陳明輝,郭明奇,蔣 黎,王 波,劉建立,高衛(wèi)東
(1.江南大學(xué) 紡織技術(shù)研究所,江蘇 無錫 214122;2.無錫小天鵝股份有限公司,江蘇 無錫 214028)
紡織品洗護(hù)是保證其清潔衛(wèi)生的主要技術(shù)手段,然而不科學(xué)的洗滌將損傷織物的服用性能,尤其是影響織物的保形性??椢锏谋P涡允侵缚椢镌谑褂眠^程中或洗后能保持原有外觀特征、便于使用、易于保養(yǎng)的性能[1]。目前保形性并沒有特定的相關(guān)指標(biāo)來定義,一般通過測(cè)試織物的折皺回復(fù)性能和織物的抗皺性能來反映織物的保形性,折皺回復(fù)性和抗皺性越好則織物的保形性能越好。近年來,對(duì)于織物的保形性,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了一系列的研究。楊書會(huì)等[2]分析純棉織物的折皺回復(fù)角和組織結(jié)構(gòu)參數(shù)的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)紗線捻度、線密度對(duì)織物的經(jīng)緯向和總折皺回復(fù)角影響最大,可通過提高紗線捻度、降低紗線線密度來改善純棉織物的抗皺性。Dong X等[3]研究了織物的應(yīng)變曲線與折皺回復(fù)性的關(guān)系,建立了兩者之間的回歸方程。張曉婷等[4-5]研究了織物的折皺回復(fù)角與物理力學(xué)性能指標(biāo)間的關(guān)系,分別建立了經(jīng)緯紗線密度、經(jīng)緯紗密度、組織系數(shù)與織物折皺回復(fù)角的回歸方程和組織系數(shù)、經(jīng)緯紗覆蓋系數(shù)與織物折皺回復(fù)角的回歸方程。劉成霞等[6-7]采用三維激光掃描技術(shù),提取不同等級(jí)模板的特征參數(shù),同時(shí)利用圖像處理技術(shù)提取特征指標(biāo),運(yùn)用逐步回歸分析法建立綜合特征指標(biāo)與平整度等級(jí)的模型,結(jié)果表明該方法與主觀評(píng)價(jià)的吻合度達(dá)90%,能合理反映織物平整度等級(jí)。王蕾等[8]研發(fā)了一種基于視頻序列的JN-l型織物折皺回復(fù)性能動(dòng)態(tài)測(cè)試儀,該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)織物試樣的動(dòng)態(tài)回復(fù)性的科學(xué)表征。潘寧[9-10]的研究成果經(jīng)過美國(guó)欣賽寶科技公司轉(zhuǎn)化,研發(fā)了PhabrOmeter?織物評(píng)價(jià)系統(tǒng),能夠方便、快速地測(cè)得織物的折皺回復(fù)率及織物的各項(xiàng)手感指標(biāo)。
目前,關(guān)于洗滌對(duì)織物保形性影響的相關(guān)研究尚處于起步階段。2012年Siroká B等[11]對(duì)天絲纖維、黏膠纖維及莫代爾纖維三種再生纖維素纖維進(jìn)行模擬洗滌實(shí)驗(yàn)得出,纖維吸濕后再生纖維素纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生重組,纖維分子能量降低,進(jìn)而織物易受力變形。2013年Yun C等[12-13]指出織物的厚度、濕重影響棉織物及滌綸織物在洗滌過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),進(jìn)而影響洗滌時(shí)織物折皺的形成。2014年袁建榮等[14]研究了洗滌溫度對(duì)織物外觀平整性的影響,結(jié)果表明洗滌溫度升高,織物的外觀平整性變差;同種纖維織物厚度越大,彎曲、剪切剛度越大,洗滌過程中不易變形,洗后平整度越好。需要指出的是,已有的研究中重點(diǎn)關(guān)注了織物組織結(jié)構(gòu)、紗線性能、纖維種類等特性對(duì)織物折皺回復(fù)性能的影響,以及洗后織物的外觀平整度。目前為止,經(jīng)過連續(xù)洗滌對(duì)不同規(guī)格參數(shù)的織物保形性的影響尚不明確,洗滌次數(shù)對(duì)保形性影響的相關(guān)研究報(bào)道較少。
