羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的开发

姜亚琳，刘美娜，王春山，郭小云

(1.烟台南山学院 工学院，山东 龙口 265706； 2.山东南山智尚科技股份有限公司,山东 龙口 265706)

石墨烯是一种二维层状、单原子厚度的碳单质，由 SP2杂化的碳原子在二维平面上有序排列而成[1-2]。特殊的结构赋予了石墨烯极优异的物理和化学特性，如独特的光电学性能、超强的电子传导性、极大的比表面积等[3-4]，被誉为“改变 21 世纪的神奇材料”[5-6]，广泛用于聚合物纳米复合材料的无机填料[7-8]。

近几年，石墨烯成为纺织纤维领域的研究热点，众多石墨烯复合材料不断涌现，石墨烯改性涤纶纤维是其中之一，其相关的产品开发呈现发展趋势。目前，已有公司开发了石墨烯改性涤纶/棉系列混纺产品[9-11]。本文主要探讨羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的开发，并与羊毛/涤纶混纺面料的性能进行对比分析，为功能性毛精纺面料开发提供参考。

1 石墨烯改性涤纶纤维性能分析

参照GB/T 14339—2008《化学纤维 短纤维疵点试验方法》、GB/T 14337—2008《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》、GB/T 6503—2008《化学纤维回潮率试验方法》、GB/T 14342—2015《化学纤维 短纤维比电阻试验方法》，测试石墨烯改性涤纶纤维及涤纶纤维的性能，纤维性能如表1所示。采用扫描电镜观察石墨烯改性涤纶纤维及涤纶纤维的纵向结构特征，如图1所示。

表1 石墨烯改性涤纶纤维及涤纶纤维性能

图1 纤维纵向扫描电镜照片(×2 000)

由表1可以看出，石墨烯改性涤纶纤维与涤纶纤维相比，毛粒疵点明显增多，二者断裂强度接近，石墨烯改性涤纶纤维的断裂伸长率有所下降，这是由于石墨烯颗粒的加入破坏了部分涤纶纤维原有的结晶区结构。同时，石墨烯的加入对涤纶纤维回潮率无明显影响，这是因为石墨烯的加入量很少，对纤维主体结构影响较小。石墨烯改性涤纶纤维的比电阻较涤纶纤维明显降低，说明石墨烯的加入使涤纶纤维的导电性明显提高，因此加入石墨烯改性涤纶纤维可以减少纺织生产过程中的静电现象，并赋予织物一定的抗静电性。

从图1可以看出，涤纶纤维表面光滑，石墨烯改性涤纶纤维表面有明显的微小凸起。这是由于石墨烯纳米颗粒加入纺丝液后进行纺丝，一部分颗粒嵌于纤维内部，另一部分颗粒显露在纤维表面，则在石墨烯改性涤纶纤维表面形成微小凸起，这使得纤维表面粗糙，增大了摩擦因数，有利于提高纤维间的抱合力。

2 产品设计及生产工艺

2.1 产品设计思路

本文设计开发羊毛/石墨烯改性涤纶混纺产品，需要考虑3个设计因素：一是产品风格，若石墨烯改性涤纶含量高，产品的毛感会明显下降，产品档次降低；二是舒适性，石墨烯改性涤纶的舒适性能与普通涤纶基本相同，其含量会对面料的舒适性产生影响；三是功能性，若石墨烯改性涤纶含量低，则其功能性不能充分体现。综合考虑这3个因素，确定本文开发产品羊毛/石墨烯改性涤纶混纺比为70/30，在保证面料风格和舒适度的前提下，使其具备一定的功能性。

2.2 原料及产品规格

选用80支毛条和0.28 tex石墨烯改性涤纶纤维条(石墨烯含量为1%)，羊毛/石墨烯改性涤纶混纺纱经纬纱的线密度分别为10 tex×2和10 tex，织物经向和纬向密度分别为475根/(10 cm)和357根/(10 cm)，幅宽153 cm，面密度140.5 g/m2。

