施楣梧,武光信,崔寶濤,陳統(tǒng)仁,陳作芳,王軍鋒

(1.總后勤部軍需裝備研究所,北京 100010;2.山東沃源新型面料股份有限公司,山東 淄博 256100;3.江蘇大學(xué) 能源與動力學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

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紡織品微尺度點狀整理加工技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)

施楣梧1,武光信2,崔寶濤2,陳統(tǒng)仁2,陳作芳2,王軍鋒3

(1.總后勤部軍需裝備研究所,北京 100010;2.山東沃源新型面料股份有限公司,山東 淄博 256100;3.江蘇大學(xué) 能源與動力學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

摘要:提出整理劑在織物表面以微尺度非均勻施加的技術(shù)路線,通過整理劑結(jié)合其微尺度施加結(jié)構(gòu),使織物產(chǎn)生特殊功能．采用靜電場控制下的噴淋加工方法使拒水整理劑在織物單側(cè)表面實現(xiàn)液滴直徑約100～500μm、液滴間距約100～500μm的微尺度點狀分布,在整理劑噴淋面形成差動毛細效應(yīng),實現(xiàn)液態(tài)水在織物上的單向傳導(dǎo)效果．

關(guān)鍵詞:微尺度；點狀整理；噴淋加工；單向傳導(dǎo)

0引言

紡織品整理加工中,傳統(tǒng)的浸軋法加工只能對織物均勻施加整理劑,整理劑不能在織物中形成非連續(xù)的分布結(jié)構(gòu),故只能實現(xiàn)整理劑所帶來的基本功能,且?guī)б毫考s為60%～100%[1],使烘燥定型時產(chǎn)生較高的能耗．泡沫整理技術(shù)可單面施加整理劑,使整理劑在織物厚度方向形成某一分布,并使帶液量降至15%～30%[2]．實踐證明,當某些功能性整理劑以微小的點狀結(jié)構(gòu)離散地施加于織物表面，且宏觀均勻,將使織物得到特殊的整理效果,并使帶液量更少，焙烘定型時的耗能更低．類似于泡沫整理,泡沫染色和氣流霧化染色技術(shù)[3]也采用氣流將染液分散后施加于織物,起到大幅度降低用水量的作用．但染液液滴仍然在織物上呈均勻分布．泡沫上漿、泡沫絲光、泡沫增白及泡沫印花時在同一色塊內(nèi)的工作液均追求均勻分布,工作液液滴并不形成離散的結(jié)構(gòu)．前人在織物表面離散地實現(xiàn)整理劑分布施加的方法,主要有吳燁芳[4-5]、王建中[6]等提出的印花施加方法,即將拒水整理劑用印花機點狀印制在織物的一個表面．這種施加方法通過形成差動毛細效應(yīng),使織物具有單向?qū)Ч?液態(tài)水會單方向地沿織物法向透通,可對運動服、軍警服裝和工裝提供有助于汗液快速釋放的良好功能,其性能優(yōu)于吸濕快干、吸濕排汗等基于沿織物平面方向毛細效應(yīng)的水汽擴散效果．

本文提出整理劑在靜電場控制下的噴淋加工工藝,采用氣助噴霧結(jié)合靜電場控制的方法[7-9],簡便地實現(xiàn)液滴尺寸及分布的控制,使織物的接受面得到點狀分布的微尺度整理劑液滴．在整理劑為拒水劑時,可實現(xiàn)織物單向?qū)δ躘10-11],且加工成本更低、生產(chǎn)效率更高;類似地,改變整理劑的種類或噴灑量,可以實現(xiàn)點狀抗皺[12]、單面拒水、芳香整理等功能．此類加工方法下的織物帶液量約為5%～25%,故同時具有顯著的節(jié)能效果．