本文以市場(chǎng)上用來制作襯衫的棉織物為研究對(duì)象,通過評(píng)價(jià)洗后織物的外觀平整度,測(cè)試洗后織物的折皺回復(fù)率,探討連續(xù)洗滌對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的織物保形性的影響,分析不同洗滌次數(shù)對(duì)織物保形性的影響,為進(jìn)一步研究洗后織物的保形性及織物保形性測(cè)試提供依據(jù)。
本文選用10種織物規(guī)格參數(shù)不盡相同、未經(jīng)染色和無抗皺整理的棉織物為實(shí)驗(yàn)材料,織物規(guī)格參數(shù)如表1所示。
表1 織物規(guī)格參數(shù)Tab.1 Fabric specification parameters
根據(jù)經(jīng)緯紗線密度由大到小的順序?qū)?0種織物進(jìn)行編號(hào)。1#、3#、5#、8#、9#、10#試樣為平紋純棉織物;2#、4#、6#試樣為斜紋純棉織物;7#試樣為滌棉混紡的平紋織物。在外觀平整度評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中,按照AATCC 124—2018《織物經(jīng)多次家庭洗滌后的外觀平整度測(cè)定》要求,每種織物裁取3塊試樣,試樣尺寸為38 cm×38 cm,編號(hào)為1#-A,1#-B,1#-C,以此類推,共計(jì)30塊試樣。每次實(shí)驗(yàn)洗滌某種織物的三塊試樣,每種織物進(jìn)行10次洗滌實(shí)驗(yàn),洗滌后在自然狀態(tài)下懸掛晾干,在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下評(píng)價(jià)織物外觀平整度。在折皺回復(fù)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中,將表1所列的每種織物,用取樣器各裁取3塊100 cm2大小的圓形試樣,編號(hào)為1#-1,1#-2,1#-3,以此類推,共30塊試樣。將試樣平鋪到洗衣袋中共進(jìn)行10次洗滌,每次洗滌后,將試樣自然晾干,采用PhabrOmeter?織物評(píng)價(jià)系統(tǒng)測(cè)試織物折皺回復(fù)性能。
儀器主要包括美的MFC100型滾筒洗衣機(jī)、美的MDS70型烘干機(jī)(無錫小天鵝股份有限公司),AATCC 124—2018平整度等級(jí)評(píng)價(jià)用標(biāo)準(zhǔn)模板(美國(guó)紡織化學(xué)師與印染師協(xié)會(huì)),PhabrOmeter?織物評(píng)價(jià)系統(tǒng)(美國(guó)欣賽寶科技公司),100 cm2織物圓形取樣器(新匯儀器設(shè)備有限公司)。
本次實(shí)驗(yàn)選用洗滌參數(shù):一次洗滌節(jié)拍內(nèi),滾筒正轉(zhuǎn)10 s停10 s,反轉(zhuǎn)10 s停10 s,正反轉(zhuǎn)速均45 r/min,控制洗衣機(jī)的進(jìn)水量20 L、主洗時(shí)間45 min、脫水轉(zhuǎn)速600 r/min,洗滌溫度50 ℃。在保形性評(píng)價(jià)時(shí),試樣平整度等級(jí)參照AATCC 124—2018規(guī)定方法進(jìn)行評(píng)價(jià),試樣折皺回復(fù)率采用PhabrOmeter?織物評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
