楊明霞，孔繁榮，陳莉娜

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

中國(guó)是產(chǎn)棉大國(guó)，棉花在種植過程中需要施加大量的化肥和農(nóng)藥，這些化肥和農(nóng)藥對(duì)人體和環(huán)境都會(huì)造成一定的危害.有機(jī)棉是一種真正源于自然的高品質(zhì)無污染的“環(huán)保棉花”，從種子到最終成品全程不使用農(nóng)藥和化學(xué)肥料.它利用傳統(tǒng)的方法驅(qū)除害蟲，運(yùn)用自然力量栽培，對(duì)人體和土地不會(huì)造成危害，很符合目前所提倡的環(huán)保綠色主題.而且，有機(jī)棉種植比傳統(tǒng)棉減少了75%的用水，這對(duì)地球上日益匱乏的水資源來說無疑是一種保護(hù).如今，對(duì)紡織品的生態(tài)環(huán)保要求已引起世界各國(guó)的高度重視，紡織品加工是否采用有機(jī)棉為原料甚至成為一道綠色壁壘，所以對(duì)有機(jī)棉的研究更具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義[1-3].

有機(jī)棉作為一種天然環(huán)保型紡織原料，是生產(chǎn)高檔內(nèi)衣、童裝、圍巾、襪子等服飾品和家紡產(chǎn)品的首選面料.但是，目前受種植、病蟲害控制和土壤改良技術(shù)的限制，有機(jī)棉的產(chǎn)量、質(zhì)量與普通棉相比還存在一定的差距.有機(jī)棉的畝產(chǎn)量只有普通棉的30%～50%，纖維長(zhǎng)度短、細(xì)度粗、短絨含量較高、強(qiáng)力低.由于有機(jī)棉的品質(zhì)指標(biāo)與普通棉相比較差但成本比工業(yè)化種植和制作的普通棉花高，所以在一定程度上影響了有機(jī)棉產(chǎn)品的應(yīng)用與推廣.因此，有必要對(duì)有機(jī)棉纖維及其織物的性能進(jìn)行研究，研究結(jié)論可為有機(jī)棉加工產(chǎn)業(yè)提供更為全面的有機(jī)棉知識(shí)，使有機(jī)棉的加工工藝更為合理，也為有機(jī)棉產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)，使企業(yè)更愿意接受這種新型環(huán)保的全天然纖維.

1 有機(jī)棉針織物性能的測(cè)試與分析

1.1 有機(jī)棉纖維性能的指標(biāo)

為了解有機(jī)棉纖維和現(xiàn)在常用的普通棉纖維的性能差異，對(duì)同種植區(qū)域、同級(jí)別的兩種棉纖維的性能指標(biāo)分別進(jìn)行了測(cè)試.由于有機(jī)棉的種植對(duì)環(huán)境要求很高，我國(guó)的有機(jī)棉主要種植區(qū)域?yàn)榈貜V人稀的新疆地區(qū)，考慮到目前市場(chǎng)應(yīng)用較廣泛的棉纖維級(jí)別為二級(jí)和三級(jí)，所以選擇對(duì)產(chǎn)自新疆的二級(jí)和三級(jí)有機(jī)棉與普通棉纖維進(jìn)行纖維性能指標(biāo)測(cè)試，結(jié)果顯示有機(jī)棉的性能指標(biāo)總體上比普通棉差，這與有機(jī)棉的種植環(huán)境和生產(chǎn)技術(shù)條件有很大的關(guān)系，測(cè)試結(jié)果如表1所示.

表1 新疆普通棉和有機(jī)棉的性能指標(biāo)Tab.1 The performance indexes of common cotton and organic cotton produced in Xinjiang

從纖維細(xì)度來看，相同級(jí)別的新疆有機(jī)棉纖維較普通棉纖維要粗，在紡制相同細(xì)度的紗線時(shí)，由于有機(jī)棉紗單位截面內(nèi)的纖維根數(shù)較少、纖維間抱合力小，從而導(dǎo)致紗線強(qiáng)力下降、紡紗的斷頭增加及加工困難.

從纖維長(zhǎng)度來看，相同級(jí)別的有機(jī)棉纖維長(zhǎng)度普遍偏短，這造成了有機(jī)棉紗線單位體積內(nèi)的纖維頭端數(shù)增多，形成毛羽的概率增加，再加上有機(jī)棉纖維短絨多、含雜多、強(qiáng)力低，均會(huì)引起紡紗困難及紗線質(zhì)量下降.

