木棉/棉混纺机织物的服用性能

(1.盐城工学院纺织服装学院，江苏盐城 224051；2.江南大学生态纺织教育部重点实验室，江苏无锡 214122)

摘要：选取了混纺比为20/80、30/70、40/60、50/50规格相同的四种木棉/棉混纺纱线和纯棉纱线，并按照相同参数织成机织物，研究混纺比对木棉/棉机织物力学性能及服用性能的影响。实验结果表明：随着木棉混纺比的提高，织物的保暖性、抗紫外性和折痕回复性能均有所提高，且当木棉纤维质量分数达到50%时，织物可作为防紫外线功能面料使用。但织物在拉伸强力、悬垂性、透气性等方面则有所降低，耐磨性也明显变差且更容易起毛起球。此外，由于木棉表面含有较多蜡质导致混纺织物表面亲水性变差，但芯吸性能有一定的改善。

关键词：木棉；混纺织物；拉伸强力；保暖；抗紫外线；服用性能

木棉纤维是果实纤维，纤维附着在木棉蒴果壳体内壁，具有中空超轻、柔软、保暖性好、天然抗菌、吸湿导湿等优良特性，并具有一定的防螨抗菌功能。由于木棉纤维具有大中腔结构并且表面具有蜡质，不仅具有质轻拒水吸油的优良特性，而且还可作为天然有机吸附剂加以应用[1]。但木棉纤维因为力学性能差，物理长度短，纤维长度只有8～32 mm，很难单独纺成质量合格的纱线，限制了其在纺织服装方面的应用和发展[2-4]。

为扩大木棉纤维在服装上的应用，目前，国内外诸多学者对其服用性能进行了研究探讨。杨莉等[5]研究了混纺比对木棉混纺纱的拉伸性能及其毛羽等性能的影响；周朝建等[6]研究了木棉非织造布的服用可能性。周梦岚等[7-8]将木棉纤维巧妙地运用于织物的防钻绒领域，研究了增强型木棉混纺织物的阻燃性和环保抑菌性，取得了重大成就。Abdalkarim[9]探讨了木棉/棉混纺比为20/80的针织混纺织物的耐热透气性能和力学性能；韩玲等[10]测试了木棉/棉混纺比为50/50的混纺织物的保暖透气性、耐磨性、悬垂性和折痕回复性；洪杰等[11]将木棉与涤纶等混纺纱线织布，测试了混纺织物的服用性能；曹毅等[12]将木棉与棉混纺纱线按照3种不同组织织布，研究了不同组织木棉混纺织物对服用性能的影响。目前虽有不少有关木棉混纺织物的科学研究，但在木棉/棉混纺比对混纺机织物服用性能的影响方面较少系统研究。因此，本文采用相近规格不同混纺比的木棉/棉混纺纱线和纯棉纱线织造了5种组织相同的平纹机织物，并且研究了织物的拉伸强度、保暖性能及抗紫外线等服用性能。

1 实验

实验所用的纱线均为江苏东华纺织有限公司提供，纱线采用气流纺生产技术。使用YG 061F电子单纱强力仪(山东莱州市电子仪器有限公司)测试纱线强度，预加张力约为0.5 cN/tex,每组测试30次取平均值；采用Y(B)331A纱线捻度仪(温州大荣纺织仪器有限公司)测量纱线的捻度，捻度用10 cm内的捻回数表示；毛羽含量采用YG 172A纱线毛羽测试仪(陕西长岭纺织机电科技有限公司)测量，试验中每种纱线测量9次。纱线的具体规格和性能指标见表1。

采用上述纱线，设计经纬密均为250根/10 cm平纹织物，在SL820型半自动织样机(天津市隆达机电科技发展有限公司)上织造5块织物。为防止后整理对木棉纤维的大中腔造成损坏，影响木棉混纺织物服用性能的测试结果，本实验采用简单的热水洗涤法脱浆。试样规格参数如表2所示，织物的实际经纬密与设定的经纬密比较接近，织物的厚度差异较小，因此对研究结论的影响可忽略。