按照標(biāo)準(zhǔn)AATCC 124—2018《織物經(jīng)多次家庭洗滌后的外觀平整度測(cè)定》,洗滌時(shí)選用與洗滌試樣規(guī)格參數(shù)相同,尺寸為(92±3) cm×(92±3) cm的負(fù)載織物作為陪洗材料以滿足AATCC 124—2018規(guī)定的洗滌總質(zhì)量要求。每次洗滌時(shí),三塊織物試樣和負(fù)載織物質(zhì)量要達(dá)到(1.8±0.06) kg。為了減少負(fù)載對(duì)測(cè)試試樣折皺的影響,參照標(biāo)準(zhǔn)BSEN 60456—2016《家庭用洗衣機(jī):性能測(cè)量方法》,將負(fù)載布中心頂起四角下垂,進(jìn)行一次折疊,負(fù)載和試樣交錯(cuò)重疊放入洗衣機(jī)滾筒中進(jìn)行洗滌。洗滌后,以織物經(jīng)紗為垂直方向?qū)⒚總€(gè)試樣兩角夾緊掛起自然懸掛晾干。試樣在標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中靜置4 h,在平整度標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)環(huán)境下,將試樣固定在可見板上,與AATCC 124立體標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行對(duì)比,確定每塊織物平整度等級(jí)。在本實(shí)驗(yàn)中,計(jì)算同種織物3塊試樣的平整度等級(jí)的平均值,作為該試樣一次洗滌實(shí)驗(yàn)的外觀平整度等級(jí)。
將尺寸為100 cm2的三塊圓形試樣裝入洗衣袋,并與尺寸為(92±3) cm×(92±3) cm負(fù)載織物同時(shí)放入洗衣機(jī)中進(jìn)行洗滌,洗后試樣平鋪?zhàn)匀涣栏伞0凑諛?biāo)準(zhǔn)AATCC TM 202—2014《紡織品相對(duì)手感值:儀器法》,將待測(cè)試樣放在溫度20 ℃、相對(duì)濕度65%恒溫恒濕條件下平衡12 h后,采用PhabrOmeter?織物評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行折皺回復(fù)率測(cè)試。按照測(cè)試要求,同種織物的三塊試樣依次放入測(cè)試臺(tái),每塊試樣進(jìn)行兩次測(cè)試,第一次測(cè)試結(jié)束后將所測(cè)試樣靜置5 min,然后試樣按第一次測(cè)試順序再次進(jìn)行測(cè)試,系統(tǒng)根據(jù)兩次測(cè)試織物折皺差異,計(jì)算試樣的折皺回復(fù)率。
為保證測(cè)試結(jié)果具有可比性,每次洗滌前對(duì)試樣進(jìn)行蒸汽熨燙,保證所有織物外觀平整度在4級(jí)以上。10次洗滌實(shí)驗(yàn),試樣對(duì)應(yīng)的外觀平整度等級(jí)如表2所示,表2中數(shù)據(jù)是3塊織物平整度的平均值,γ表示第1次洗滌與第10洗滌后平整度等級(jí)差值。
表2 洗滌后織物平整度等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Flatness grade evaluation result after washing
為了更好地分析洗滌次數(shù)對(duì)保形性的影響,將第1洗滌與第10次洗滌后試樣的外觀平整度進(jìn)行對(duì)比,如表3所示。
