生物质石墨烯内暖绒絮片的制备及性能研究yd20822
韩素青，王双成，吕冬生，唐一林 济南圣泉集团股份有限公司功能纤维与应用研究所，山东济南250200
收稿日期2016年12月10日
获奖情况：“第29届(2016年)全国针织染整学术研讨会”优秀论文。
作者简介：韩素青(1989-)，女，研发工程师，硕士。主要从事功能纤维的开发与应用研究。
原载：针织工业，2017/6;25-27
【摘要】生物质石墨烯内暖绒是基于生物质石墨烯开发的一种新型功能合成纤维材料。文中主要对生物质石墨烯内暖绒的透气性、保温性、抑菌性、升温速率等进行测试，并与市场同类品生物绒絮片做对比 结果表明，生物质石墨烯内暖绒具有较好的透气性、保温率，其压缩弹性率大于92％ 、保温率大于84％、透气率大于462 mm／s：生物质石墨烯内暖绒具有优异的抑菌性能，对金黄色葡萄球菌抑菌率大于99％、大肠杆菌抑菌率为99％、对白色念珠菌抑菌率为96％；相同克质量的生物质石墨烯内暖绒的升温速率及保暖性明显高于生物绒。
【关键词】生物质石墨烯；内暖绒；生物绒；升温速率；透气性；保温性；抑菌性
【中图分类号】TS 184.3 文献标志码：B 文章编号：1000-4033(2017)06-0025-03
涤纶絮片产品广泛应用于服装行业[1-4]。是优良的保暖性材料，可替代羽绒、羊毛、棉絮片等，用作滑雪服、防寒服、被子和睡袋的内芯。生物质石墨烯内暖绒(以下简称内暖绒)是基于生物质石墨烯开发的一种新型功能合成纤维材料内暖绒由生物质石墨烯均匀分散于涤纶空白切片中进行共混纺丝生产而成，其作为絮片等填充材料应用于棉被、睡袋、羽绒服、枕头、靠垫、披肩等纺织品，具有轻薄、细腻、柔软、保温性好、抑菌性好[5-7]等特点。
1 试验
1.1 试验材料与仪器
原料：生物质石墨烯粉体(济南圣泉集团自制)，PET粉末、聚酯切片、内暖绒、内暖绒被(济南圣泉集团)，生物绒及其絮片(杜邦公司)。
药品：K90分散剂(济南圣泉集团股份有限公司)
仪器：YG(B)461D型数字式织物透气量仪、YG(B)606E型织物保温性能测试仪(武汉国量仪器有限公司)，YG(B)606G型纺织品热阻和湿阻测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)，GM320远红外测温仪(上海迈哲电子科技有限公司)、气流粉碎机、匀质机、混料机、失重计量电子秤、双螺杆挤出机、母粒切断机、双锥干燥机、真空包装机、热风干燥机、切片预混机、计量进料器、纺丝机、牵伸机、蒸汽干燥机、热定形机组、纤维切断机、打包机。
1.2 试验方法
1.2.1 生物质石墨烯聚酯母粒制备
将生物质石墨烯加入分散剂后进行搅拌，搅拌均匀随即进行粉碎.细度控制在纺丝的范围内，再对聚酯切片进行粗粉碎以增大切片的比表面积和附着力，将处理后的石墨烯和切片粉末按计量比例混合搅拌，混合均匀后.通过加料漏斗将其投入到双螺杆挤出机中，得到石墨烯内暖绒母粒，对母粒进行干燥，真空包装。
1.2.2 内暖绒的制备
将生物质石墨烯聚酯母粒和空白聚酯切片充分混合.得到分散均匀的物料.将物料加入到螺杆挤出机中.在加热及旋转前移过程中经历温度、压力、黏度等变化形成高压熔体状的浆液，压入过滤器进行粗过滤，去除部分固体杂质：再进入箱体使之压力均匀后经过计量泵到组件.在组件中经过多层滤网过滤形成纯净的PET浆液：通过单、多孔喷出熔体细流，经环吹风冷却后进人卷绕工序 通过牵引机将各分散的丝束集中送入落桶工序的盛丝桶中，将若干丝束并成一定粗细、张力均匀的丝束.然后牵至牵伸工序，通过三道牵伸机拉伸.使丝束内部结构发生剧烈的物理反应.改善丝束的物理性能，使丝束二次成型：通过卷曲机的挤压使丝束具有天然棉毛的卷曲状，改善丝束的纺织性能、增加丝束的抱合力和回弹力。经过卷曲的丝束进入热定形机.使丝束的含水率降低.同时在热作用下，消除纤维的内应力、提高结晶度，改善纤维的使用性能：将丝束按照不同的要求切成不同规格的短丝，打包成一定规定尺寸形状的半成品包：最后进行开松得到合格的内暖绒。
1.2.3 生物质石墨烯内暖绒絮片的制备
内暖绒絮片的制备工艺：和棉→喂棉→梳理→铺网→喷浆（喷洒黏合剂) →烘燥→(热轧)切边→检验→卷曲→包装→入库。
纤维配比：0.13 tex(1.2 D)x38mm内暖绒(不含硅)，20％ ：0.28 tex(2.5 D)x64 mm 内暖绒(含硅)，53％;0.67 tex(6.0 D)x64 mm 内暖绒(含硅)20％;热熔丝，7％。
按照上述工艺流程和纤维配比加工絮片，规格如表1所示。
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表1 絮片规格 |
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1.3 生物质石墨烯内暖绒性能测试
1.3.1 拉伸性能
参照GB／T 14337-2008《化学纤维短纤维拉伸性能试验方法》测试样品的拉伸性能
1.3.2 疵点含量
参照GB／T 14339-2008《化学纤维短纤维疵点试验方法》测试样品的疵点
1.3.3 卷曲率
参照GB／T 14338-2008《化学纤维短纤维卷曲性能试验方法》测试。
1.3.4 比电阻
