经编结构静电阻隔织物的设计与开发

钟文鑫， 冒海文， 岳亚丹， 仲柏俭， 张新杰， 喻 颖， 马丕波

(1. 江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 江苏聚杰微纤纺织科技集团有限公司， 江苏 苏州 215222)

经编结构静电阻隔织物的设计与开发

钟文鑫1， 冒海文1， 岳亚丹1， 仲柏俭2， 张新杰2， 喻 颖1， 马丕波1

(1. 江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 江苏聚杰微纤纺织科技集团有限公司， 江苏 苏州 215222)

为探究不同衬纬结构与不同托玛琳质量分数对经编结构静电阻隔织物的影响，采用涤纶纱线和聚偏氟乙烯纤维为原料，通过经编平纹和衬纬工艺相结合的织造方式形成静电阻隔织物样布，并使用托玛琳溶液对织物进行后整理处理，使其具有静电吸附功效。测试相同衬纬工艺下不同质量分数托玛琳溶液处理后样布的过滤效率，以及相同质量分数托玛琳溶液处理不同衬纬工艺样布的过滤效率，经比较得出最佳的衬纬工艺与托玛琳溶液质量分数。测试结果表明：使用质量分数为30%的托玛琳溶液处理样布，样布的过滤效率最高；在相同质量分数托玛琳溶液处理下，过滤网采用1隔2衬的工艺组合进行织造时，样布的过滤性能最佳。

托玛琳； 静电阻隔织物； 静电吸附； 过滤性； 经编结构

天然矿物托玛琳具有自极化性能，极化能量来源于温度变化，而且在无源条件下可产生负离子[1]。它还可催化分解甲醛等有害有机分子，促进空气中悬浮物的沉降，从而净化空气[2-3]。将托玛琳用于纺织品，是理想的保健功能材料，可制成内衣、健康寝具、沙发等[4-6]。采用同样具备静电吸附作用的托玛琳溶液对样布进行后整理操作，进一步加强了样布对微粒的吸附效果，对于人们的身体健康具有较好的保护作用。托玛琳作为环境功能材料已得到国内外环境科学界的公认，在日本、美国、韩国、中国等国家,托玛琳用于居室等小环境的改善已实现了产业化。同时托玛琳功能整理纺织品还有防紫外线、防辐射(电磁屏蔽)[7-8]等功能，在功能性纺织品开发领域具有广阔的应用前景。

聚偏氟乙烯纤维(PVDF)外观呈半透明细长状。从微观角度看，分子链间排列紧密，又有较强的氢键，含氧指数为46%，熔点为172 ℃[9-11]。PVDF纤维除了具有良好的耐化学腐蚀性、耐高温、耐氧化性、耐射线辐射性能外，还具有压电性、介电性、热电性等性能[12]，因此，聚偏氟乙烯是一种强极性的高分子材料，具有很高的介电常数，自身极容易产生静电现象[13-14]，将其作为衬纬组织纤维，能有效提升样布对细小微粒的静电吸附性能。同时聚偏氟乙烯纤维与平纹经编织造工艺相结合，使得整个过滤网立体感强，外观精致。

本文试样采用平纹与衬纬工艺相结合的织造结构，其中衬纬部分采用聚偏氟乙烯纤维，然后使用托玛琳溶液对试样进行后整理处理，使其具有静电吸附功能，通过改变衬纬工艺以及托玛琳溶液质量分数，探究具有最佳静电吸附功能的织物结构与制备工艺。

1 实验部分

1.1 实验原料

平纹部分使用涤纶长丝8.33 tex/36 f(江苏盛虹纺织有限公司)，衬纬部分使用聚偏氟乙烯纤维100 tex(苏州耐德新材料有限公司)，后整理部分使用托玛琳粉(8 000目，河北天晟粉体材料有限公司)。

1.2 实验设备

实验设备：KS4型特里科高速经编机(德国卡尔迈耶有限公司)；LZC-H型滤料综合性能测试台(苏州华达仪器设备有限公司)；自动搅拌器；烘箱等。

使用LZC-H型滤料综合性能测试台对经过托玛琳溶液后整理工序的过滤网样布进行颗粒过滤性能测试。测试台通过对过滤工艺流程的探索和实验，参照YY 0469—2004《医用外壳口罩技术要求》和GB 2626—2006《呼吸防护用品自吸过滤式防颗粒物呼吸器》设计制造，可以对多种滤料进行阻力、流量、效率等方面的测定。本文使用测试台对过滤网样本进行过滤性能检测，可以及时得到完整的数据参数，且操作简单，使用方便，有利于实验过程的高效完成。

