基于灰色近优法的多组分功能混纺纱及其织物的性能评价

石 煜，沈兰萍，阳 智，宋 红

(西安工程大学 纺织科学与工程学院, 陕西 西安 710048)

远红外聚酯纤维具有吸收外界光线和热量的特殊功能，并能放射出与人体吸收波长相应的远红外光波，具有保暖保温等功能，还具有聚酯纤维手感滑爽，柔软蓬松，轻质透气，富有回弹性的特点[1-2]。因此，远红外聚酯纤维在功能织物的应用上具有广阔的前景。

木棉纤维具有高中空的结构特性，且其纤维集合体的蓬松度高，纤维表面微孔多，比表面积大，可在纤维集合体中储存大量静止空气，因此，木棉纤维内部富含氧气，具有良好的保暖性；其次，木棉纤维上的黄酮类和三萜类等伴生物也使其具有良好的抗菌防螨作用[3-5]，木棉纤维的抗菌率达99%，防螨率达87.54%。

为提高混纺纱中木棉纤维的可纺性，可在混纺纱中加入棉纤维。棉纤维具有良好的吸湿透气性和悬垂性，以此增加服用舒适性的同时也可改善织物保暖性、折皱回复性、芯吸效应等[6]。

灰色近优法属于模糊数学理论，具有计算量小, 无需指标权重，可避免分析结果的人为干预等特点。通过建立灰色近优综合评价系统，可以分析试样综合性能的指标影响显著性与工艺参数组合优劣性[7]。

作者选取远红外聚酯发热纤维、木棉纤维、棉纤维为原料进行纺纱，制备不同纤维混纺比的功能混纺纱，并开发出功能织物；同时，对混纺纱及其织物的基本服用性能与功能性进行测试，剖析各性能指标的变化趋势，并采用灰色近优法进行综合评价，优选出最佳的纤维混纺比。

1 实验

1.1 原料

实验选取的原料规格如表1所示，其中，远红外聚酯纤维、木棉、棉纤维分别用A，B，C表示。

表1 纤维原料及其规格Tab.1 Fiber raw material and specifications

1.2 主要设备及仪器

DHU A201梳棉机：海安国洋机械有限公司制；AS271并条实验机：河北太行机械工业有限公司制；FA498粗纱机、HFX-A4 细纱机：赛特环球机械有限公司制；SGA598半自动小样织机：常州德普纺织科技有限公司制；HD021N+电子单纱强力仪：南通宏大实验仪器有限公司制；YG172A纱线毛羽测试仪：常州中纤检测仪器设备有限公司制；YG136条干均匀度测试仪：长岭纺织机电科技有限公司制；YG(B)606型织物保温性能测试仪：温州大荣纺织仪器有限公司制。

1.3 多组分功能混纺纱及其织物的制备

选择远红外聚酯纤维、木棉纤维、棉纤维进行混纺，制得4种不同混纺比的混纺纱试样。A/B/C质量比分别为6/2/2，6/3/1，5/3/2，5/4/1，制得的混纺纱试样分别标记为1#，2#，3#，4#，纱线规格为18.5 tex，细纱捻度为70捻/10cm，后区拉伸倍数为1.25。将1#，2#，3#，4#混纺纱试样织成织物，织物采用的经、纬纱线线密度规格为18.5×2 tex，组织结构为平纹组织，得到的织物试样分别标记为Y1，Y2，Y3，Y4。

1.4 性能测试

1.4.1 纱线性能

将纺制后的混纺纱线静置48 h后再进行性能测试。测试环境条件为温度(20±2)℃，相对湿度(65±3)%。

采用HD021N+电子单纱强力仪，参照GB/T 3916—1997《单根纱线断裂强力及断裂伸长的测定》测试纱线的强伸性能，测试长度500 mm，拉伸速度500 mm/min，测试20次取平均值。

采用YG172A纱线毛羽测试仪测试纱线的表面毛羽，测试纱线长度为1 m，毛羽长度设定为3 mm，测试20次取平均值。

采用YG136条干均匀度测试仪测试纱线的条干不匀率和粗细节，测试纱线长度200 m，走纱速度200 m/min。

1.4.2 织物性能

采用YG(B)606 E织物保温性能测试仪测量织物的保温率和克罗值各5次，取平均值[8]。保温率是指保暖热能量的比率，数值越大，织物保暖性能越好；克罗值是描述织物的隔热保暖性能，其大小表示了织物保暖隔热程度的高低。

采用定量测试法中的振荡法测试织物的抗菌性能。将大量菌液装入两个烧瓶内，将对照样与抗菌试样分别放入烧瓶中,测定振荡前细菌的浓度，然后振荡一定时间后测出的细菌的浓度,最后计算抗菌率[9-10]。按照GB/T 29253—2009《纺织品防螨性能的评价》测试织物的防螨率。

2 结果与讨论

2.1 混纺比对纱线力学性能的影响

从表2可以看出：混纺纱的断裂强力及断裂伸长率随着远红外聚酯纤维含量的减少、木棉纤维含量的增大而降低；当远红外聚酯纤维含量相同时，纱线断裂强力、断裂伸长率的变化较小；当木棉纤维含量相同时，纱线断裂强力、断裂伸长率的变化则较大。这是由于远红外聚酯纤维属于改性涤纶的一种，而涤纶具有对称性的苯环线性大分子，分子链排列紧密且结晶度高，其线性分子链两侧没有连接大的基团与支链，故聚酯纤维力学性能优良。当木棉纤维含量较低，即混纺比为6/2/2和6/3/1时，混纺纱的断裂强力、断裂伸长率主要由纤维主体长度相同的远红外聚酯纤维以及棉纤维所体现，故降低幅度不明显。其次，木棉纤维表面光滑，且存在强度较低、抱合力差等缺点[11-12]，随着木棉纤维含量的进一步增加，受到外力拉伸时纤维间的滑移增多，使得纱线强力与断裂伸长率降低，且趋势明显。

