秦瀟璇 魏艷紅 蘇旭中 劉新金 魏 嘉

（1.無錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫，214000；2.江南大學(xué)，江蘇無錫，214122）

紗線功能化已成為近年業(yè)界在產(chǎn)品差別化、擴(kuò)展市場、提高產(chǎn)品附加值和科技含量的重要手段?？咕徔椘肥蔷哂芯薮笫袌鰸摿颓熬暗墓δ苄援a(chǎn)品，發(fā)達(dá)國家大力研發(fā)，市場快速擴(kuò)大，新產(chǎn)品層出不窮，用來滿足公眾對紡織品功能多樣化選擇?？咕徔椘繁仨殱M足對人體皮膚無刺激性和致敏作用，對黏膜不應(yīng)產(chǎn)生刺激作用，無“三致”（致畸，致突變，致癌）物質(zhì)釋放，與人體皮膚直接接觸的紡織品對人體皮膚正常菌群不應(yīng)產(chǎn)生影響，目前開發(fā)抗菌織物比較常用的方法是采用抗菌纖維混紡或抗菌后整理技術(shù)?？咕笳硪话銜玫交瘜W(xué)抗菌劑如納米抗菌劑，一些專家認(rèn)為化學(xué)抗菌劑可能對人體存在安全隱患，應(yīng)該慎用［1］。而對于抗菌纖維混紡，所采用的纖維一般為經(jīng)過整理的纖維，例如采用離子改性等，這種改性纖維會對原纖維的性質(zhì)產(chǎn)生影響。

目前抗菌織物向多功能復(fù)合、智能可控、高效可再生、綠色環(huán)保方向發(fā)展。本文將聚乳酸、聚羥基丁酸羥基戊酸共聚酯共混長絲（以下簡稱PLA/PHBV長絲）與聚乳酸（PLA）纖維進(jìn)行復(fù)合，開發(fā)一種生物質(zhì)抗菌復(fù)合紗，利用該紗線生產(chǎn)的紡織品具有天然抗菌效果。

1 原料

1.1 PLA纖維

PLA是一種新型生物基材料，也是一種低能耗產(chǎn)品，其原料來源于可再生植物資源，如玉米、小麥、木薯等農(nóng)作物［2］。廢棄后的PLA可在土壤中微生物和水的作用下完全分解為二氧化碳和水，而后經(jīng)植物光合作用，水和二氧化碳可再形成淀粉類物質(zhì)，又可為PLA的合成提供原料，從而實(shí)現(xiàn)“源于自然，歸于自然”的碳循環(huán)，同時(shí)PLA具有抗菌作用［3］。

1.2 PLA/PHBV長絲

PHBV是一種由微生物合成的脂肪族聚酯，具有生物可降解性和良好的生物相容性，它由細(xì)菌生產(chǎn)，能被細(xì)菌消化，在土壤或堆肥化條件下完全分解為二氧化碳、水和生物質(zhì)，不會給環(huán)境帶來污染［4］。PLA/PHBV長絲是利用PLA與PHBV形成的共混長絲。

1.3 原料性能

1.3.1 PLA纖維的性能

PLA纖維購自恒天中纖紡化無錫有限公司，規(guī)格1.67 dtex×38 mm。PLA纖維的橫截面與縱向見圖1。由圖1可知，PLA纖維的橫截面近似圓形，縱向比較平直、光滑。其強(qiáng)伸性指標(biāo)：線密度1.67 dtex，斷裂強(qiáng)力5.96 cN，斷裂強(qiáng)度3.56 cN/dtex，斷裂伸長率43.65%。

圖1 PLA纖維的電鏡圖（×40）

1.3.2 PLA/PHBV長絲的性能

PLA/PHBV長絲購自紹興喜能紡織科技有限公司，其強(qiáng)伸性能指標(biāo)：線密度3.33 tex，噴絲孔數(shù)24 F，斷裂強(qiáng)力104.9 cN，斷裂強(qiáng)度31.5 cN/tex，斷裂伸長率25.85%，初始模量567.9 cN/tex，5%定伸長彈性回復(fù)率（1次）62.56%，5%定伸長彈性回復(fù)率（5次）53.68%。

