拒水拒油腈纶膨体纱的整理温度及其织物开发

龙 晶,沈兰萍

(西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安 710048)

0 引 言

腈纶纤维具有“人造羊毛”之称[1],且表面粗糙,大分子呈不规则螺旋结构,没有明显的结晶区和非结晶区[2],受热表现出优异的热弹性[3]。利用腈纶纤维的特点，选用高收缩腈纶纤维[4]和正规纤维按一定的比例制成腈纶膨体纱[5],具有蓬松丰满、柔软保暖且富有弹性的特点[6]。腈纶纤维在加热状态下拉伸,然后在张力状态下冷却,使纤维内部存在一种潜在应变,即具有潜在收缩的纤维称为高收缩纤维,不具有潜在收缩的纤维称为正规纤维[7]。

目前市场上出现的腈纶膨体纱产品功能比较单一,并且拒水拒油产品都是通过涂层、贴膜、印花等技术实现的[8-10]。如刘春艳等分别研究了涤棉织物、真丝织物拒水拒油整理[11-13];王科林等采用无氟拒水整理剂WS CONC.赋予毛织物拒水性能[14];Huang等研究了超疏水性超亲油性聚苯硫醚超细纤维膜[15]。但以上拒水拒油产品均存在织物手感不够柔软,舒适性差[16]等问题。

为更好的开发户外拒水拒油、保暖防风织物,避免涂层、贴膜等技术产生的织物舒适性差等问题,文中利用腈纶膨体纱独特的吸湿膨胀性,优异的蓬松丰满性和柔软保暖性[17],采用环保型拒水拒油整理剂、交联剂对其进行拒水拒油整理,将纱线烘干、焙烘后,观察其在显微镜下的膨胀程度,测试强伸性、耐磨性和毛羽量,探究整理温度对拒水拒油腈纶膨体纱性能的影响,以期开发一种拒水拒油、保暖防风腈纶膨体纱面料。

1 实 验

1.1 材料、试剂及仪器

1.1.1 材料 腈纶膨体纱(线密度14.76 tex，东莞正宇纺织品有限公司)。

1.1.2 试剂 三防环保型整理剂SK-1005(常州斯科尼亚商贸有限公司);交联剂SK-FM(常州斯科尼亚商贸有限公司);蒸馏水。

1.1.3 仪器 PB3002-S电子天平(METTLER TOLEDO);GA392型(立式)浆纱机(江阴市通源纺机有限公司);光学显微镜(常州市第一纺织设备有限公司);HD021N+电子单纱强力仪(南通宏大实验仪器有限公司);Y731D抱合力机(常州纺电仪器有限公司);YG171B-1型纱线毛羽测试仪(大仓市大明光电仪器厂);JC2000C1接触角测试仪(上海中晨数字技术设备有限公司)。

1.2 工艺流程

14.76 tex×2腈纶膨体纱→整理液(50 g/L的三防环保型整理剂SK-1005+2g/L的交联剂SK-FM)→一浸一轧(轧液率70%～80%)→预烘(90 ℃,30 s)→烘焙(110 ℃,120 ℃,130 ℃,140 ℃,150 ℃,60 s)。

1.3 织物组织及工艺参数

选择2/1右斜纹进行拒水拒油织物的开发,织物组织图如图1所示。上机织造工艺参数如表1所示。

图 1 织物组织图Fig.1 Fabric weave chart

织物密度/根·(10 cm)-1经密纬密织物紧度/%经向纬向总紧度/%筘号/齿·(10 cm)-130721970508597

1.4 表征与测试

1.4.1 膨胀程度 将试样放置在标准温室度下调湿24 h,测试环境温度为20 ℃±2 ℃,相对湿度为65%±3%。分别在显微镜下观察腈纶膨体纱的膨胀程度。

1.4.2 强伸性 参照GB/T 3916—2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》,将预调湿后的试样放置在调湿用标准大气条件下调湿48 h,使其达到吸湿平衡。将试样夹入夹持器,预加张力(0.5±0.1)cN/tex,测试环境温湿度同1.4.1。被测试纱线两头端隔距为500 mm,拉伸速度为500 mm/min。