1整體設(shè)計

紡織品微尺度點狀加工工藝的實施,可以采用點狀印花[4-6]、氣助噴霧靜電霧化[7-9]、列陣式靜電噴霧[13-14]、旋轉(zhuǎn)式霧化噴嘴[15]等方法．采用印花法將整理劑點狀施加于織物表面時,因需要制網(wǎng)、調(diào)漿、網(wǎng)印、蒸化、清洗等工序,生產(chǎn)流程長、加工成本高．采用噴霧方法將整理劑直接施加于織物一側(cè)表面,直接進定型機烘定固著,可顯著降低成本、提高效率．其中氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)的液滴管理水平高、運行可靠性強，其結(jié)構(gòu)如圖1所示.氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)可以制成單元機安裝在定型機之前,也可以以簡易方式在定型機前段架設(shè)一個龍門架安裝噴嘴．因此,對于前者需要有專門的導(dǎo)布機構(gòu),并為防止噴淋到織物表面的液滴被導(dǎo)布機構(gòu)沾染拖移而破壞點狀結(jié)構(gòu),需要有紅外燈等預(yù)烘機構(gòu)使織物表面基本干燥;對于安裝在定型機前段的簡易方式,則不需要設(shè)置預(yù)烘裝置,可直接利用定型機的導(dǎo)布機構(gòu),將經(jīng)噴淋加工的織物直接導(dǎo)入定型機．噴淋機構(gòu)是氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)的關(guān)鍵．由于目前國內(nèi)外的扇形氣助噴嘴的噴霧寬度最大僅70cm,故至少需要3個扇形噴嘴來銜接,使噴霧寬度達到坯布門幅(170cm左右,經(jīng)熱定型后使成品門幅達到150cm).為使多個扇形噴嘴噴出的霧滴密度在門幅方向保持均勻,應(yīng)選用在寬度方向噴灑均勻的扇形噴嘴,并在噴灑密度開始下降,直至噴灑密度為0的衰減段呈現(xiàn)線性衰減的特性,以便左右相鄰的兩個噴嘴只要調(diào)整到衰減段重疊,即可達到沿門幅方向噴灑密度均勻的目的．

靜電控制機構(gòu)是在噴嘴前端設(shè)置一個與噴嘴殼體保持電絕緣的針型或環(huán)型發(fā)射電極，在織物下方設(shè)計一個平板狀的接收電極,在這兩個電極之間采用高壓發(fā)生器施加高電壓(根據(jù)液滴粒徑要求確定為8kV左右)[15],形成靜電場．隨著靜電場場強的提高,靜電場的電磁力破壞液滴表面張力的能力增強,可使液滴分離成更小的尺寸,從而實現(xiàn)通過調(diào)整靜電壓來調(diào)整液滴尺寸的目的．

整理劑調(diào)液輸液系統(tǒng)由調(diào)液桶、攪拌機構(gòu)和定量輸送泵組成,并設(shè)計了切換液路,在噴淋加工結(jié)束后,采用專用的清洗液對管路和噴嘴進行清洗,以防堵塞．氣流平衡機構(gòu)由噴淋區(qū)域四周的密封罩和織物下方的吸風口組成．為防止氣助噴霧使噴淋區(qū)產(chǎn)生正壓，霧化氣體從噴淋區(qū)域逸散，浪費物料并污染環(huán)境,需根據(jù)氣助噴霧噴嘴的氣體總流量,在織物背面設(shè)置一個與接收電極極板尺寸相對應(yīng)的吸風口,在噴淋區(qū)域基本密封的前提下,采用織物下方抽吸的方法來平衡氣流,防止霧氣擴散,并使霧化液滴在氣流和靜電作用下滲入織物內(nèi)部．氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)的噴霧氣壓、工作液流量、靜電霧化所需的靜電壓及其他控制設(shè)備均集成安裝在單元機的控制臺內(nèi);或集中安裝在定型機旁邊,供調(diào)整操作．氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)適用于常規(guī)功能性整理劑的噴淋加工,在控制工作溫度，選用高交聯(lián)溫度整理劑的前提下,配合一定的操作規(guī)程,可避免噴嘴堵塞,保證正常運行．氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)的輸液量可以在0～55mL/s范圍內(nèi)調(diào)整,靜電壓的調(diào)節(jié)范圍為0～15kV,工作液液滴尺寸可以在100～500μm范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié),工作液在織物表面的施加量為10～50mL/m2．假設(shè)織物的面密度為200g/m2,故帶液量僅為5%～25%,節(jié)能效果突出．

2液滴尺寸和分布狀態(tài)的調(diào)整

液滴尺寸和分布狀態(tài)決定于噴嘴結(jié)構(gòu)、氣壓、工作液流量、噴灑距離,以及靜電場電極結(jié)構(gòu)、靜電壓、工作液的液滴的荷質(zhì)比和織物的加工速度．在噴嘴規(guī)格確定后,增加氣壓可降低液滴尺寸,同時會增加液滴的逸散,特別在液滴以較大傾角吹向織物表面時,會因碰撞而脫離織物表面．在噴淋機構(gòu)確定后,噴灑距離也不可變．織物的加工速度直接影響加工效率,不允許加工速度過低．