2 紡紗工藝流程

該生物質(zhì)抗菌復(fù)合紗是利用PLA粗紗與PLA/PHBV長絲在細(xì)紗工序進(jìn)行復(fù)合，其中PLA粗紗是利用購買的PLA纖維在江南大學(xué)紡紗實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)。該復(fù)合紗的生產(chǎn)工藝流程如下。

PLA粗紗：HYF02180型混開棉機(jī)→A186G型梳棉機(jī)→FA320A型高速并條機(jī)（兩道）→THC2015型粗紗機(jī)。

復(fù)合紗：QFA1528型集聚紡細(xì)紗機(jī)。

3 工藝參數(shù)

3.1 梳棉工序

3.1.1 生條定量

PLA生條定量過輕，則棉網(wǎng)間抱合力差，從而引起棉網(wǎng)漂浮和剝棉困難，不利于棉網(wǎng)的形成，并對生條條干不利，同時(shí)斷頭增加，不適應(yīng)棉條的高速輸出，因此生條定量不宜過輕，一般為20 g/5 m～25 g/5 m。但PLA也不宜過重，過重的生條定量意味著整個(gè)紡紗過程中牽伸倍數(shù)要隨之增加，而牽伸倍數(shù)增加會使紗疵增加；同時(shí)由于PLA纖維的彈性好，條子粗而蓬松，容易堵塞喇叭口和圈條斜管，影響成紗質(zhì)量。PLA生條定量設(shè)定為21 g/5 m。

3.1.2 主要速度

為了防止纖維損傷、減少短絨，錫林速度可適當(dāng)降低。刺輥速度直接影響梳棉機(jī)的預(yù)梳程度及后車肚氣流。錫林與刺輥線速比影響纖維由刺輥向錫林的轉(zhuǎn)移，不良的轉(zhuǎn)移會產(chǎn)生棉結(jié)，由于PLA纖維長度長，錫林與刺輥線速比應(yīng)比紡純棉時(shí)大些，一般為1.8～2.6。因PLA原料中含有疵點(diǎn)很少，為了節(jié)約原料，宜用較低的蓋板速度，并反轉(zhuǎn)蓋板以提高分梳效果。錫林速度340 r/min，刺輥速度693 r/min，錫林與刺輥線速比2.46，蓋板速度101 mm/min，

3.1.3 主要隔距

給棉板與刺輥隔距0.46 mm，刺輥與除塵刀隔距0.48 mm，刺輥與錫林隔距0.13 mm，錫林與蓋板隔距 0.30 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.30 mm，錫林與道夫隔距0.13 mm，除塵刀位置平機(jī)框，除塵刀角度90°。

3.1.4 測試指標(biāo)

PLA生條的實(shí)際定量21.1 g/5 m，條干不勻率3.67%，棉結(jié)10粒/g。

3.2 并條工序

并條是提高纖維伸直平行度與紗條條干均勻度的關(guān)鍵工序，并條工序要求紡制定量符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、條干均勻度好、重量不勻率低和紗疵少的熟條。

為提高纖維的伸直平行度，并粗工序應(yīng)遵循奇數(shù)法則。在普梳紡紗系統(tǒng)中，粗紗采用一道，并條采用兩道。喂入頭并的梳棉條子中，前彎鉤纖維較多，且平均長度較正常纖維短，浮游纖維多，故采用較小的前區(qū)牽伸倍數(shù)，以改善成紗質(zhì)量，頭道前區(qū)牽伸不宜過大，后區(qū)牽伸1.8倍左右。喂入二道并條的條子纖維的伸直平行度較好，纖維以后彎鉤居多，較大的牽伸有利于消除彎鉤，選擇較大的前區(qū)牽伸，二道并條的后區(qū)牽伸1.3倍左右，后區(qū)采用小倍數(shù)牽伸，則牽伸后進(jìn)入前區(qū)的須條不至于嚴(yán)重?cái)U(kuò)散，須條中纖維抱合緊密，有利于前區(qū)牽伸的進(jìn)行。在生產(chǎn)過程中PLA容易纏繞膠輥羅拉，要嚴(yán)格控制車間溫濕度，且并條速度不宜過快。并條工序主要工藝參數(shù)及各項(xiàng)指標(biāo)如下。其中，兩道并條的羅拉隔距均為12 mm×9.5 mm×15 mm，出條速度均為200 m/min。

