兼具紡織材料基本性能與軟木功能性的高性能紗線

V. S， S. Ventura， G. Bonifcio， J. Morgado， F. Pereira

1. Sedacor軟木出口公司(葡萄牙)

2. Têxteis Penedo公司(葡萄牙)

3. 紡織品和服裝行業(yè)技術(shù)中心(CITEVE)(葡萄牙)

4. 波爾圖大學(xué)(葡萄牙)

軟木來自于栓皮櫟樹的樹皮(圖1)。歐盟是世界上最大的軟木生產(chǎn)區(qū)，占世界軟木總產(chǎn)量的80%以上，其中僅葡萄牙的產(chǎn)量就占據(jù)世界軟木總產(chǎn)量的近50%。

圖1 軟木原料來源——栓皮櫟樹皮

軟木為一種天然可回收且可重復(fù)使用的環(huán)保型材料，在全球市場上擁有重要的應(yīng)用價值。近年來，軟木綠色環(huán)保的特性引起了大批對天然材料、生態(tài)設(shè)計及可持續(xù)發(fā)展感興趣的設(shè)計師、藝術(shù)家與建筑師等的關(guān)注。盡管人們對軟木材料在服裝和家紡領(lǐng)域的應(yīng)用較為關(guān)注，但市場上對軟木材料在這些領(lǐng)域的研究卻很少，僅少數(shù)設(shè)計人員正進(jìn)行這方面的研發(fā)工作，這導(dǎo)致當(dāng)前市場上很少可見軟木面料和軟木紗線。

目前，市場上提供的具有軟木成分的紡織材料主要為一些天然軟木薄片(圖2)或復(fù)合軟木薄片，這些薄片通常厚約0.5～10.0 mm。將軟木薄片與機(jī)織材料、非織造材料層壓，再經(jīng)切割加工，可獲得寬約3.0～10.0 mm的“軟木紗/帶”(圖3)。但這種材料存在一些缺陷，如缺乏柔韌性和延展性、難以折疊和縫制、透氣性差等，導(dǎo)致其并不適合于紡織服裝的生產(chǎn)，進(jìn)而嚴(yán)重限制了其在紡織終端產(chǎn)品(服裝和家用紡織品)中的大規(guī)模應(yīng)用。此外，這種材料在存儲、養(yǎng)護(hù)和清潔方面也存在一定的問題。由于這些軟木紗(實際上它們更像是帶子)太粗，因此也無法上機(jī)織造。

圖2 市售軟木薄片

圖3 市售軟木紗/帶

考慮到當(dāng)前市場上現(xiàn)有軟木產(chǎn)品所存在的問題及人們對軟木紡織產(chǎn)品的關(guān)注，本文提出了新的采用軟木開發(fā)紡織材料的思路和概念。開發(fā)出的材料既可保持紡織品的特性，又可結(jié)合軟木的性能優(yōu)勢，集藝術(shù)性與功能性于一體。

1 研究與開發(fā)

項目的研發(fā)主要分為5個步驟。首先是軟木添加成分的研發(fā)。這些添加成分從軟木廢料中提取。項目對多種不同類型的軟木添加成分的性能進(jìn)行了研究、分析與表征，研究內(nèi)容包括軟木添加成分的類型、組成、密度、粒度，以及與黏合劑的適配性，相關(guān)試驗測試有粒度分布測試、接觸角測試、表面能測試及含水量測試。此外，試驗還通過傅里葉變換紅外光譜(FTIR)分析了添加成分的組分，通過熱重分析(TGA)和掃描電子顯微鏡(SEM)分析軟木添加成分的熱穩(wěn)定性。最終，項目挑選出性能較佳的軟木添加成分。

接著是黏合劑的研發(fā)。項目通過對不同黏合劑配方(包括使用的軟木添加成分類型與使用比例，以及黏合劑的黏度)的測試評估，研發(fā)出較適宜的黏合劑，可在軟木添加成分與紡織品基材間形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。