1)由表2可知,第一次洗滌之后5#、6#、7#試樣平整度較好,其中6#最好,7#次之,其他試樣平整度較小且等級(jí)相近。隨著洗滌次數(shù)的增加,經(jīng)過前5次洗滌,10種試樣的外觀平整度等級(jí)相對(duì)穩(wěn)定,略有減小的趨勢(shì)。第6次洗滌后織物的平整度結(jié)果顯示,平整度等級(jí)較前5次洗滌的平整度等級(jí)顯著降低,繼續(xù)進(jìn)行洗滌實(shí)驗(yàn),10種試樣的平整度等級(jí)都在逐漸減小。這是因?yàn)樵嚇咏?jīng)過連續(xù)地洗滌、晾曬、熨燙、洗滌多次循環(huán)之后織物在機(jī)械外力的反復(fù)作用下頻繁地彎曲折疊,織物力學(xué)性能逐漸下降,織物抵抗外力變形能力減弱,導(dǎo)致織物保形性降低,外觀產(chǎn)生折皺明顯。
2)由表2可知,1#、2#試樣在洗滌后平整度等級(jí)較9#、10#試樣略大,10#試樣平整度等級(jí)最差。這是因?yàn)?#、2#試樣線密度大于9#、10#試樣,線密度越大,紗線本身的抗彎剛度越大,織物厚實(shí),織物越不易起皺。對(duì)比1#、2#試樣平整度等級(jí)可以看出平紋織物平整度略大于斜紋織物,這是因?yàn)槠郊y組織在三原組織中結(jié)構(gòu)最緊密,抗彎剛度最大,機(jī)械力作用下不易形成折皺。隨著洗滌次數(shù)的不斷增加,從5#試樣和7#試樣的外觀平整度等級(jí)可以看出,滌棉織物的平整度等級(jí)大于純棉織物。原因是織物的折皺形成主要在無定形區(qū)產(chǎn)生,在洗滌過程中水分子進(jìn)入纖維無定形區(qū),以氫鍵的形式與纖維中親水基團(tuán)羥基、羧基等結(jié)合,導(dǎo)致纖維無定形區(qū)結(jié)構(gòu)增加,纖維分子鏈之間變得疏松容易滑移,在外力作用下容易產(chǎn)生變形,在織物外觀效果上起皺明顯[12]。而棉纖維親水基團(tuán)含量高于滌綸纖維、棉纖維的無定形區(qū)大于滌綸纖維,洗滌過程中棉織物更易產(chǎn)生折皺。同時(shí)因?yàn)橄礈鞙囟葹?0 ℃,加速了水分子與棉纖維無定形區(qū)內(nèi)親水基團(tuán)的結(jié)合,相反在該洗滌溫度下未達(dá)到滌綸纖維的玻璃化溫度69~81 ℃,對(duì)滌綸織物的折皺影響不顯著[14]。
表3 第1次和第10次洗滌后織物外觀變化Tab.3 Fabric appearance changes after the 1st and 10th times of washing
注:X*表示某一次洗滌實(shí)驗(yàn);SA為織物平整度等級(jí)(smoothness appearance)的縮寫;SA1#1=2,表示編號(hào)為1號(hào)的三塊中的第一塊試樣對(duì)應(yīng)的外觀平整度,其等級(jí)為2級(jí)。
3)由表3中試樣平整度等級(jí)差值γ可知,5#試樣平整度等級(jí)變化幅度最大為1.4級(jí),洗滌過程對(duì)5#試樣外觀平整度影響最大。同為平紋組織的1#試樣γ值為1,平整度等級(jí)變化較明顯。這是因?yàn)槠郊y組織由于交織點(diǎn)多且薄,在經(jīng)過連續(xù)洗滌后,織物緊度下降明顯,紗線內(nèi)應(yīng)力降低,抗彎壓縮性能變差,導(dǎo)致織物外觀平整度等級(jí)變化顯著。與5#試樣相比,3#試樣平整度等級(jí)變化幅度為0.7級(jí),是因?yàn)?#試樣所用紗線為股線,相比于單紗??箯潉偠仍黾?,紗線彈性回復(fù)性好,抵抗外作用能力強(qiáng)。10#試樣平整度等級(jí)變化幅度最小為0.5級(jí),洗滌對(duì)其影響最小。這是因?yàn)?0#試樣紗線線密度較小,織物輕薄,第一次洗滌后平整度等級(jí)較低,經(jīng)過反復(fù)洗滌后平整度等級(jí)變化并不明顯。
折皺回復(fù)率能有效地反映織物的折皺回復(fù)性能,是衡量織物保形性的重要指標(biāo)。10次洗滌后試樣折皺回復(fù)率隨洗滌次數(shù)不斷增加變化趨勢(shì)如圖1所示,第10洗滌與第1次洗滌后的折皺回復(fù)率的變化率δ分布情況如圖2所示。
圖1 織物折皺回復(fù)率的變化趨勢(shì)Fig.1 Change trend of fabric wrinkle recovery rate
