紡紗方式對織物抗皺性能及拉伸彈性的影響

蘇旭中， 魏艷紅,2， 劉新金， 謝春萍

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122； 2. 金輪針布(江蘇)有限公司， 江蘇 南通 226143)

織物保形能力通常是指織物在穿著、洗滌、使用、存儲過程中能夠保持原有外觀特征，使服裝便于使用、易于保養(yǎng)的性能，包括抗皺性、懸垂性、剛?cè)嵝?、起毛起球性、尺寸穩(wěn)定性、免燙性等[1]?？椢锟棺冃涡允侵缚椢锸艿酵饬ψ饔煤螽a(chǎn)生變形量的大小以及產(chǎn)生變形回復(fù)的難易程度，其指標(biāo)主要包括拉伸彈性回復(fù)率。

對于影響織物抗皺性、免燙性等保形性的因素，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究：胡厚銘等[2]通過優(yōu)選紡紗工藝來提高純棉織物的保形性；張戰(zhàn)旗[3]通過優(yōu)化紡紗方式與染整加工工藝，提高經(jīng)緯雙彈機(jī)織免燙襯衫面料的免燙等級；呂麗華等[4]探討了織物密度、捻度、緊度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對織物折皺彈性和硬挺度的影響；楊書會等[5]探討了純棉織物的抗皺性與其組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系。以上研究在一定程度上都可改善織物的保形性，但僅從物理方面提高純棉織物的保形性，還無法達(dá)到免燙紡織品的標(biāo)準(zhǔn)。目前為達(dá)到免燙要求，應(yīng)用最多的是采用化學(xué)整理劑，但這不僅會造成環(huán)境污染，還會改變織物的親膚感和彈性，甚至危害人體健康[6]。而關(guān)于紡紗方式對織物保形性及抗變形性的影響，國內(nèi)外研究較少。

對于織物的抗皺性及免燙性的測試與評價方法，國內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了大量研究：Wang等[7]基于視頻序列采集系統(tǒng)(JN-1型織物折皺回復(fù)性能動態(tài)測試儀)，檢測織物折皺回復(fù)角隨時間的動態(tài)變化；潘寧[8]利用抽出法研制了PhabrOmeter織物風(fēng)格儀，可測試織物的折皺回復(fù)率。本文分別利用全聚紡、全聚紡包芯、全聚賽絡(luò)紡包芯、全聚賽絡(luò)紡雙絲包芯、全聚紡包芯合股紡紗方式制備了 5種紗線，并用其織造成相同規(guī)格的5種織物；然后采用多種評價方法，研究紡紗方式對織物抗皺性能及拉伸彈性的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)長絲，購自江蘇恒科新材料有限公司。PET長絲的性能如表1所示。長絲B的初始模量、急彈性變形比例、彈性回復(fù)率均比長絲A高。

表1 PET長絲的性能Tab.1 Properties of PET filament

1.2 紗線的制備及性能

本文在加裝全聚紡裝置的QFA1528型細(xì)紗機(jī)上紡制5種紗線。紗線基本性能如表2所示。a、b、c、d、e這5種紗線的線密度均為14.8 tex，其中e為單紗線密度為7.4 tex的2合股股線。紗線a是精梳純棉紗(JC)，紗線b是芯絲為B的全聚紡包芯紗，紗線c是芯絲為B的全聚賽絡(luò)紡包芯紗，紗線d是芯絲為A的全聚賽絡(luò)紡雙芯絲包芯紗，紗線e是芯紗為A的全聚紡包芯紗2合股股線。

表2 紗線性能Tab.2 Yarn performances

由表2可看出：PET長絲的加入可明顯改善成紗條干不勻率、粗節(jié)、棉結(jié)、毛羽等指標(biāo)，含PET長絲的包芯紗比純棉紗線的CV值小，3 mm以上毛羽根數(shù)明顯減少；紗線c比b的強(qiáng)度與初始模量高，CV值小，3 mm以上的毛羽根數(shù)少；紗線e的強(qiáng)度最高，CV值最小，毛羽根數(shù)最少。

1.3 織物的設(shè)計及織造

本文通過調(diào)研山東魯泰紡織股份有限公司的免燙襯衫產(chǎn)品設(shè)計織物的經(jīng)緯密度、組織結(jié)構(gòu)。采用 5種紗線織造了5種二上二下斜紋織物，參數(shù)見表3。

