溫濕度對滌/棉漿紗力學(xué)性能的影響

張希文， 武海良， 沈艷琴， 毛寧濤,2

( 1. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2. 英國利茲大學(xué) 設(shè)計(jì)學(xué)院， 英國 利茲 LS2 9JT)

漿紗回潮率對節(jié)約能源、漿紗機(jī)的生產(chǎn)效率以及織造效率有重要影響，因此，漿紗回潮率的設(shè)置與控制一直是漿紗、織造工作者研究的重點(diǎn)。早在1926年，Peirce等研究了濕度對棉紗強(qiáng)力、伸長等性能的影響[1]，20世紀(jì) 80—90 年代，Hari等就對濕度與純棉漿紗性能的關(guān)系進(jìn)行了研究[2-3]，給出了漿紗應(yīng)力-應(yīng)變特性與相對濕度的關(guān)系。濕度對漿紗力學(xué)性能的影響也一直是國內(nèi)漿紗研究者關(guān)注的重點(diǎn)：黃大缽等就溫濕度對織造工人身體健康、織造效率的影響進(jìn)行了深入探討[4-5]；趙堅(jiān)等探討了滌/棉漿紗的適宜回潮率與漿紗力學(xué)性能的關(guān)系[6-7]。這些研究對漿紗回潮率的設(shè)置有著重要作用，但都是基于當(dāng)時(shí)的特定條件，如Hari 的研究對象是14.6 tex純棉紗，漿料采用淀粉 100%、牛油和樹膠各 3%(相對于淀粉質(zhì)量)，漿液含固量為18%，上漿率為22%，在有梭織機(jī)上以 172 r/min的速度進(jìn)行研究。

當(dāng)今，織機(jī)、漿紗機(jī)、漿料以及漿紗工藝都發(fā)生了很大變化，新的設(shè)備、新的漿料、新的工藝得以普遍使用，早期的研究結(jié)論已經(jīng)不能滿足目前的需要。織造車間普遍采用高溫高濕織造環(huán)境(28 ℃以上，78%左右)，既不利于工人身體健康，又不利于節(jié)能，所以對漿紗回潮率與漿紗力學(xué)性能的關(guān)系研究重新引起了研究者的注意[8-9]，目前這些研究大都集中在純棉漿紗與回潮率的關(guān)系[10]上，鮮有關(guān)于滌棉/漿紗性能與溫濕度關(guān)系的研究報(bào)道。為此，本文系統(tǒng)研究了滌/棉漿紗性能與溫濕度的關(guān)系，以期為織造車間溫濕度的設(shè)置提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

滌/棉(65/35)原紗(13 tex)及漿紗，由寶雞昌新布業(yè)有限公司提供。

聚乙烯醇(PVA)1799(上海匯滬實(shí)業(yè)有限公司)，PVA205(北京安特普鈉科貿(mào)有限公司)，變性淀粉(后滿生物科技有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1滌/棉紗線上漿配方

漿料配方1：PVA1799質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32%，PVA205質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%，變性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57%。

漿料配方2：PVA1799質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%，PVA205質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%，變性淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48%。

1.2.2滌/棉漿紗性能測試

依據(jù)GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定》，采用恒溫恒濕箱來測定滌/棉漿紗的回潮率；依據(jù)GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長率的測定》，測試漿紗的斷裂強(qiáng)力。將滌/棉漿紗分別在相對濕度為60%、65%、70%、74%、78%，溫度為22、25、28 ℃的條件下恒溫恒濕24 h，然后測試其耐磨、斷裂強(qiáng)力，測試方法參見文獻(xiàn)[11]。

1.2.3漿紗應(yīng)力-應(yīng)變測試

分別在22 ℃、不同相對濕度下測試滌/棉原紗及其漿紗的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，參數(shù)設(shè)定為：等速拉伸，紗線夾持隔距250 mm,拉伸速度250 mm/min，預(yù)加張力0.02～0.1 N，滑塊重力10 N；測試時(shí)將原紗及漿紗在不同濕度條件下平衡24 h。