對工作液添加特定鹽類化合物以達到固定的荷質(zhì)比，并在電極結(jié)構(gòu)確定后,施加的靜電壓的高低可有效控制液滴的尺寸和分布狀態(tài)．因為靜電場中荷電液滴的運動是由電場力、重力和噴嘴的氣流驅(qū)動力共同決定．在噴嘴壓力較小、靜電場強度較大的前提下,液滴主要受靜電場力控制,當液滴的內(nèi)聚能低于電場能量時將發(fā)生液滴的破裂,使液滴尺寸細化．并因相鄰液滴具有相同的電極性,在電場中相互分離且逐漸趨于均勻化;即使對于由兩個相鄰噴嘴噴出的呈交叉噴射狀態(tài)的液滴而言,也會在電力線作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷テ叫械男羞M軌跡,避免相鄰噴嘴在噴淋重疊區(qū)域產(chǎn)生因液體碰撞而出現(xiàn)液滴變大的現(xiàn)象．

圖2所示為在相同噴嘴及氣壓條件下,不同靜電壓下的液滴在普通織物上的施加尺寸和分布狀態(tài)．為便于觀察,采用紅色食用色素代替整理劑．圖2(a)為未施加靜電場,僅依靠氣助噴嘴,在氣壓0.2MPa、流量12mL/s、織物移動速度25m/min時,液體在織物表面的施加狀況．可以看出,液體尺度和液滴間的間隙尺度均達到數(shù)毫米,不能滿足單向?qū)裙δ艿男枰?圖(b)為施加4kV靜電時的液滴分布狀態(tài),顯然比未施加靜電場時要均勻得多;圖(c)是施加8kV靜電時的液滴分布狀態(tài),其液滴尺寸和液滴間距已經(jīng)可以滿足制備單向?qū)椢锏木芩畡┦┘右螅?/p>

需要說明的是,圖2所示液滴分布狀態(tài)因液滴在普通織物上有潤濕和滲透現(xiàn)象,故液滴形狀變得模糊，邊界也有擴展,看起來影響了點狀加工的分布均勻性．為展示液滴未在織物表面滲開時的分布狀態(tài),在8kV靜電壓下,分別施加14mL/s和22mL/s兩檔工作液流量,將液滴噴淋到經(jīng)拒水整理的織物表面(布速25m/min),得到圖3所示的外觀．

從圖3可以看出，在8kV靜電壓下,兩個工作液流量下的液滴形狀均基本接近圓形,液滴的尺度約為80～90μm和90～100μm,液滴間的間距約為130～150μm和100～130μm,液滴尺寸已可滿足制造單向?qū)椢锏男枰?/p>

因此,噴淋法點狀整理加工在噴嘴規(guī)格等設(shè)備條件決定后,宜采用適當偏低的噴霧氣壓進行初步的霧化,再通過靜電壓和工作液流量的調(diào)整,達到所需要的液滴尺寸和分布．當然,采用調(diào)整工作液流量的方法改變液滴分布狀態(tài)時,需要同時調(diào)整工作液濃度,以達到功能性整理的效果．

3功能性產(chǎn)品制造及性能評價

采用微尺度點狀染整加工技術(shù),能夠生產(chǎn)具有特殊功能的紡織品,例如單向?qū)媪?、單面拒水面料、點狀抗皺面料,等等．單向?qū)媪显诿媪蟽?nèi)表面接觸汗水等液態(tài)水時能沿面料的法向快速導(dǎo)往外表面,而面料外表面接觸液態(tài)水時不會向織物內(nèi)表面滲透,只在外表面擴散．故單向?qū)媪峡蔀檫\動服、工裝，以及醫(yī)生的手術(shù)服提供很多合用的功能．單向?qū)媪系闹圃?是在其內(nèi)表面用含氟拒水劑、含硅拒水劑等常規(guī)拒水劑進行點狀施加,當織物內(nèi)表面接觸液態(tài)水時,因施加拒水劑的點狀區(qū)域和未施加拒水劑的縫隙之間存在差動毛細效應(yīng),液態(tài)水就被引導(dǎo)到拒水劑的縫隙區(qū)域,并被毛細力引導(dǎo)并擴散到織物正面;而織物正面接觸水分后由于毛細力的方向是指向織物外表面的,故低于某壓強的液態(tài)水無法抵御該毛細力，無法將液態(tài)水滲入到織物內(nèi)表面．

