聚酰亚胺/棉/氨纶针织弹力面料的制备及性能研究

孟 硕，汪泽幸，朱文佳，吴 璠，李 帅

（1.湖南工程学院 纺织服装学院，湘潭411104；2.东莞德永佳纺织制衣有限公司，东莞523138；3.深圳市微纳先材科技有限公司，深圳518035）

聚酰亚胺纤维为大分子主链上含有酰亚胺环的一种有机纤维，其不仅具有较好的耐高、低温性能，并兼具优良的力学、阻燃、绝缘、耐辐照、耐气候性能，在航空航天、特种防护服装、高温烟气过滤以及阻燃隔热等工业领域具有广泛的应用前景［1-2］.

近年来，研究发现聚酰亚胺纤维具有良好的隔热保暖性能，其应用领域逐渐从工业防护拓展到民用服装领域.杨莉等［3］研究发现相对于羊毛短纤维纱线，采用纯聚酰亚胺短纤维纱线制备的针织物具有更高的保暖性能，且阻燃性能优良.尹桂波等［4］研究发现，与同线密度、经纬密度的纯棉机织平纹织物相比，采用纯聚酰亚胺短纤维纱线制备的机织平纹织物其保暖性能更为优异.Huang等［5］基于聚酰亚胺长丝，研究了变形纱工艺对方平机织物力学性能、透气与透湿性能、传热性能和表面光泽的影响.

值得注意的是，虽然纯聚酰亚胺面料具有良好的保暖性能和阻燃性能，但因其吸湿性能差、绝缘性能良好、染色色牢度差、玻璃化转变温度高等特性，纯聚酰亚胺面料存在静电现象严重、颜色单一、织物定型困难等问题.此外，采用纯聚酰亚胺短纤维纱线制备的纬平针织面料存在卷边严重、纬斜极为明显等现象.基于此，方国平等［6］采用阻燃黏胶、棉、麻赛尔与聚酰亚胺短纤维制备混纺纱线，采用该混纺纱制备的针织面料其保暖率均超过35%.刘朝等［7］基于聚酰亚胺/锦纶短纤维制备混纺纱线，采用针织工艺与锦纶短纤维纱和氨纶交织制备裤袜，其保暖、抗菌和远红外性能均达到国家相关标准，且效果显著.

谢焓等［8-9］研究发现聚酰亚胺/中空涤纶混合絮片具有优异的保暖性能，纯聚酰亚胺絮片其保暖性能略高于等单位面积质量的羊绒絮片.洪杰等［10］研究发现聚酰亚胺短纤维织物填充结构的保暖性能与填充层数、填充物纤维类型和线密度及其长度密切相关.

目前，对聚酰亚胺短纤维产品制备和保暖性能研究时，多集中在织物组织结构或絮片中纤维成分比例与纤维规格等方面，而少有对弹力织物的制备工艺和性能进行研究.基于此，本文以聚酰亚胺/棉混纺纱线和不同线密度的氨纶纤维为原料，制备弹性针织面料，并对洗后外观、力学性能、保暖性能、抗起毛起球、透气与透湿性能等服用性能进行测试和分析.

1 试样制备与实验方法

1.1 原料

以线密度为14.6tex聚酰亚胺（轶纶95）/棉30/70混纺纱线，线密度分别为20 D、30 D和40 D的氨纶为原料，制备针织面料.

1.2 坯布织造

选用机号为29 G大圆机为织造设备，面料组织结构为纬平针组织，基于企业生产经验，设定聚酰亚胺/棉混纺纱、氨纶的线圈长度分别为25.5 cm/100针、11.5 cm/100针.

1.3 后整理

坯布下机后，进行前处理、后处理、制软整理以及热定型处理，以获得成品织物.

前处理，浴比为1∶12.2.助剂配方为：分散剂TSF，0.8 g/L；片碱NaOH，6 g/L；过氧化氢H2O2，3 g/L；冰醋酸HAC，0.5 g/L，前工艺曲线如图1所示.

图1 前处理工艺曲线

后处理，浴比为1∶12.2.助剂T980，2.5 g/L，后工艺曲线如图2所示.

图2 后处理工艺曲线

制软整理，软油T-981，2 kg/100 L.

定型整理，机速35码/min，超喂量为38%，温度为170℃.

1.4 性能测试

1.4.1织物基本规格参数测试

根据GB/T 3820-1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》，采用YG141型织物厚度仪对织物的厚度进行测试，选用的压脚面积为100 mm2，加压压强为50 N/cm2，每块试样选取5个不同位置进行测试，取算术平均值.

根据GB/T 4669-2008《纺织品机织物单位长度质量和单位面积质量的测定》测量织物的单位面积质量，取5次测试结果的算术平均值.

根据FZ/T 70002-1991《针织物线圈密度测量》测量成品织物的横向和纵向密度，取5次测试结果的算术平均值.

1.4.2洗后外观测试

参考GB/T 13769-2009《耐久压烫织物经家庭洗涤和干燥后外观的评定方法》，采用Wascator标准洗衣机，仿真洗涤5次，对洗涤色牢度和表面毛羽情况进行视觉评级，取3块试样的平均值.

根据GB/T 8628-2013《纺织品测定尺寸变化的试验中织物试样的准备、标记及测量》，参考GB/T 8629-2017《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对织物的横向和纵向缩水率进行测试，取3块试样9组测试数据的平均值.

根据GB/T 23319.2-2009《纺织品洗涤后扭斜的测定第2部分：机织物和针织物》，参考GB/T 8629-2017《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》对织物的扭曲率进行测试，取3块试样的平均值.