從綜合紡紗性能指標(biāo)SCI來看，有機(jī)棉纖維的SCI比普通棉纖維低，故成紗強(qiáng)力和可紡性相對(duì)普通棉要低[4].在用傳統(tǒng)紡紗方法紡制有機(jī)棉紗時(shí)，各個(gè)工序的工藝設(shè)計(jì)都要注意，遵循的原則是在紡紗加工過程中盡量減少對(duì)纖維的損傷.例如，改變和優(yōu)化開松條件、梳理作用、混并牽伸力、精梳作用力以及相應(yīng)的工藝道數(shù)和加工效果，以提高纖維的分離度；降低纖維的斷裂、折鉤、強(qiáng)力損傷以及毛羽產(chǎn)生的無效纖維量等，使纖維本有的紡紗性得到充分的保護(hù)和發(fā)揮.紡制低特100%有機(jī)棉紗時(shí)建議采用復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗方法，如緊密紡，可以使纖維更好地聚集增加轉(zhuǎn)移與糾纏，有效降低紗線的毛羽，提高紗線的強(qiáng)力和纖維的可紡性.另外，也可通過篩選和培育優(yōu)良的有機(jī)棉品種來改善纖維的綜合性能.

1.2 有機(jī)棉針織物性能的測(cè)試與分析

為了更好地研究有機(jī)棉和普通棉纖維產(chǎn)品的性能差異，針對(duì)有機(jī)棉纖維成紗強(qiáng)力低的特點(diǎn)，選擇用紗強(qiáng)力要求不如機(jī)織面料高且市場(chǎng)多用的針織面料作為研究對(duì)象，分別對(duì)普通棉和有機(jī)棉所制成的針織物進(jìn)行性能測(cè)試，旨在通過對(duì)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析得出有效結(jié)論，為有機(jī)棉產(chǎn)品的開發(fā)提供理論依據(jù)[5].

棉纖維的等級(jí)和織物的基本規(guī)格會(huì)影響織物的性能，為了更好地研究有機(jī)棉和普通棉原料對(duì)織物性能的影響，測(cè)試試樣選擇的是同等級(jí)別的二級(jí)有機(jī)棉纖維和普通棉纖維所制成的針織物，規(guī)格基本一致，組織是緯平，織物密度是橫密162/5 cm、縱密175/5 cm，織物厚度為0.45 mm.

1.2.1 拉伸和頂破性能測(cè)試

織物強(qiáng)伸度實(shí)驗(yàn)受溫濕度條件的影響，故實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)控制在標(biāo)準(zhǔn)條件，在此條件下將試樣展開平放調(diào)濕24 h，剪成梯形試樣進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，測(cè)得有機(jī)棉與普通棉針織物的拉伸結(jié)果，見表2.從布樣上裁剪規(guī)定的圓試樣進(jìn)行頂破性能測(cè)試，用頂破強(qiáng)力來表征材料的頂破性能，測(cè)得有機(jī)棉纖維針織物與普通棉針織物的頂破強(qiáng)力，見表3.

表2 有機(jī)棉與普通棉針織物的拉伸性能測(cè)試結(jié)果Tab.2 The tensile of organic cotton and ordinary cotton knits N

表3 有機(jī)棉與普通棉針織物的頂破性測(cè)試結(jié)果Tab.3 The bursting strength of organic cotton and ordinary cotton knits N

影響織物力學(xué)性能的因素主要有纖維性能、紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)，其中纖維性能是織物拉伸強(qiáng)力的決定因素.雖然所測(cè)試的兩塊針織物紗線結(jié)構(gòu)和織物結(jié)構(gòu)相似，但由于采用的棉纖維在性能上有較大差異，所以有機(jī)棉紗的強(qiáng)力比普通棉紗要低.在紗線和織物結(jié)構(gòu)一樣的情況下，有機(jī)棉針織物的拉伸強(qiáng)力也比普通棉針織物低.

從表3可知，有機(jī)棉織物比普通棉織物的頂破強(qiáng)力低.在頂破過程中，織物的受力是多向性的，針織物的各線圈共同承受頂力而產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形，所以構(gòu)成針織物的紗線的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率是影響頂破性能的主要因素.由于有機(jī)棉纖維的強(qiáng)伸性能不如普通棉纖維，所以其紗線強(qiáng)伸性能和織物的頂破性能也比普通棉針織物差.

