結(jié)果[3]。

(2)正交試驗設(shè)計的基本程序

確定試驗?zāi)康?，明確評價指標(biāo)→挑選因素，確定水平→選正交表，進(jìn)行表頭設(shè)計→明確試驗方案

(3)本實驗采用正交試驗的原因

在試驗測試中，如果測試的試驗因素個數(shù)較少，例如單因素或者雙因素，數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)的分析較為簡單；若測試的試驗因素個數(shù)增多，則數(shù)據(jù)的處理以及數(shù)據(jù)分析的難度增加，每一組數(shù)據(jù)都需要很大的計算量而且計算過程中很容易出錯。此次試驗為三種變量，每個變量包含三個水平，若一一試驗，次數(shù)為33=27種，次數(shù)較多，故為了簡化數(shù)據(jù)處理過程，引入正交試驗設(shè)計方法，更容易找到試驗測試的最佳結(jié)果。

3.2 織物試驗測定分析

3.2.1 兔毛夾層機(jī)織物性能測定分析

兔毛夾層經(jīng)過預(yù)縮處理后表面有起毛現(xiàn)象，經(jīng)緯紗線變得更加緊湊。面料收縮后，織物表面出現(xiàn)絨毛層，手感豐滿柔軟，外觀美觀，色澤柔和。此外，由產(chǎn)生的絨毛削弱并掩蓋織物的一些原始缺陷，使其不會顯著暴露在織物表面。

觀察預(yù)縮處理后的三種夾層的表面，發(fā)現(xiàn)外觀風(fēng)格有一定的差異；40支的夾層外觀風(fēng)格，手感舒適度，織物緊度，拉伸性能都是最好的；60支的夾層次之；80支的夾層性能最差。初步分析，這是由于40支紗線所織成的織物，在緊度上優(yōu)于其余兩種織物，使得紗線之間的空隙減小，來增加紗線之間的接觸，才不會有明顯的粗糙感，而是增加順滑感。

3.2.2 兔毛表里層針織物性能測定分析

一號規(guī)格的兔毛針織物密度最大，縮率最小，克重最大；摸起來表面最為光滑，且經(jīng)緯紗貼合緊密，故緊度較大；織物的彈性拉伸性能也較好。

二號規(guī)格的織物與一號織物相比，密度和緊度稍小，縮率稍大?？椢锉砻婷饋磔^為光滑，緊度和拉伸性能比一號織物稍差些。

三號規(guī)格的織物密度緊度最小，縮率最大?？椢锩饋泶植冢q毛較多，且經(jīng)緯紗線間隙較大，用力一拉能看到空隙；拉伸性能較差

3.2.3 兔毛材料吸附性能測試分析

本次試驗為層數(shù)，規(guī)格和夾層3個因子，每個因子又分3個水平進(jìn)行試驗，選用L9(34)型正交表，過濾效率和過濾阻力兩個為試驗指標(biāo)，為了使試驗結(jié)果更加精確，在前面兩個試驗指標(biāo)的基礎(chǔ)上加入綜合指標(biāo)[4]，具體如下：

式中，Εi為過濾效率，Εmax為過濾效率中的最大值，ηi為過濾效率功效系數(shù)；Di為過濾阻力，Dmax為過濾阻力中的最大值，pi為過濾阻力功效系數(shù)；d為綜合評價指標(biāo)。根據(jù)上述公式，求出每組試驗對應(yīng)的綜合指標(biāo)d。

(1)兔毛材料吸附性能測試極差分析

表4 正交試驗極差分析表

根據(jù)綜合指標(biāo)d，通過判斷每個根據(jù)極值Rj的大小來確定各因素對試驗指標(biāo)影響的主次順序。本試驗中每個試驗對應(yīng)的極值如表。對三個因素的極值大小進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)RC> RA> RB，所以對試驗指標(biāo)影響的主次順序為CAB，即由極差分析可得：機(jī)織物夾層規(guī)格>層數(shù)數(shù)量>針織物表里規(guī)格。

兔毛織物吸附性能的作用機(jī)理是一種物理作用類型的吸附，通過靜電引力作用吸附微小顆粒來達(dá)到吸附過濾作用[5]。這種物理吸附能力有材料本身的物理性能有關(guān)，例如材料的外觀風(fēng)格，厚度，表面平整程度，纖維的線密度，材料的均勻度等。

