桑蚕丝/胶原蛋白锦纶丝交织物的性能研究

郭晓晓, 张红霞, 祝成炎, 田 伟, 劳嘉泳, 沈红卫, 王国夫

(1.浙江理工大学 纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室,杭州 310018;2.浙江嘉欣丝绸股份有限公司,浙江 嘉兴 314000)

胶原蛋白锦纶纤维是开发服用纺织品的新型纺织材料,纤维横向截面呈不规则的圆形,纵向表面有凸起的颗粒。由于胶原蛋白锦纶纤维的存在,织制的织物具有优良的耐磨性、回弹性、吸湿性。全真丝织物由于其柔软、透气贴肤等特性深受消费者青睐[1],但因易起皱不易打理、价格昂贵等原因在市场占有比例一直不高。为了将胶原蛋白锦纶纤维优良的耐磨性、回弹性和桑蚕丝优良的服用性能有效地结合在一起,将桑蚕丝与新型材料进行交织,实现风格与性能上的互补,为新型丝绸面料的开发提供新思路、新资源[2-3]。

本文以桑蚕丝为经纱,桑蚕丝和胶原蛋白锦纶长丝为纬纱,试织了9种交织面料,测试分析了结构参数和纬纱投纬比对桑蚕丝/胶原蛋白锦纶长丝交织物的折皱回复性、耐磨性、悬垂性、透气性、起毛起球性这五项基本服用性能的影响。

1 胶原蛋白锦纶长丝的基本性能

根据标准GB/T 9994—2018《纺织材料的回潮率》,利用Y802八篮恒温烘箱(宁波纺织仪器厂)和电子天平(宁波纺织仪器厂)进行烘干称重,当连续两次称重质量小于或者等于后一次称重质量的0.05%,将后一次质量记为样品干重。根据标准中的公式,测得胶原蛋白锦纶纤维的4.8%,高于普通锦纶纤维,这说明胶原蛋白锦纶纤维的吸湿、导湿性能更好。

根据标准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》,利用XL-1型纱线强伸度仪(宁波纺织仪器厂)对胶原蛋白锦纶长丝(7.78 tex 48F)进行测试,测得断裂强度为4.89 cN/dtex,高于同规格的普通锦纶。

根据标准FZ/T 50018—2013《蛋白黏胶纤维蛋白质含量试验方法》,在试验中根据试样损失的质量计算蛋白质的含量,测得胶原蛋白锦纶长丝中蛋白质的含量为2.48%。

2 试样织物规格设计及测试方法

交织物的性能受较多因素影响,为了避免其他工艺参数对交织物的性能产生影响,本文的试样织物采用相同的织造工艺,通过改变纬纱中纤维的含量,对纤维含量变化与织物性能的关系进行深入研究,从而为较合理地选用纬纱投纬比、有效地开发桑蚕丝/胶原蛋白锦纶长丝新型丝绸面料提供一定的理论依据。

本文试织了9种桑蚕丝与胶原蛋白锦纶长丝在纬纱中按一定比例变化的交织面料,其中9种交织面料的组织均为五枚缎纹,根据研究表明在其他基本参数一致的情况下五枚缎纹织物各项性能的稳定性最好[4]。经线细度为8T/S×2(2.22 dtex/2.44 tex×1)6T/Z,经线密度为55 根/cm;纬纱中胶原蛋白锦纶长丝细度为7.78 tex(48F)、桑蚕丝细度为2.22 dtex/2.44 dtex×5,纬线密度为45 根/cm,具体规格参数如表1所示。

表1 织物规格参数Tab.1 Fabric specification parameter

织物的折皱回复性、悬垂性、起毛起球性、透气性、耐磨性的测试方相关内容方法见表2。为了准确地反映织物的性能,将试样在标准大气下调湿24 h,将织物纹路清晰的一面作为正面并在标准大气下进行性能测试。

表2 测试方法和参数Tab.2 Test methods and parameters

3 试样织物服用性能测试与分析

3.1 织物折皱回复性

织物的折皱回复性是指织物在外力作用下产生折痕的回复程度,反映织物在一定负荷作用下折压一定时间后的回复能力,是织物服用性能评价的一个指标,在某种程度上决定着织物的品质和档次[5-6]。测试结果如图1所示。