項(xiàng)目 頭道 二道

并合數(shù)/根 6 7

總牽伸/倍 7.318 7.736

后區(qū)牽伸/倍 1.804 1.267

喇叭口徑/mm 3.6 3.2

定量/g·（5 m）-117.25 16.78

條干CV/% 3.25 2.97

3.3 粗紗工序

由于PLA纖維長度長，在牽伸過程中的牽伸力較大，且細(xì)紗為賽絡(luò)紡，故粗紗定量宜偏輕掌握，有利于成紗質(zhì)量的穩(wěn)定；同時(shí)由于粗紗是雙膠圈牽伸，粗紗定量不宜過重，過重時(shí)中上羅拉易打滑，使上下膠圈間速度差異較大，從而產(chǎn)生膠圈間須條分裂或分層現(xiàn)象。另外，粗紗捻系數(shù)設(shè)計(jì)較純棉時(shí)小一些，過大的捻系數(shù)在細(xì)紗會出現(xiàn)牽伸不開吐“硬頭”現(xiàn)象。由于該復(fù)合紗主要用于開發(fā)針織面料，為了減少粗紗退繞時(shí)的斷頭，加強(qiáng)細(xì)紗機(jī)后牽伸區(qū)的摩擦力界作用，以減少成紗細(xì)節(jié)，提高成紗的條干均勻度，PLA粗紗的捻系數(shù)也不能過小。粗紗工序主要工藝參數(shù)：定量4.2 g/10 m，捻系數(shù)73.8，捻度3.6捻/10 cm，總牽伸8.26倍，后區(qū)牽伸1.244倍，羅拉隔距11 mm×26 mm×38 mm，鉗口隔距5.0 mm，錠速900 r/min。粗紗條干CV5.15%。

3.4 細(xì)紗工序

細(xì)紗工序采用窄槽式負(fù)壓空心羅拉集聚紡裝置［5］，紡制賽絡(luò)紡 PLA 與 PLA/PHBV長絲的包纏紗（以下簡稱PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗），即一根PLA/PHBV長絲包纏兩根PLA粗紗，PLA/PHBV長絲在最右面，在捻度（Z捻）作用下將兩根PLA粗紗包纏，其中復(fù)合紗線密度 18.5 tex，PLA/PHBV長絲線密度3.33 tex。PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗紡紗示意見圖2。

圖2 PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗紡紗示意圖

由于開發(fā)的PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗主要用作針織紗，織物要求柔軟，同時(shí)紗線外層由PLA/PHBV長絲包纏，可以提高紗線強(qiáng)力，故細(xì)紗捻度偏小設(shè)計(jì)。長絲預(yù)牽伸在1.25倍及以下時(shí)，長絲張力太小容易從膠輥邊緣滑脫；預(yù)牽伸為1.26倍時(shí)，長絲張力不穩(wěn)定，長絲在紗體內(nèi)不能完全伸直，容易產(chǎn)生抖動，影響紗線的包纏性；當(dāng)預(yù)牽伸超過1.29倍時(shí)，長絲的塑性變形增加，不利于紗線彈性的回復(fù)，同時(shí)易造成斷絲。細(xì)紗工序主要工藝參數(shù)：設(shè)定捻度81.79捻/10 cm，長絲預(yù)牽伸1.27倍，后區(qū)牽伸1.28倍，隔距塊2.5 mm，鋼絲圈型號4/0#，錠速15 000 r/min。