1.4.3 耐磨性 参照FZ/T 01058—1999 《纱线耐磨试验方法往复式磨辊法》标准测定。试样需要放置到标准大气条件下,进行调湿48 h,测试环境温湿度同上。测试长度55±2 mm,摩擦速度60±1次/min。每个试样测试30次,取平均值。

1.4.4 毛羽 参照FZ/T 01086—2000《纺织品纱线毛羽测定方法投影计数法》进行。将试样放置在标准温室度下调湿24 h,测试环境温湿度同上。片段长度为1 m,测试速度30 m/min,每管测试30次,共5管,取平均值。

1.4.5 接触角 参照ASTMD 5729—1999标准进行。用量角法测量织物与标准液的接触角。选取不同的位置,测量5次,取平均值。接触角越大,织物的拒水性能越好。

1.4.6 拒油性 参照AATCC标准118—2009评定。将20 cm×20 cm的腈纶膨体织物放在垫有白色吸水纸的光滑平面上,用8种不同表面张力的标准拒油试液,滴在织物纬向最小相距4 cm的5个位置处。测试级别由低到高不断增加,观察润湿情况并对其评级。8级最好,1级最差。

1.4.7耐久性 参照 GB/T 12490—2007《纺织品 色牢度试验:耐家庭和商业洗涤色牢度》 标准进行。水温为40 ℃,洗涤剂浓度为0.2%,在150 mL溶液中洗涤45 min。此法相当于5次洗涤。洗涤后,在40 ℃和100 mL的水中洗涤2次,每次1 min,最后晾干或烘干。

2 结果与讨论

分别用A、A1、A2、A3、A4、A5、A6表示未经任何处理的膨体纱、90 ℃烘干30 s的膨体纱及在110，120，130，140，150 ℃时焙烘60 s的膨体纱。

2.1 纱线性能测试

2.1.1 膨体程度测试 在光学显微镜下观察未处理膨体纱A及不同温度处理的膨体纱A1～A6的膨胀程度，如图2～3所示。

图 2 未处理的膨体纱膨胀程度

(A1) 90 ℃,30 s (A2) 110 ℃,60 s

(A3) 120 ℃,60 s (A4) 130 ℃,60 s

(A5) 140 ℃,60 s (A6) 150 ℃,60 s图 3 不同温度下处理的膨体纱膨胀程度Fig.3 Expansion degree of bulk yarns at different temperatures

由图2,3可知,未经任何整理剂处理的膨体纱处于膨胀状态,经不同拒水拒油温度整理的膨体纱,随着温度的上升,其膨胀程度呈先下降后上升的趋势。造成这一结果的原因是温度在90 ℃烘干时,整理剂和交联剂没有完全浸透膨体纱,腈纶膨体纱还处于较蓬松状态。一般来说,随着烘焙温度的增加,整理剂分子可以与纤维充分接触,反应更加彻底,使得纱线表面的拒水拒油薄膜更加紧密。但由于腈纶膨体纱独特的升温膨胀性,在 110 ℃时,腈纶膨体纱膨胀程度最小,此时整理剂和交联剂与纤维之间结合增加,完全浸透膨体纱,使其纤维处于完全束缚状态。随着烘焙温度的不断升高,在140 ℃时,整理后的膨体纱处于最大膨胀程度状态,造成此现象的原因可能是温度的升高导致纱线表面的拒水拒油膜破裂,使得纤维完全脱离束缚,处于蓬松状态。

2.1.2 强伸性测试 不同温度整理的拒水拒油腈纶膨体纱的强伸性测试结果如表2所示。由表2可知,这7种纱线均具有优异的强力和拉伸性能。不同温度整理的拒水拒油膨体纱的断裂强力和断裂伸长率与原膨体纱相比,强力和拉伸性没有明显变化,说明整理温度对拒水拒油腈纶膨体纱的强伸性影响不显著。