表3 織物參數(shù)Tab.3 Fabric weave structure

1.4 測試方法

1.4.1 抗皺性測試

1.4.1.1靜態(tài)折皺回復(fù)角 按照GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測試 回復(fù)角法》中垂直法，采用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)，測試織物的急彈性回復(fù)角與緩彈性回復(fù)角。每種試樣在織物的正面不同位置經(jīng)緯向各剪取5 塊，剪成40 mm×15 mm 的品字形，壓力負(fù)荷為10 cN，加壓時間為 5 min。為防止測試過程中試樣有黏附現(xiàn)象，影響測量結(jié)果，在兩翼之間離折痕線2 mm處放置1張厚度小于 0.02 mm 的紙片或塑料薄膜。

1.4.1.2動態(tài)折皺回復(fù)角 參照AATCC 66—2008《織物折皺回復(fù)：回復(fù)角法》中水平法，利用JN-1型織物折皺回復(fù)性能動態(tài)測試儀(江南大學(xué))，采用視頻序列采集系統(tǒng)，對織物折皺回復(fù)過程進(jìn)行圖像采集。同一試樣在不同位置經(jīng)緯向各剪取5 塊，試樣剪成40 mm×15 mm的長方形，壓力負(fù)荷為500 g，加壓時間為5 min，視頻采集幀率為4.64 幀/s，單幀大小為1 920 像素×1 200 像素，采集時長為5.5 min，最后用MatLab2016對織物折皺回復(fù)視頻序列進(jìn)行處理，繪制出折皺回復(fù)角隨時間變化的曲線圖。

1.4.1.3折皺回復(fù)率 參照AATCC 202—2014《紡織品相對手值：儀器法》，在同一試樣上剪取大小為100 cm2圓形試樣3塊，利用PhabrOmeter3織物手感評價系統(tǒng)測試儀(美國欣賽寶科技公司)測試織物的折皺回復(fù)率、硬挺度、柔軟度、光滑度。

1.4.1.4外觀平整度等級 參照AATCC 124—2014《織物經(jīng)反復(fù)家庭洗滌后的外觀平整度測定》，對織物進(jìn)行反復(fù)洗滌5次，采用攤平晾干法干燥，對照AATCC 124—2014 三維平整度模板，按最接近的外觀平整度定級。

1.4.2 尺寸穩(wěn)定性測試

參照GB/T 8629—2017《紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》，利用YG701E-Ⅲ型全自動織物縮水率試驗機(jī)(寧波大禾儀器有限公司)，選擇4 N程序洗滌織物，干燥后測試織物的尺寸變化率，每種試樣經(jīng)緯向各測試3次，結(jié)果取平均值。

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1.4.3 織物的拉伸彈性測試

參照FZ/T 01034—2008《紡織品 機(jī)織物拉伸彈性試驗方法》，采用YG(B)026ET型電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州市大榮紡織儀器有限公司)，測試織物的5%定伸長拉伸彈性回復(fù)率，每種試樣測試3次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物的抗皺性分析

2.1.1 靜態(tài)折皺回復(fù)角分析

采用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀測試5種織物的折皺回復(fù)角見表4，急彈性與緩彈性回復(fù)角照片見圖1。

表4 5種織物的折皺回復(fù)角Tab.4 Wrinkle recovery angle of five fabrics (°)

圖1 2#織物急彈性與緩彈性回復(fù)角照片F(xiàn)ig.1 Rapid(a) and slow(b) elastic recovery angle image of 2# fabric

YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀的主要特征為采用高分辨率CCD自動成像，測試軟件提供靜、動態(tài)圖像處理技術(shù)，自動拍攝折痕角度，實時保存圖像；測試軟件內(nèi)置電子量角器，并可根據(jù)成像結(jié)果修正數(shù)據(jù)，避免測量死角及其他復(fù)雜測試狀況，便于出現(xiàn)測試結(jié)果有爭議時作為原始證據(jù)保存。由表4 可知，5種織物的總折皺回復(fù)角大小順序為3#>2#≈5#>4#>1#。PET長絲截面為圓形，表面光滑，使用PET長絲作為包芯紗的芯絲，使紗線間切向滑動阻力減小，可改善織物的抗皺性，因此，1#純棉織物的折痕回復(fù)角最小。賽絡(luò)紡包芯紗與包芯紗相比，賽絡(luò)紡紗線結(jié)構(gòu)緊密，毛羽少，紗線表面光潔紗疵少，因此，3#織物的折痕回復(fù)角比2#織物大。股線與賽絡(luò)紡相比強(qiáng)力、條干、捻不勻有所改善，彈性好，因此，5#股線織物的折皺回復(fù)角比4#賽絡(luò)紡雙絲包芯紗織物的大。初始模量的大小可表示纖維在低負(fù)荷下變形的難易程度，初始模量大表示纖維在小負(fù)荷下不易變形，織物的挺括性好；由于長絲B的初始模量比長絲A大，因此，3#織物的折皺回復(fù)角比4#織物大。

