緯平針棉針織物平幅絲光條件與其線圈結(jié)構(gòu)的關(guān)系

尉騰祥， 李 敏， 彭虹云， 付少海

(1. 江蘇省紡織品數(shù)字噴墨印花工程技術(shù)研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

絲光是棉織物前處理過程的重要步驟，在濃堿和受力條件下針織物線圈形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而引起性能的改變。通過絲光可極大提升針織物的尺寸穩(wěn)定性、彈性、柔軟性、舒適性，增強(qiáng)針織物對(duì)染料的吸附能力和吸濕性能，提高織物的強(qiáng)力、延伸度，改善棉針織物縮率大和易變形等缺點(diǎn)[1-2]。圓筒絲光是常用的絲光方式，具有成本低、織物無邊疵等優(yōu)點(diǎn)，但存在擴(kuò)布時(shí)布面歪斜、接觸機(jī)械阻力形成吃堿反應(yīng)不勻的問題，平幅絲光可避免敏感薄形織物在圓筒絲光機(jī)絲光處理時(shí)線圈發(fā)生的微型變形等問題[3]。

在針織物平幅絲光方面，國(guó)內(nèi)外研究主要集中在絲光工藝對(duì)織物強(qiáng)力、濕熱阻以及尺寸穩(wěn)定性的影響等方面：湯根娣等[4]研究了絲光條件對(duì)亞麻/棉混紡針織面料形態(tài)和強(qiáng)力的影響；胡萍等[5]研究了纖維素酶對(duì)絲光麻織物抗刺癢性能的影響；Ayatollahi等[6]研究了冷絲光工藝對(duì)夏季棉面料舒適性及力學(xué)性能的影響；Moghassem等[7]研究了絲光時(shí)間、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、溫度和張力等對(duì)平紋棉針織物尺寸穩(wěn)定性的影響；Park等[8]研究了織物緊度、松弛處理和紗線捻度對(duì)平紋織物尺寸穩(wěn)定性的影響。然而，針織物由線圈組成，在不同條件下線圈形態(tài)會(huì)發(fā)生變化，從而引起性能的改變，因此，研究絲光條件對(duì)織物線圈形態(tài)變化的影響十分有必要。

緯平針棉針織物是針織物中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的織物，橫向延伸性大，易變形和脫散，因此，本文采用緯平針棉針織物為研究對(duì)象，在雙向拉伸條件下，研究絲光過程中張力、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、溫度、時(shí)間對(duì)位移矢量、圈距、圈高、形態(tài)系數(shù)、剪切角等結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響規(guī)律，獲得較佳的平幅絲光工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

織物：漂白單面精梳純棉針織物，紗線線密度為32 tex；織物面密度為140 g/cm2，圈距為 0.7 mm，圈高為0.5 mm，線圈長(zhǎng)度為0.72 mm，紗線有效直徑為0.18 mm， 紹興海強(qiáng)針織廠。

試劑：氫氧化鈉、冰醋酸，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將20 cm×20 cm的漂白單面針織物固定在絲光架上，在其中心區(qū)域劃出14 cm×14 cm的區(qū)域，將針織物分為由不同節(jié)點(diǎn)組成的7 mm×7 mm方形單元，以方形單元作為研究對(duì)象，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)絲光架Fig.1 Experimental mercerizing device

織物在雙向拉伸時(shí)所受張力的大小用擴(kuò)幅表示，將針織物雙向分別拉伸擴(kuò)幅5%、10%、15%后，通過織物節(jié)點(diǎn)受力前后的位置和方向變化繪制位移矢量場(chǎng)。

絲光工藝流程：配制堿液→繃布(不同橫縱向同時(shí)擴(kuò)幅)→浸堿(不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度、溫度、時(shí)間)→熱水洗(浴比為1∶20、60 ℃、4 min)→體積分?jǐn)?shù)約為2%的醋酸中和→溫水洗(2 min)→冷水洗(2 min)→剝離絲光架→烘干(60 ℃)。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 線圈參數(shù)測(cè)試

用游標(biāo)卡尺測(cè)量織物節(jié)點(diǎn)處線圈的圈距和圈高，每個(gè)單元測(cè)量10次，取平均值。位移比計(jì)算公式為

式中：p為位移比，%；L0為織物處理前長(zhǎng)度，m；L1為織物處理后長(zhǎng)度，m。

1.3.2 形態(tài)系數(shù)測(cè)試

形態(tài)系數(shù)由圈高和圈距的比值表示，用游標(biāo)卡尺測(cè)量圈高和圈距后，計(jì)算形態(tài)系數(shù)的值。

1.3.3 剪切角測(cè)試

剪切角是指織物單元受力后與拉伸方向形成的夾角，用剪切角變化來描述織物形變的程度。剪切角α示意圖如圖2所示。用萬能量角器測(cè)量角α的大小，每個(gè)角度測(cè)量10次，取平均值即為線圈的剪切角。

