咖啡炭/聚酯长丝纬编提花床垫面料的性能

丛洪莲，徐 巧，金兰名

(江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122)

纬编提花床垫面料，是目前家纺市场日益流行的一类装饰面料。传统床垫面料的原料以涤纶为主，使用时不能充分吸收人体汗液，易滋生细菌，损伤织物甚至造成人体不适，因此，抗菌型床垫面料越来越受到市场欢迎。由于通过功能整理的床垫面料抗菌持久性不强，且增加了工序，故直接采用抗菌纤维织造是这类床垫面料生产的首选。本文所用含咖啡炭纤维［1］是将高温煅烧的咖啡渣纳米粉体加入到聚酯中纺制而成的一种新型纤维，具有抑菌除臭、蓄热保温的功能，在纺织品中的应用愈加广泛。

目前，国内对纬编床垫面料的性能研究相对薄弱。李丽敏等［2］虽研究了床垫面料的包覆性、保形性，但缺乏对舒适性的分析与探究。市面上虽推出了多种功能性床垫面料［3］，但对其性能未建立科学、合理的评判体系。

本文设计开发含咖啡炭/聚酯长丝的抗菌床垫面料，对比其他常规的床垫面料，测试分析保暖、透湿、抗菌等多个性能指标，并基于回归分析对其热湿舒适性作出综合评价，对这类产品的设计开发有一定的参考作用。

1 实验设计

纬编床垫面料是一种复合织物，基本组织为衬纬组织［4］，由夹层内衬以及可进行提花编织的正面、反面构成。本文从原料、底板2个方面对床垫面料进行实验设计，研究对其性能影响规律。

1.1 原料设计

床垫面料的原料有面纱、提花纱、连接纱以及内衬纱［5］。因只有工艺正面是床垫面料的使用面，主要由面纱、提花纱构成，其面纱含量大于80%，直接影响床垫面料外观、手感等性能。目前市场上常用的面纱原料有聚酯长丝、涤纶短纤纱和粘胶短纤纱。

本文选用167 dtex咖啡炭/聚酯长丝作面纱，对比常规167 dtex涤纶低弹丝以及197 dtex涤纶短纤纱，比较3个不同面纱的床垫面料的性能。提花纱、连接纱均选用167 detx的涤纶低弹丝，内衬纱则选用990 dtex的涤纶低弹丝。

1.2 底板设计

床垫面料的正面花纹包含底板花纹、主体花纹。其中底板花纹不仅起到连接正、反面的作用，更进一步增强主体花纹的视觉层次感，但为保证主体花纹的突出感，底板花纹一般以斜纹、点纹等简易几何图形为主。本文设计了5款不同密度的菱形底板(见图1)。其连接点数量比例不同，具体数据如表1所示。

图1 底板花纹Fig.1 Soleplate patterns

表1 不同底板连接情况Tab.1 Connection rate of different soleplates

本文实验通过这3种面纱原料，5种底纹的组合搭配，在筒径为965 mm，机号为20的双面电脑提花机上进行打样，共有15款试样，具体规格见表2。

表2 1#～15#试样规格Tab.2 Parameters of 1#－15#samples

2 试样性能测试与分析

2.1 热湿舒适性能

2.1.1 保温性

采用 YG606D平板式织物保温仪，按照GB 11048—2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》测试保温性。

图2示出面纱分别为咖啡炭/聚酯长丝、涤纶低弹丝、涤纶短纤纱的保温率y1、y2、y3与连接率(x)的拟合曲线。相应方程及相关系数平方为

图2 保温率与连接率的拟合曲线Fig.2 Fitting curves of connection rate vs.thermal insulation value

由于3个方程的相关系数R2均非常接近1，说明连接率与保温率的线性关系极好。3条曲线存在的共性是随着连接率的增大，保暖性降低。通过织物厚度比较分析(见图3)发现，随着连接率增大，3种面料厚度均逐渐减小，保暖性降低。因连接率相同时3种面纱的厚度接近，最多差异为0.02 mm，可以认为不同面纱织物厚度受连接点影响的程度基本相同。相比而言，涤纶短纤纱、咖啡炭/聚酯长丝的试样保暖性下降趋势更为缓和。这是由于涤纶短纤纱表面具有许多短而错杂的毛绒，可形成微小区域，能够存储很多静止空气抑制热传导［6］，保暖性能进一步提升。而咖啡炭/聚酯纤维的表面具有许多孔隙，可以贮存较多的空气，具有较好的蓄热效果。涤纶低弹丝中表面光滑，单丝排列平滑，利于空气的流通，相对具有冷感。

图3 织物厚度与连接率的柱形图Fig.3 Column diagarm of connection rate vs.fabric thickness

2.1.2 导湿性

由于床垫面料使用时是水平放置的，传统测试芯吸高度的方法并不适用，本文选用表面滴液法［7］，根据 JIS L1907—2010《纺织品吸水性试验方法》进行导湿面积测试。

图4示出面纱分别为咖啡炭/聚酯长丝、涤纶低弹丝、涤纶短纤纱试样导湿面积(y4、y5、y6)与连接率(x)的拟合曲线。

图4 导湿面积与连接率的拟合曲线Fig.4 Fitting curves of connection rate vs.wetted area

具体方程及相关系数的平方分别为

因相关系数R2接近1，说明连接率与导湿性回归性极好。导湿性随着连接率的增加而上升。这是由于单位面积内纤维数目增多，利于水分的传输，因此随着连接率增大，织物层间抱合愈加紧密，水分不仅仅在织物表面传输，同时渗透到中间层的内衬纱进行水分传输，进一步加快传输速度。面纱为咖啡炭/聚酯长丝的试样导湿性远优于其他试样，由于咖啡/聚酯纤维的表面为多微孔结构，较高的比表面积更利于水分传输［8］。

