叢洪蓮，張永超

(江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

生物基錦綸的性能及其在針織面料中的應(yīng)用

叢洪蓮，張永超

(江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心，江蘇 無錫 214122)

研究了生物基錦綸的性能，試制了生物基錦綸針織面料并對(duì)其性能進(jìn)行詳細(xì)測試和分析，探討了這類新型生物纖維在針織面料開發(fā)中的應(yīng)用前景。首先采用紅外分析方法確定了生物基錦綸的結(jié)構(gòu)，從分子結(jié)構(gòu)層面探討其性能;通過將生物基錦綸針織面料與錦綸6、滌綸面料的性能進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明生物基錦綸具有較好的耐磨、懸垂、吸水等性能;采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法分析，顯示生物基錦綸在服用方面綜合指標(biāo)最高，從而證實(shí)其能夠在內(nèi)衣和外衣面料上得到較好的應(yīng)用。

生物基;錦綸;針織面料;性能;應(yīng)用

針織產(chǎn)品因其較好的彈性、延伸性、舒適性被廣泛地應(yīng)用于內(nèi)衣、外衣等面料。隨著人們對(duì)生態(tài)、環(huán)保、舒適性等方面的需要，針織物的原料趨于多元化。如今隨著生態(tài)環(huán)保觀念的引入，生物基纖維原料不斷涌入針織行業(yè)，如生物基PDT聚酯針織珠地網(wǎng)眼面料的開發(fā)、生物基PPT絨類面料、泳裝［4-5］等產(chǎn)品的開發(fā)等。生物基纖維的生態(tài)環(huán)保特性與針織物較好的彈性舒適性結(jié)合，使得產(chǎn)品更具有市場。然而目前對(duì)于生物基錦綸在針織面料應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道還很少，本文對(duì)生物基錦綸56的性能及其應(yīng)用開發(fā)進(jìn)行探討，以期為生物基錦綸產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用提供理論參考。

1 生物基錦綸的性能

1.1 生物基錦綸結(jié)構(gòu)性能

生物基錦綸(PA56)是采用生物工藝將烷烴、生物基烷烴、油脂下腳料、脂肪酸、生物質(zhì)等轉(zhuǎn)化成戊二胺，再經(jīng)過聚合反應(yīng)生成的聚酰胺產(chǎn)品。為進(jìn)一步驗(yàn)證生物基錦綸的結(jié)構(gòu)，采用Nicolet iS10傅里葉紅外(FT-IR)光譜儀對(duì)生物基錦綸進(jìn)行測試，結(jié)果如圖1所示。

圖1 生物基錦綸的FT-IR譜圖Fig.1 Infrared spectrum of bio-based polyamide fiber

圖1中3290cm－1附近為N—H的伸縮振動(dòng)特征吸收峰，在2940cm－1和2860cm－1附近為亞甲基C—H的伸縮吸收峰，酰胺羰基中—CO—的伸縮振動(dòng)吸收峰在1630cm－1附近。上述定性分析對(duì)生物基錦綸特征基團(tuán)的存在進(jìn)行了證實(shí)［6－7］。

生物基錦綸中的酰胺基團(tuán)能夠形成分子間氫鍵，從而使分子間具有較強(qiáng)的作用力，因此具有較高的力學(xué)性能;此外酰胺基團(tuán)具有一定的親水性，因此該產(chǎn)品具有一定的吸水性能。生物基錦綸分子主鏈中的亞甲基使得生物基錦綸具有一定的柔軟性。

1.2 生物基錦綸紗線的制備

采用切片熔融法試紡生物基錦綸，工藝過程為:制備生物基錦綸切片→熔融→紡絲→冷卻→上油→拉伸→卷繞。生物基錦綸的成纖工序簡單，成本低，原料的利用率很高。所紡紗線為4.4 tex/12 f FDY，利用該紗線在針織機(jī)器上進(jìn)行編織，對(duì)其性能和應(yīng)用進(jìn)行研究。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試樣準(zhǔn)備

采用E40緯編圓機(jī)編織試樣，分別用4.4 tex/12 f生物基錦綸FDY、4.4 tex/24 f錦綸6 FDY以及4.4 tex/24 f滌綸FDY為原料試織?？椢锵聶C(jī)后經(jīng)煮練→水洗→定型整理后各項(xiàng)規(guī)格指標(biāo)如表1所示。

