家用干衣機滾筒烘干方式對羊毛織物性能的影響

韋玉輝，寧 琳，吳雄英，丁雪梅,3

(1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海 200051；2. 上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135；3. 現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室(東華大學(xué))，上海 200051)

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家用干衣機滾筒烘干方式對羊毛織物性能的影響

韋玉輝1，寧 琳1，吳雄英2，丁雪梅1,3

(1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海 200051；2. 上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135；3. 現(xiàn)代服裝設(shè)計與技術(shù)教育部重點實驗室(東華大學(xué))，上海 200051)

針對純羊毛織物可否使用干衣機滾筒烘干的問題，采用起毛起球評級箱、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀及KES-FB織物風(fēng)格儀，研究了靜置懸掛、正反向交替旋轉(zhuǎn)及單方向旋轉(zhuǎn)烘干方式對織物的起毛起球、纖維形態(tài)、結(jié)晶度及彎曲剛度等性能的影響。結(jié)果表明：滾筒的烘干方式對織物的起毛起球、微觀形態(tài)及彎曲剛度有一定影響，但不會影響羊毛的化學(xué)成分、分子結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性；單方向旋轉(zhuǎn)烘干，纖維表面鱗片被部分剝離、破壞，纖維表面可見皺縮狀溝槽，織物表面毛羽較多，彎曲剛度顯著下降；綜合考慮能耗及烘干時間，正反向交替旋轉(zhuǎn)是比較適合純羊毛織物的滾筒烘干方式。

干磨損；烘干；羊毛織物；起毛起球；斷裂；扭曲

織物烘干既是一個面料不斷翻滾及軸向遷移運動的過程，也是一個面料與桶壁及面料自身之間不斷摩擦的過程，更是一個高溫高濕氣流與織物反復(fù)作用的過程[1-3]。羊毛纖維因其特有的雙側(cè)結(jié)構(gòu)和逆鱗片效應(yīng)，受外界環(huán)境溫濕度及外力作用極易導(dǎo)致其織物外觀物理及力學(xué)等性能發(fā)生變化[4-6]，因此，純羊毛織物是否可使用干衣機烘干，滾筒烘干是否影響其固有性能及最佳的烘干方式均是干衣機制造商及紡織品家庭護理領(lǐng)域普遍關(guān)注的問題。然而，目前的研究主要集中在烘干過程熱質(zhì)傳輸及影響烘干效率(能耗)的相關(guān)參數(shù)方面[7-9]。對烘干前后織物性能變化及最佳滾筒烘干方式的研究鮮見報道。

通過觀察織物烘干過程發(fā)現(xiàn)，運動方式是決定烘干后羊毛織物性能的一個關(guān)鍵因素，但是目前關(guān)于這個因素的影響鮮見報道。造成這個現(xiàn)象的可能原因主要有：1)市面上所有的干衣機都是單方向旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速固定，各品牌干衣機滾筒的運動差別不大，基本都是順時針方向運動，其速度為45～50 r/min；2)電動機基本都是采用不能調(diào)整方向及速度的單向交流電動機，如果想對運動方向進行研究必須將其電動機換成直流電動機且配上調(diào)速器，而更換電動機會牽涉電動機功率與滾筒負載匹配、電動機軸承扭矩和力矩匹配等問題。

為實現(xiàn)滾筒烘干方式對羊毛織物性能影響的系統(tǒng)研究，通過自行搭建的織物運動方式可調(diào)烘干平臺，在保證織物烘干后最終含水率達到3%以內(nèi)，且綜合考慮烘干時間、起毛起球、微觀損傷及能耗情況下，探討了干衣機的最優(yōu)烘干方式，以及烘干方式與羊毛織物的起毛起球、纖維微觀形貌、結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性之間的關(guān)系，以期為干衣機生產(chǎn)廠家及消費者家庭滾筒烘干日常護理提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

純毛針織物(購自杭州某面料公司)，具體規(guī)格為：橫密280 縱行/10 cm,縱密350 橫列/10 cm，面密度325 g/m2，厚度1.03 mm，所用紗的線密度均為20.8 tex×2，紗線捻度為690 捻/m，經(jīng)編羅紋組織。試樣尺寸為38 cm×38 cm。

為消除試樣因加工過程張力或者表面殘留的漿料對實驗造成的影響，所有樣品在實驗前均進行了3次預(yù)洗處理，并懸掛晾干，再將其放置在溫度為(20±2)℃、濕度為(65±2)%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡24 h后裁樣。此外，采用不同方向的取樣方法，以便保證實驗的隨機性和科學(xué)性。