在極差分析中夾層的影響最大，支數(shù)為60的兔毛夾層雖然外觀風(fēng)格比40的稍差，但是緊度小過濾阻力也小，從綜合指標(biāo)d來看，60支數(shù)的夾層都是最佳方案。一規(guī)格的織物外觀風(fēng)格，緊度等性能最好，吸附微小顆粒的能力也就越強(qiáng)。雖然一規(guī)格的過濾阻力要大于三規(guī)格的過濾阻力，但織物的吸附性能過濾效率是主要因素，所以一規(guī)格是最優(yōu)解；層數(shù)越大吸附的微小顆粒數(shù)就越多，過濾效率就越高，但是織物的層數(shù)還與厚度有關(guān)，層數(shù)太小，過濾效率不足；層數(shù)越大織物就越厚，而層數(shù)過大時，過濾阻力也大，過濾阻力增大會導(dǎo)致過濾效率減小，織物吸附性能降低，所以選擇的4層是最優(yōu)解。

綜上所述，極差分析得出的提高兔毛織物吸附性能的最優(yōu)方案是一規(guī)格的兔毛針織物，表里各兩層共四層，夾層支數(shù)為60。

(2)兔毛材料吸附性能測試方差分析

為了進(jìn)一步研究層數(shù)，規(guī)格和夾層對過濾效率和過濾阻力的顯著性的影響，正交試驗方差分析表如下表5。

表5 正交試驗方差分析表

各種因素對過濾效率的影響順序為：層數(shù)>針織物表里規(guī)格>機(jī)織物夾層規(guī)格。

在表中可以看到，層數(shù)的F比大于19，說明層數(shù)這一因素對過濾效率有顯著的影響，而規(guī)格和夾層的F比要小于19，說明這兩個因素對過濾效率有一定程度的影響；

各因素對過濾阻力的影響順序為：層數(shù)>針織物表里規(guī)格>機(jī)織物夾層規(guī)格。

根據(jù)上述結(jié)論可知，層數(shù)的F比大于19，對過濾阻力有顯著的影響，規(guī)格和夾層的F比要小于19，對過濾阻力有一定程度的影響。

4 結(jié)論和展望

(1)兔毛材料的吸附過濾性能與其材料的層數(shù)，針織物表里層規(guī)格以及機(jī)織物夾層的種類均有關(guān)系，其中層數(shù)對其過濾性能的影響最大，規(guī)格和夾層種類均有一定程度的影響。

(2)機(jī)織物夾層的擺放位置不影響兔毛材料的過濾性能，在使用同一種機(jī)織物夾層的情況下，一定規(guī)格的兔毛材料的層數(shù)越多，過濾性能越好。

(3)相同層數(shù)的條件下，針織物表里層規(guī)格的兔毛材料使用低支數(shù)夾層的過濾性能較高，使用高支數(shù)夾層的過濾性能較低。

(4)風(fēng)量越小，材料對空氣的阻力也就越小，損失的能量也就越少，過濾性能越高；風(fēng)機(jī)的風(fēng)量越小，試驗測試過程中產(chǎn)生的噪音也越小。

(5)根據(jù)正交試驗極差分析可知，純兔毛針織布料過濾性能最佳的方式為層數(shù)四層、針織物表里層規(guī)格為一規(guī)格、機(jī)織物夾層為40支；

(6)根據(jù)正交試驗方差分析可知，層數(shù)數(shù)目對過濾效率有顯著影響，針織物表里層規(guī)格和機(jī)織物夾層對過濾效率均有一定的影響；層數(shù)對過濾阻力有顯著的影響，針織物表里層規(guī)格和機(jī)織物夾層均對過濾阻力有一定程度的影響；

兔毛織物不僅僅只用于衣物穿著保暖，其它功能性的研究仍需進(jìn)一步探討?；谕妹w維之間存在靜電，且靜電吸附作為一種吸附方式，因而對兔毛夾層織物的過濾性能進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)兔毛夾層的吸附能力大于純棉織物，且透氣透濕性良好，具有很大的研究價值，對兔毛產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有良好的應(yīng)用前景。