圖2 第10洗滌與第1次洗滌后的折皺回復(fù)率變化率Fig.2 The variance ratio of wrinkle recovery rate of fabric after the 1st and 10th times of laundering
1)由圖1中數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)可知,7#試樣折皺回復(fù)率最好,折皺回復(fù)率在一定范圍內(nèi)輕微波動(dòng),經(jīng)過10次連續(xù)洗滌后試樣的折皺回復(fù)率略有減小。8#、10#試樣的洗滌后折皺回復(fù)率較好,高于3#、5#、6#、9#試樣,4#試樣的折皺回復(fù)率是最低的,這些試樣的折皺回復(fù)率都隨著洗滌次數(shù)的增加在逐漸的降低。1#、2#試樣在初始洗滌實(shí)驗(yàn)中折皺回復(fù)率較高,隨著洗滌實(shí)驗(yàn)繼續(xù)增加折皺回復(fù)率明顯降低。由圖2可知,洗滌對(duì)1#、2#試樣的折皺回復(fù)率影響最大,對(duì)3#、4#、5#、6#、8#、9#、10#試樣影響較弱,對(duì)7#試樣影響最小。
2)平紋棉織物1#、3#、5#、9#、10#試樣線密度不同密度基本一致,洗滌后的折皺回復(fù)率與紗線線密度的關(guān)系如圖3所示。
圖3 折皺回復(fù)率與紗線線密度關(guān)系Fig.3 Relationship between crease recovery rate and yarn linear density
由圖3可知,隨著試樣線密度的減小,洗滌后試樣的折皺回復(fù)率在逐漸增加,3#試樣和5#試樣線密度相同,3#試樣洗滌后的折皺回復(fù)率略高于5#試樣。這是因?yàn)榧喚€間不易滑移是織物折皺回復(fù)性差的本質(zhì)原因,當(dāng)紗線線密度小時(shí),紗線之間的摩擦力小,紗線回復(fù)移動(dòng)阻力小,折皺回復(fù)時(shí)紗線容易回到原來位置,織物折皺回復(fù)性好[15]。結(jié)合圖2和圖3可知,紗線線密度越大洗滌對(duì)織物的折皺回復(fù)率影響越顯著,是因?yàn)榧喚€線密度越大,紗線間間距越小,織物經(jīng)過連續(xù)洗滌后紗線間距不斷增大,紗線松弛量增大,內(nèi)應(yīng)力減小,織物的折皺回復(fù)性變差[16]。
3)由圖1、圖2可知,7#試樣滌棉混紡織物在所有試樣中的折皺回復(fù)性能是最好的。從纖維本身的性能來分析,是因?yàn)槊蘩w維初始模量小,紗線間相對(duì)移動(dòng)的摩擦系數(shù)大,在拉伸變形后恢復(fù)能力差,導(dǎo)致織物的折皺回復(fù)性降低;滌綸纖維的初始模量高,彈性回復(fù)率高,紗線間相對(duì)移動(dòng)的摩擦系數(shù)小,在外力作用下不易變形,產(chǎn)生折皺后也能很好地回復(fù)[17]。從纖維的結(jié)構(gòu)特征分析,是因?yàn)槊蘩w維分子結(jié)構(gòu)為氧六環(huán)結(jié)構(gòu),在無定形區(qū)呈自由彎曲狀態(tài),環(huán)與環(huán)之間夾角可以改變,在外力作用下易發(fā)生變形且難以回復(fù);滌綸分子結(jié)構(gòu)是由一個(gè)苯環(huán)、兩個(gè)酯基和兩個(gè)亞甲基構(gòu)成,酯基增加纖維柔韌性,苯環(huán)增加纖維剛度,滌綸織物折皺回復(fù)性更好。從纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)分析,是因?yàn)槊蘩w維截面呈腰圓形帶中腔,滌綸具有一定程度的皮芯結(jié)構(gòu),滌綸纖維的剪切形變小于棉纖維,剪切形變?cè)酱?,纖維越容易疲勞破壞,洗滌過程對(duì)棉纖維影響更大。