1.2.4漿紗結(jié)晶度測試

采用X射線衍射儀對滌/棉漿紗進(jìn)行結(jié)晶度測試，測試時(shí)漿紗在濕度為60%和78%的恒溫恒濕箱中恒濕24 h。測試條件為：電壓40 kV，電流30 mA，步長0.02°，掃描速率0.08(°)/s，掃描范圍5°～90°，根據(jù)掃描得到的圖譜來分析滌/棉漿紗結(jié)晶度的變化；采用MDI Jade 6.0軟件進(jìn)行結(jié)晶度計(jì)算，方法見文獻(xiàn)[12]。

1.2.5溫濕度與漿紗性能相關(guān)性分析

利用SPSS軟件對溫濕度與漿紗斷裂強(qiáng)力和耐磨次數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行分析，采用相關(guān)性非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)，判斷溫濕度對漿紗性能影響是否顯著。相關(guān)系數(shù)表示檢驗(yàn)值的相關(guān)程度，P值是顯著水平。當(dāng)顯著水平小于0.05時(shí)，表示二者無顯著性相關(guān)的可能性小于0.05；當(dāng)顯著水平大于0.05時(shí)，表示二者有顯著性的可能性小于0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 22 ℃時(shí)濕度與漿紗性能的關(guān)系

圖1示出溫度為22 ℃時(shí)不同濕度條件下2種配方上漿所得漿紗的性能。滌/棉紗經(jīng)配方1上漿(漿紗1)，上漿率為11.12%，當(dāng)相對濕度從60%增大到78%時(shí)，漿紗的回潮率從3.10%增大到4.45%，漿紗的斷裂強(qiáng)力變異系數(shù)為0.018 4。采用配方2上漿(漿紗2)，上漿率為13.31%，當(dāng)相對濕度從60%增大到78%時(shí)，漿紗的回潮率從3.10%增大到4.45%，漿紗的斷裂強(qiáng)力變異系數(shù)為0.011 8。對相對濕度與漿紗斷裂強(qiáng)力的關(guān)系進(jìn)行非參數(shù)相關(guān)性分析，結(jié)果顯示相對濕度與漿紗1、漿紗2斷裂強(qiáng)力的相關(guān)系數(shù)分別為0.7、0.2，P值分別為0.188(大于0.05)、0.87(大于0.05)，說明相對濕度對漿紗斷裂強(qiáng)力無顯著性影響，漿紗斷裂強(qiáng)力受相對濕度變化影響不顯著；相對濕度對漿紗的耐磨次數(shù)影響明顯，2種漿紗耐磨次數(shù)變異系數(shù)分別為0.240 7、0.208 3。對相對濕度與耐磨次數(shù)的關(guān)系進(jìn)行非參數(shù)相關(guān)性分析，結(jié)果顯示相對濕度與漿紗耐磨次數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.9、0.9，P值分別為0.037(小于0.05)、0.035(小于0.05)，說明濕度對耐磨性能有顯著性影響，相對濕度對滌棉漿紗的耐磨性能影響大。當(dāng)相對濕度達(dá)到78%左右時(shí)，2種漿紗的耐磨性最好。

圖1 22℃時(shí)不同濕度條件下漿紗性能Fig.1 Sized yarn performance(22℃) under different humidity. (a) Recipe 1;(b) Recipe 2

2.2 25 ℃時(shí)濕度與漿紗性能的關(guān)系

圖2示出溫度為25 ℃時(shí)不同濕度條件下2種配方上漿所得漿紗的性能。滌/棉紗經(jīng)配方1上漿后，當(dāng)相對濕度從60%增大到78%時(shí)，漿紗的回潮率從3.25%增大到4.47%，漿紗的斷裂強(qiáng)力變異系數(shù)為0.006 7；滌/棉紗采用配方2上漿后，當(dāng)相對濕度從60%增大到78%時(shí)，漿紗的回潮率從3.03%增大到4.62%，漿紗的斷裂強(qiáng)力變異系數(shù)為 0.013 7。對相對濕度與漿紗斷裂強(qiáng)力的關(guān)系進(jìn)行非參數(shù)相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，相對濕度與漿紗1、漿紗2斷裂強(qiáng)力的相關(guān)系數(shù)分別為0.65、-0.2，P值分別為0.88(大于0.05)、0.74(大于0.05)，說明相對濕度對漿紗斷裂強(qiáng)力無顯著性影響，漿紗斷裂強(qiáng)力受相對濕度變化影響不大；相對濕度對漿紗的耐磨次數(shù)影響明顯，2種漿紗耐磨次數(shù)變異系數(shù)分別為 0.127 8、0.199 5。對相對濕度與耐磨次數(shù)的關(guān)系進(jìn)行非參數(shù)相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，相對濕度與漿紗耐磨次數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.9、0.9，P值分別為0.037(小于0.05)、0.032(小于0.05)，說明濕度對耐磨性能有顯著性影響，相對濕度對滌/棉漿紗的耐磨性能影響大。當(dāng)相對濕度達(dá)到74%左右時(shí)，2種漿紗的耐磨性最好。