注：圖中(i, j)為單元格的坐標(biāo)； Fw和Fc 為織物受到的不同方向的拉力。圖2 剪切角示意圖Fig.2 Diagram of coil shear angle. (a) Before stretch; (b) After stretch

2 結(jié)果與討論

2.1 拉伸張力的影響

圖3示出不同拉伸張力擴(kuò)幅時(shí)整個(gè)針織物的節(jié)點(diǎn)向量場(chǎng)。向量的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別表示節(jié)點(diǎn)初始和變化后的位置，箭頭的方向表示節(jié)點(diǎn)的位移方向。結(jié)果表明，織物整體變形沿軸向?qū)ΨQ，對(duì)稱中心附近的節(jié)點(diǎn)主要以單向位移為主，與對(duì)稱軸平行且伴隨微小位移；由于紗線之間存在摩擦以及不同位置處線圈受彎曲力矩大小不同，在織物邊緣處，線圈單元發(fā)生歪斜等大變形行為。在不同拉伸張力下，節(jié)點(diǎn)的位移向量表現(xiàn)出不同的大小和方向[9-10]，使得織物不同區(qū)域呈現(xiàn)不同的變形。由圖3還可發(fā)現(xiàn)，在節(jié)點(diǎn)向量場(chǎng)中出現(xiàn)位移比小于50%的橢圓區(qū)域(以下橢圓區(qū)域均指位移比小于50%)，隨著拉伸張力的增加，橢圓區(qū)域面積由占整個(gè)試樣的45.78%降低到24.39%。該結(jié)論表明，隨著拉伸張力的增加，拉伸織物的小位移節(jié)點(diǎn)變少。

圖3 不同拉伸擴(kuò)幅條件下織物的向量場(chǎng)Fig.3 Vector field of fabric at different tensile extensions

由于織物節(jié)點(diǎn)數(shù)量過多，故選取具有代表意義的節(jié)點(diǎn)觀察圈高和圈距的變化趨勢(shì)。圖4示出中心線上不同拉伸張力擴(kuò)幅條件下織物單元的圈距和圈高測(cè)量結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)：圈距和圈高的變化符合拋物線變化規(guī)律，擬合度均大于0.95；隨著拉伸張力的增大，圈距和圈高都增大，但增加的程度不同。這主要?dú)w因于結(jié)構(gòu)單元的初始取向不同，以及在橫縱方向上線圈的變化能力不同[11]。

圖4 不同拉伸擴(kuò)幅條件下織物中心線上圈距和圈高Fig.4 Centralized coil spacing and height of fabric at different tensile extensions

通常織物受力變形時(shí)圈高和圈距會(huì)隨之發(fā)生變化，因此，采用圈高和圈距的比值，即形態(tài)系數(shù)可較好地描述針織物的變形特點(diǎn)[12]。圖5示出根據(jù)圈高和圈距的比值測(cè)出的不同拉伸張力條件下織物單元的形態(tài)系數(shù)?？椢镂蠢鞎r(shí)形態(tài)系數(shù)為1.400。由圖5可知：隨著拉伸張力的增大，形態(tài)系數(shù)呈梯度分布，最大的形態(tài)系數(shù)由1.048減小到1.028；當(dāng)拉伸擴(kuò)幅為5%時(shí)，中心區(qū)域的形態(tài)系數(shù)值在1.025～1.033之間，明顯比拉伸擴(kuò)幅為10%和15%時(shí)大。

圖5 不同拉伸擴(kuò)幅條件下織物的形態(tài)系數(shù)Fig.5 Shape coefficient of fabric at different tensile extensions

圖6示出不同拉伸張力擴(kuò)幅時(shí)織物單元的剪切角?？芍椢锛羟薪谴嬖诿黠@的遞變規(guī)律。隨著拉伸張力的增大，中心區(qū)域面積增加，邊緣區(qū)域的最大剪切角減小，由89.3°減小為88.3°。圈距和圈高直接關(guān)系到織物橫向和縱向的密度，是決定織物尺寸穩(wěn)定性的重要因素[12-13]。實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，在拉伸擴(kuò)幅為10%、15%時(shí)，織物結(jié)構(gòu)已發(fā)生微小的脫散，線圈變形嚴(yán)重。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，張力對(duì)織物線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大，本文在選定的3個(gè)張力條件下，最佳的張力條件為雙向拉伸擴(kuò)幅5%。

圖6 不同拉伸擴(kuò)幅條件下織物的剪切角Fig.6 Shear angles of fabric at different tensile extensions

2.2 氫氧化鈉質(zhì)量濃度的影響

圖7示出不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度時(shí)織物的節(jié)點(diǎn)向量場(chǎng)?？梢钥闯?，隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加，橢圓區(qū)域面積先增加后變化不大，在氫氧化鈉質(zhì)量濃度為200 g/L時(shí)面積達(dá)到最大。