1.4.3顶破强力测试

根据GB/T 19976-2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》，采用型号为YT 031T弹子顶破测试仪，环形夹持器内径为45 mm，顶杆球形直径为25 mm，设定顶破速度设定为300 mm/min，取5个有效试样的平均值.

1.4.4保暖性能

参考GB/T 11048-2008《纺织品 生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》，在型号为YG 606G-II热阻湿阻测试仪对保暖性能进行测试，取5块试样的值.

1.4.5抗起毛起球性能

参考GB/T 4802.2-2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第2部分：改型马丁代尔法》，采用型号为Martindale 1309耐磨测试仪，对经过2000次摩擦后的试样进行视觉评价，取3块试样的平均值.

1.4.6透气与透湿性能

透气性能测试参考GB/T 5453-1997《纺织品织物透气性的测定》，在型号为YG 461E电脑透气性测试仪上进行，测试面积为20 cm2，试样两侧压降设定为100 Pa，随机选取每个试样5个不同位置测试结果的平均值.

透湿性能参考GB/T 12704.2-2009《纺织品织物透湿性试验方法第2部分：蒸发法》，在型号为DH-450透湿性能测试仪上进行测试，透湿实验测试时间为1 h，取3块试样的算术平均值.

2 实验结果与分析

2.1 织物成品规格

在相同纱线、织造工艺、后整理工艺以及织造时氨纶张力控制保持一致的条件下，获得的4种面料成品规格参数列于表1中.从表中可以看出，随着氨纶线密度的增加，织物的厚度、单位面积质量、织物纵行密度和体积密度均呈现增加的变化趋势，而氨纶线密度对织物横列密度的影响并不明显.

表1 织物成品规格参数表

2.2 洗后外观与缩水性能

面料洗后色变、毛羽、缩水率以及扭曲率测试结果列于表2中.

表2 织物洗后外观、缩率、扭曲率测试结果

企业实际生产过程中，要求色变与毛羽均为3级以上，横向和纵向缩水率控制范围为-5%～+2%内，扭曲率控制范围为-2.5%～+2.5%.从表1中可以看出，四种面料洗后色变和表面毛羽、缩率、扭曲率均较好，均符合企业产品质量控制要求.

2.3 保暖性能

面料保暖性能测试结果如表3所示.从表3数字中可以看出，同等制备和后整理工艺条件下，氨纶的加入有利于提高织物保暖性能，但氨纶线密度过高时，反而会降低面料的保暖性.

表3 保暖性能测试结果

这主要原因是，同等纤维原料条件下，织物保暖性的优良与否取决于织物中容纳静止空气的数量.当织物较稀疏时，纤维含量较低，空气含量较高，静止条件下有利于保暖性的提高，但空气含量较高时，空气易产生流动，从而使得织物保暖性能急剧下降；当织物较紧密时，纤维含量较高，由于纤维的传热系数远高于静止空气，此时织物的传热主要由纤维承担，织物的保暖性能下降，因而只有纤维含量控制在合理范围之内，才能有效提高织物的保暖性能.

2.4 顶破性能

4种面料的顶破强力如表4所示.由表4可知，在同等工艺条件下，氨纶线密度提高，顶破强力逐渐增加，采用40 D氨纶制备的A4试样，其顶破强力最高.

表4 顶破性能测试结果

这主要是随着氨纶线密度的增加，织物紧密程度增加，顶破区域线圈数量增加，承力纱线根数增加，从而宏观表现为顶破强力的提高.

2.5 抗起毛起球性能

采用马丁代尔法对A1～A4试样进行起毛起球性能测试的结果如表5所示，2000次摩擦后试样实物图如图3所示.

图3 马丁代尔法测试后试样实物图

表5 织物耐磨性能测试结果

由表5中可以看出，试样A1～A4均表现出较好的抗起毛起球性能，均达到4级，表明不易起毛起球.即在原材料相同的情况下，不同氨纶线密度对起毛起球性能的影响很小.

原因是氨纶面料始终被聚酰亚胺/棉混纺纱线所覆盖，在耐磨实验过程中，聚酰亚胺/棉混纺纱线与磨料接触，宏观表现出一致的耐磨性能.

2.6 透气与透湿性能

试样透气与透湿性能测试结果如表6所示，从表6数字可以看出，相同线密度、同制备工艺、相同原材料、氨纶线密度不同的四种试样，其透气与透湿性能存在差异，无氨纶（A1）面料透气量和透湿量最高.随氨纶的线密度的提高，面料透气量和透湿量呈现降低的变化趋势.

表6 织物透气、透湿性能测试结果

这主要是由于氨纶线密度越高，氨纶向内收缩力度越高，面料的紧密程度就越高，面料中空气和水分的传递通道随之减少，空气和水分不易穿透织物所致，因而氨纶的加入不利于织物透气和透湿性能的提高.

3 结论

本文以同等线密度的聚酰亚胺/棉混纺纱线和线密度分别为40 D、30 D、20 D的氨纶为原料，采用同制备工艺和后整理工艺制备弹性保暖纬编针织面料，并对其洗后外观、顶破性能、保暖性能、起毛起球性能、透气与透湿性能进行了测试和对比分析.实验结果表明：

（1）所制备的针织面料的洗后外观均符合企业产品质量控制的要求，耐水洗尺寸稳定性较好.

（2）随着氨纶线密度的增加，面料的顶破性能提高，透气与透湿性能下降，起毛起球性能无明显变化.

（3）氨纶的加入有利于面料保暖性能的提高，但值得注意的是，过高的氨纶线密度对面料保暖性能的提高会产生不利的影响，当氨纶线密度为30 D时，面料的保暖性能最佳.