陪洗布采用從上海紡織工業(yè)技術(shù)監(jiān)督所購買的純棉陪洗布和純滌綸陪洗布，其規(guī)格如表1所示。

表1 陪洗布規(guī)格Tab.1 Specification of fake fabric in experiments

1.2 實驗設(shè)備

MD80-1407LIDG型全自動滾筒洗衣機(無錫小天鵝有限公司)，用于織物的預(yù)洗處理及烘干前的洗滌處理；GDZ10-977型熱電直排式干衣機(青島Haier有限公司)，自行改裝搭建了織物表面溫度及織物質(zhì)量實時記錄測控平臺，如圖1所示；HT12型臺秤(上海香川電子衡器廠)；OPI450型紅外熱像儀(德國歐普士公司)；GB/T 4802.3—2008《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第 3 部分: 起球箱法》規(guī)定的起毛起球評級箱；JSM-5310型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會社)；Max 2500PC型X射線衍射分析儀(日本理學(xué)株式會社)；Pyris 1 TGA型熱重分析儀(美國PerkinElmer公司)。

圖1 自行搭建的干衣機測試平臺Fig.1 Selt-developed equipment for fabric drying

1.3 預(yù)處理洗滌及烘干

所有實驗分為2步：首先，經(jīng)過轉(zhuǎn)速為1 000 r/min、漂洗時間為15 min、脫水時間為5 min的單漂洗脫水程序的烘干前洗滌預(yù)處理；然后，進行烘干處理。具體參數(shù)見表2。

表2 烘干實驗程序Tab. 2 Drying parameters

注：實驗重復(fù)3次，所有實驗都是在溫度為(20 ± 2)℃、濕度為(65±2)%的恒溫恒濕實驗室完成。

1.4 測試方法

使用廣角Max 2500PC型X射線衍射儀測試烘干后的羊毛纖維結(jié)晶度。測試參數(shù)為：電壓46 kV,電流100 mA，CuKα輻射,λ=15.405 0 nm;掃描范圍2θ從3°～80°，步長0.02，掃描速度2(°)/min。玻璃壓片,纖維直接測量。用參考文獻[10]中結(jié)晶度的經(jīng)驗計算公式分析其結(jié)晶度變化。

采用Pyris 1 TGA熱重分析儀進行熱重分析，樣品置于氮氣流中。氮氣流速為20 mL/ min，升溫速率為10 ℃/ min，測量溫度范圍為30～600 ℃。

采用JSM-5310型掃描電子顯微鏡觀察烘干前后的羊毛織物表面形態(tài)，加速電壓為10 kV。

參照GB /T 4802.3—2008《起毛起球性能的測定 第3部分 起球箱》，測試試樣的起毛起球性能。

采用KES-FB織物風(fēng)格儀測試試樣的彎曲剛度。測試前，將裁剪成20 cm×20 cm的實驗樣品，置于恒溫恒濕((20±2)℃、相對濕度(65±2)%)實驗室環(huán)境下，平衡24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維的結(jié)晶度

圖2 不同烘干方式處理的羊毛織物XRD圖Fig.2 X-ray diffraction intensity curves samples under different conditions

圖2示出滾筒不同烘干方式對羊毛結(jié)晶度的影響。由圖可知，經(jīng)過不同烘干方式烘干的羊毛織物，不會造成其化學(xué)成分及大分子構(gòu)象的變化。這是因為烘干過程中，織物表面的溫度都在65C左右。而由羊毛的熱重分析曲線可知，羊毛織物在低于80℃失去的質(zhì)量都是纖維內(nèi)水的質(zhì)量，80～120℃時羊毛的大分子鏈才開始分解，筒內(nèi)溫度沒有達到羊毛織物發(fā)生分解的溫度，因而在烘干環(huán)境中羊毛的化學(xué)成分及二級結(jié)構(gòu)構(gòu)象均不會發(fā)生變化。這也說明使用干衣機烘干羊毛織物是可行的。結(jié)合羊毛的結(jié)晶度及相對結(jié)晶指數(shù)(見表3)可知，不同烘干方式烘干后，羊毛的結(jié)晶度會有輕微變化，其中正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干后的羊毛結(jié)晶度高于單方向旋轉(zhuǎn)烘干后的。這是因為正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干時間較短，減少了桶內(nèi)織物的干摩擦，進而減少了干摩擦對羊毛內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，既阻止了晶粒尺寸的減小，也阻止了結(jié)晶區(qū)向無定形區(qū)轉(zhuǎn)化的可能。

表3 滾筒不同烘干方式下羊毛的結(jié)晶度及相對結(jié)晶指數(shù)Tab. 3 Crystallinity and crystalline index of wool under different conditions %

