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竹炭吸湿排汗涤纶交织针织物的性能研究

竹炭吸湿排汗涤纶交织针织物的性能研究

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详细描述

竹炭吸湿排汗涤纶交织针织物的性能研究
一、 一、研究的背景、目的和意义
随着社会的进步,科技的快速发展,各种功能性产品频频亮相,人们对服装的要求也越来越多,逐渐趋于多元化、时尚化、健康化。针织服装以其适体性和休闲性深受青睐。 竹炭是以三年生以上高山毛竹为原料,经近千度高温烧制而成的一种炭,原料来源广,我国自1995年开始烧制竹炭。近年来,竹炭纤维凭借其超强的吸附性能,自动调节湿度、吸湿快干、蓄热保暖性能,特殊的保健性能等而受到消费者的喜爱,其应用非常广泛。吸湿排汗纤维是将自然界的毛细管原理引入纺织品的开发,使其织物具有较强的吸湿透气性。竹炭/吸湿排汗交织针织物在具有竹炭纤维的优良性能的同时,又有良好的芯吸性透气性。目前竹炭纤维的研究成果颇多,但竹炭/吸湿排汗交织针织物的研究还少有涉及,本课题主要是对竹炭/吸湿排汗涤纶交织针织物的性能研究。
一、 二、国内外文献综述
(一)竹炭纤维
1、竹炭纤维的发展
竹炭纤维是把竹炭研磨成竹炭粉,使其粒径在0.5μm以下,然后用表面活性剂处理,在高温下与化学纤维切片混溶制得色母粒,再将色母粒与化学纤维切片混溶,通过传统纺丝工艺制得竹炭纤维,一般纤维中竹炭粉含量为2%~3%。竹炭纤维根据其母粒载体的不同可分为竹炭涤纶纤维、竹炭锦纶纤维、竹炭粘胶纤维、竹炭丙纶纤维等[1]。竹炭纤维具有超强的吸附性能,自动调节湿度、吸湿快干、蓄热保暖性能,特殊的保健性能等多种优良特性,深受广大消费者的喜爱,并且来源广泛,近年来发展迅速,加速竹炭纺织品的开发对我国纺织业的发展具有深远的意义。
竹炭的生产起始于上世纪90年代中期,它是竹材及其加工剩余物经高温热解的产物。在国外进行竹炭研究的主要是日本,还有韩国、印度尼西亚等国家。2008年泰国的C.I.Huang等[2]人研究竹炭粘胶/金属纱交织的机织物性能,包括复合机织物远红外线的发射率,负离子的发射率,织物透湿性,表面比电阻等,同时对织物的制造工艺进行了评价。2009年泰国的Walaikorn Nitayaphat研究制备壳聚糖/竹炭复合薄膜,探索改性竹炭涤纶纤维的复合薄膜的物理机械性能,研究壳聚糖/竹炭的性能。2011年印度的PSG科技大学的P.Kandhavadivu研究竹炭涤纶编织的医疗保健纺织品,开发具有抗菌,除臭和舒适性的医院纺织品[3],采用莱赛尔竹炭纤维,以不同的纤维比例编织平纹织物,提高产品舒适性。2004年,中国台湾工业研究院成功开发出了竹炭改性涤纶纤维;2005 年华东理工大学研制出了竹炭粉体和色母粒,并开发出了纤维产品;东华大学也在2005年做出了粉体、色母粒和竹炭改性涤纶纤维;另外,河南新乡白鹭化纤公司、泉州海天相继成功开发出了竹炭黏胶纤维[3]。江苏盛虹化纤有限公司制备出皮芯结构的活性竹炭改性锦纶长丝[4]
2、竹炭纤维的生产工艺
竹材主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成。竹炭的形成过程就是竹材这种天然高分子化合物受热分解的过程。目前烧制方法主要有土窑烧制和干馏热解方法。现阶段制备的竹炭纤维主要为以聚丙烯、聚酯或尼龙切片为载体与竹炭微粉(母粒)混合制成的合成纤维基竹炭纤维和以粘胶为载体与竹炭微粉(母粒)混合制得的粘胶基竹炭纤维。下面是合成纤维基竹炭纤维制备流程[5]