1.1 反自然枯洪規(guī)律 三峽工程完全建成后，冬季蓄水發(fā)電，夏季泄水防洪，庫區(qū)水岸由原來的冬陸夏水變?yōu)槎年?，建庫前后庫區(qū)的生態(tài)環(huán)境發(fā)生極大的變化[2]。

表1 織物規(guī)格Tab.1 Specifications of fabrics

2.2 織物性能測試

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，采用YG026A型電子織物強(qiáng)力試驗(yàn)機(jī)對(duì)織物的拉伸強(qiáng)力進(jìn)行測試，實(shí)驗(yàn)溫度為20℃，相對(duì)濕度為60%。

根據(jù)GB/T 21196.2—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第2部分 試樣破損的測定》，采用馬丁代爾耐磨試驗(yàn)儀對(duì)織物耐磨性能進(jìn)行測試。

根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用YG461E型數(shù)字式透氣儀對(duì)織物透氣性進(jìn)行測試。

根據(jù)GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 第1部分 單項(xiàng)組合試驗(yàn)法》以及GB/T 22799—2009《毛巾產(chǎn)品吸水性測試方法》對(duì)織物吸水性能進(jìn)行測試。

根據(jù)GB/T 3917.1—2009《紡織品 織物撕破性能第1部分 沖擊擺錘法撕破強(qiáng)力的測定》，采用YG033A型落錘式織物撕裂儀對(duì)織物的撕裂性能進(jìn)行測試。

將試樣剪成3塊直徑為24cm的圓形，利用XDP-1織物懸垂性測試儀，對(duì)試樣進(jìn)行測試。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 拉伸性能分析

測試生物基錦綸、滌綸和錦綸6織物的拉伸強(qiáng)力，結(jié)果如圖2所示。由圖2(a)可看出，隨著拉伸長度的增大，拉伸強(qiáng)力呈波浪線狀上升。這是由于在拉伸過程中，織物橫向上沒有線圈之間的相互穿套，只有沉降弧單獨(dú)承受拉力，隨著拉力的逐漸增大，沉降弧逐漸斷裂，從而使拉力呈波浪線上升。由圖可見，滌綸織物的橫向拉伸強(qiáng)力和拉伸長度較錦綸織物差，而生物基錦綸織物的橫向拉伸強(qiáng)力和拉伸長度和錦綸6相比稍低。從圖2(b)可以看出，織物的縱向拉伸曲線較橫向平滑上升。這是織物縱向線圈相互穿套，在拉伸過程中，織物縱向線圈相互拉緊，共同承受外界拉力，當(dāng)拉力上升到一定程度織物發(fā)生斷裂。由圖可以看出滌綸織物的縱向拉伸強(qiáng)力和拉伸長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于錦綸織物，而生物基錦綸在拉伸強(qiáng)力和拉伸長度方面又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于錦綸6織物。

圖2 織物拉伸強(qiáng)度Fig.2 Tensile strength of fabric.(a)Transverse tensile;(b)Longitudinal tensile

由于織物縱向與橫向的拉伸斷裂情況有所不同，若要對(duì)織物的拉伸斷裂強(qiáng)力和拉伸長度進(jìn)行比較，還需對(duì)織物的拉伸性能進(jìn)行綜合評(píng)判，F(xiàn)=FW×FT;L=LW×LT(式中F為拉伸強(qiáng)力綜合指標(biāo)，F(xiàn)W為橫向拉伸強(qiáng)力，F(xiàn)T為縱向拉伸強(qiáng)力;L為拉伸長度綜合指標(biāo)，LW為橫向拉伸長度，LT為縱向拉伸長度)。由上式得出生物基錦綸、錦綸6、滌綸的拉伸強(qiáng)力綜合值分別為 94725.73、89545.02、45166.93，拉伸長度綜合值分別為 2030.91、1622.89、687.30，從而可以得出生物基錦綸在拉伸斷裂強(qiáng)力和拉伸長度方面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于錦綸6。