1.3 织造工艺

在KS4型特里科高速经编机上采用单把梳栉进行经编过滤网样布的织造。在此次实验中，将织物的工艺参数输入经编机控制系统后进行织造，并依次剪取20块实验样布。样布形状呈现为12 cm×12 cm大小的正方形。

织物样布由平纹和衬纬2个部分组成。平纹部分使用单把梳栉满穿织造，垫纱数码为1-0/2-3//。为对比出组织结构的差异对织物过滤性能的影响，在衬纬工艺上，分别采用满衬、1隔1衬、1隔2衬、1隔3衬和无衬5种方式。

1.4 琳后整理工艺

本文实验中的后整理方法采用浸渍与浸轧法相结合，主要是把托玛琳微粒材料通过整理加工，使其附着在织物表面，从而赋予织物具有自发产生负氧离子的功能[6]。分别设计了0、20%、30%、40%、50% 5种质量分数的托玛琳溶液，其溶质配比见表1所示。

表1 托玛琳溶液配比Tab.1 Ratio of tourmaline solution

用自动搅拌器将配好的托玛琳溶液以300 r/min的速度搅拌30 min。从5种经编结构织物中，各取1块样布放在不同浓度的托玛琳溶液中充分浸泡10 s后取出，对样布分别进行扎车压浸处理，然后，使用烘箱(160 ℃)将样布烘干，得到可用于过滤性能测试的样布。经过托玛琳溶液整理过的织物样本，在使用过程中由于能量刺激(摩擦热、光、静电等)能产生大量的负离子。托玛琳负离子以化学键与纤维上的羟基或氨基结合，具有较好的牢度。

1.5 性能测试

使用LZC-H型滤料综合性能测试台，在室温状态下，对经过托玛琳溶液后整理工序的25块过滤网织物样布进行颗粒过滤性能测试。测试过程中，分别记录了PM1.0、PM2.0、PM5.0时候的实验测试数值，可以充分体现具备不同衬纬工艺的样布，经过不同浓度的托玛琳溶液浸泡处理后织物的过滤性能，测试平均值见表2所示。

表2 各样布命名、组织结构及其过滤性能测试均值Tab.2 Each sample′s naming, structure, and average value of filtration performance test

2 结果分析

2.1 浓度影响

在过滤性能实验中，本文分别对满衬、1隔1衬、1隔2衬、1隔3衬和无衬5种组织结构的织物(各自命名为满衬样布组、1隔1衬样布组、1隔2衬样布组、1隔3衬样布组和无衬样布组)，各自使用了0、20%、30%、40%和50% 5种不同质量分数的托玛琳溶液进行浸泡、压扎和烘干处理，并分别测试了其过滤性能。

使用托玛琳溶液对样布进行后整理，在一定程度上可以增强样布的静电吸附功能。通过对表2中各组数据的分析，整体上可将托玛琳溶液的质量分数对样布过滤性能的影响归结为：在0～30%范围内，样布的过滤效率随着托玛琳溶液浓度的升高而增强；在30%～50%范围内，样布的过滤效率随着托玛琳溶液质量分数的升高而降低，因此，由实验可知，当托玛琳溶液质量分数为20%～30%左右时，样布的过滤效率最高，说明其过滤性能也达到了最佳。2.2 织物组织结构影响

当使用一定质量分数的托玛琳溶液对织物进行后整理处理时，织物本身的织造结构上的差异，也会影响其在实验过程中的过滤性能。针对特定的托玛琳溶液质量分数，本文通过实验测试，可以得到织物的不同结构，即衬纬方式不同时，托玛琳溶液质量分数对织物过滤性能的影响。

由表2可知，对于不同衬纬组织结构的样布，其过滤性能存在较为明显的优劣差异。结合上文所述的当托玛琳质量分数为20%～30%时，样布的过滤性能最佳，综合分析表2中数据的变化趋势，可以得出各个衬纬组织结构的样布过滤效率高低(即样布过滤性能的优劣)排序为：