表1 试样纱线的基本规格和性能

Tab.1 Basic parameters and performance of yarn samples

表2 试样规格

Tab.2 Specifications of samples

2 测试结果与分析

由图1截面形态可以看出，木棉纤维细胞壁比较薄，有比较大的空腔，中间填充有空气，受到外力后木棉纤维中腔被压扁，截面更扁平细长；而棉纤维细胞壁比较厚，中间空腔较小。

图2 木棉纤维质量分数对织物拉伸强力的影响
Fig.2 Effect of kapok fiber content on the tensile strength of fabric

由表1纱线的基本指标和图2可以看出，随着木棉混纺比的增加，纱线和织物的强力都逐渐减小。当木棉纤维质量分数增加到50%，纱线的断裂强力下降20%，织物经纬向的拉伸强力也下降约15%。这主要与木棉纤维细短，表面光滑，弹性差，抱合力不佳等因素有关。

织物的耐磨性能可以由织物质量减少率进行描述，木棉纤维质量分数与织物质量减少率之间的关系如图3所示。由图3可以看出，质量减少率由纯棉的0.35%增加到1.71%。分析认为有两方面的原因：一是木棉质量分数的提高使得织物在受到磨损时更容易受到破坏；二是木棉混纺纱线捻度徧小，而且木棉纤维之间的抱合力差容易发生解捻现象。因此，纤维束缚力偏小，在耐磨实验中易从纱线中抽出，导致织物的耐磨性能变差。

由表3织物折皱回复性能的数据可以看出，木棉混纺织物的经纬向急弹、缓弹、折皱回复角都大于纯棉织物，且随着木棉混纺比的提高织物折皱回复性能有较大幅度的提高。这主要是因为木棉的大中腔结构使得木棉纤维的初始模量高于纯棉纤维。

图3 木棉纤维质量分数对织物耐磨性的影响
Fig.3 Effect of kapok fiber content on the abrasion resistance of fabric

织物的起毛起球性主要与纤维本身的特性、纱线捻度及混纺比有关。由表3得到，随着木棉纤维混纺比的增加，织物的抗起毛起球性能略微下降。分析认为，虽然木棉纤维混纺纱增加了纱线的毛羽，但是木棉纤维本身比较短，柔软且刚度较大，不容易缠结在一起，因此不容易起毛起球。

从表3织物的悬垂性能可以看出，与纯棉织物相比，木棉/棉混纺机织物的悬垂系数有所变大，因此织物悬垂性能变差。主要是因为木棉纤维刚度较大，织物弯曲刚度变大，织物越不易弯曲，悬垂性能越差；同时纤维比重较低也会导致悬垂性能变差。

表3 不同混纺比木棉/棉织物的外观性能测试结果

Tab.3 Test results of appearance and performance of kapok/cotton blended woven fabric of different blending ratios

由图4可以看出，随着木棉混纺比的提高，织物保暖性能逐渐提高，当木棉纤维的混纺比增加到50%时，织物的保温率提高了大约59.8%，传热系数下降了14.2%。这主要是因为木棉纤维中间空腔较大，含有大量的静止空气，从而使保暖性能大幅度提高。但是保温率增加没有文献[10]中的高，由扫描电镜图1也可以看出木棉纤维虽然腔壁比棉纤维薄，中腔大，但是中腔几乎被压扁，从而静止空气含量减少，致使其保暖性不能达到理论值。

图4 木棉纤维质量分数对织物保暖性的影响
Fig.4 Effect of kapok fiber content on the warmth retention property of fabric

图5 木棉纤维质量分数对织物透气性的影响
Fig.5 Effect of kapok fiber content on the permeability of fabric

由图5可以看出，随着混纺比的提高，织物的透气性能迅速减小。由于木棉纤维表面相对比较光滑，纤维较短，纱线加捻过程中容易发生退捻现象而使捻度变小，因此随着木棉混纺比的提高，纱线直径变大，透气性降低；同时由于木棉纱线的毛羽含量较多，导致织物间隙减小，透气性能下降。