2.2 熱性能分析

圖3示出不同烘干方式下羊毛織物的熱重分析曲線。圖中a、b、c、d依次表示對未烘干、懸掛烘干、正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干、單方向旋轉(zhuǎn)烘干織物的熱重分析曲線求導(dǎo)后所得的曲線。由圖可知，不同烘干方式烘干后的羊毛織物其熱學(xué)性能變化不大。這主要是因為在所有的烘干方式中，干衣機滾筒內(nèi)的羊毛織物表面溫度均低于65℃(借助OPI450紅外熱像儀數(shù)據(jù))，其遠低于羊毛起始分解溫度(296.16 ℃)，不會造成羊毛的熱分解。這也說明烘干過程的高濕環(huán)境及機械力反復(fù)作用不會影響羊毛的熱穩(wěn)定性。在烘干過程所損失的質(zhì)量，是由纖維吸附水釋放導(dǎo)致的。另外，對比3種烘干方式后的羊毛織物發(fā)現(xiàn)，相比于靜置懸掛烘干和正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干，單方向旋轉(zhuǎn)烘干后的羊毛織物質(zhì)量損失最快、最多。這可能是因為單方向旋轉(zhuǎn)烘干方式的烘干時間最長，烘干過程織物纏繞最嚴重，摩擦最大，導(dǎo)致羊毛表層鱗片的破壞。

圖3 不同烘干方式對羊毛織物熱重分析曲線的影響Fig.3 TGA curves of wool fabrics under different conditions

2.3 微觀結(jié)構(gòu)分析

圖4～7示出烘干前后羊毛的掃描電鏡照片。

圖4 未烘干原樣Fig.4 Undried wool fabric. (a) Wool fabric appearance; (b) Fiber microstructure

圖5 靜置懸掛烘干Fig.5 Samples dried by static hang-drying. (a) Wool fabric appearance; (b) Fiber microstructure

圖6 單方向旋轉(zhuǎn)烘干Fig.6 Samples dried by single clockwise rotating-drying.(a) Wool fabric appearance; (b) Microstructure of damaged fiber; (c) Microstructure of damaged scale; (d) Microstructure of distorted frber

圖7 正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干Fig.7 Samples alternating clockwise and counterclockwise rotating-drying. (a) Wool fabric appearance; (b) Microstructure of damaged fiber; (c) Surface of broken fiber; (d) Cross-section of broken fiber

對比發(fā)現(xiàn)：靜置懸掛烘干對羊毛表面損傷最?。粏畏较蛐D(zhuǎn)烘干對羊毛損傷最為嚴重，部分纖維鱗片層剝落、扭曲甚至斷裂；而正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干，羊毛損傷輕微僅有少量脆斷出現(xiàn)。這是因為：1)靜置懸掛烘干，纖維沒有受到機械力的作用，內(nèi)部纖維不會滑出織物表面，更不會相互糾纏形成小球；2)織物烘干過程是在高溫高濕環(huán)境下進行，織物不斷纏繞、拋甩、揉搓、撞擊桶壁，這種高溫低濕環(huán)境及機械攪拌為羊毛的定向遷移提供了良好的條件，而羊毛表面的鱗片結(jié)構(gòu)又會阻止遷移纖維回復(fù)到原來位置，滯留在織物表面，揉搓成小球，即起毛起球；3)干衣機內(nèi)的織物烘干是高溫高濕且衣物不斷摩擦的過程，導(dǎo)致部分纖維在摩擦過程中被抽拔出來，甚至斷裂，形成微小的纖維絨毛。絨毛在反復(fù)機械外力作用下相互糾纏，形成小球。