   短纤→纺纱→织造
3、竹炭纤维的性能特点
竹炭表面及内部特殊的超细微孔结构使其具有很强的吸附能力,对人体异味、油烟味、甲醛、苯、氨等化学气体有吸收、分解异味和消臭作用;竹炭的多微孔结构使其具有水分平衡作用,利用竹炭纤维制成的织物具有自动调节湿度、吸湿快干、蓄热保暖性能;特殊的保健功能,竹炭纤维能持久释放负离子,负离子是空气中的“维生素”,有镇静、催眠、镇痛、镇咳等功效,有利于身体健康,提高睡眠质量,能够增强人体的免疫力;优异的服用性能,竹炭纤维织物具有优良的抗起毛、起球效果,双抗效果达4~4. 5 级;织物常温常压可用阳离子染料染色,并可染深度颜色,颜色较为亮丽,色牢度达到4 级以上,染色后仍可保持该产品原有的性能,具有极好的服用安全性。织物水洗后易干,无论采取什么洗涤方法、经历多少次洗涤,仍可保持上述功能 [6]
4、竹炭纤维产品的开发
随着竹炭技术的不断进步,越来越多的竹炭产品被开发出来,目前竹炭已应用于许多方面。在家居生活方面,竹炭凭借其远红外特性应用于安眠枕,可以起到促进血液循环,减缓疲劳的作用;此外,竹炭还可以制成活性炭,竹炭香包等,起到净化空气的作用。在水处理方面,竹炭可用于水质净化、处理废水、净化养殖水等,并取得了很好的发展。周荣稳等[7]利用光催化竹炭纤维成功地开发出了一系列纬编针织物。其研究结果表明:光催化竹炭纤维针织面料具有良好的耐磨性和悬垂性,使人穿着十分舒服。易冬芳等[8]通过研究,研制出了高耐磨性、强力的竹炭涤纶/精梳棉混纺赛络纱,使产品质量得到明显的提高。刘洪波等[9]对活性炭进行了研究,他们用竹节炭化物制备出了拥有高比表面积的活性炭。查安霞等[10]通过低温高风速工艺,通过优化纺丝条件,开发出中空结构的竹炭-聚酯共混短纤维。2008年,浙江纺织服装科技有限公司开发出竹炭保健内衣、竹炭保健凉席、竹炭保健毯和竹炭保健床品,将灰黑色的竹炭纤维混纺纱用在面料里层,与外层流行色纱线交织,使接近于体表的竹炭纤维能充分发挥保健效果;2009年,上海帕兰朵高级服饰有限公司和上海得斯伟纺织品有限公司合作将涤纶型竹炭纤维与棉纤维混纺,并以该混纺纱线和另外一种混纺纱线(棉与纽代尔)及氨纶交织生产出双层结构针织内衣面料[11]。这些研究让竹炭产品走入人们的生活中,竹炭因其蓄热保暖、防霉等优良性能已广泛应用于衬衫、T恤等。在农业方面,由于竹炭本身有许多的孔隙管道,它可以分解通过的有机物以及其他的有害物质,从而净化土壤。目前,傅秋华等[12]关于竹炭对土壤性质影响的研究在这方面已经得到了证实。由于竹炭的种种优良性能,其应用越来越广泛,越来越受到广大消费者的喜爱,具有非常好的发展空间。
(二)吸湿排汗涤纶纤维
1、吸湿排汗涤纶纤维的发展
随着人们生活水平的不断提高,人们对服装的穿着舒适性和功能性的要求也越来越高,面料的吸湿排汗性更是受到消费者的青睐。传统的涤纶纤维由于缺少亲水性基团,吸湿性比较差。由于涤纶纤维吸湿性差,穿着涤纶织物时不吸汗,有闷热感。如何提高涤纶织物的吸湿性、透气性是国内外关注的课题,舒适化成为合纤发展的新方向[13]。具有舒适性和自然感的“自然合纤”已成为主要发展方向。舒适性是指重量轻而吸汗性和快干性好,与肌肤接触面积小,感觉舒适[14]
早在1982年初,日本帝人公司就开始了吸水性聚酯纤维的研究,研制的中空微多孔纤维在1986年申请了专利;1986 年美国杜邦公司首次推出名为“Coolmax”的吸湿排汗聚酯纤维,纤维外表具有4条排汗沟槽,可将汗水快速带出,散发空气中,制成的衣料洗后30min几乎已完全(98%)干透,夏季穿着仍能保持皮肤干爽;1999年杜邦公司结合研发的低处理剂用量快干特性的专利技术,推出升级换代Coolmax Alta系列布料[15]
国内仪征化纤公司生产的Coolbst 纤维具有“H”截面,使纤维和纤维集合体具有较强的毛细效应,其抗弯性能优于其它网形截面纤维,使织物蓬松,手感舒适。广东顺德金纺集团有限公司开发的纤维Coolnice,其吸湿导汗功能接近甚至超过国外某些同类产品。2008 年6 月由中国石化洛阳分公司和东华大学共同承担的“十”型吸湿排汗纤维通过鉴定,其自行设计的“十”字型喷丝板,在7500 吨/年中空纤维柔性生产线上已成功开发了1.56 分特“十”字形吸湿排汗短纤维新产品[16]