PM1.0时，1隔2衬样布 > 1隔1衬样布 > 1隔3衬样布 > 无衬样布 > 满衬样布；

PM2.0时，1隔2衬样布 > 1隔1衬样布 > 1隔3衬样布 > 满衬样布 > 无衬样布；

PM5.0时，1隔2衬样布 > 1隔1衬样布 > 1隔3衬样布>满衬样布 > 无衬样布。

参与衬纬工艺的聚偏氟乙烯纤维本身带有一定的静电吸附功能，理论上能够增强过滤网底布的过滤性能。由表2得出，当样布的衬纬组织为1隔2衬时，其过滤效率高于其他衬纬组织结构的样布，过滤性能最佳，1隔1衬组织的样布性能次之，无衬样布的过滤性能最差。

当托玛琳溶液质量分数过低时，托玛琳粉末在样布表面单位面积内的分布量不足，因而影响样布过滤性能的提升；而当质量分数过高时，黏附在样布表面的托玛琳粉末过多，有可能会导致底布过滤网孔的堵塞，同样不利于增强样布的颗粒吸附和过滤性能。同样，采用聚偏氟乙烯纤维进行衬纬时，在采取的不同衬纬工艺中，聚偏氟乙烯纤维分布较为稀疏时(即1隔3衬结构)，样布单位面积内的静电吸附纤维量不足，则不能够充分提高样布的过滤效率。反之，当聚偏氟乙烯纤维分布较为稠密，即样布单位面积内填充的带有静电吸附作用的纤维密度过高(如满衬)时，则可能对底布表面的过滤孔造成挤压使得其孔隙偏小，同样会影响样布的综合过滤性能的增强。综合以上对实验数据的分析可知，当托玛琳溶液质量分数为30%，采用1隔2衬纬组织结构时，样布的过滤效率最高。

3 结 论

本文采用涤纶长丝作为过滤网织造原料，采用带有静电吸附作用的聚偏氟乙烯纤维进行衬纬编织，以此制备过滤网底布；然后使用托玛琳溶液对过滤网底布进行后整理，得到具有高效吸附功能的过滤网。通过本文研究得到以下结论。

1)在组织结构相同的情况下，托玛琳能够有效增强过滤网的过滤性能，使用质量分数为30%的托玛琳溶液处理过滤网样布，样布的过滤效率最高。

2)在相同托玛琳溶液处理下，过滤网采用1隔2衬的工艺组合时进行织造时，过滤网样布的过滤性能最佳。最终得出在质量分数为30%的托玛琳溶液处理下，采用1隔2衬的工艺组合时，过滤网样布的过滤效率最高。

FZXB

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Design and development of warp-knitted fabric with electrostatic barrier effect

ZHONG Wenxin1, MAO Haiwen1, YUE Yadan1, ZHONG Baijian2, ZHANG Xinjie2, YU Ying1, MA Pibo1

(1.EngineeringResearchCenterforKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.JiangsuJujieMicrofiberTextileTechnologyGroupCo.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu215222,China)

The influence of different weft structure and mass fraction of tourmaline fabric on the electrostatic barrier behaviors of warp knitted structure fabric was investigated in this paper. The fabric with electrostatic barrier effect of was prepared from the polyester yarn and polyvinylidene fluoride fiber by the combination of warp plain and lining weft process. Tourmaline solution was utilized during the finishing treatment, so that the fabric have a function of electrostatic adsorption effect. The filtration efficiency of fabric of same lining weft process treated with different concentrations of tourmaline was measured, that of fabric of different lining weft processes treated with the same concentration of tourmaline was measured, and by comparison, the best lining weft process and tourmaline solution concentration were determined. The results indicated that the fabric has the best filtration efficiency when the tourmaline solution concentration in the finishing treatment was 30%. Under the same condition, when the filter screen was woven by the combination of one-partition-two-lining process, the fabric had the best filter property.

tourmaline; electrostatic barrier; electrostatic adsorption; filtration property; warp-knitting

10.13475/j.fzxb.20160601005

2016-06-10

2016-11-15

中国博士后科学基金项目(2016M591767)江苏省产学研项目(BY2015019-31)；江苏省先进纺织工程技术中心重点项目(XJFZ/2016/2)；江南大学大学生创新训练项目(2016204Y)

钟文鑫(1992—)，男，硕士生。研究方向为产业用针织产品的结构设计与性能。马丕波，通信作者，E-mail：mapibo@jiangnan.edu.cn。

TS 184.3； TS 186.1

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