另外，與圖4示出的烘干前羊毛對比，不同烘干方式會顯著影響羊毛織物微觀形貌。相比于圖4，圖6(a)示出的織物表面紗線結(jié)構(gòu)很不清晰，這是由于紗線表面被抽拔出過多纖維形成的毛羽導(dǎo)致紗線清晰度下降；圖6(b)～(d)示出的紗線結(jié)構(gòu)變得松散，拔出纖維增多；羊毛纖維表面部分鱗片剝落，部分纖維扭曲甚至軸向劈裂。這是因為單方向旋轉(zhuǎn)烘干時，織物一直順著一個方向運動，織物一旦糾纏，很難打開，而且隨著烘干的進行，糾纏會越來越嚴重，甚至在烘干結(jié)束時，衣物會糾纏成類似于具有一定捻度結(jié)構(gòu)長條狀織物，這為抽出纖維的遷移提供了動力，也為纖維的扭曲和斷裂提供了良好條件。此外，如果拔出纖維的毛根朝外，因逆鱗片摩擦因數(shù)較大，纖維很難退回織物內(nèi)部，滯留在外面，形成新的或更長的毛羽，導(dǎo)致起毛起球加重(見圖6 (b)，箭頭表示毛根方向)。同時，干衣機桶內(nèi)的熱濕環(huán)境使羊毛纖維的彈性模量和扭轉(zhuǎn)模量發(fā)生改變，進一步促進纖維的抽拔遷移[11-12]。同時，在烘干過程中，織物在桶內(nèi)會經(jīng)受反復(fù)摔打、擠壓、揉搓以及滾筒施加的摩擦力和離心力的作用，如果受力不當，纖維就會斷裂。觀察圖7(a)可發(fā)現(xiàn)，正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干，紗線紋理清晰，紗線表面僅有少量被抽拔出來的纖維，羊毛纖維斷裂扭曲變形也顯著減少。由圖7(b)～(d)可知，正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干只會造成極少量纖維的脆斷，而且這種橫向脆斷一般是由于織物從高處摔打到底部瞬間受力過大造成的。同時，纖維表面的鱗片結(jié)構(gòu)完整且均勻地排布在纖維表面，沒有任何損傷。這是因為正反向交替旋轉(zhuǎn)運動可通過反方向運動抖散開或者極大地緩解由于單方向旋轉(zhuǎn)運動造成的纏繞問題，降低了織物表面的摩擦力，減少了表面毛羽。

2.4 抗起毛起球性能分析

起毛起球性能測試結(jié)果顯示，滾筒烘干方式顯著影響羊毛織物起毛起球性能。靜置懸掛烘干時，織物表面抗起毛起球性能最優(yōu)(3.5級)；單方向旋轉(zhuǎn)烘干時，織物表面的抗起毛起球性能(2.0級)明顯差于靜置懸掛烘干織物；正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干，織物表面的抗起毛起球性能輕微下降(3.0級)。這是因為不論單方向旋轉(zhuǎn)烘干還是正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干，織物都受到因滾筒轉(zhuǎn)動的離心力、重力及織物間或者織物與桶壁之間的摩擦力的共同作用。在復(fù)雜的外力不斷作用下，織物極易產(chǎn)生彎曲扭轉(zhuǎn)疲勞，不斷累積，致使部分纖維出現(xiàn)斷裂，導(dǎo)致紗線結(jié)構(gòu)松散[11]。結(jié)合烘干前及不同烘干方式烘干后的織物電鏡照片可知，旋轉(zhuǎn)烘干方式可導(dǎo)致織物表面毛羽增多增長，并與周圍拔出纖維不斷揉搓，形成毛球。在旋轉(zhuǎn)烘干過程中，織物在桶內(nèi)會經(jīng)受機械外力反復(fù)的擠壓、摔打作用，促使纖維頭端滑出織物表面，突出纖維相互穿插糾纏及收縮，也促進毛球形成和生長，因此，織物在干衣機內(nèi)烘干，不論采用何種旋轉(zhuǎn)運動烘干方式，其抗起毛起球性能都低于靜置懸掛烘干方式。但是，通過觀察不同旋轉(zhuǎn)運動的織物烘干過程發(fā)現(xiàn)，正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干，纏繞或者扭曲程度明顯低于單方向旋轉(zhuǎn)烘干，顯著降低了毛羽相互扭結(jié)的概率，進而提高了織物表面抗起毛起球等級。

2.5 彎曲剛度分析

不同烘干方式會顯著影響烘干后織物的彎曲剛度，其中單方向旋轉(zhuǎn)烘干織物的彎曲剛度下降最多(未烘干試樣為0.161 896 cN/cm，單方向旋轉(zhuǎn)烘干試樣為0.0412 58 cN/cm)，致使織物完全失去了固有的風(fēng)格[13]。這是因為單方向旋轉(zhuǎn)的烘干時間最長，烘干外力最大，織物在桶內(nèi)揉搓纏繞次數(shù)最多，針織物結(jié)構(gòu)變得松軟，故彎曲剛度變化過大，失去原有的硬挺感。結(jié)合圖6可發(fā)現(xiàn)，單方向旋轉(zhuǎn)烘干時織物表面抽拔出的纖維數(shù)量最多，紗線結(jié)構(gòu)松散，浮長增加，紗線之間的交織點緊度下降，纖維隨機遷移能力增加，纖維間摩擦減小，抱合減弱，進而導(dǎo)致彎曲剛度下降。同時，羊毛織物在烘干過程中，定向排列的鱗片在反復(fù)摩擦、揉搓作用下，促使臨近纖維發(fā)生一定程度的相對滑移，紗線更易彎曲，即彎曲剛度下降。此外，正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干(彎曲剛度為0.111 72 cN/cm)與懸掛烘干(彎曲剛度為0.161 7 cN/cm)相比，織物彎曲剛度輕微降低，對織物原有的風(fēng)格影響不大。結(jié)合圖7可知，正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干模式下織物、紗線的結(jié)構(gòu)幾乎沒有變化，從而限制了纖維的自由移動，因而，織物的彎曲剛度變化相對較小。