2.1.3 透湿性

透湿性根据GB/T 12704—1991《织物透湿量测定方法透湿杯法》进行测试，采用YG601-Ⅱ电脑式织物透湿仪。

图5示出面纱分别为咖啡炭/聚酯长丝、涤纶低弹丝、涤纶短纤纱的试样透湿量(y7、y8、y9)与连接率x的拟合曲线。其方程及相关系数的平方分别为

图5 透湿量与连接率的拟合曲线Fig.5 Fitting curves of connection rate vs.moisture permeability

上述方程的相关系数R2均接近1，线性回归较好。比较3条曲线走势，试样透湿性均呈现上升趋势，随着连接率的增大，相同面积内的连接点越多，形成的织物孔洞越多，越利于水气通过。相对而言，涤纶低弹丝和咖啡炭/聚酯长丝走势更为接近，且相同连接率下均好于涤纶短纤类的试样。这主要是因为前2种原料本身的结构比较相似，单丝排列平滑，而涤纶短纤表面毛羽过多且错综复杂，形成复杂的通道阻挡水汽的透过。

2.2 热湿舒适性综合评价

为了对15种试样的热湿舒适性作出综合性的评价，基于上述各个指标的回归方程建立热湿舒适性综合评判函数。

纬编床垫面料的各项热湿舒适性指标均具正向性，值越大越好［9］，但为了避免因不同指标量纲单位带来的不可共度性，利用阈值法对原函数进行无量纲化，再采用直接加权法［10］建立目标函数:

式中:Y为热湿舒适性综合评价方程;yi为第i指标的回归方程;max(yi)为第i指标下的最大值，主要为了使指标无量纲化;wi为第i指标的权重，可利用变异系数法进行计算，具体见式(11)。

式中σi和分别为第i指标的标准差以及平均值。经计算得到 w1=0.19，w2=0.62，w3=0.19;代入式(10)获得咖啡炭/聚酯长丝、涤纶低弹丝、涤纶短纤纱的热湿舒适性综合评价的数学模型，分别为

将15种织物的工艺参数分别代入上式中，得到各个织物无量纲的综合评价值，结果如表3所示。对比数值可看出:以咖啡炭/聚酯长丝为面纱的床垫面料(试样1#～5#)其综合评价值高于其他2类面料，说明咖啡炭/聚酯纤维的热湿舒适性能要远好于涤纶。其中试样3#的综合值最高，说明采用C号底板花纹能较大限度地发挥咖啡炭/聚酯纤维的性能优势，而其他2类的最优试样10#、13#分别采用的是E、C号底板花纹，可见在床垫面料设计时，应根据面纱原料来选择合适的底板花纹。

表3 试样热湿舒适性综合评价值Tab.3 Comprehensive evaluation on heat-moi sture comfort

2.3 抗菌性测试与分析

抗菌性采用GB/T 20944.3—2008《纺织品 抗菌性能的评定振荡法》进行测试，选择大肠杆菌为实验菌种。由于试样要裁成5 mm×5 mm的尺寸，因此连接点对织物性能影响不大，仅需比较面纱原料对抗菌性的影响。当试样与初始菌液混合后，为防止细菌数目过多，利用10倍稀释法得到101、102、103、1044种稀释倍数梯度下的菌液，在37℃培养箱中培养24 h后统计菌落数目，实验结果见表4。

表4 抗菌性测试结果Tab.4 Results of antimicrobial test

为保证实验精确度，标准规定选择菌落数目在30～300之间的计数，故本文选择10 000稀释倍数下的数据来计算抑菌率。图6示出稀释10 000倍24 h后各试样菌落的培养情况。可以看出，相比其他试样，面纱为咖啡炭/聚酯长丝的培养皿中细菌数目最少。

图6 大肠杆菌菌落图Fig.6 Diagrams of Escherichia coli colony.(a)Blank sample;(b)Polyester drawn textured yarn;(c)Spun polyester yarn;(d)Coffee-charcoal/PET filament

标准规定，抑菌率≥70%才具有抗菌性能。对比数据发现，面纱为涤纶低弹丝和涤纶短纤纱的试样，其抑菌率均未超过70%，不具有抗菌性能。而含咖啡炭/聚酯纤维的床垫面料抑菌率达到91.3%，满足抗菌的要求，对大肠杆菌的生长具有较好的抑制作用。这是由于咖啡炭/聚酯纤维经特殊工艺炭化，其内部空隙较大，有强大的吸附能力。咖啡炭的多孔吸附效果能有效控制体表水分，进而破坏细菌生存的湿润环境，抑制细菌生长。

3 结论

本文试织了咖啡炭/聚酯纤维纬编提花床垫面料并对其抗菌、保暖、导湿等性能进行分析，得出以下结论。

1)基于线性回归分析发现随着连接率增大，织物的导湿、透湿性逐渐升高，而保温性下降，底板连接率是影响床垫面料热湿舒适性的重要因素。

2)对比热湿综合评价值发现，含有咖啡炭/聚酯纤维的床垫面料热湿舒适性能远好于其他试样。其中3#试样的综合值最高，因此在设计咖啡炭纤维床垫面料时，可较多地选用此种底板。

3)咖啡炭/聚酯纤维床垫面料抑菌率达到91.3%，符合抗菌标准，适合用作抗菌型床垫面料的开发。

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