洗滌對棉織物保形性影響的研究

陳明輝，郭明奇，蔣 黎，王 波，劉建立，高衛(wèi)東

(1.江南大學 紡織技術研究所，江蘇 無錫 214122；2.無錫小天鵝股份有限公司，江蘇 無錫 214028)

紡織品洗護是保證其清潔衛(wèi)生的主要技術手段，然而不科學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指標來定義，一般通過測試織物的折皺回復性能和織物的抗皺性能來反映織物的保形性，折皺回復性和抗皺性越好則織物的保形性能越好。近年來，對于織物的保形性，國內(nèi)外學者進行了一系列的研究。楊書會等[2]分析純棉織物的折皺回復角和組織結構參數(shù)的相關性，發(fā)現(xiàn)紗線捻度、線密度對織物的經(jīng)緯向和總折皺回復角影響最大，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]研究了織物的應變曲線與折皺回復性的關系，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角與物理力學性能指標間的關系，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)與織物折皺回復角的回歸方程。劉成霞等[6-7]采用三維激光掃描技術，提取不同等級模板的特征參數(shù)，同時利用圖像處理技術提取特征指標，運用逐步回歸分析法建立綜合特征指標與平整度等級的模型，結果表明該方法與主觀評價的吻合度達90%，能合理反映織物平整度等級。王蕾等[8]研發(fā)了一種基于視頻序列的JN-l型織物折皺回復性能動態(tài)測試儀，該設備可以實現(xiàn)織物試樣的動態(tài)回復性的科學表征。潘寧[9-10]的研究成果經(jīng)過美國欣賽寶科技公司轉化，研發(fā)了PhabrOmeter?織物評價系統(tǒng)，能夠方便、快速地測得織物的折皺回復率及織物的各項手感指標。

目前，關于洗滌對織物保形性影響的相關研究尚處于起步階段。2012年Siroká B等[11]對天絲纖維、黏膠纖維及莫代爾纖維三種再生纖維素纖維進行模擬洗滌實驗得出，纖維吸濕后再生纖維素纖維內(nèi)部結構發(fā)生重組，纖維分子能量降低，進而織物易受力變形。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動狀態(tài)，進而影響洗滌時織物折皺的形成。2014年袁建榮等[14]研究了洗滌溫度對織物外觀平整性的影響，結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，已有的研究中重點關注了織物組織結構、紗線性能、纖維種類等特性對織物折皺回復性能的影響，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)對保形性影響的相關研究報道較少。

本文以市場上用來制作襯衫的棉織物為研究對象，通過評價洗后織物的外觀平整度，測試洗后織物的折皺回復率，探討連續(xù)洗滌對不同結構參數(shù)的織物保形性的影響，分析不同洗滌次數(shù)對織物保形性的影響，為進一步研究洗后織物的保形性及織物保形性測試提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試樣準備

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驗材料，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對10種織物進行編號。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。在外觀平整度評價實驗中，按照AATCC 124—2018《織物經(jīng)多次家庭洗滌后的外觀平整度測定》要求，每種織物裁取3塊試樣，試樣尺寸為38 cm×38 cm，編號為1#-A，1#-B，1#-C，以此類推，共計30塊試樣。每次實驗洗滌某種織物的三塊試樣，每種織物進行10次洗滌實驗，洗滌后在自然狀態(tài)下懸掛晾干，在標準環(huán)境下評價織物外觀平整度。在折皺回復性能測試實驗中，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行10次洗滌，每次洗滌后，將試樣自然晾干，采用PhabrOmeter?織物評價系統(tǒng)測試織物折皺回復性能。

1.2 儀 器

儀器主要包括美的MFC100型滾筒洗衣機、美的MDS70型烘干機(無錫小天鵝股份有限公司)，AATCC 124—2018平整度等級評價用標準模板(美國紡織化學師與印染師協(xié)會)，PhabrOmeter?織物評價系統(tǒng)(美國欣賽寶科技公司)，100 cm2織物圓形取樣器(新匯儀器設備有限公司)。

本次實驗選用洗滌參數(shù)：一次洗滌節(jié)拍內(nèi)，滾筒正轉10 s停10 s，反轉10 s停10 s，正反轉速均45 r/min，控制洗衣機的進水量20 L、主洗時間45 min、脫水轉速600 r/min，洗滌溫度50 ℃。在保形性評價時，試樣平整度等級參照AATCC 124—2018規(guī)定方法進行評價，試樣折皺回復率采用PhabrOmeter?織物評價系統(tǒng)進行測試。