3.2 撕裂和耐磨及透氣性能分析

表2示出織物的撕裂強(qiáng)力、耐磨性、透氣性能的測試結(jié)果。在織物撕裂測試時(shí)對(duì)織物的橫向和縱向分別進(jìn)行測試，其結(jié)果不便于比較，因此使用撕裂綜合指標(biāo)Z=ZW×ZT(式中:ZW為橫向撕裂強(qiáng)力;ZT為縱向撕裂強(qiáng)力)。從表中可看出，生物基錦綸、錦綸6以及滌綸織物中，錦綸6的撕裂強(qiáng)力最高，生物基錦綸次之、滌綸織物最差。這是由于在保證織物紗線細(xì)度相同，加工設(shè)備相同的條件下，滌綸織物的密度最小，織物較為松散，紗線間抱合力小，從而撕裂性能較差，而錦綸的密度最大，織物最為緊密，紗線間的抱合力大，從而具有較好的撕裂性能。

表2 織物撕裂與耐磨及透氣性測試結(jié)果Tab.2 Result of tearing，wear-resistanceand permeability test

耐磨測試中，生物基錦綸的耐磨性能較錦綸6好，錦綸6明顯較滌綸纖維好。這主要是因?yàn)樯锘\綸具有較高的拉伸強(qiáng)力和拉伸長度，從而能夠儲(chǔ)存較多的拉伸能。在摩擦的過程中，纖維受到應(yīng)力的反復(fù)作用，拉伸強(qiáng)力和長度大的織物能夠較好地承受該應(yīng)力，因此具有較好的耐磨性能［8］。

在透氣性測試中，滌綸織物的透氣性較錦綸6和生物基錦綸好，而錦綸6又較生物基錦綸好。這主要是因?yàn)闇炀]織物的密度小，能夠較好地透過氣體，而生物基錦綸織物的密度最大，相對(duì)而言較難透過氣體。

3.3 吸水性能分析

在吸水性能測試中，采用完全浸濕時(shí)間和吸水率2個(gè)指標(biāo)衡量織物的吸水性能。由于織物完全浸濕時(shí)間越短吸水性能越好，而吸水率越高織物吸水性能越好，因此采用織物完全浸濕時(shí)間的倒數(shù)來衡量織物的吸水性能，為了便于比較，將織物完全浸濕時(shí)間倒數(shù)和吸水率進(jìn)行歸一化處理后，得出表3所示的織物吸水性測試結(jié)果?？梢钥闯?，在吸水率方面從大到小的順序?yàn)殄\綸6＞生物基錦綸＞滌綸，而完全浸濕時(shí)間倒數(shù)從大到小的順序?yàn)樯锘\綸＞錦綸6＞滌綸。由于從這個(gè)方面得出織物的吸水性大小不一致，因此還需進(jìn)行綜合評(píng)判，綜合值S=St×Sr。式中:St為吸水率;Sr為完全浸濕時(shí)間倒數(shù)。從而得出吸水性能順序?yàn)樯锘\綸(S=0.26)＞錦綸6(S=0.04)＞滌綸(S=0.03)。

表3 織物吸水性測試結(jié)果Tab.3 Results of water absorption test

3.4 懸垂性能分析

在織物懸垂性測試中，生物基錦綸的靜態(tài)懸垂系數(shù)為30.1%，錦綸6的靜態(tài)懸垂系數(shù)為44.3%，滌綸的靜態(tài)懸垂系數(shù)為54.1%，織物懸垂效果如圖3所示。可以得出生物基錦綸的懸垂性最好，錦綸6次之，而滌綸織物最差。

圖3 織物懸垂性測試結(jié)果Fig.3 Result of drapability test.(a)Bio based polyamide;(b)Nylon 6;(c)Polyester fabric

3.5 綜合評(píng)價(jià)

為探究生物基錦綸是否能夠應(yīng)用于服用面料，采用透氣、柔軟、吸濕性能3個(gè)舒適性指標(biāo)力學(xué)性能和耐磨、撕裂、拉伸性能3個(gè)力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)織物進(jìn)行綜合性能評(píng)價(jià)。對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行正向性處理，各項(xiàng)指標(biāo)值越大，性能越好［9］。在織物綜合性能的評(píng)價(jià)中，要對(duì)各性能的權(quán)重進(jìn)行賦值，采用變異系數(shù)客觀賦值法對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，如式(1)～(3)所示。

式中:vi為各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù);ˉxi為均值;sii為方差;xij為第j個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象在第i項(xiàng)指標(biāo)上的取值。

由于各項(xiàng)指標(biāo)量綱和數(shù)量級(jí)的影響，由上述公式所得的方差數(shù)據(jù)不具有可比性，因此還要對(duì)vi進(jìn)行歸一化處理，得出各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)數(shù)wi［10］。

