氫氧化鈉溶液消除棉緯平針織物應(yīng)力的研究

趙計(jì)青，孫長(zhǎng)春

(青島大學(xué)，山東 青島 266071)

1 引言

棉針織物由于具有良好的吸濕透氣性、保暖性、延伸性，手感柔軟、穿著舒適，深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)[1，2]。但棉針織物尤其是棉緯平針織物在染整加工中容易產(chǎn)生不易消除的“死褶”，這些褶皺是由織物在內(nèi)部應(yīng)力未消除的情況下受到染整加工的外力引起的。

針織物在紡紗和編織過(guò)程中受到拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮和摩擦作用，會(huì)造成組織點(diǎn)的移動(dòng)和紗線的拉伸變形，這樣針織物坯布就儲(chǔ)存了很多變形和應(yīng)力[3]，如果不能消除，就會(huì)影響織物的染整效果。在實(shí)驗(yàn)研究中，一般通過(guò)全松弛處理，使織物消除這些應(yīng)力和變形以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但全松弛處理工藝較為復(fù)雜且耗時(shí)耗力，不適合大規(guī)模使用。

本文使用NaOH溶液有效促進(jìn)織物的溶脹，消除不規(guī)則變形和內(nèi)部應(yīng)力，使針織物在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，防止織物在后續(xù)處理中產(chǎn)生褶皺，操作簡(jiǎn)單；使用縮水率試驗(yàn)機(jī)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)處理織物使其達(dá)到全松弛狀態(tài)，作為應(yīng)力消除的參照標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，確定了處理樣本最優(yōu)的氫氧化鈉溶液濃度和條件[7-10]。棉緯平針織物橫向和縱向縮水率差異較大，其橫向在生產(chǎn)處理過(guò)程中受力較小且變化小，而縱向受力作用大，紗線拉伸變形程度不可控[11]，因此本文主要研究織物的縱向縮水率。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

織物：29.2 tex棉緯平針織物，橫向線圈密度60.5個(gè)/5 cm，縱向線圈密度71.5個(gè)/5 cm，線圈長(zhǎng)度3.44 mm/個(gè)，紗線與織物均未經(jīng)過(guò)任何前處理，為防止針織物卷邊造成影響，樣品尺寸為30 cm×30 cm。

藥品：氫氧化鈉(分析純)

儀器：數(shù)顯恒溫水浴鍋(HH4)，YG701N型全自動(dòng)縮水率試驗(yàn)機(jī)，正置熒光顯微鏡。

2.2 棉緯平針織物的處理方法

處理方法一：沿織物縱向做好標(biāo)記，標(biāo)記之間距離為20 cm，再將織物在設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行攪拌，分別記錄其處理2 min、4 min、10 min以及20 min時(shí)的縮水率。

處理方法二：將法一處理后的樣品再按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 8629—2017《紡織品 試驗(yàn)用家庭洗滌和干燥程序》進(jìn)行縮水率試驗(yàn)。

2.3 棉紗線膨脹率的測(cè)定

用正置熒光顯微鏡測(cè)試紗線直徑的變化。

2.4 紗線膨脹率和針織物縮水率的計(jì)算公式

式中：Da—紗線處理后的寬度(μm)；Db—紗線的原始寬度(μm)。

式中：La—織物處理后標(biāo)記距離(cm)。

3 結(jié)果與討論

3.1 氫氧化鈉溶液濃度對(duì)織物應(yīng)力消除的影響

溶液溫度為25℃，棉緯平針織物在不同濃度的氫氧化鈉溶液處理下，其縱向縮水率隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖1所示。

圖1 氫氧化鈉溶液濃度對(duì)棉織物縮水率的影響

由圖1可知，氫氧化鈉溶液濃度越高，織物縮水率變化越快，縮水程度越大。當(dāng)在蒸餾水中處理時(shí)，其縮水率僅為的12.91%；當(dāng)處理?xiàng)l件為50 g/L 氫氧化鈉溶液時(shí)，其縮水率為17.11%；當(dāng)處理?xiàng)l件為110 g/L 氫氧化鈉溶液時(shí)，織物的縮水率最大為26.26%，可見(jiàn)氫氧化鈉溶液濃度對(duì)織物的縮水率有較大影響，為探究其原因，研究了溶液溫度為25℃，棉紗線在不同濃度的氫氧化鈉溶液處理下，其膨脹程度隨時(shí)間的變化，如圖2所示；紗線膨脹后交織點(diǎn)處紗線的受力情況如圖3所示。