图1 不同投纬比时织物折皱回复性变化曲线Fig.1 Crease of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

因为经纱均是细度相同的桑蚕丝,胶原蛋白锦纶长丝含量对经向折皱回复角的影响不大,所以讨论织物纬向折皱回复性与胶原蛋白锦纶长丝含量的关系。观察图1可知,100%桑蚕丝织物的折皱急弹性、缓弹性回复角明显小于桑蚕丝/胶原蛋白锦纶长丝交织物,并且随着织物纬纱中胶原蛋白锦纶长丝含量的增加,交织物的折皱急弹性、缓弹性回复角逐渐增大,基本成线性增大;当纬纱中胶原蛋白锦纶长丝含量为100%即纬纱全为胶原蛋白锦纶长丝时,织物的折皱急弹性、缓弹性回复角达到最大,折皱回复性最好。这与胶原蛋白锦纶纤维弹性复回率比桑蚕丝高有关,使得织物在折皱过程中具有较好的拉伸变形回复能力,增大了交织物的稳定性和抗皱性。织物折皱性与纤维的几何形态也有一定的关系,桑蚕丝纤维截面为三角形而非圆形,纤维几何体易于在变形后形成纤维间的束缚,不易回复,造成织物抗皱性较差。

3.2 织物耐磨性

织物耐磨性是指织物在摩擦过程中抵抗磨损的能力。织物磨损过程中首先是表面形态发生变化,之后是织物结构发生变化,最终导致织物破损,测试结果如图2所示。

由图2可以看出,随着织物中胶原蛋白锦纶长丝含量增加,织物质量损失率降低,表明织物的耐磨性增大,但是变化范围较小。7.78 tex的锦纶长丝由48根单纤维组成,纤维取向度高、抱合力较大,摩擦时纤维不易从纱中抽出,有利于织物耐磨性的提升。桑蚕丝的断裂强力较高,耐磨性优于其他天然纤维;锦纶织物由于断裂伸长率大、弹性回复率高等通常具有最优的耐磨性。织物磨损过程中,纤维疲劳引起的断裂是最基本的破坏形式,拉伸变形能力大的纤维具有较好的耐磨性。胶原蛋白锦纶纤维的断裂伸长率高于同密度的锦纶长丝,高于桑蚕丝,所以随着织物纬纱中胶原蛋白锦纶长丝含量的增大,桑蚕丝含量的减少,质量损失率降低,织物耐磨性增大。通常情况下,织物的平方米质量越大,耐磨性越好[7],由表1可知织物的平方米质重递增,耐磨性基本随单位面积质量的增加而增大。

图2 不同投纬比时织物耐磨性变化曲线Fig.2 Wear resistance of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

3.3 织物悬垂性

悬垂性是指试样织物因自身的重力作用而下垂时所形成的一种形态,织物的悬垂性能使织物在自然悬垂过程中产生美感[8]。本文采用伞式法测试,不同投纬比时桑蚕丝与胶原蛋白锦纶长丝交织物测试结果如图3所示。

图3 不同投纬比时织物动态悬垂系数变化曲线Fig.3 Drape coefficient of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

织物动态悬垂系数反映了织物的悬垂性,悬垂性受纤维的纤度和刚柔性影响。桑蚕丝织物(2.22 tex/2.44 tex×5)本身由于纤维纤度较小而有着优良的悬垂性,胶原蛋白锦纶纤维纤度(7.78 tex 48 F)较桑蚕丝纤维纤度更小。由图3可看出,胶原蛋白锦纶长丝与桑蚕丝交织物悬垂性比较好,并且随着织物纬纱中胶原蛋白锦纶长丝含量的增加(桑蚕丝含量降低),交织物的悬垂系数逐渐降低,表明胶原蛋白锦纶长丝与桑蚕丝交织物的悬垂性能逐渐提升,当纬纱全为胶原蛋白锦纶长丝时,其悬垂性能最优。