2.1.2 動態(tài)折皺回復(fù)角分析

JN-1型織物折皺回復(fù)性能動態(tài)測試儀可精確描述織物折皺回復(fù)的動態(tài)過程，該裝置采用氣動加壓方式，加壓5 min后自動彈開，為更精確地展現(xiàn)織物在加壓彈開瞬間的折皺回復(fù)情況，視頻錄像時間為5.5 min(在加壓裝置未彈開時，提前30 s打開錄像)，曲線代表織物經(jīng)緯向折皺回復(fù)過程中不同階段的回復(fù)角，包含了回復(fù)的初始角度、急彈折皺回復(fù)角、緩彈折皺回復(fù)角等。

基于視頻序列的JN-1型織物折皺回復(fù)性能動態(tài)測試儀測試的5種織物的動態(tài)折皺回復(fù)角見圖2?？梢钥闯觯曄蛘郯櫥貜?fù)角一般大于經(jīng)向，尤其圖2(a)所示1#純棉織物經(jīng)緯向折皺回復(fù)性差異較大，緯向折皺回復(fù)角明顯大于經(jīng)向，這是因為織物經(jīng)密大于緯密，經(jīng)向紗線間的切向滑動阻力大于緯向，釋去外力后，經(jīng)紗間相對滑移困難，短時間內(nèi)回復(fù)性差。PET長絲的加入可縮小經(jīng)緯向折皺回復(fù)角的差異，這是因為PET長絲的急彈性變形比例較大，同時又由于賽絡(luò)紡與股線本身紗線結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)(如紗線毛羽少、表面光滑，彼此之間摩擦阻力小)，因此，織物具有起皺后在極短時間內(nèi)急速回復(fù)的性能(見圖2(c)、(e))。

圖2 5種織物的動態(tài)折皺回復(fù)角Fig.2 Dynamic wrinkle recovery angle of five fabrics

表5 2種儀器測試CV值對比Tab.5 CV values test results comparison of two instruments %

由表5可知，使用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀測試5種織物的急彈性與緩彈性折皺回復(fù)角的CV值，比使用JN-1型織物折皺回復(fù)性能動態(tài)測試儀測試的結(jié)果偏大，即JN-1型織物折皺回復(fù)性能動態(tài)測試儀測試結(jié)果的穩(wěn)定性較好。這是因為使用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀，在測試過程中受人為因素影響較大，如人工放置壓板的位置偏差，致使受壓不勻或受壓面積不等都會造成數(shù)據(jù)偏差。使用JN-1型織物折皺回復(fù)性能動態(tài)測試儀，實驗壓力一致性好，受人為影響因素小，自動化程度高，多次實驗表明數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、結(jié)果的準(zhǔn)確性比YG541E型智能式織物折皺彈性儀要好[9]。

2.1.3 折皺回復(fù)率分析

織物的折皺回復(fù)率是表示抗皺性的常用指標(biāo)。折痕回復(fù)角通常只反映了織物單一方向、單一形態(tài)的折皺回復(fù)性，與實際使用或穿著過程中織物的多向性、復(fù)雜形態(tài)的折皺狀態(tài)相比，不夠精確與全面。使用PhabrOmeter3織物風(fēng)格儀測試織物的折皺回復(fù)率及其他指標(biāo)，比較貼近實際使用過程，克服了只能檢測單一方向折皺回復(fù)角的缺點(diǎn)，且儀器操作簡單，效率高。5種織物的風(fēng)格指標(biāo)見表6。

表6 5種織物的風(fēng)格指標(biāo)測試結(jié)果Tab.6 Style test result of five fabrics

由表6可知，5種織物折皺回復(fù)率的大小順序為3#>5#>4#>2#>1#?？椢锏膭?cè)嵝园ㄓ餐Χ群腿彳浂?，纖維的初始模量和紗線結(jié)構(gòu)是影響織物剛?cè)嵝缘臎Q定因素。纖維初始模量和紗線抗彎剛度大，則織物越硬挺，因此，3#、5#織物的硬挺度較好。

2.1.4 外觀平整度等級分析

對照AATCC 202—2014三維平整度模板，對 5種織物的外觀平整度進(jìn)行評級結(jié)果見圖3?？芍?種織物的平整度等級分別是1#織物1級，2#織物 3級， 3#織物3.5級，4#織物3級，5#織物3.5級?？椢锏钠秸鹊燃壋c纖維的模量、彈性和紗線結(jié)構(gòu)等有關(guān)外，還與纖維吸濕性、織物在濕態(tài)下的折痕回復(fù)性及縮水性密切相關(guān)。經(jīng)測試可知，PET長絲的回潮率較小，為0.48%，一般來說纖維的吸濕性小，織物濕態(tài)下折皺回復(fù)性好，縮水性小，織物的尺寸穩(wěn)定性、免燙性好，因此，PET芯絲的加入可改善織物的平整度等級。