采用氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)進行拒水劑點狀加工的方法適合于除含毛量很高的毛織物外的各種面料．高含毛量的毛織物因毛纖維表層具有一定量的脂肪蠟質(zhì),導(dǎo)致施加了拒水劑后的點狀區(qū)域和基底的脂蠟之間均具有較好的拒水效果,即難以形成差動毛細效應(yīng),故較難形成明顯的單向?qū)δ埽畬τ诿蘅椢?經(jīng)正常的煮練加工，特別是絲光加工后棉蠟已經(jīng)充分洗去)、化纖織物等常規(guī)纖維制品而言,只要點狀施加的拒水劑與織物基底的拒水性有比較明顯的差異,即可保證差動毛細效應(yīng)存在,即可使其單向?qū)?yīng)具有足夠的持久性．以制作運動衫的純滌雙面針織布(150g/m2)為例,采用氣助噴霧靜電霧化方法點狀施加拒水劑后,織物反面向上，距織物上表面1cm處用普通滴管滴下一滴混入紅色食用色素的水(約0.05mL)時,紅水在1s內(nèi)沿織物法向滲入到織物的外表面,在外表面下方墊置的吸水濾紙上出現(xiàn)直徑接近2cm的紅色斑痕;當織物外表面向上，也采用同樣方法滴紅水到織物外表面時,1s內(nèi)在織物外表面形成直徑不小于2cm的斑痕,且在6s內(nèi)不在下方所墊濾紙上沾染紅水痕跡．說明該織物具有顯著的單向?qū)δ埽愃频?對滌棉混紡的梭織面料進行含氟整理劑的點狀整理后制成醫(yī)生手術(shù)服,可按醫(yī)院消毒要求經(jīng)50次消毒后仍保持良好的單向?qū)δ?且在織物內(nèi)表面接觸液態(tài)水后,液態(tài)水迅速移至織物外表面,而織物內(nèi)表面仍保持干燥狀態(tài)．如果將拒水劑的噴灑流量增大到形成連續(xù)拒水膜層后再經(jīng)焙烘定型,即可得到類似于泡沫整理的單面拒水效果．另外,如將工作液改為交聯(lián)劑,并施加到棉織物表面,則可實現(xiàn)點狀交聯(lián),可以克服現(xiàn)有棉織物抗皺整理導(dǎo)致織物手感硬、撕裂強度低的問題．采用此類方法,可使棉織物具有類似于液氨整理+潮交聯(lián)加工后的抗皺效果．

4結(jié)束語

在紡織品的整理加工中,使整理劑在織物表面實現(xiàn)微尺度的點狀結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu),可實現(xiàn)特殊的功能．采用氣助噴霧靜電霧化系統(tǒng)進行拒水整理劑點狀噴灑的方法,可有效實現(xiàn)整理劑的點狀均勻施加,在織物表面實現(xiàn)差動毛細效應(yīng),實現(xiàn)織物單向?qū)δ?并具有織物帶液量低、節(jié)省能源及降低加工成本等優(yōu)點．點狀加工方法還可以開發(fā)單面拒水、點狀抗皺等功能性面料,具有良好的應(yīng)用前景．

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編輯、校對：武暉

文章編號:1006-8341(2016)02-0239-05

DOI：10.13338/j.issn.1006-8341.2016.02.018

收稿日期:2016-01-23

基金項目：山東省科技發(fā)展計劃項目(2014GGX108002);山東省成果轉(zhuǎn)化專項項目(2014CGZH0209)

通訊作者:施楣梧(1957—),男,浙江省余姚市人,總后勤部軍需裝備研究所教授級高工,研究方向為紡織材料和戰(zhàn)場防護裝備．E-mail:shimeiwu@263.net.cn

中圖分類號：TS 195.5

文獻標識碼：A

Processing technology and functional product development of textile microscale dot finishing

SHIMeiwu1,WUGuangxin2,CUIBaotao2,CHENTongren2,CHENZuofang2,WANGJunfeng3

(1.The Research Quartermaster Institute of General Logistic Department of the PLA, Beijing 100000, China;2.Shandong Woyuan Newfashioned Fabric Co. Ltd, Zibo 256100，Shandong, China;3.School of Energy and Power Engineering,Jiangsu University, Zhenjiang 212013，Jiangsu, China)

Abstract:The technical route of microscale non-uniform application of finishing agent on fabric surface is put forward, which can make the fabric achieve special functions by finishing agent and its microscale application structure.With the spray processing method controlled by electrostatic field, water-repellent finishing agent can achieve microscale dot distribution,in which the droplet diameter is about 100 to 500μm and droplet spacing is about 100 to 500μm on one side of the fabric.The differential capillary effect is formed on the finished surface; thus the unidirectional conduction effect of water is realized on the fabric.

Key words:microscale; dot finishing; spray processing；unidirectional conduction

引文格式：施楣梧,武光信,崔寶濤,等.紡織品微尺度點狀整理加工技術(shù)及產(chǎn)品開發(fā)[J].紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報,2016，29(2)：239-243.

SHI Meiwu,WU Guangxin,CUI Baotao,et al.Processing technology and functional product development of textile microscale dot finishing[J].Basic Sciences Journal of Textile Universities,2016，29(2)：239-243.