羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的開發(fā)

姜亞琳，劉美娜，王春山，郭小云

(1.煙臺南山學(xué)院 工學(xué)院，山東 龍口 265706； 2.山東南山智尚科技股份有限公司,山東 龍口 265706)

石墨烯是一種二維層狀、單原子厚度的碳單質(zhì)，由 SP2雜化的碳原子在二維平面上有序排列而成[1-2]。特殊的結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯極優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，如獨(dú)特的光電學(xué)性能、超強(qiáng)的電子傳導(dǎo)性、極大的比表面積等[3-4]，被譽(yù)為“改變 21 世紀(jì)的神奇材料”[5-6]，廣泛用于聚合物納米復(fù)合材料的無機(jī)填料[7-8]。

近幾年，石墨烯成為紡織纖維領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，眾多石墨烯復(fù)合材料不斷涌現(xiàn)，石墨烯改性滌綸纖維是其中之一，其相關(guān)的產(chǎn)品開發(fā)呈現(xiàn)發(fā)展趨勢。目前，已有公司開發(fā)了石墨烯改性滌綸/棉系列混紡產(chǎn)品[9-11]。本文主要探討羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的開發(fā)，并與羊毛/滌綸混紡面料的性能進(jìn)行對比分析，為功能性毛精紡面料開發(fā)提供參考。

1 石墨烯改性滌綸纖維性能分析

參照GB/T 14339—2008《化學(xué)纖維 短纖維疵點(diǎn)試驗(yàn)方法》、GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》、GB/T 6503—2008《化學(xué)纖維回潮率試驗(yàn)方法》、GB/T 14342—2015《化學(xué)纖維 短纖維比電阻試驗(yàn)方法》，測試石墨烯改性滌綸纖維及滌綸纖維的性能，纖維性能如表1所示。采用掃描電鏡觀察石墨烯改性滌綸纖維及滌綸纖維的縱向結(jié)構(gòu)特征，如圖1所示。

表1 石墨烯改性滌綸纖維及滌綸纖維性能

圖1 纖維縱向掃描電鏡照片(×2 000)

由表1可以看出，石墨烯改性滌綸纖維與滌綸纖維相比，毛粒疵點(diǎn)明顯增多，二者斷裂強(qiáng)度接近，石墨烯改性滌綸纖維的斷裂伸長率有所下降，這是由于石墨烯顆粒的加入破壞了部分滌綸纖維原有的結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，石墨烯的加入對滌綸纖維回潮率無明顯影響，這是因?yàn)槭┑募尤肓亢苌伲瑢w維主體結(jié)構(gòu)影響較小。石墨烯改性滌綸纖維的比電阻較滌綸纖維明顯降低，說明石墨烯的加入使滌綸纖維的導(dǎo)電性明顯提高，因此加入石墨烯改性滌綸纖維可以減少紡織生產(chǎn)過程中的靜電現(xiàn)象，并賦予織物一定的抗靜電性。

從圖1可以看出，滌綸纖維表面光滑，石墨烯改性滌綸纖維表面有明顯的微小凸起。這是由于石墨烯納米顆粒加入紡絲液后進(jìn)行紡絲，一部分顆粒嵌于纖維內(nèi)部，另一部分顆粒顯露在纖維表面，則在石墨烯改性滌綸纖維表面形成微小凸起，這使得纖維表面粗糙，增大了摩擦因數(shù)，有利于提高纖維間的抱合力。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路

本文設(shè)計(jì)開發(fā)羊毛/石墨烯改性滌綸混紡產(chǎn)品，需要考慮3個(gè)設(shè)計(jì)因素：一是產(chǎn)品風(fēng)格，若石墨烯改性滌綸含量高，產(chǎn)品的毛感會(huì)明顯下降，產(chǎn)品檔次降低；二是舒適性，石墨烯改性滌綸的舒適性能與普通滌綸基本相同，其含量會(huì)對面料的舒適性產(chǎn)生影響；三是功能性，若石墨烯改性滌綸含量低，則其功能性不能充分體現(xiàn)。綜合考慮這3個(gè)因素，確定本文開發(fā)產(chǎn)品羊毛/石墨烯改性滌綸混紡比為70/30，在保證面料風(fēng)格和舒適度的前提下，使其具備一定的功能性。

2.2 原料及產(chǎn)品規(guī)格

選用80支毛條和0.28 tex石墨烯改性滌綸纖維條(石墨烯含量為1%)，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡紗經(jīng)緯紗的線密度分別為10 tex×2和10 tex，織物經(jīng)向和緯向密度分別為475根/(10 cm)和357根/(10 cm)，幅寬153 cm，面密度140.5 g/m2。