4 紗線性能

4.1 紗線質(zhì)量

紗線細(xì)度采用YG086型縷紗測長儀測量，在FA2104S型電子天平上稱量。采用XL-2型紗線強(qiáng)伸度儀測試紗線的斷裂強(qiáng)力、初始模量，預(yù)加張力0.5 cN/tex，測試速度500 mm/min，測試長度500 mm。條干均勻度參照GB/T 3292.1—2008《紡織品紗條條干不勻試驗(yàn)方法 電容法》，采用USTER TESTER 5型條干測試儀，測試時(shí)間1 min，測試速度400 m/min。紗線毛羽利用ZWEIGLE HL400型毛羽儀測試紗線毛羽，紗線退繞速度400 m/min，測試時(shí)間1 min。捻度利用Y331A型紗線捻度機(jī)測試紗線捻度。外觀測試?yán)肰HX-5000型超景深三維數(shù)碼顯微鏡觀察紗線的包纏效果。

PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗的性能指標(biāo)：條干CV10.12%，毛羽H值2.56，細(xì)節(jié)0個(gè)/km，粗節(jié) 2.5個(gè)/km，棉結(jié) 15個(gè)/km，實(shí)際捻度78.05捻/10 cm，斷裂強(qiáng)力290.74 cN，斷裂伸長率7.8%，初始模量276.5 cN/tex。數(shù)據(jù)顯示：開發(fā)的復(fù)合紗線具有較小的條干CV值，成紗粗細(xì)節(jié)、棉結(jié)較少，斷裂強(qiáng)力較高，滿足針織紗織造的強(qiáng)力要求。

圖3為PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗外觀圖，圖3顯示出PLA/PHBV長絲將PLA纖維均勻包纏，紗線毛羽少。

圖3 PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗外觀圖

4.2 紗線的抗菌性

按照GB/T 20944.3—2008《紗線抗菌性能的評價(jià)第三部分：振蕩法》，對所紡制的PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗進(jìn)行抗菌性能測試。如果紗線對菌種的抑菌率≥70%，認(rèn)為紗線有抗菌性能。

本文運(yùn)用3種菌種做試驗(yàn)，分別是金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌。為了使試驗(yàn)具有可比性，利用相同號數(shù)的純棉紗作對比樣，PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗與致病菌作用18 h的抑菌率測試結(jié)果見表1。

由表1可知，所紡制的PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌的抑菌率均大于70%，而純棉紗的抑菌率明顯較低。因此，本文開發(fā)的PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗具有優(yōu)異的抗菌性能。

表1 PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗抑菌率

5 結(jié)語

在紡織品舒適、環(huán)保、功能等流行趨勢引導(dǎo)下，將功能性與生物可降解綠色環(huán)保理念相結(jié)合，開發(fā)了PLA纖維與PLA/PHBV共混長絲的生物質(zhì)抗菌復(fù)合紗線，一方面使得所開發(fā)的紗線具有天然的環(huán)保效果，實(shí)現(xiàn)了基于纖維固有特性的抗菌紗線的生產(chǎn)，大幅減少甚至消除織物為達(dá)到抗菌性所需的“后整理”環(huán)節(jié)，另一方面采用長絲與短纖復(fù)合的方式，通過長絲對雙須條的包纏有效提高紗線的綜合性能，尤其是成紗斷裂強(qiáng)力，同時(shí)采用短纖有效保持后道織物的服用性能。PLA粗紗加工中，生條定量適中掌握，并條工序嚴(yán)格控制車間溫濕度，粗紗定量和捻系數(shù)均偏小掌握；長絲復(fù)合細(xì)紗生產(chǎn)中，細(xì)紗捻度偏小設(shè)計(jì)，細(xì)紗設(shè)計(jì)捻度81.79捻/10 cm，長絲預(yù)牽伸優(yōu)選1.27倍。通過抗菌性試驗(yàn)驗(yàn)證了開發(fā)的PLA/PLA/PHBV長絲復(fù)合紗具有較好的抗菌性。