石墨烯改性纤维在多功能床品面料开发中的应用研究

陆艺萱,蔡永东,许金玉,孙 浩,黄李湘

(江苏工程职业技术学院,江苏 南通226006)

石墨烯是一种二维蜂窝状纯碳材料,集众多特性于一身,具有优异电学性能、力学性能、热性能、光学性能和较高比表面积的新型碳材料。石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,产业关联涉及新材料、能源、环境、纺织品、航空航天、国防等领域。近年来,石墨烯在纺织领域的应用日益广泛,石墨烯制备高性能纺织纤维及进行纺织品功能整理也渐成行业研究热点,这样可充分发挥其具有的抗菌抑菌、抗螨虫、导电导热、除臭吸附、抗静电、抗紫外线和低温远红外发热等多项功能[1]。

1 石墨烯改性涤纶长丝

目前市场上已有将石墨烯材料掺入高分子粉料中,通过现有纤维工厂进行熔融或湿法纺丝,生产出具备石墨烯多项功能于一体的石墨烯复合纤维,如石墨烯复合锦纶、涤纶、氨纶、腈纶等长丝制品[2]。采用石墨烯改性涤纶长丝与精梳棉纱交织的床品面料,可充分发挥石墨烯涤纶纤维超强的抗菌抑菌、抗螨虫、除臭吸附、低温远红外发热等多项功能与涤纶本身具有的独特保形性,加之发挥棉纤维的吸湿性、舒适性及良好染色性,以实现床品面料的多功能性与持久性,填补市场上此类产品的空白。

2 产品设计

借鉴交织纬长丝床品面料加工的一般原理,经纱选用9.7 tex精梳棉纱,纬纱采用石墨烯改性涤纶长丝,其线密度选用时,必须与经纱的线密度相仿,故选用100 D(111.1 dtex)为佳。一般床品面料门幅较宽,成品幅宽定为250 cm。床品面料的组织结构一般可选用1/1平纹组织、2/2斜纹及5/2经面缎纹等,选用5/2经面缎纹,以充分体现2种纤维原料的性能优势。

成品门幅:250 cm;

经纬纱原料:9.7 tex精梳棉纱×111.1 dtex石墨烯改性涤纶长丝;

经纬密度:567根/10 cm×472根/10 cm;

织物组织:地组织5/3经面缎纹,边组织为2/2方平组织;

织物紧度:总紧度93.9%,经向紧度70.6%,纬向紧度62.9%;

总经根数:14 180根(含边纱80根);

成品克重:227.5 g/m2。

3 主要生产工艺与技术措施

3.1 整经工序

经纱选用国产GH121-280型高速整经机进行经轴加工。由于经纱为9.7 tex精梳棉纱,纱线密度较低,故整经时,车速不宜过快;同时由于经密大、总经根数多,故整经的片纱张力必须均匀。这样整经速度为600 m/min为宜;筒子架上采用九区段配置整经张力,即筒子架上、中、下层与前、中、后排分成九区,其整经张力调节范围为10～20 c N,边纱处适当加大张力;经轴卷绕密度为0.51 g/cm3。由于筒子架容量为800只,整经配轴工艺共18轴,即788根×14轴+787根×4轴[3]。

3.2 浆纱工序

选用祖克S432-320型双浆槽浆纱机对加工好的经轴进行并轴上浆。由于经纱是低特精梳棉纱,其单纱强力较低,须进行增强,故采用性能较好的变性淀粉为主,并适当加入一定的PVA1799的混合浆以12%浆液浓度进行上浆,具体浆料配方为:80 kg HH96型变性淀粉、25 kg PVA1799、4 kg JFC浸透剂及2 kg油脂。为提高上浆率、增加浆纱强力与耐磨性,提高可织性,其主要上浆工艺参数设计为:浆液黏度10 s,上浆温度95℃,浆纱速度50 m/min,前压浆辊压力10 k N、后压浆辊压力为16 k N,预烘温度110℃、烘干温度100℃,上浆率(13±1)%、回潮率(6±0.5)%、伸长率控制0.7%以内[4]。

3.3 织造工序

选用日本丰田JA710-320型阔幅喷气织机进行织造,其主要上机工艺参数为:车速500～600 r/min,开口时间300°,主喷嘴供气压力为0.30 MPa,辅助喷嘴供气压力0.35 MPa,辅助喷嘴分组8组、每组3只喷嘴、采用分组依次供气,始喷时间为60°、引纬到达时间230°,后梁高度、深度分别在3档、11档上,停经架高度、深度分别在2档、7档上,梭口高度调至26 mm[5]。

3.4 后整理注意事项

精梳棉与石墨烯改性涤纶长丝交织多功能床品面料后整理时,须考虑到石墨烯改性涤纶长丝由于石墨烯的加入,同普通涤纶性能完全不同,在后整理时应针对产品特点,合理调整工艺参数,如烧毛温度不能过高、采用酶退浆、半丝光,定形中应严格注意温度和车速的控制等措施,以减少对石墨烯涤纶纤维损伤,确保其特有保健功能不受影响[6]。

4 结语

精梳棉与石墨烯改性涤纶长丝交织多功能床品面料的生产工艺独特且合理,工艺流程短,生产效率高,生产成本较低,工艺实施方便,产品质量稳定。该面料经测试:p H值为6-7,甲醛含量小于20μg/ml,符合GB 18401-2003标准B类要求;经纬向水洗尺寸变化率均在3.0%以内,符合FZ/T 62007-2003标准一等品指标要求;产品保健性能指标测试结果为:GB/T 30127-2013标准下的远红外发射率达89%、远红外辐射温升1.6℃,GB/T 20944.3-2008标准下的抑菌率＞99%,GB/T 24253-2009标准下的杀螨率达95%,数据表明产品具有多项保健功能。