圖2 25℃時(shí)不同濕度條件下漿紗性能Fig.2 Sized yarn performance(25℃) under different humidity. (a) Recipe 1; (b) Recipe 2

2.3 28 ℃時(shí)濕度與漿紗性能的關(guān)系

圖3示出溫度為28 ℃時(shí)不同濕度條件下2種配方上漿所得漿紗的性能。滌/棉紗經(jīng)配方1上漿后，當(dāng)相對濕度從60%增大到78%時(shí)，漿紗的回潮率從3.23%增大到4.42%，漿紗的斷裂強(qiáng)力變異系數(shù)為0.019 8；采用配方2上漿后，當(dāng)相對濕度從60%增大到78%時(shí)，漿紗的回潮率從3.00%上升到4.51%，漿紗的斷裂強(qiáng)力變異系數(shù)為0.011 5。對相對濕度與漿紗斷裂強(qiáng)力的關(guān)系進(jìn)行非參數(shù)相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，相對濕度與漿紗1、漿紗2斷裂強(qiáng)力的相關(guān)系數(shù)分別為0.65、-0.2，P值分別為0.75(大于0.05)、0.285(大于0.05)，說明相對濕度對漿紗斷裂強(qiáng)力無顯著性影響，漿紗斷裂強(qiáng)力受相對濕度變化影響不大；相對濕度對漿紗的耐磨次數(shù)影響明顯，2種漿紗耐磨次數(shù)變異系數(shù)分別為 0.151 5、0.109 2。對相對濕度與耐磨次數(shù)的關(guān)系進(jìn)行非參數(shù)相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，相對濕度與漿紗耐磨次數(shù)的相關(guān)系數(shù)均為0.9，P值分別為0.000 1(小于0.05)、0.037(小于0.05)，說明相對濕度對耐磨性能有顯著性影響，相對濕度對滌/棉漿紗的耐磨性能影響大。當(dāng)相對濕度達(dá)到78%左右時(shí)，2種漿紗的耐磨性最好。

圖3 28℃時(shí)不同濕度條件下漿紗性能Fig.3 Sized yarn performance (28℃) under different humidity. (a) Recipe 1;(b) Recipe 2

上述研究結(jié)果表明，雖然漿料配方不同，但相對濕度對漿紗斷裂強(qiáng)力和耐磨性能影響規(guī)律一致，即溫濕度對滌/棉漿紗斷裂強(qiáng)力影響不明顯，對漿紗耐磨性能有顯著影響，當(dāng)溫度為22 ℃、相對濕度為78%時(shí)，漿紗耐磨性能好。漿紗強(qiáng)力受溫濕度影響小，可以從溫濕度對紗線的屈服應(yīng)力點(diǎn)影響和漿紗的結(jié)晶度影響得到解釋。圖4示出漿紗及原紗在溫度22 ℃時(shí)不同濕度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。可看出，滌/棉原紗及漿紗在相對濕度從56%增大到78%時(shí)，原紗屈服點(diǎn)應(yīng)力約為0.08 MPa、漿紗1屈服點(diǎn)應(yīng)力約為0.12 MPa、漿紗2屈服點(diǎn)應(yīng)力約為 0.10 MPa，屈服應(yīng)力點(diǎn)變化不明顯，在拉伸應(yīng)變相同時(shí)，不同濕度條件下漿紗的應(yīng)力基本不變，所以濕度對漿紗的強(qiáng)力影響不顯著。