1.2.2 耐磨性能和抗起毛起球性能測(cè)試

將樣品放在實(shí)驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下調(diào)濕24 h，在樣品上隨機(jī)剪取5塊圓形試樣，測(cè)試織物試樣平面在定壓下與磨料摩擦所受到的磨損.織物的耐磨性指標(biāo)一般根據(jù)織物承受一定磨損后強(qiáng)度、厚度、質(zhì)量等物理性能的變化來表征，本次實(shí)驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)前后的質(zhì)量磨損率來表征，測(cè)得的織物質(zhì)量磨損率見表4.隨機(jī)剪取試樣5塊，將測(cè)試后的試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣對(duì)比，評(píng)定起毛起球等級(jí)，測(cè)得的起毛起球等級(jí)結(jié)果見表5.

表4 有機(jī)棉與普通棉針織物的耐磨性測(cè)試結(jié)果Tab.4 Abrasion resistance of organic cotton and ordinary cotton knits

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的質(zhì)量損失率越大，織物的耐磨性越差.從表4可以看出，有機(jī)棉針織織物比普通棉的耐磨性略差.影響織物耐磨性的主要因素有纖維的截面形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)及織物的厚度和緊度.其中，纖維本身的強(qiáng)力和彈性的影響占主導(dǎo)地位，故強(qiáng)伸性能較好的普通棉針織物在耐磨性上也占優(yōu)勢(shì).

根據(jù)表5可知，有機(jī)棉針織物的抗起毛起球性能比普通棉針織物差，評(píng)級(jí)為2級(jí).主要原因是，有機(jī)棉纖維較普通棉纖維粗且短，成紗毛羽較多，制成織物后表面的纖維頭端較多，摩擦后容易豎起在織物表面形成起毛，繼而糾纏成球，故有機(jī)棉針織物的抗起毛起球性能較普通棉針織物差.

1.2.3 織物的透氣性和保溫性測(cè)試

先將織物在規(guī)定條件下調(diào)濕處理，在同一樣品的不同部位測(cè)量5次，所得的有機(jī)棉與普通棉針織物透氣性測(cè)試結(jié)果見表6.在每份樣品中取試樣3塊，測(cè)得有機(jī)棉針織物與普通棉針織物的保溫結(jié)果見表7.

表5 有機(jī)棉與普通棉針織物的抗起球起毛性測(cè)試結(jié)果Tab.5 Pilling of organic cotton and ordinary cotton knits 級(jí)

表6 有機(jī)棉與普通棉針織物的透氣性測(cè)試結(jié)果Tab.6 Air permeability of organic cotton and ordinary cotton knits mm·s-1

表7 有機(jī)棉與普通棉針織物的保暖性測(cè)試結(jié)果Tab.7 Warmth retention property of organic cotton and ordinary cotton knits

由表6可以看出，有機(jī)棉針織物的透氣率比普通棉針織物略低，但差距不大，這說明有機(jī)棉針織物的透氣性與普通棉針織物非常接近，也具有良好的透氣性能.

織物的保溫率越大、傳熱系數(shù)越小，其保暖性就越好.由表7可看出，有機(jī)棉針織物的保暖性與普通棉針織物相差不多，這是因?yàn)榭椢锏谋Ｅ灾饕Q于纖維層中靜止空氣的含量，纖維層中靜止空氣的含量越大，熱量越不容易傳遞，保暖性就越好.上述兩種織物組織一樣、結(jié)構(gòu)松緊基本一致，所以含氣量也很接近，故保暖性相差不多.

2 結(jié)論

有機(jī)棉纖維的長(zhǎng)度較短，細(xì)度較粗，強(qiáng)度也偏低，其成紗強(qiáng)力和可紡性相對(duì)普通棉纖維要低，所以在采用傳統(tǒng)方法紡制有機(jī)棉紗時(shí)，各個(gè)工序都要遵循在加工過程中盡量減少對(duì)纖維損傷的原則.紡制低特100%有機(jī)棉紗時(shí)，建議采用復(fù)合結(jié)構(gòu)紡紗如緊密紡的方法，可以有效地改善紗線性能.另外，也可通過篩選和培育優(yōu)良的有機(jī)棉品種來改善纖維的綜合性能.

有機(jī)棉針織物和普通棉針織物相比機(jī)械性能較差，這導(dǎo)致有機(jī)棉織物的耐用性也相對(duì)較低，但透氣性和保溫性與普通棉織物相差不大，二者均具有較好的服用舒適性能.為了更好地推廣有機(jī)棉產(chǎn)品，可以通過混紡紗、包芯紗等多種紗線的應(yīng)用以及組織變化、交織、后整理等工藝改進(jìn)，擴(kuò)大有機(jī)棉織物的適用范圍.

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