德国BASF公司申请了吸湿排汗纤维专利,该专利是利用改进喷丝孔和选用PET,PA 双组分复合共纺的方法,使纤维吸湿排汗性能具有持久性。最近日本东洋纺公司还开发了呼吸的聚酯织物“Ekslive”,它是通过聚合法把一种“神秘粉末”,利用化学键接的方式连接到聚酯纤维上,通过吸湿排除热量,改善织物的饱和吸水性。日本Komatsu Serien公司通过蚕丝化合物接枝聚合改性得到吸水排汗聚酯纤维。此外,日本帝人公司还研发出“吸湿性纤维”,此种纤维比吸水性纤维更具有吸汗快干的效果且有极佳的干爽感[17]
韩国晓星公司开发的一种具有良好吸湿排汗功能的新型聚酯纤维Aerocool,中文名为“艾丽酷”。韩国东国贸易株式会社利用纤维表面异型截面的毛细管现象及比表面积大的特点,研发出I-COOL系列吸湿排汗纤维[18]
2、吸湿排汗涤纶纤维的加工方法
从文献报导看,主要是通过化学改性和物理改性的方法赋予涤纶纤维较高的吸水性、输水性,以提高涤纶织物穿着的舒适感。化学改性法主要包括用亲水性基团接枝共聚和亲水性化合物进行涂层处理。用亲水性基团接枝共聚就是指在涤纶分子结构中,通过引入醚键、羟基、磺酸基团等亲水性基团,并在大分子上进行接枝共聚,从而使涤纶纤维的吸湿性增强。由于受到涤纶分子链结构以及接枝共聚的条件影响,因此未能工业化。用亲水性化合物进行涂层处理是通过涂层处理来改变涤纶的疏水表面层性能,目前应用较广泛。目前用物理改性法生产的纤维主要有超细涤纶纤维、中空微孔纤维、异形截面涤纶纤维等[19]
3、吸湿排汗涤纶制品的开发
吸湿排汗织物是通过织物结构设计或纤维改性等手段来改变织物对水分的吸湿、转移、放湿等性能,使其同时具有吸水性和快干性。吸湿排汗快干功能的织物既有针织物又有机织物,按照其结构的不同可分为单层、双层、多层织物等[20]
汪南方等[21]用浆点印制法对纯棉针织物进行单向疏水整理,具有较强的耐洗性。吴济宏等[22]先对纱线进行拒水整理,再织造和染色以制备导湿针织面料,但存在拒水处理的纱织造工艺复杂,织物染色时易花,加工成本高等缺点。吴烨芳等[23]通过单面整理棉织物,使其达到导湿快干的效果,但涂层整理后的织物透气性变差,影响其服用性能。何天虹等[24]采用单面整理技术开发双侧吸湿快干纯棉针织物。王晓等[25]研究发现,外层为棉纤维内层为中空涤纶织物的保暖性和内层干燥性比内外层均为棉纤维的织物要好,比仅用具有亲水性能的普通纱线构造的织物具有明显的吸湿排汗快干效果,且当表面疏水性纤维含量为30%时,织物的吸汗性能及干爽性能最好。日本东丽公司生产的Airfine Field Sensor多层针织物能快速吸收人体排汗并从里层扩散到表面层,其吸湿快干能力是吸汗针织物Field Sensor的2倍,常用于运动服、医疗保健服和工作服等。捷克Bnro针织研究所采用日本福原V-LEC4BS电脑提花双面纬编开发了多种天然彩棉灯芯点结构集层织物和常规空气层结构织物。侯秋平等[26]所研制的双面织物,通过研究表明:如果织物内外层原料完全相同,那么灯芯点的密度越小,织物导湿性能就越好。
(三)总结
当今社会人们对服装的要求越来越高,逐渐趋于多元化、时尚化、健康化。针织服装以其适体性和休闲性深受青睐。天然纤维虽然深受人们的青睐,但仍然存在一定的局限性。例如:棉织物散热慢,织物的保温性能差;蚕丝轻薄,刚开始穿上比较凉爽,一旦吸汗就会贴附在身上,很不舒服,因此,服装的湿热传递性能尤为重要。在夏天,如果人的汗液不能很好地通过织物传递到外界,就会使人们产生闷热感,影响服装的舒适性。因此,开发吸湿快干织物就显得很重要了。随着社会的进步,近年来,服装的保健性越来越受到人们的关注,竹炭纤维凭借其超强的吸附性能,自动调节湿度、吸湿快干、蓄热保暖性能等迅速进入人们的视线,目前已广泛应用到人们的日常生活中。现阶段,竹炭纤维以及吸湿排汗涤纶的研究成果颇多,但竹炭/吸湿排汗交织针织物的研究还少有涉及。竹炭/吸湿排汗交织针织物在具有竹炭纤维的优良性能的同时,又有良好的芯吸性透气性,开发出性能优良的竹炭/吸湿排汗交织针织物就显得格外重要。
三、研究的主要内容和拟采用的研究方法
 
四、研究进度安排
 
五、主要参考文献
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