圖4 紗線應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.4 Stress and strain curve of yarn.(a) Grey yarn; (b) Yarn sized with recipe 1; (c) Yarn sized with recipe 2

結(jié)晶度和材料的拉伸、彎曲等性能有重要關(guān)系。結(jié)晶度的變化可引起材料強(qiáng)力的變化。滌/棉漿紗是由滌/棉紗經(jīng)過漿紗后與漿料形成的一種復(fù)合材料。研究不同濕度條件下漿紗結(jié)晶度的變化，可以解釋濕度對漿紗強(qiáng)力影響不顯著的原因。圖5示出漿紗在溫度為22 ℃，相對濕度分別為60%、78%時(shí)的X衍射圖譜。

a—相對濕度為78%、溫度為22 ℃時(shí)漿紗； b—相對濕度為60%、溫度為22 ℃時(shí)漿紗。圖5 不同濕度條件下漿紗的X射線衍射圖譜Fig.5 XRD of sized yarn in different humidity.(a) Yarn sized with recipe 1; (b) Yarn sized with recipe 2

漿紗在相對濕度60%時(shí)的結(jié)晶度為51.42%，在相對濕度為78%時(shí)漿紗的結(jié)晶度為50.21%?？梢姖穸葘{紗的結(jié)晶度影響較小。由圖5(b)可知：采用配方2上漿后的漿紗在相對濕度為60%時(shí)其結(jié)晶度為52.34%；在相對濕度為78%時(shí)漿紗結(jié)晶度為51.52%。對配方1漿紗和配方2漿紗進(jìn)行相對濕度與結(jié)晶度非參數(shù)相關(guān)性分析可得，P值分別為0.172和0.62，均大于0.05，表明相對濕度對漿紗結(jié)晶度沒有顯著影響。這是因?yàn)樵谶@種溫濕度環(huán)境下，水分子不能進(jìn)入滌/棉漿紗的結(jié)晶區(qū)，不能破壞滌/棉漿紗的結(jié)晶區(qū)，從而漿紗的結(jié)晶度變化小，漿紗的強(qiáng)力變化不顯著。

滌/棉漿紗耐磨性能在相對濕度為78%、溫度為22 ℃時(shí)比相對濕度為78%、溫度為28 ℃時(shí)好。這是因?yàn)闇囟雀邥r(shí)，滌/棉漿紗表面形成的漿膜吸濕率過高，漿膜變軟，耐磨性降低，導(dǎo)致漿紗耐磨性能下降。滌/棉漿紗回潮率在3.0%～3.5%范圍為宜[7]，當(dāng)溫度為28 ℃、相對濕度為78%時(shí)，漿紗的回潮率高達(dá)4.5%。這表明織造車間的溫度沒有必要像目前這樣設(shè)置得很高，這一結(jié)論很好地解釋了紡織廠下雨天織造效率高的現(xiàn)象。

3 結(jié) 論

1)滌/棉(65/35)漿紗斷裂強(qiáng)力受溫濕度的影響較?。粷{紗耐磨性能受溫濕度影響明顯。相關(guān)性非參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)證明了溫濕度對漿紗斷裂強(qiáng)力影響不顯著，對漿紗耐磨性能有顯著影響。在溫度為 22 ℃、相對濕度為78%時(shí)，漿紗的耐磨性能最好，因此滌/棉漿紗在低溫高濕條件下比高溫高濕條件下具有更好的力學(xué)性能。

2)滌/棉(65/35)紗線屈服點(diǎn)應(yīng)力分析及漿紗結(jié)晶度分析表明，溫度在22～28 ℃、相對濕度在 60%～78%時(shí)，溫濕度不能明顯改變漿紗屈服點(diǎn)應(yīng)力和漿紗的結(jié)晶度，從理論上解釋了溫濕度對漿紗斷裂強(qiáng)力影響不顯著的機(jī)制。

致謝本實(shí)驗(yàn)得到了陜西省三秦學(xué)者經(jīng)費(fèi)支持，在此表示感謝！

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