1.3 織物外觀平整度評價

按照標準AATCC 124—2018《織物經(jīng)多次家庭洗滌后的外觀平整度測定》，洗滌時選用與洗滌試樣規(guī)格參數(shù)相同，尺寸為(92±3) cm×(92±3) cm的負載織物作為陪洗材料以滿足AATCC 124—2018規(guī)定的洗滌總質量要求。每次洗滌時，三塊織物試樣和負載織物質量要達到(1.8±0.06) kg。為了減少負載對測試試樣折皺的影響，參照標準BSEN 60456—2016《家庭用洗衣機：性能測量方法》，將負載布中心頂起四角下垂，進行一次折疊，負載和試樣交錯重疊放入洗衣機滾筒中進行洗滌。洗滌后，以織物經(jīng)紗為垂直方向將每個試樣兩角夾緊掛起自然懸掛晾干。試樣在標準大氣環(huán)境中靜置4 h，在平整度標準評級環(huán)境下，將試樣固定在可見板上，與AATCC 124立體標準模板進行對比，確定每塊織物平整度等級。在本實驗中，計算同種織物3塊試樣的平整度等級的平均值，作為該試樣一次洗滌實驗的外觀平整度等級。

1.4 織物折皺回復性能測試

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負載織物同時放入洗衣機中進行洗滌，洗后試樣平鋪自然晾干。按照標準AATCC TM 202—2014《紡織品相對手感值：儀器法》，將待測試樣放在溫度20 ℃、相對濕度65%恒溫恒濕條件下平衡12 h后，采用PhabrOmeter?織物評價系統(tǒng)進行折皺回復率測試。按照測試要求，同種織物的三塊試樣依次放入測試臺，每塊試樣進行兩次測試，第一次測試結束后將所測試樣靜置5 min，然后試樣按第一次測試順序再次進行測試，系統(tǒng)根據(jù)兩次測試織物折皺差異，計算試樣的折皺回復率。

2 結果與分析

2.1 洗滌后織物外觀平整度評價

為保證測試結果具有可比性，每次洗滌前對試樣進行蒸汽熨燙，保證所有織物外觀平整度在4級以上。10次洗滌實驗，試樣對應的外觀平整度等級如表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洗滌后平整度等級差值。

表2 洗滌后織物平整度等級評價結果Tab.2 Flatness grade evaluation result after washing

為了更好地分析洗滌次數(shù)對保形性的影響，將第1洗滌與第10次洗滌后試樣的外觀平整度進行對比，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相對穩(wěn)定，略有減小的趨勢。第6次洗滌后織物的平整度結果顯示，平整度等級較前5次洗滌的平整度等級顯著降低，繼續(xù)進行洗滌實驗，10種試樣的平整度等級都在逐漸減小。這是因為試樣經(jīng)過連續(xù)地洗滌、晾曬、熨燙、洗滌多次循環(huán)之后織物在機械外力的反復作用下頻繁地彎曲折疊，織物力學性能逐漸下降，織物抵抗外力變形能力減弱，導致織物保形性降低，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較9#、10#試樣略大，10#試樣平整度等級最差。這是因為1#、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，織物越不易起皺。對比1#、2#試樣平整度等級可以看出平紋織物平整度略大于斜紋織物，這是因為平紋組織在三原組織中結構最緊密，抗彎剛度最大，機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可以看出，滌棉織物的平整度等級大于純棉織物。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入纖維無定形區(qū)，以氫鍵的形式與纖維中親水基團羥基、羧基等結合，導致纖維無定形區(qū)結構增加，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。同時因為洗滌溫度為50 ℃，加速了水分子與棉纖維無定形區(qū)內(nèi)親水基團的結合，相反在該洗滌溫度下未達到滌綸纖維的玻璃化溫度69～81 ℃，對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*表示某一次洗滌實驗；SA為織物平整度等級(smoothness appearance)的縮寫；SA1#1=2，表示編號為1號的三塊中的第一塊試樣對應的外觀平整度，其等級為2級。

3)由表3中試樣平整度等級差值γ可知，5#試樣平整度等級變化幅度最大為1.4級，洗滌過程對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，平整度等級變化較明顯。這是因為平紋組織由于交織點多且薄，在經(jīng)過連續(xù)洗滌后，織物緊度下降明顯，紗線內(nèi)應力降低，抗彎壓縮性能變差，導致織物外觀平整度等級變化顯著。與5#試樣相比，3#試樣平整度等級變化幅度為0.7級，是因為3#試樣所用紗線為股線，相比于單紗?？箯潉偠仍黾樱喚€彈性回復性好，抵抗外作用能力強。10#試樣平整度等級變化幅度最小為0.5級，洗滌對其影響最小。這是因為10#試樣紗線線密度較小，織物輕薄，第一次洗滌后平整度等級較低，經(jīng)過反復洗滌后平整度等級變化并不明顯。

2.2 洗滌后織物折皺回復率分析

折皺回復率能有效地反映織物的折皺回復性能，是衡量織物保形性的重要指標。10次洗滌后試樣折皺回復率隨洗滌次數(shù)不斷增加變化趨勢如圖1所示，第10洗滌與第1次洗滌后的折皺回復率的變化率δ分布情況如圖2所示。