4)純棉1#、2#試樣和純棉5#、6#試樣是紗線線密度和織物密度基本一致,而組織結(jié)構(gòu)不同的兩組織物。由圖4可知,在洗滌次數(shù)相同時(shí),斜紋棉織物較平紋棉織物折皺回復(fù)率略大。這是因?yàn)槠郊y棉織物組織系數(shù)是最小的、最為緊密,洗滌時(shí)在機(jī)械力作用下織物不容易折皺變形,但是當(dāng)外力撤去時(shí),折皺處的紗線不容易回復(fù)到原來的位置,所以平紋棉織物折皺回復(fù)性較差[18]。隨著洗滌次數(shù)的不斷增加,不同組織試樣折皺回復(fù)率差距并不明顯,這說明組織結(jié)構(gòu)對(duì)洗滌后織物折皺回復(fù)性變化影響較小。
圖4 試樣組織對(duì)折皺回復(fù)率的影響Fig.4 Effect of fabric weave on wrinkle recovery rate
在本實(shí)驗(yàn)中,分別選擇外觀平整度等級(jí)和折皺回復(fù)率對(duì)織物試樣洗滌后的保形性進(jìn)行評(píng)價(jià),兩者分別從織物折皺程度和折皺恢復(fù)性對(duì)織物保形性進(jìn)行刻畫,兩者之間是否存在線性相關(guān)性值得研究。為此,在置信度為0.90的情況下,計(jì)算織物外觀平整度等級(jí)與折皺回復(fù)率之間的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.491 9,說明洗滌對(duì)兩種指標(biāo)的影響具有一致性,兩種指標(biāo)的變化趨勢(shì)存在相同規(guī)律,數(shù)據(jù)之間存在一定的相關(guān)性。
1)試樣經(jīng)過連續(xù)反復(fù)洗滌后,采用主觀評(píng)價(jià)與客觀測(cè)試結(jié)合的方式,通過不同的測(cè)試方法研究洗滌后織物的保形性,結(jié)果表明:隨洗滌次數(shù)的不斷增加,試樣的平整度等級(jí)先保持基本穩(wěn)定,等級(jí)差值在0.5級(jí)以內(nèi),然后隨著洗滌次數(shù)的增加平整度等級(jí)逐漸下降。試樣的折皺回復(fù)率隨著洗滌次數(shù)的增加逐漸降低。因此,織物在經(jīng)過連續(xù)多次洗滌后其保形性在逐漸減弱。
2)根據(jù)洗滌后試樣的外觀平整度可知,滌棉混紡織物比純棉織物的平整度要好,是因?yàn)榭椢镎郯欀饕跓o定型區(qū)產(chǎn)生,棉纖維的無定形區(qū)大于滌綸纖維;升溫洗滌加速了水分子與棉纖維中的親水基團(tuán)結(jié)合,在外力作用下更易形成折皺。初始洗滌實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示平紋織物平整度略高于斜紋織物,連續(xù)洗滌后平紋織物平整度等級(jí)下降變明顯。試樣經(jīng)過連續(xù)地洗滌之后,平整度等級(jí)降低是因?yàn)榭椢锛喚€在外力的反復(fù)作用下,織物相關(guān)物理力學(xué)性能減弱,導(dǎo)致織物外觀折皺明顯。
3)根據(jù)洗滌后試樣的折皺回復(fù)率可知,滌棉混紡織物比純棉織物的折皺回復(fù)性能要好,是因?yàn)闇炀]纖維具有較好的彈性回復(fù)性。隨著織物紗線線密度減小,洗后織物的折皺回復(fù)率增加,是因?yàn)榭椢锞€密度越大,紗線間不易滑移,產(chǎn)生的折皺不易回復(fù),洗滌對(duì)織物的折皺回復(fù)率影響越大。相比于斜紋棉織物,平紋棉織物折皺回復(fù)性略差;洗滌次數(shù)相同時(shí),不同組織試樣折皺回復(fù)率差距并不明顯,組織結(jié)構(gòu)對(duì)洗滌后織物折皺回復(fù)性變化影響較小。
4)由兩種測(cè)試方法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性可知,洗滌對(duì)織物的外觀平整度與織物的折皺回復(fù)率的影響具有一致性,即隨著洗滌次數(shù)的增加,織物的兩種性能在逐漸減弱,表現(xiàn)出織物洗后的保形性逐漸變差。