2.3 生产工艺

2.3.1 纺纱工艺

由于石墨烯改性涤纶纤维的毛粒较多，导电性较强，具有良好的可纺性，因此羊毛/石墨烯改性涤纶纺纱工艺采用羊毛/涤纶纺纱工艺，纺纱工艺流程为：B412型混条机→GC15型针梳机→GC15型针梳机→GC15型针梳机→PB32LF型精梳机→GC15型针梳机→GC15型针梳机(带自调匀整机构)→GC15型针梳机(带自调匀整机构)→GC15型针梳机→GV20 M型高速牵伸机→FM8N型粗纱机→FB505型细纱机→AC338型自动络筒机。精梳工艺参数为：喂入根数24，喂入长度891 mm，出条质量26 g/m，梳针型号27，隔距38 mm。

2.3.2 织造工艺

采用剑杆织机织造，工艺流程为：整经(上蜡)→穿经→织造→坯布检验，织造工艺参数见表2。

3 面料性能测试与结果分析

3.1 力学性能

参照GB/T 3923.1—2013《面料断裂强力和断裂伸长率的测定》、FZ/T 20009—2015《毛面料尺寸变化的测定 静态浸水法》、FZ/T 20021—2012《面料经汽蒸后尺寸变化试验方法》、GB/T 4802.1—2008《面料起毛起球性能的测定》，测试羊毛/涤纶混纺面料和羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料物理指标，结果见表3。由表3可知，羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料与羊毛/涤纶混纺面料的浸水尺寸变化率相同。羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料与羊毛/涤纶混纺面料相比断裂强力稍有下降，这可能是因为石墨烯颗粒对涤纶结晶区具有一定的影响；汽蒸尺寸变化率稍好，这是由于石墨烯颗粒的加入降低了涤纶纤维大分子间的内应力，使其稳定性有所提高；起毛起球性能变差，这主要是由石墨烯改性涤纶纤维的粗糙表面形态所致。

表2 织造工艺参数

3.2 色牢度

参照GB/T 5713—2013 《纺织品 色牢度试验 耐水色牢度》、GB/T 3922—2013《纺织品 色牢度试验 耐汗渍色牢度》、GB/T 6152—1997 《纺织品 色牢度试验 耐热压色牢度》、GB/T 3920—2008《纺织品 色牢度试验 耐摩擦色牢度》、GB/T 12490—2014《纺织品 色牢度试验 耐家庭和商业洗涤色牢度》、GB/T 5711—2015《纺织品 色牢度试验 耐四氯乙烯干洗色牢度》，对羊毛/涤纶混纺面料和羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的色牢度进行测试，测试结果见表4。

表3 面料物理指标测试结果

表4 面料色牢度测试结果 级

由表4可知，羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的色牢度与羊毛/涤纶混纺面料的色牢度相同，这是由于涤纶纤维的色牢度较高，所以面料色牢度较好。

综合分析得出，羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的物理指标和色牢度指标良好，符合GB/T 26382—2011《精梳毛织品》的要求。

3.3 功能性

3.3.1 抗静电性能

参照GB/T 12703.1—2008《纺织品 静电性能的评定 第2部分：静电压半衰期》，测试并评定羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的静电性能，面料静电压和半衰期测试结果见表5。可知，羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料洗涤前后都具有较好的抗静电性能，达到了耐久型抗静电纺织品B级要求。

3.3.2 抗菌性能

参照GB/T 20944.3—2009《纺织品 抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》，测试并评价羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料的抗菌性指标，测试结果见表6。

表5 羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料静电压和半衰期

表6 羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料抑菌性能 %

由表6可知，羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料对大肠杆菌、金黄色葡萄糖球菌、白色念珠菌的抑菌率分别为66%、68%、56%，接近国标对抑菌产品的要求，面料具有一定的抑菌性能。由于涤纶纤维对产品的抑菌性能影响较大，因此可以适当提高石墨烯改性涤纶的含量以改善面料的抗菌性能。

4 结 论

①石墨烯改性涤纶与普通涤纶比较，其回潮率及力学性能变化较小，但毛粒明显增加，比电阻大幅降低，有利于提高织物的抗静电性。

②羊毛/石墨烯改性涤纶混纺织物采用羊毛/涤纶混纺织物的生产工艺可行。

③羊毛/石墨烯改性涤纶混纺面料具有良好的力学性能、色牢度、抗静电性和一定的抑菌性能，可以通过综合考虑织物风格、舒适性和功能性，调整织物的混纺比以获得最佳面料性能。