圖1 織物折皺回復率的變化趨勢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)和變化趨勢可知，7#試樣折皺回復率最好，折皺回復率在一定范圍內(nèi)輕微波動，經(jīng)過10次連續(xù)洗滌后試樣的折皺回復率略有減小。8#、10#試樣的洗滌后折皺回復率較好，高于3#、5#、6#、9#試樣，4#試樣的折皺回復率是最低的，這些試樣的折皺回復率都隨著洗滌次數(shù)的增加在逐漸的降低。1#、2#試樣在初始洗滌實驗中折皺回復率較高，隨著洗滌實驗繼續(xù)增加折皺回復率明顯降低。由圖2可知，洗滌對1#、2#試樣的折皺回復率影響最大，對3#、4#、5#、6#、8#、9#、10#試樣影響較弱，對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，洗滌后的折皺回復率與紗線線密度的關系如圖3所示。

圖3 折皺回復率與紗線線密度關系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率略高于5#試樣。這是因為紗線間不易滑移是織物折皺回復性差的本質原因，當紗線線密度小時，紗線之間的摩擦力小，紗線回復移動阻力小，折皺回復時紗線容易回到原來位置，織物折皺回復性好[15]。結合圖2和圖3可知，紗線線密度越大洗滌對織物的折皺回復率影響越顯著，是因為紗線線密度越大，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)應力減小，織物的折皺回復性變差[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性能是最好的。從纖維本身的性能來分析，是因為棉纖維初始模量小，紗線間相對移動的摩擦系數(shù)大，在拉伸變形后恢復能力差，導致織物的折皺回復性降低；滌綸纖維的初始模量高，彈性回復率高，紗線間相對移動的摩擦系數(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[17]。從纖維的結構特征分析，是因為棉纖維分子結構為氧六環(huán)結構，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；滌綸分子結構是由一個苯環(huán)、兩個酯基和兩個亞甲基構成，酯基增加纖維柔韌性，苯環(huán)增加纖維剛度，滌綸織物折皺回復性更好。從纖維的形態(tài)結構分析，是因為棉纖維截面呈腰圓形帶中腔，滌綸具有一定程度的皮芯結構，滌綸纖維的剪切形變小于棉纖維，剪切形變越大，纖維越容易疲勞破壞，洗滌過程對棉纖維影響更大。

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，而組織結構不同的兩組織物。由圖4可知，在洗滌次數(shù)相同時，斜紋棉織物較平紋棉織物折皺回復率略大。這是因為平紋棉織物組織系數(shù)是最小的、最為緊密，洗滌時在機械力作用下織物不容易折皺變形，但是當外力撤去時，折皺處的紗線不容易回復到原來的位置，所以平紋棉織物折皺回復性較差[18]。隨著洗滌次數(shù)的不斷增加，不同組織試樣折皺回復率差距并不明顯，這說明組織結構對洗滌后織物折皺回復性變化影響較小。

圖4 試樣組織對折皺回復率的影響Fig.4 Effect of fabric weave on wrinkle recovery rate

2.3 評價指標的相關性

在本實驗中，分別選擇外觀平整度等級和折皺回復率對織物試樣洗滌后的保形性進行評價，兩者分別從織物折皺程度和折皺恢復性對織物保形性進行刻畫，兩者之間是否存在線性相關性值得研究。為此，在置信度為0.90的情況下，計算織物外觀平整度等級與折皺回復率之間的Pearson相關系數(shù)為0.491 9，說明洗滌對兩種指標的影響具有一致性，兩種指標的變化趨勢存在相同規(guī)律，數(shù)據(jù)之間存在一定的相關性。

3 結 論

1)試樣經(jīng)過連續(xù)反復洗滌后，采用主觀評價與客觀測試結合的方式，通過不同的測試方法研究洗滌后織物的保形性，結果表明：隨洗滌次數(shù)的不斷增加，試樣的平整度等級先保持基本穩(wěn)定，等級差值在0.5級以內(nèi)，然后隨著洗滌次數(shù)的增加平整度等級逐漸下降。試樣的折皺回復率隨著洗滌次數(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，是因為織物折皺主要在無定型區(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結合，在外力作用下更易形成折皺。初始洗滌實驗結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下降變明顯。試樣經(jīng)過連續(xù)地洗滌之后，平整度等級降低是因為織物紗線在外力的反復作用下，織物相關物理力學性能減弱，導致織物外觀折皺明顯。

3)根據(jù)洗滌后試樣的折皺回復率可知，滌棉混紡織物比純棉織物的折皺回復性能要好，是因為滌綸纖維具有較好的彈性回復性。隨著織物紗線線密度減小，洗后織物的折皺回復率增加，是因為織物線密度越大，紗線間不易滑移，產(chǎn)生的折皺不易回復，洗滌對織物的折皺回復率影響越大。相比于斜紋棉織物，平紋棉織物折皺回復性略差；洗滌次數(shù)相同時，不同組織試樣折皺回復率差距并不明顯，組織結構對洗滌后織物折皺回復性變化影響較小。

4)由兩種測試方法的實驗數(shù)據(jù)的相關性可知，洗滌對織物的外觀平整度與織物的折皺回復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。