9种试样织物的组织均为五枚缎纹组织,缎纹组织中经纬纱交织点少,交织阻力小,纱线间嵌合和接触面积小,进而使织物的悬垂性较好。

3.4 织物起毛起球性

织物的起毛起球是指织物表面缠结的纤维束或球粒所引起的织物外观变化。抗起毛起球是织物重要的服用性能之一,也是纺织品质量评定的一个重要指标[9]。测试结果如表3所示。

表3 不同投纬比时织物抗起毛起球等级变化Tab.3 Anti-pilling grade of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

织物的抗起毛起球性能主要与纤维的静态、动态力学性质及纤维的形态和表面性质有关,另外还受纱线的排列、织物的组织结构紧密程度等因素影响。由表3可知,胶原蛋白锦纶长丝、桑蚕丝抗起毛、起球性能都比较好。胶原蛋白锦纶长丝的韧性大、耐疲劳性好,并且锦纶纤维表面附着胶原蛋白颗粒,表面略微粗糙,在摩擦中会引起握持后的抽拨、纠缠与成球,较桑蚕丝易起毛、起球,所以当织物中桑蚕丝含量大于胶原蛋白锦纶长丝时,桑蚕丝纤维起主要作用,织物抗起毛起球性能不受影响,但随着胶原蛋白锦纶长丝含量继续增大,对织物抗起毛起球性能有一定影响。

3.5 织物透气性

气体分子通过织物能力的强弱决定了织物透气性的好坏,当织物的两面存在压差,一定时间内通过织物定面积的气流流量为透气率[10]。测试结果如图4所示。

图4 不同投纬比时织物透气性变化Fig.4 Permeability of mulberry silk and collagen nylonmixed fabrics

胶原蛋白锦纶纤维属于合成纤维,结构与锦纶纤维比较相似,吸湿透气性比天然纤维桑蚕丝差。桑蚕丝是多孔性蛋白质纤维,具有较好的吸湿透气性,透气性优于合成纤维织物。由图4可知,随着织物中胶原蛋白锦纶纤维含量的增多,织物的透气率降低,即透气性降低。织物的透气性还与经纬纱线交织的空隙数量有关。由于桑蚕丝与胶原蛋白锦纶长丝的粗细不同,经纱不改变,纬纱随着胶原蛋白锦纶长丝投入,织物中由于经纬纱的交织产生空隙,使织物透气性强度增大。

3.6 织物综合评价分析

将织物的折皱回复性、耐磨性、悬垂性、抗起毛起球性和透气性的测试数据利用模糊数学评定方法进行综合分析。

1)根据测试所得的数据组成因素集合U。

(1)

2)根据织物规格设计确定评价集V。

V=(Y1,Y2,Y3,Y4,Y5,Y6,Y7,Y8,Y9)

(2)

3)建立矩阵R,用以表示U和V的对应关系。

(3)

4)根据测试的几项基本性能设置问卷调查,通过前期问卷调查发现,大众认为抗折皱回复性和透气性较其他几项性能更为重要,其中抗折皱回复性为26.8%,透气性为24.3%。通过查阅文献和综合专家意见,得出权重系数A。

A=(0.14,0.26,0.16,0.20,0.24)

(4)

5)根据权重分配矩A与模糊矩阵R综合判断矩阵B。

(5)

根据矩阵B中的元素数值,即对织物的综合服用性能的评价,当胶原蛋白锦纶长丝和桑蚕丝的交织比例为1︰3时,织物综合性能最优。

4 结 论

本文以桑蚕丝与胶原蛋白锦纶长丝为原料,织制了多种比例的交织物,基于经纬纱原料的基本性能对交织物的服用性能进行测试并且探讨分析,主要得到如下研究结论。

1)随着织物纬纱中胶原蛋白锦纶长丝含量的增加(桑蚕丝含量降低),交织物的悬垂系数逐渐降低,表明胶原蛋白锦纶长丝与桑蚕丝交织物的悬垂感得到了提升,悬垂性能提高。

2)随着胶原蛋白锦纶长丝的加入,交织物的折皱回复性、耐磨性等都得到了一定程度的提升,弥补了桑蚕丝产品不挺括、抗皱性差等缺点。

3)当其他参数相同时,随着胶原蛋白锦纶长丝含量增大,交织物的透气性、起毛起球性能略微降低,降低程度较小。

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