织物透湿性是指湿气透过织物的能力。通过测量接触角和毛细效应评价织物的吸湿透气性能，如图6、图7所示。由图6可以看出，未经处理的纯棉织物和木棉混纺织物的接触角都大于90°，且随着木棉混纺比的增加，接触角角度逐步提高，面料表面对水的亲和力下降，面料的透湿性降低。这主要是因为木棉及棉纤维表面层的蜡质阻隔了水滴对纤维的渗透能力。根据图7可以看出，木棉纤维混纺比越高，毛细效应值越大。这主要是由于木棉纤维的标准回潮率比棉纤维大，吸湿性能好。虽然木棉纤维表面存在蜡质，但是在纱线织造过程中纤维两头的封闭端往往会遭到破坏造成贯通现象，这就导致了溶液可以沿着纤维中腔的内壁攀爬，芯吸效应增加，从而造成吸湿性能提高的现象。

图6 木棉纤维质量分数对织物透气性的影响
Fig.6 Effect of kapok fiber content on the contact angle of fabric

图7 木棉纤维质量分数对芯吸效应的影响
Fig.7 Effect of kapok fiber content on the wicking property of fabric

由图8可知，纯棉织物的UVA、UVB波段紫外线透过率较高，随着木棉纤维混纺比的增加，UVA、UVB波段紫外线透过率逐渐降低。纯棉织物的防护系数UPF值为14.99，混纺比为30/70和40/60的木棉/棉混纺织物的UPF值显著增大，分别为31.87和35.98，防紫外线性能变强；木棉/棉纤维混纺比为50%时的UPF值可达104.47。根据GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》中“当样品的UPF>40，且T(UVA)AV<5%时即可称为防紫外线产品”的规定，当木棉/棉纤维混纺比达到50%时织物的指标远高于国家标准，属于抗紫外线功能性面料。

图8 木棉纤维质量分数对织物防紫外线性能的影响
Fig.8 Effect of kapok fiber content on the anti-ultraviolet performance of fabric

3 结论

将4种不同比例木棉/棉混纺纱线和纯棉纱线织成规格相同的平纹机织物，研究了不同混纺比木棉/棉混纺机织物力学性能及服用性能的影响，发现随着木棉/棉混纺比的提高，能够提高织物的保暖性、折皱回复性、芯吸效应和防紫外线性能。尤其是防紫外线性能，当混纺比达到50%后，面料达到国家防紫外织物标准，可作为防紫外功能性面料使用。但是织物的耐磨性、透气性和悬垂性均随木棉质量分数的增加而有所降低，通过接触角实验发现随着木棉/棉混纺比提高，织物的亲水性能有所下降。

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(1.College of Textiles and Clothing, Yancheng Institute of Technology, Yancheng 224051, China; 2.Key Laboratory of Eco-Textiles,Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Abstract：To analyze the effect of blending ratio on mechanical property and wearability of kapok/cotton blended woven fabrics, yarns of same count pure cotton and four different kapok/cotton blended ratios (20/80,30/70,40/60 and 50/50 by volume) were selected and woven by the plain weave in the same weaving processes. The results show that the warmth retention property, UV resistance and crease resilience are improved with the increase of kapok fiber content; and once the content of kapok fiber increases up to 50%, the blended fabric could be used as anti-ultraviolet radiation fabric. However, their tensile strength, drapability and permeability are slightly lower than that of pure cotton fabric, so are the abrasion resistance and pilling resistance. Furthermore, their surface hydrophilicity is poorer than that of pure cotton fabric due to high wax content of on kapok fiber surface. The wicking property index becomes better with the increase of kapok fiber content.

Key words：kapok; blended fabric; tensile strength; warmth retention property; UV resistance; wearability

作者简介：俞俭(1971—)，女，副教授，博士研究生，主要从事材料功能整理的研究。通信作者：魏取福，教授，qfwei@jiangnan.edu.cn。

木棉/棉混纺机织物的服用性能

1 实 验

2 测试结果与分析

3 结 论

1 实验

3 结论