2.3 生產(chǎn)工藝

2.3.1 紡紗工藝

由于石墨烯改性滌綸纖維的毛粒較多，導(dǎo)電性較強(qiáng)，具有良好的可紡性，因此羊毛/石墨烯改性滌綸紡紗工藝采用羊毛/滌綸紡紗工藝，紡紗工藝流程為：B412型混條機(jī)→GC15型針梳機(jī)→GC15型針梳機(jī)→GC15型針梳機(jī)→PB32LF型精梳機(jī)→GC15型針梳機(jī)→GC15型針梳機(jī)(帶自調(diào)勻整機(jī)構(gòu))→GC15型針梳機(jī)(帶自調(diào)勻整機(jī)構(gòu))→GC15型針梳機(jī)→GV20 M型高速牽伸機(jī)→FM8N型粗紗機(jī)→FB505型細(xì)紗機(jī)→AC338型自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)。精梳工藝參數(shù)為：喂入根數(shù)24，喂入長度891 mm，出條質(zhì)量26 g/m，梳針型號27，隔距38 mm。

2.3.2 織造工藝

采用劍桿織機(jī)織造，工藝流程為：整經(jīng)(上蠟)→穿經(jīng)→織造→坯布檢驗(yàn)，織造工藝參數(shù)見表2。

3 面料性能測試與結(jié)果分析

3.1 力學(xué)性能

參照GB/T 3923.1—2013《面料斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》、FZ/T 20009—2015《毛面料尺寸變化的測定 靜態(tài)浸水法》、FZ/T 20021—2012《面料經(jīng)汽蒸后尺寸變化試驗(yàn)方法》、GB/T 4802.1—2008《面料起毛起球性能的測定》，測試羊毛/滌綸混紡面料和羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料物理指標(biāo)，結(jié)果見表3。由表3可知，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料與羊毛/滌綸混紡面料的浸水尺寸變化率相同。羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料與羊毛/滌綸混紡面料相比斷裂強(qiáng)力稍有下降，這可能是因?yàn)槭╊w粒對滌綸結(jié)晶區(qū)具有一定的影響；汽蒸尺寸變化率稍好，這是由于石墨烯顆粒的加入降低了滌綸纖維大分子間的內(nèi)應(yīng)力，使其穩(wěn)定性有所提高；起毛起球性能變差，這主要是由石墨烯改性滌綸纖維的粗糙表面形態(tài)所致。

表2 織造工藝參數(shù)

3.2 色牢度

參照GB/T 5713—2013 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐水色牢度》、GB/T 3922—2013《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐汗?jié)n色牢度》、GB/T 6152—1997 《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐熱壓色牢度》、GB/T 3920—2008《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐摩擦色牢度》、GB/T 12490—2014《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐家庭和商業(yè)洗滌色牢度》、GB/T 5711—2015《紡織品 色牢度試驗(yàn) 耐四氯乙烯干洗色牢度》，對羊毛/滌綸混紡面料和羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的色牢度進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表4。

表3 面料物理指標(biāo)測試結(jié)果

表4 面料色牢度測試結(jié)果 級

由表4可知，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的色牢度與羊毛/滌綸混紡面料的色牢度相同，這是由于滌綸纖維的色牢度較高，所以面料色牢度較好。

綜合分析得出，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的物理指標(biāo)和色牢度指標(biāo)良好，符合GB/T 26382—2011《精梳毛織品》的要求。

3.3 功能性

3.3.1 抗靜電性能

參照GB/T 12703.1—2008《紡織品 靜電性能的評定 第2部分：靜電壓半衰期》，測試并評定羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的靜電性能，面料靜電壓和半衰期測試結(jié)果見表5?？芍蛎?石墨烯改性滌綸混紡面料洗滌前后都具有較好的抗靜電性能，達(dá)到了耐久型抗靜電紡織品B級要求。

3.3.2 抗菌性能

參照GB/T 20944.3—2009《紡織品 抗菌性能的評價(jià) 第3部分：振蕩法》，測試并評價(jià)羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料的抗菌性指標(biāo)，測試結(jié)果見表6。

表5 羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料靜電壓和半衰期

表6 羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料抑菌性能 %

由表6可知，羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料對大腸桿菌、金黃色葡萄糖球菌、白色念珠菌的抑菌率分別為66%、68%、56%，接近國標(biāo)對抑菌產(chǎn)品的要求，面料具有一定的抑菌性能。由于滌綸纖維對產(chǎn)品的抑菌性能影響較大，因此可以適當(dāng)提高石墨烯改性滌綸的含量以改善面料的抗菌性能。

4 結(jié) 論

①石墨烯改性滌綸與普通滌綸比較，其回潮率及力學(xué)性能變化較小，但毛粒明顯增加，比電阻大幅降低，有利于提高織物的抗靜電性。

②羊毛/石墨烯改性滌綸混紡織物采用羊毛/滌綸混紡織物的生產(chǎn)工藝可行。

③羊毛/石墨烯改性滌綸混紡面料具有良好的力學(xué)性能、色牢度、抗靜電性和一定的抑菌性能，可以通過綜合考慮織物風(fēng)格、舒適性和功能性，調(diào)整織物的混紡比以獲得最佳面料性能。