咖啡炭纤维混纺针织面料的开发与性能研究

王琳+杨明霞+曹秋玲

摘要：在针织圆机上设计开发了 5 种粘胶/咖啡炭腈纶混纺纬编针织面料，并对织物进行染色后整理加工，对开发的针织面料进行顶破、耐磨、保暖、透湿、导湿等服用性能的测试，咖啡炭混纺针织物比棉针织物耐磨性好，保暖舒适，适合作冬季保暖内衣面料。

关键词：咖啡炭腈纶纤维；混纺针织面料；开发；性能

中图分类号：TS184.4 文献标志码：A

Development and Property Study on Blended Knitted Fabrics with Coffee Carbon Fiber

Abstract： Five kinds of viscose/coffee carbon acrylic blended knitted fabrics are developed on circular knitting machine and they are then dyed and finished. Properties such as bursting strength， wear resistance， thermal insulation， moisture permeability and moisture conductivity of these fabrics are tested. The test results show that coffee carbon blended fabrics are better than cotton fabric in terms of wear resistance， thermal insulation and comfort property and they are suitable for making thermal underwear for winter season.

Key words： coffee carbon acrylic fiber； blended knitted fabric； development； property

咖啡炭纤维是将废弃的咖啡渣，经过1 000 ℃以上的煅烧处理，运用最新的纳米技术，进行微粉化，加入到合成纤维中生产出的一种新型环保纤维。咖啡炭腈纶是以聚丙烯腈为载体的一种功能性纤维，具有吸臭除味、释放负离子、蓄热保暖、发射远红外等功能。咖啡炭纤维生产过程能源消耗及CO2排放量比竹炭纤维少48%，比椰炭纤维少85%，较竹炭、椰炭更低碳环保。在了解咖啡炭混纺纱线性能的基础上，在针织圆机上设计开发了纬平针、双罗纹组织 5 种咖啡炭纬编针织面料，对开发的针织面料进行顶破、耐磨、保暖、透湿、导湿等服用性能的测试，以便了解原料、组织结构对织物性能的影响，全面掌握咖啡炭纤维针织面料的性能特点，使生产开发的织物符合当前节能减排、低碳的要求，又能使织物穿着舒适、耐久。

1 原料

开发的产品主要用于冬季保暖内衣面料，为了使产品具有良好的市场推广前景，既要考虑织物性能，也要考虑生产成本，使产品有良好的性价比。原料选用35%咖啡炭腈纶与65%粘胶混纺，腈纶价格低廉、蓬松柔软，加入咖啡炭纳米颗粒后增加了织物的吸附、蓄热保暖的功能，粘胶纤维是再生纤维素纤维，具有优异的吸湿性，65/35粘胶/咖啡炭腈纶混纺织物既确保了产品的功能性，又提高了织物的穿着舒适性，与粘胶纤维混纺同时减少了腈纶产品的起毛起球现象。

首先对纱线进行主要性能测试，测试结果见表 1。由表1 可知，咖啡炭纱线强伸性能和条干均匀程度较好，能够保证上机编织的顺利进行。

2 咖啡炭混纺针织面料的设计与生产

2.1 组织设计

面料组织设计时选用针织内衣常用的纬平针和双罗纹组织。纬平针织物表面平整光洁，穿着柔软舒适。双罗纹织物是双面织物，较纬平针织物厚度、面密度增加，具有良好的弹性和延伸性，穿着没有压迫感。

2.2 纬平针组织编织设备技术参数

型号：BODYTEC8无缝内衣机；规格：14"；针数：1 152枚；成圈系统：8 F；机号：E26。

2.3 双罗纹组织编织设备技术参数

型号：福原双面针织大圆机LIL-8A；筒径：30"；机号：E24；路数：84 F。

3 咖啡炭混纺针织面料染整工艺

3.1 染料的选择

腈纶染色主要使用阳离子型染料，而粘胶纤维染色主要使用的是阴离子型活性染料，这两种染料在同浴使用时，会出现因离子集合而凝聚的现象，特别在染深色时，阳离子染料对粘胶纤维沾色严重，影响上染效果。因此，从染料的选择到染色工艺的确定要综合考虑各种因素，制定合适的染色工艺和调整运行条件，选择在高温染色机中进行粘胶/腈纶混纺织物的两浴法低浴比染色，匀染性好，能耗小，产品质量高。

3.2 染色设备与工艺流程

染色设备为高温高压低浴比染色机。染色工艺流程：坯布→平幅松弛精练（洗油）→水洗→染色→水洗→脱水→烘干→热定形→检验。

3.3 染色工艺

（1）除油工艺处方

精练剂：1 ～ 2 g/L；除油剂：1 g/L；防皱剂：1 g/L；温度：50 ～ 60 ℃；时间：30 ～ 40 min。除油工艺过程见图 1。

（2）腈纶染色工艺处方

匀染剂：0.5 g/L；防皱剂：2 g/L；HAc：0.5 g/L；NaAc：2 g/L；阳离子染料：0.5%（o.m.f）。腈纶染色温度控制曲线见图 2。

阳离子染料染腈纶操作过程：先将染料、匀染剂、防皱剂、HAc、NaAc加入染浴中，加入热水混合均匀，染浴温度控制在50 ℃左右，加入醋酸使染浴pH值为4.5，浴比调好后，导入织物，依次缓慢升温、保温，当温度升至98 ℃时，保温50 min，再依次以 1 ℃/min降温，阶段降温、保温，降温到60 ℃冲洗出机。