圖2 氫氧化鈉溶液濃度對(duì)棉紗膨脹率的影響

圖3 紗線膨脹受力圖注：實(shí)線—原紗線；虛線—膨脹紗線

織物縮水一方面是因?yàn)榧喚€膨脹，從圖2可知，氫氧化鈉溶液濃度越高，紗線膨脹速率越快，膨脹程度越大，且一般在3 min之內(nèi)達(dá)到膨脹平衡。這是因?yàn)閴A溶液可以打斷棉纖維大分子之間的氫鍵，改變大分子結(jié)構(gòu)，并填充到大分子之間，并且濃度越高，形成的鈉離子水合物就越小，越容易進(jìn)入纖維空隙和纖維內(nèi)部，使紗線膨脹變粗[12，13]。紗線膨脹以后，織物生產(chǎn)時(shí)受到外力作用產(chǎn)生的伸長(zhǎng)或變形以及因此產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力就會(huì)消失，并且紗線膨脹會(huì)使交織點(diǎn)處屈曲波高變大(如圖3所示)，交織點(diǎn)附近的紗線向交織點(diǎn)處轉(zhuǎn)移，這些都會(huì)使織物收縮。

另一方面，未經(jīng)前處理的棉織物表面有一層漿料和油脂等雜質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)阻礙水進(jìn)入織物，而氫氧化鈉溶液可以讓這些雜質(zhì)脫落到水中，濃度越高，速率越快，表面無(wú)阻礙后，溶液更容易進(jìn)入織物，所以在高濃度的氫氧化鈉溶液中織物的縮水速率更快[6]。

圖4是織物分別經(jīng)處理方法一和處理方法二處理后的縱向平衡縮水率；圖5為紗線經(jīng)110 g/L氫氧化鈉溶液處理后的膨脹程度與再經(jīng)水洗的膨脹程度對(duì)比。

圖4 氫氧化鈉溶液濃度對(duì)棉織物應(yīng)力消除的影響

圖5 110 g/L NaOH下紗線平衡膨脹率和水洗后膨脹率

由圖4可知，織物經(jīng)過(guò)不同程度的縮水處理以后，會(huì)有三種應(yīng)力消除狀況：(1)如低濃度氫氧化鈉溶液0 g/L、10 g/L、20 g/L處理，織物應(yīng)力未消除。這是因?yàn)闅溲趸c溶液濃度過(guò)低，棉纖維和棉紗線膨脹程度較低，導(dǎo)致織物縮水程度小，此時(shí)的針織物組織結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，變形沒(méi)有恢復(fù)，后續(xù)經(jīng)過(guò)縮水率試驗(yàn)機(jī)處理后，又會(huì)繼續(xù)收縮。(2)50 g/L的氫氧化鈉溶液處理，應(yīng)力已消除?？椢镞_(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)織物再經(jīng)過(guò)縮水率試驗(yàn)機(jī)處理，不會(huì)發(fā)生變形。(3)經(jīng)80 g/L、110 g/L的氫氧化鈉溶液處理，棉緯平針織物會(huì)產(chǎn)生新的變形和應(yīng)力，發(fā)生過(guò)度收縮，經(jīng)過(guò)全松弛處理后，織物縮水程度反而減輕了一部分，說(shuō)明前處理超過(guò)了組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的狀態(tài)。這一部分過(guò)度收縮的原因可能是雖然織物已經(jīng)完全消除了殘存的應(yīng)力，但是高濃度的堿溶液會(huì)繼續(xù)滲透棉織物，并繼續(xù)使紗線膨脹，交織點(diǎn)處屈曲波高變大，使織物進(jìn)一步收縮，經(jīng)過(guò)全松弛處理，水會(huì)洗去部分纖維內(nèi)部的堿，紗線會(huì)發(fā)生收縮，因此交織點(diǎn)處屈曲波高會(huì)減小，紗線由于自身剛度會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的位置，針織物收縮程度因此減輕。所以對(duì)于本實(shí)驗(yàn)所用的樣品布，濃度為50 g/L的氫氧化鈉溶液即可使其應(yīng)力消除，此時(shí)縮水率為17.11%。