表 2 强伸性能测试结果

2.1.3 耐磨性测试 不同温度整理的拒水拒油腈纶膨体纱的耐磨性测试结果如表3所示。由表3可知,不同温度整理的拒水拒油膨体纱的耐磨性与原膨体纱相比,均有所提高,并且随着温度的不断增加,膨体纱的耐磨次数呈先上升后下降的趋势。造成此现象的原因是腈纶膨体纱本身比较蓬松,纱线内纤维之间具有较多的空隙,拒水拒油整理剂和交联剂的使用会使其内部加入一定的增强体,从而提高膨体纱线的耐磨性。在烘焙温度为110 ℃时,纱线的耐磨次数最多,耐磨性最好,再结合图3,此时因为拒水拒油整理剂分子与纱线纤维可以充分接触,完全渗透纱线,使得纱线表面形成致密的拒水拒油薄膜。但随着烘焙温度的增加,腈纶膨体纱线的膨胀程度也不断增加,导致纱线表面和纤维之间的整理剂有所减少,纱线表面的拒水拒油薄膜也有所破裂,因此耐磨性也有所降低。

表 3 耐磨次数测试结果

2.1.4 纱线毛羽测试 不同温度整理的拒水拒油腈纶膨体纱的毛羽量测试结果如表4所示。毛羽的多少直接影响纱线的外观和使用性能,因此毛羽的长短、数量以及分布状况决定着纱线、成品的外观和手感。由表4可知,8～9 mm的毛羽几乎不存在,6～7 mm的毛羽所占比例较小。不同温度整理的拒水拒油膨体纱的毛羽量与原膨体纱相比均有所降低,且随着温度的不断增加,膨体纱的毛羽量呈先下降后上升的趋势。烘焙温度在110 ℃时,腈纶膨体纱的毛羽量最少。结合图3,此时的拒水拒油整理剂和交联剂分子与纤维结合紧密,使纱线表面和内部的纤维均束缚在一起,从而膨体纱的毛羽量最少。因为整理剂分子与纤维分子以共价键结合,随着温度的进一步增加,部分共价键与纤维分子结合不牢固,使得膨体纱线不断膨胀,纤维束露出纱线表面,因此,毛羽量有所增加。

表 4 3 mm及以上毛羽测试结果对比

综合对比不同温度处理的拒水拒油腈纶膨体纱线的各项性能测试结果可知,当整理温度为 110 ℃时,腈纶膨体纱膨胀程度最小,耐磨性最好,毛羽指数最少。

2.2 织物拒水拒油性能测试

采用110 ℃处理的拒水拒油腈纶膨体纱进行拒水拒油型织物的设计与开发,并对其接触角、拒油性和耐久性进行测试,测试结果如表5所示。

表 5 织物洗涤前后拒水拒油测试结果

由表5织物拒水拒油性能测试结果可知,织物洗涤之前的接触角和拒油等级分别为147.1°和7级,具有优异的拒水拒油性能; 经过洗涤10次之后,织物的接触角和拒油等级均有所下降。原因是洗涤剂和洗涤过程中外力的作用,织物受到摩擦,使得部分与纱线结合不牢固的共价键破坏,导致纱线表面的拒水拒油膜破坏,从而影响了织物的拒水拒油性能。但当水洗10次之后,织物的接触角和拒油等级分别在135.3°和6级,仍具有较好的拒水拒油性能且能满足服用性能要求。

3 结 论

(1) 经不同温度整理的拒水拒油膨体纱与原膨体纱相比,纱线的强伸性无明显变化,而耐磨性和毛羽指数均有所改善。当温度为 110 ℃时,腈纶膨体纱膨胀程度最小，耐磨性最好，毛羽指数最少。

(2) 采用110 ℃处理的拒水拒油腈纶膨体纱设计开发的织物，洗涤之前的接触角和拒油等级分别为147.1°和7级,具有优异的拒水拒油性能。经水洗10次之后,织物的接触角和拒油等级分别在135.3°和6级,仍具有较好的拒水拒油性能且能满足服用性能要求。