（3）粘胶染色工艺处方

螯合分散剂：1 g/L；防皱剂：2.5 g/L；活性黑染料：2%（o.m.f）；Na2SO4：35 g/L；Na2CO3：20 g/L。粘胶染色温度控制曲线见图 3。

活性黑染料染粘胶操作过程：染色开始 5 min内染浴温度为60 ℃左右，依次加入螯合分散剂、防皱剂、Na2SO4、染料、纯碱。染浴温度控制在60 ℃左右保温45 min，然后缓慢降温至50 ℃，最后出布→水洗→皂洗→水洗→烘干。

（4）染浴温度控制

腈纶在湿态时，其玻璃化温度Tg由140 ℃下降到65 ～80 ℃，有利于染料的上染和扩散。当染液温度达到或高于腈纶玻璃化温度后，阳离子染料的上染率增加特别快，基本上温度每升高 1 ℃上染率就会提高大约30%，染料上染的速度太快容易染花，而且受张力容易伸长。除此之外，染色结束后，温度要缓慢降至玻璃化温度以下，否则织物容易折皱，外观和手感变差。腈纶的染色要想染得均匀，染浴温度的升温和降温要控制的特别精确，要特别注意在腈纶玻璃化温度前后，温控要精确达到0.5 ℃/min。

3.4 后整理工艺

（1）前处理

由于咖啡炭纤维是将母粒添加在腈纶熔体中的，经强碱母粒容易脱落，所以坯布在精练时均采用纯碱。前处理设备为HHS-4型电热恒温水浴锅。

（2）前处理工艺配方

净洗剂：3 g/L；Na2CO3：2 g/L；温度：100 ℃；时间：60 min；浴比：1∶20。

（3）柔软处理

由于咖啡炭纤维表面有空隙，易被有机硅形成的硅膜覆盖从而堵塞微孔，影响织物的性能，所以在进行柔软处理时使用亲水性的柔软剂。柔软剂具有很好的润滑作用，能够减小织物中纤维与纤维之间、纱线与纱线之间、织物与人体之间的摩擦作用，减小摩擦力，从而提高织物的柔软性。坯布柔软工艺配方如下。DF-368助剂：40 g/L；MgCl2催化剂：3 g/ L；pH值：6；时间：2 min。

3.5 定形工艺

为消除试样表面的折痕以及卷边现象，使坯布处于较稳定的状态，需对坯布进行定形整理，以提高其性能测试的准确性。定形工艺条件如下。温度：160 ℃；时间：30 s；速度：5 m/min；幅宽：48 cm。

4 面料性能测试

4.1 规格参数

设计开发的咖啡炭混纺针织面料规格参数见表 2。6#为与2#织物规格接近的纯棉织物，作为对比面料。

4.2 试验结果

参考GB/T 19976 — 2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》，在HD026N电子织物强力仪上测定织物的顶破强力；采用Y522型圆盘式织物平磨仪测试织物的耐磨性，用质量减少率评价试样的耐磨性；采用YG606L平板式保温仪型测定织物的保温率；参考GB/T 12704.1 — 2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第 1 部分：吸湿法》，在试验箱内进行织物透湿性试验，计算织物的透湿率；参考FZ/T 01071 — 2008《纺织品 毛细效应试验方法》，在YG871型毛细效应测定仪上测量在规定时间内织物纵、横向芯吸高度，计算平均芯吸高度。织物性能测试结果见表 3。

织物组织结构和原料组成是影响针织物耐久性和舒适性的主要因素。从表 3 可以看出，4#织物顶破强力最小，主要是4#织物为纬平针组织，其它双罗纹织物顶破强力较大。1# ～ 5#咖啡炭混纺织物的质量减少率小于棉织物，说明咖啡炭织物更耐磨。咖啡炭织物的保温率明显优于棉织物，一方面是由于腈纶有较好的保暖性，另一方面咖啡炭颗粒的加入增加了纤维的缝隙和孔洞，纤维比表面积增加，有利于织物中静止空气含量增加。1# ～ 5#咖啡炭混纺织物透湿率和芯吸高度明显高于棉织物，说明咖啡炭混纺织物具有较好的透湿性能和导湿性能，这一方面是由于咖啡炭混纺织物中加入了吸湿能力强的粘胶纤维，另一方面咖啡炭颗粒的加入提高了织物的透通性，穿着舒适性明显改善。

5 结论

咖啡炭腈纶是将咖啡炭纳米颗粒加入到聚丙烯腈载体中的一种功能性纤维。在针织圆机上设计开发了 5 种纬平针、双罗纹组织咖啡炭腈纶混纺纬编针织面料，采用两浴法对咖啡炭腈纶/粘胶混纺织物进行染色，采用纯碱对坯布进行精练，亲水性的柔软剂进行柔软整理。对开发的针织面料进行顶破、耐磨、保暖、透湿、导湿等服用性能的测试，发现咖啡炭混纺针织物比棉针织物耐磨性好，保暖舒适，适合作冬季保暖内衣面料。

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