第三步是對軟木添加成分在紡織材料上的滲入效果進(jìn)行研究。為此，在不同的紡織品基材(紗線、針織物、機(jī)織物和非織造織布)上使用不同的黏合劑、不同的加工工藝及工藝參數(shù)，然后評估軟木添加成分的滲入效果。項目還專門開發(fā)出一種檢測方法進(jìn)行滲入效果檢驗。試驗結(jié)果表明，軟木添加成分滲入織物和紗線的平均質(zhì)量百分比約為20%。對25次洗滌循環(huán)后軟木添加成分損失的評估結(jié)果已證實，使用某些特定的紡織品基材、軟木添加成分和加工條件，加工出的產(chǎn)品幾乎未出現(xiàn)軟木添加成分的損失，但隨著洗滌次數(shù)的增加，基材表面的黏合劑會發(fā)黑。

在第三步結(jié)束時，項目參與者意識到將軟木添加成分混入紗線的工藝才是最具挑戰(zhàn)性和最難的工作，但同時也最具創(chuàng)新性和前景性。由于要求最終所得紗線可通過常規(guī)技術(shù)制備機(jī)織和針織面料，因此項目將研發(fā)重點轉(zhuǎn)向紗線涂層工藝。為此，項目開發(fā)出一條專用于軟木成分包覆紗線的試驗線，并優(yōu)化了軟木成分的滲入工藝，制備出性能更完善的軟木紗線(圖4)。

圖4 軟木紗線

第四步的研發(fā)是開發(fā)將軟木紗線織造成織物的工藝。為驗證加工后的紗線適用于織物的生產(chǎn)織造，項目在工廠中使用軟木紗線進(jìn)行了機(jī)織物的生產(chǎn)試驗，研究并調(diào)整了所有的織造工藝參數(shù)，結(jié)果表明，軟木紗線在上機(jī)織造過程中表現(xiàn)良好，既沒有出現(xiàn)軟木成分的損失，也沒有對加工過程造成不利影響。項目采用所得軟木紗線織造的機(jī)織物實物圖如圖5所示。

圖5 采用軟木紗線制備的機(jī)織物

下機(jī)后的織物經(jīng)噴射化學(xué)助劑與石洗過程進(jìn)行軟化處理，該過程中也未出現(xiàn)明顯的軟木成分損失及任何其他問題。

項目的最后一步是評估所開發(fā)的紗線和織物的質(zhì)量及性能水平。對軟木涂層加工后紗線與未經(jīng)涂層的同種紗線進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)軟木涂層加工的紗線具有更高的拉伸斷裂強(qiáng)力和拉伸斷裂強(qiáng)度，以及更少的毛羽，但同時也產(chǎn)生了更多的紗疵，并且斷裂伸長率較低。對分別由這兩種紗線織造的織物性能進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)采用經(jīng)軟木涂層加工的紗線織造的織物，具有更好的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率，良好的耐磨性和抗起球性，并且在家用過程中表現(xiàn)出良好的水洗穩(wěn)定性、抗菌性和防螨性，但其抗撕裂性能有所下降。

2 結(jié)語

項目成功研發(fā)出軟木紗線及由這種紗線制備的織物，所得紗線和織物均可用于服裝和家用紡織品的生產(chǎn)。

項目已申請了國際發(fā)明專利，很多紡織終端產(chǎn)品(如羽絨被、枕頭、窗簾及桌布等)，都可以使用軟木紗線制備的面料進(jìn)行相應(yīng)開發(fā)。

項目還獲得了2015年度產(chǎn)品類別的Inovatêxtil獎(ItechStyle論壇，Modtissimo)，并入圍2015年度可持續(xù)性類別的未來材料獎(Future Materials Award)，同時入圍2019年度產(chǎn)品類別ItechStyle獎(ItechStyle論壇， Modtissimo)的決賽(圖6)。

圖6 Inovatêxtil 獎獲獎作品

Cork. a. Tex-Yarn項目為一項聯(lián)合開發(fā)的項目，項目方由2家中小型企業(yè)與2家研發(fā)機(jī)構(gòu)組成，分別是擁有豐富軟木轉(zhuǎn)化技術(shù)的Sedacor公司，致力于家紡產(chǎn)品生產(chǎn)的Têxteis Penedo公司，波爾圖大學(xué)工程學(xué)院(FEUP)分離與反應(yīng)工程實驗室-催化與材料實驗室(LSRE-LCM)，以及葡萄牙紡織品和服裝行業(yè)技術(shù)中心(CITEVE)。