2.6 烘干效率分析

表4示出滾筒烘干方式對烘干效率的影響。由表中數(shù)據(jù)可知，同樣烘干3 kg羊毛織物負載，靜止懸掛烘干模式下需要時間和電能最多，單方向旋轉(zhuǎn)烘干需要時間和電能次之，而正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干需要時間和電能最少。換言之，相比于單方向旋轉(zhuǎn)烘干，采用正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干可節(jié)約12.4%的電能和18.1%的烘干時間。這是因為正反向交替旋轉(zhuǎn)模式可最大限度地抖散衣物，增加織物與熱氣流接觸的面積，進而提高了干燥效率。

表4 滾筒烘干方式對烘干效率的影響Tab.4 Drying efficiency of different drying modes

3 結(jié) 論

靜置懸掛烘干、正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干及單方向旋轉(zhuǎn)烘干模式顯著影響羊毛織物的起毛起球、羊毛形態(tài)及織物力學(xué)性能，但不會改變羊毛結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性。換句話說，烘干只會造成羊毛織物表觀物理性能的變化，不會造成羊毛構(gòu)象的轉(zhuǎn)變及大分子熱分解。此外，本文研究發(fā)現(xiàn)3種烘干方式中：單方向旋轉(zhuǎn)烘干模式下?lián)p傷最大，羊毛表面鱗片被部分剝離、破壞，纖維表面可見皺縮狀溝槽，其紗線表面毛羽較多，織物彎曲剛度顯著下降；而正反向交替旋轉(zhuǎn)模式只會造成極少量纖維的脆斷，但鱗片結(jié)構(gòu)完整且均勻地排布在纖維表面，沒有任何損傷；相比于傳統(tǒng)的滾筒單方向旋轉(zhuǎn)方式，采用正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干模式可節(jié)約12.4%的電能和18.1%的烘干時間。綜合考慮，正反向交替旋轉(zhuǎn)烘干模式最適合純羊毛織物的烘干。本文結(jié)論可為后續(xù)干衣機程序開發(fā)及產(chǎn)品優(yōu)化提供理論參考，也為羊毛織物日常護理提供指導(dǎo)。

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Influence of rotating-drying model on properties of wool fabric dried in domestic dryer

WEI Yuhui1，NING Lin1，WU Xiongying2，DING Xuemei1,3

(1.Fashion·ArtDesignInstitute，DonghuaUniversity,Shanghai200051，China；2.ShanghaiEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Shanghai200135，China；3.KeyLaboratoryofClothingDesign&Technology(DonghuaUniversity),MinistryofEducation,Shanghai200051，China)

In view of the problem whether pure knitted wool fabrics can be dried in a dryer or not, influences of hang-drying model, single clockwise direction rotating-drying model and alternating clockwise and counterclockwise rotating-drying model on pilling of pure knitted wool fabrics were investigated by pilling tester, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Kawabata Evaluation System for Fabric (KES-FB)．The results show that pilling and morphology of wool fiber are significantly affected by the direction of rotating. In addition, different rotating-drying models only damage in pilling and microstructure of fiber instead of the wool fiber chemical composition and molecular structure. The drying maximum damage is obtained under clockwise direction rotating condition, the surface scales of wool fibers are partially cleaved, some grooves generate on the surface, and surface hairiness increases．Bending stiffness decreases significantly. Combined with the drying energy consumption and drying time, alternating clockwise and counterclockwise rotating-drying model is optimal for pure wool fabric.

drying abrasion；drying；wool fabric；pilling；fracture；distortion

10.13475/j.fzxb.20160802906

2016-08-15

2017-04-11

東華大學(xué)博士生創(chuàng)新基金委資金支持項目(CUSF-DH-D2016067)；東華大學(xué)非線性研究所支持項目(15D110926)

韋玉輝(1988—)，女，博士生。主要研究方向為紡織品烘干。丁雪梅，通信作者，E-mail: fddingxm@dhu.edu.cn。

TS 976.13

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