經(jīng)計(jì)算得出織物透氣、柔軟、吸濕、耐磨、撕裂、拉伸等性能指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)分別為w1=0.03，w2=0.10，w3=0.38，w4=0.21，w5=0.13，w6=0.15。利用幾何綜合法對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，帶入式(5)中計(jì)算綜合指標(biāo)。

由式(5)計(jì)算得出3種織物的綜合指標(biāo)值分別為13.77、6.52、3.35。由此得出作為服裝用面料，生物基錦綸較錦綸6和滌綸更為適合，因此生物基錦綸作為一種新型環(huán)保原料可一定程度的替代錦綸6在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用。

4 生物基錦綸針織面料的開發(fā)

生物基錦綸因其特有的吸水、柔軟、耐磨等性能可用于針織內(nèi)、外衣面料的生產(chǎn)。

4.1 生物基錦綸單面針織面料的開發(fā)

現(xiàn)以棉紗與生物基錦綸長絲為原料開發(fā)一款典型單面組織面料——珠地網(wǎng)眼面料。采用單面二針道圓機(jī)，機(jī)號(hào)為E24，筒徑為76cm，其編織圖如圖4所示。

圖4 單面布編織圖Fig.4 Figure of knitting for single-side of cloth

第1～4路穿入18.4 tex棉紗，第5～6路穿入22.2 tex/96 f生物基錦綸 DTY，線圈長度為26cm/100針，織得的面料面密度為175 g/m2，手感柔軟舒適，適用于運(yùn)動(dòng)T恤的加工生產(chǎn)。

4.2 生物基錦綸抽條雙面織物的開發(fā)

以生物基錦綸為原料開發(fā)一款雙面織物，采用雙面二針道圓機(jī)，機(jī)號(hào)為E24，筒徑為86cm，其編織圖如圖5所示。

圖5 雙面布編織圖Fig.5 Figure of knitting for double-sided cloth

原料為16.7 tex/48 f生物基錦綸，奇數(shù)路線長為27cm/100針，偶數(shù)路線長為31cm/100針，織得面料面密度為175 g/m2，在集圈的作用下織物一面形成抽條的效應(yīng)，織物手感光滑、柔軟性適中，可用于外衣產(chǎn)品的加工生產(chǎn)。

5 結(jié)論

本文對(duì)生物基錦綸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并對(duì)其織物性能及其應(yīng)用進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論:

1)生物基錦綸中的酰胺基團(tuán)能夠形成分子間氫鍵，具有較好的力學(xué)性能;該基團(tuán)為弱親水基團(tuán)，因此較其他化纖具有較好的吸水性能。

2)生物基錦綸織物具有較好的耐磨、柔軟、吸水等性能，能夠較好的替代錦綸6產(chǎn)品。

3)生物基錦綸可應(yīng)用于內(nèi)衣、T恤等夏季貼身產(chǎn)品以及休閑外衣，該原料具有良好的市場前景。

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Performance of bio-based polyamide and its application in knitted fabrics

CONG Honglian，ZHANG Yongchao
(Engineering Research Center of Knitting Technology，Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122，China)

This paper studies the performance on bio-based polyamide fiber.The knitted fabric of biobased polyamide fiber is made，and the tests on it's performance is performed.Then the development of this new kind of bio-based polyamide fiber is discussed.Firstly the infrared analysis method is used to determine its structure.Compared with the performance of bio-based polyamide fabric with nylon 6 and polyester fabric，the result shows that the bio-based polyamide has better wear-resistance，drape，water absorption properties.And the multi-index comprehensive evaluation method was adapted to prove that the bio-based polyamide has highest comprehensive index in serviceability.It confirms that bio-based polyamide fiber can replace nylon 6 to acertain extent.It can achieve better application in underwear and garments textile fields.The bio-based polyamide can adapt to the diverse needs of the market with the feature of environment friendliness.And it has a good market prospect.

bio-based;polyamide;knitted fabric;performance;application

TS 182.5

A

10.13475/j.fzxb.20140805606

2014－08－27

2015－03－20

國家科技支撐項(xiàng)目(2012BAF13B03)

叢洪蓮(1976—)，女，副教授，博士。從事針織CAD/CAM技術(shù)，針織產(chǎn)品的開發(fā)與性能研究。E-mail:cong-wkrc@163.com。