圖3 5種織物的外觀平整度等級Fig.3 Apparent flatness of five fabrics

通過對5種織物客觀與主觀抗皺性的綜合評價可以得出，3#全聚賽絡(luò)紡包芯紗織物與5#股線織物的抗皺性較好，外觀平整度等級均達(dá)到了 3.5級，但生產(chǎn)股線的流程長，成本高。馬芹等[10]對比了集聚紡棉織物與普通環(huán)錠紡織物的折皺回復(fù)性認(rèn)為，集聚紡織物的抗皺性能較好，適合開發(fā)高檔襯衫面料。朱帆帆等[11]對比了賽絡(luò)紡、集聚紡、集聚賽絡(luò)紡 3種紡紗方式的截面以及毛細(xì)效應(yīng)認(rèn)為，集聚賽絡(luò)紡的截面更接近圓形，其導(dǎo)濕性最好，從生產(chǎn)成本、織物抗皺性能等方面綜合考慮，3#全聚賽絡(luò)紡包芯紗織物更適合開發(fā)高保形免燙襯衫面料。

2.2 織物的尺寸穩(wěn)定性分析

纖維的吸濕性是影響織物縮水性的主要原因之一，纖維的吸濕性好，吸濕膨脹率大，織物的縮水率高。5種織物的尺寸穩(wěn)定性測試結(jié)果見表7。可知：由于純棉纖維的吸濕性較好，1#純棉織物的尺寸穩(wěn)定性最差；由于斜紋織物經(jīng)向緊度大于緯向，織物落水后緯紗間有較大的空隙讓其吸濕溶脹，造成緯紗直徑增加，迫使經(jīng)紗屈曲，因此，5種織物的經(jīng)向縮水率比緯向大。同理3#比2#織物結(jié)構(gòu)緊密，5#比4#織物結(jié)構(gòu)緊密，所以3#與5#織物的縮水率最小，且彼此的縮水率差異不大。

表7 5種織物的水洗尺寸變化率Tab.7 Dimensional stability to washing of five fabrics %

2.3 織物的拉伸彈性分析

5種織物的5%定伸長拉伸彈性回復(fù)率測試結(jié)果見表8。可知，1#織物彈性回復(fù)率最差，3#織物比2#織物好，5#比4#織物好。纖維的拉伸變形回復(fù)能力決定了織物的彈性回復(fù)率，而織物的拉伸彈性回復(fù)率又影響織物的抗皺性。PET長絲具有較高的初始模量與良好的彈性回復(fù)性，因此，PET長絲的加入可改善棉織物的拉伸彈性回復(fù)性。又因為長絲B比A的初始模量、彈性回復(fù)率高，所以3#織物拉伸變形率比4#織物小，其抗皺性較好。盡管純棉紗的模量也較高，但由于棉纖維的拉伸變形回復(fù)能力小，其織物的拉伸回復(fù)率小，因此，1#織物抗皺性最差。

表8 5%定伸長拉伸織物的彈性回復(fù)率Tab.8 5% fixed elongation tensile resilience rate of fabric %

3 結(jié) 論

1)織物的抗皺性及拉伸彈性主要受纖維的形態(tài)、初始模量及彈性、紗線結(jié)構(gòu)、織物的拉伸變形回復(fù)能力、織物折皺回復(fù)角各向異性的差異等多方面因素影響。

2)PET長絲截面為圓形，表面光滑，回潮率低，初始模量高，且急彈性變形比例較大，因此，使用PET長絲作為包芯紗的芯絲，其織物在低變形下拉伸回復(fù)能力高，并具有起皺后在極短時間內(nèi)急速回復(fù)的性能，因此，比純棉織物的抗皺、挺括性好。

3)全聚賽絡(luò)紡包芯紗比全聚紡包芯紗初始模量高、條干好、毛羽少，紗線表面更光潔，結(jié)構(gòu)更緊密，因此，其織物的保形性及抗變形性較好。由全聚紡包芯紗合股形成的股線比全聚賽絡(luò)紡雙絲包芯紗紗疵、毛羽更少，條干不勻、捻度不勻、強(qiáng)度不勻更小，且紗線的彈性好，因此，其織物的抗皺性、尺寸穩(wěn)定性、拉伸回復(fù)性更好。