参照GB／T l4342-2015《化学纤维短纤维比电阻试验方法》测试。
1.3.5 透气性能
参照GB／T 5453- 1997《纺织品织物透气性的测定》测定试样。
1.3.6 保温性能
参照GB／T 11048-2008《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》测试样品的保温率、克罗值和热阻值。
1.3.7 抑菌率
参照GB／T 20944.3-2O08《纺织品抗菌性能的评价第三部分：振荡法》定量测定生物质石墨烯内暖绒对大肠杆菌、白色念珠菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率。
1.3.8 升温速率
将絮片裁剪成适当大小的样品平铺在桌子上.或将纤维松散地平铺在桌子上.样品上覆盖一层薄的浅粉色机织面料.样品中心点上方离布面(50±3)cm处，以40 W的灯源照射样品20 min.每2 min记录样品表面温度。
2 结果与讨论
2.1 生物质石墨烯含量对内暖绒性能的影响
选择样品A (1％石墨烯，0.28tex×64 mm)、A2(2％ 石墨烯，0.28tex×64 mm)、测试其物理性能，如表2所示。
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表2 不同含量生物质石墨烯内暖绒的物理性能对比 |
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由表2可知.随着生物质石墨烯含量的增加，断裂伸长率、断裂强度变异系数、疵点含量、卷曲率、比电阻都明显增大.纤维的断裂强度反而减小：生物质石墨烯的含量增加.纤维断裂强度的离散程度增大，石墨烯颗粒不均匀造成纤维的强力下降。石墨烯含量增加，断裂伸长率增大，提高了纤维的柔韧性。
2.2 内暖绒克质量对其性能影响
对克质量为140 g／m 和120g／m2的石墨烯内暖绒絮片的性能进行测试，如表3所示。
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表3 不同克质量内暖绒的性能比较 |
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由表3可知.生物质石墨烯内暖绒的压缩弹性率大于92％、保温率大于84%、透气率大于462 mm／s。随着克质量增加.内暖绒絮片的透气性下降：相同克质量下，烫光絮片较未烫光絮片的蓬松度、克罗值、透气率下降。但下降不明显。
2.3 内暖绒的抑菌性能
对内暖绒纤维(1％生物质石墨烯、0.28 tex×64 mm)进行抑菌性能测试.如表4所示。
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表4 生物质石墨烯内暖绒的抑菌性能 |
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由表4可知.生物质石墨烯内暖绒对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌均具有优异的抑菌效果.尤其是对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到了99％ 以上。
2.4 内暖绒的升温速率
2.4.1 内暖绒纤维升温速率
对比内暖绒纤维和生物绒纤维的升温速率.如图1所示。
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图1 内暖绒纤维升温速率 |
由图1可知.光照2 min内，内暖绒絮片的升温速率明显大于生物绒，且当照射时间为6 min左右时内暖绒和生物绒的温度达到平衡，内暖绒温度明显高于生物绒。
2.4.2 内暖绒絮片的升温速率
探讨几种不同絮片的升温速率.如图2所示。
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a.140 g／m2 未烫光内暖绒絮片.b.140 g／m2烫光内暖绒絮片；c.140 g/m2 咖啡炭絮片深色；d.180 g/m2 咖啡炭絮片浅色。 |
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图2 内暖绒絮片温升速率 |
由图2可知.相同克质量的内暖绒絮片在相同的光照条件下.烫光后的温度低于于未烫光的.因为烫光后的絮片蓬松度下降、热阻降低，从而降低了絮片的蓄热性能；而相同克质量的内暖绒絮片升温速率高于咖啡炭絮片，且内暖绒最终的温度高于咖啡炭絮片。
3 结论
1、生物质石墨烯内暖绒具有较好的透气性、保温率，其压缩弹性率大于92％ 、保温率大于84％、透气率大于462 mm／s
2、生物质石墨烯添加量为1％的内暖绒具有优异的抑菌性能.金黄色葡萄球菌抑菌率大于99％、大肠杆菌抑菌率为99％ 、白色念珠菌抑菌率为96％
3、相同克质量的生物质石墨烯内暖绒的升温速率及保暖性明显高于生物绒.内暖绒可用于高端棉被的开发，满足人们对棉被轻薄、舒适、保暖性能的要求。
参考文献
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