3.2 氫氧化鈉溶液處理溫度對(duì)織物應(yīng)力消除的影響

氫氧化鈉溶液與纖維反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以溫度會(huì)影響織物的縮水速率和縮水程度。分別選取低濃度20 g/L的氫氧化鈉溶液和高濃度110 g/L的氫氧化鈉溶液處理20 min，研究溫度對(duì)織物應(yīng)力消除的影響，結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖6 20 g/L 氫氧化鈉溶液條件下溫度對(duì)棉織物應(yīng)力消除的影響

圖7 110 g/L 氫氧化鈉溶液條件下溫度對(duì)棉織物應(yīng)力消除的影響

由圖6可知，在低濃度氫氧化鈉溶液中，溫度對(duì)縮水率的影響較弱，25℃時(shí)縮水率為14.41%，85℃時(shí)縮水率為14.55%，皆達(dá)不到應(yīng)力消除的縮水率為16.33%。由圖7可以看出,在高濃度氫氧化鈉溶液中，溫度較高的情況下，織物縮水程度受到抑制，由25℃處理?xiàng)l件下的26.16%降到65℃處理?xiàng)l件下的23.08%，在23.08%縮水率下織物內(nèi)部應(yīng)力都已消除，未發(fā)生過(guò)度收縮現(xiàn)象，這可能是由于堿溶液與織物的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，形成的作用力或化學(xué)鍵不穩(wěn)定，使堿溶液不易保留在織物內(nèi)。所以所用樣品織物在高濃度110 g/L氫氧化鈉溶液并在65℃以上處理，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力消除。

3.3 氫氧化鈉溶液處理時(shí)間對(duì)織物應(yīng)力消除的影響

由前述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，棉緯平針織物在高濃度氫氧化鈉溶液中會(huì)產(chǎn)生過(guò)度收縮的現(xiàn)象，因此測(cè)試樣品織物在25℃條件下，110 g/L 氫氧化鈉溶液中分別經(jīng)2 min、10 min、20 min縮水處理，其應(yīng)力消除情況，結(jié)果如圖8所示。

圖8 110 g/L 氫氧化鈉溶液條件下處理時(shí)間對(duì)棉織物應(yīng)力消除的影響

由圖8可知，時(shí)間對(duì)控制織物縮水程度十分關(guān)鍵。處理2 min時(shí)，棉緯平織物縮水率僅為11.52%，經(jīng)過(guò)全松弛試驗(yàn)后，織物會(huì)繼續(xù)收縮，這樣的織物是不穩(wěn)定的，因?yàn)槠鋬?nèi)部?jī)?chǔ)存的應(yīng)力并未完全消除。處理10 min時(shí)，織物縮水率為22.94%，未達(dá)到此濃度溶液處理下的最大值，但此時(shí)織物殘存應(yīng)力已經(jīng)消除，近似達(dá)到110 g/L氫氧化鈉溶液時(shí)織物穩(wěn)定狀態(tài)的縮水率23.08%，所以經(jīng)過(guò)全松弛試驗(yàn)處理也不會(huì)發(fā)生明顯變化。處理20 min時(shí)，紗線膨脹程度過(guò)大，織物進(jìn)一步收縮是由交織點(diǎn)處屈曲波高過(guò)大引起的，經(jīng)全松弛洗去堿后，屈曲波高減小，織物的收縮率會(huì)減小。因此所用樣品織物在高濃度110 g/L 氫氧化鈉溶液中處理10 min可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力消除。

4 結(jié)語(yǔ)

不同濃度、不同處理時(shí)間、不同溫度的氫氧化鈉溶液可以使織物達(dá)到不同的縮水率。棉緯平針織物在生產(chǎn)過(guò)程中的殘留應(yīng)力和變形問(wèn)題，可以通過(guò)使用合適濃度的氫氧化鈉溶液、經(jīng)特定的處理?xiàng)l件高質(zhì)高效的解決，從而使織物達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，利于后續(xù)處理。