表2 混纺比对纱线力学性能的影响Tab.2 Effect of blending ratio on mechanical properties of yarns

2.2 混纺比对纱线毛羽的影响

由表3可知，相对于1#纱线，2#，3#，4#纱线的毛羽呈现逐渐增多的趋势，这是由于木棉纤维长度较短，当其含量增加时，纱线的毛羽数量增加，其次，木棉纤维产生的退捻现象也是导致纱线毛羽增加的原因。

表3 混纺比对纱线毛羽的影响Tab.3 Effect of blending ratio on hairness of yarns

由表3还可看出，相比2#纱线(混纺比为6/3/1)，3#纱线(混纺比为5/3/2)的毛羽数量稍有增大，这说明远红外聚酯纤维含量较高时，会增强混纺纱线的断裂强力，从而减少了纱线的断头数量，故毛羽较少。而当木棉纤维含量进一步增大时，纱线毛羽主要由木棉纤维决定，故而毛羽逐渐增多。

2.3 混纺比对纱线条干不匀率的影响

由表4可以看出，随着木棉纤维含量的逐渐增加，混纺纱的条干不匀率明显增加。这是由于木棉纤维强力较低、细度较小，整齐度较差，在纺纱时易产生棉结[13-14]；除此以外，木棉纤维因其质量较轻，在并条工序中易包覆于混纺纱外层，且木棉纤维表面光滑，摩擦因数小[15-16]，在拉伸时对纱线表层的纤维难以控制，纤维间易产生滑移，从而使纱线条干不匀率明显增加。

表4 混纺比对纱线条干不匀率的影响Tab.4 Effect of blending ratio on unevenness of yarns

2.4 混纺比对织物性能的影响

2.4.1 混纺比对织物保温率及克罗值的影响

由表5可以看出，相比Y1试样，Y2试样的克罗值与保温率均大幅增加，这是因为远红外聚酯纤维辐射出的远红外线可以使织物具有较优保暖性能，且木棉纤维天然的中空结构使得其空腔内储有非流动的静态空气，可以保持热量不易散发到外界环境中，使得织物的保暖性能大幅提高。当混纺比为6/3/1和5/3/2时，即木棉纤维含量相同而远红外聚酯纤维含量有所降低时，织物的保暖性略有降低，这说明相对木棉纤维而言，远红外聚酯纤维对织物的保暖性影响不大。当木棉纤维进一步提高时，织物Y4试样的保暖性能也随之提高，这进一步说明木棉纤维对织物保暖性能的影响较大。

表5 混纺比对织物保温率及克罗值的影响Tab.5 Effect of blending ratio on heat retention and clo value of fabrics

2.4.2 混纺比对织物抗菌防螨性能的影响

由表6可以看出，织物的抗菌率和防螨率均随着木棉纤维含量的增大而提高，当木棉纤维含量相同时，织物(Y2，Y3试样)的抗菌率和防螨性都很接近。另外，织物的抗菌率变化幅度要大于防螨率，这说明木棉纤维对织物的抗菌性影响较大，故可通过适当增加木棉纤维占比来提高织物的抗菌性能。

表6 混纺比对织物抗菌率和防螨率的影响Tab.6 Effect of blending ratio on anti-bacterial rate and anti-mite rate of fabrics

2.5 混纺纱及其织物的综合性能评价

2.5.1 灰色近优法原理

假设有不同混纺纱线及其织物试样Mj(j=1,2,...,m)，评价指标为Ci(i=1,2,...,n)，按照一定行列排序形成矩阵，即为m个试样n维指标的灰矩阵(Rn × m)，见式(1)：

式中:Rij是第j种试样的第i个质量指标，即为灰矩阵Rn × m的灰元。

越大越优型指标：

(3)

适中型指标：

(4)

式中：u0为各行中最优值。

越小越优型指标：

(5)

(7)

式中：Sj表示各试样近优度值。

根据式(7)计算出各种试样的近优度并根据大小进行排序，其近优度值越趋近于1，说明纱线及织物的综合性能越好。

2.5.2 综合性能评价

(8)

(9)

根据式(7)列出近优度白化灰元矩阵，计算出各试样的综合近优度，按从大到小的顺序进行排序：

=Sj[0.972,0.940,0.905,0.835]

(10)

由计算结果得到，混纺纱试样的综合近优度从大到小排序为：1#，2#，3#，4#；织物试样的综合近优度从大到小排序为：Y1，Y2，Y3，Y4。

根据综合近优度和测试结果，对比分析混纺比为6/2/2，6/3/1，5/3/2，5/4/1的试样，远红外聚酯纤维含量高有利于提高纱线的力学性能，增加木棉纤维含量有利于提高织物的保暖、抗菌、防螨等功能性，但会降低纱线的力学性能，且纱线的毛羽数和条干不匀率增大。考虑到混纺纱线的性能及织物的功能性，混纺比为6/2/2的试样的综合性能最好，更符合该类面料的设计。

3 结论

a. 采用4种不同混纺比纺制功能纱线并制织出织物，随着远红外聚酯纤维含量减少以及木棉纤维含量的增多，会降低混纺纱线的力学性能；混纺纱线的毛羽数量与条干不匀率以及织物的抗菌防螨性受木棉纤维的影响较大。

b. 运用灰色近优法对纱线性能与织物功能进行综合评价，当混纺比为6/2/2时综合性能最好，适合于保暖抗菌类功能纺织品的开发与设计。