這是因?yàn)殡S著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的升高，纖維發(fā)生明顯的溶脹，纖維表面不均勻變形被消除，且可均勻地分擔(dān)外力，使線圈變形比較均勻。

圖7 不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度時(shí)織物的向量場(chǎng)Fig.7 Vector field of fabric at different NaOH mass concentrations

圖8示出不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度時(shí)織物單元的圈距和圈高測(cè)量結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)：圈距和圈高的變化符合拋物線變化規(guī)律，擬合度均大于0.94；隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的變化，圈距和圈高變化范圍不大；在氫氧化鈉質(zhì)量濃度為200 g/L時(shí)，圈距和圈高均取得最大值。

圖8 不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度時(shí)織物的圈距和圈高Fig.8 Coil spacing and height of fabric at different NaOH mass concentrations

圖9示出不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度時(shí)織物單元的形態(tài)系數(shù)?？煽闯觯寒?dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度為 200 g/L時(shí)，中心區(qū)域的形態(tài)系數(shù)值在1.025～1.033 之間，明顯較其他質(zhì)量濃度的大。

圖10示出不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度下織物單元的剪切角?？梢钥闯觯簭目椢镏行膮^(qū)域到邊緣區(qū)域，剪切角存在明顯的遞變規(guī)律；當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度為 200 g/L 時(shí)剪切角最大，為89.3°。

以上分析表明，氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)織物線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響也較大，在其為200 g/L時(shí)，織物收縮與拉伸的程度大致相等，線圈均勻程度較高，因此，較佳的平幅絲光氫氧化鈉質(zhì)量濃度為200 g/L。

圖9 不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度時(shí)織物的形態(tài)系數(shù)Fig.9 Shape coefficient of fabric at different NaOH mass concentrations

圖10 不同氫氧化鈉質(zhì)量濃度時(shí)織物的剪切角Fig.10 Shear angles of fabric at different NaOH mass concentrations

2.3 絲光溫度的影響

圖11示出不同絲光溫度時(shí)織物的節(jié)點(diǎn)向量場(chǎng)。可知，隨著溫度的變化，橢圓區(qū)域面積在50 ℃時(shí)達(dá)到最大(45.78%)。

圖12示出不同絲光溫度時(shí)織物單元的圈距和圈高?？梢钥闯觯嗪腿Ω叩淖兓蠏佄锞€的變化規(guī)律，擬合度均大于0.94。在絲光溫度為 50 ℃ 時(shí)，圈距和圈高均是最大的。

圖11 不同絲光溫度條件下織物的向量場(chǎng)Fig.11 Vector field of fabric at different mercerization temperatures

圖12 不同絲光溫度條件下織物的圈距和圈高Fig.12 Coil spacing and height of fabric at different mercerization temperatures

圖13示出不同絲光溫度條件下織物單元的形態(tài)系數(shù)?？芍弘S著溫度的變化，最大形態(tài)系數(shù)值由1.048減小到1.010；當(dāng)溫度為50 ℃時(shí)，中心區(qū)域的形態(tài)系數(shù)值在1.025～1.033之間，明顯比溫度為40和 60 ℃ 時(shí)的大。

圖13 不同絲光溫度條件下織物的形態(tài)系數(shù)Fig.13 Shape coefficient of fabric at different mercerization temperatures

圖14 不同絲光溫度條件下織物的剪切角Fig.14 Shear angles of fabric at different mercerization temperatures

圖14示出不同絲光溫度條件下織物單元的剪切角。結(jié)果表明，溫度對(duì)織物單元的剪切角影響較小，中心區(qū)域的最大剪切角約為89.3°。

以上分析表明，適當(dāng)?shù)臏囟瓤商岣呓z光的效果，改善絲光線圈變化的均勻程度，溫度太高或太低，會(huì)使線圈均勻程度下降，較佳的平幅絲光溫度為 50 ℃。與絲光張力和氫氧化鈉質(zhì)量濃度的影響相比，絲光溫度對(duì)織物線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較小。

2.4 絲光時(shí)間的影響

圖15示出不同絲光時(shí)間時(shí)織物的節(jié)點(diǎn)向量場(chǎng)?？芍?，隨著時(shí)間的變化，橢圓區(qū)域面積發(fā)生變化，在時(shí)間為120 s時(shí)達(dá)到最大(45.78%)，此時(shí)，織物變形比較均勻。

圖16示出不同絲光時(shí)間時(shí)中心線上織物單元的圈距和圈高。研究發(fā)現(xiàn)：圈距和圈高的變化符合拋物線變化規(guī)律，擬合度均大于0.95；在溫度為 120 s 時(shí)，圈距和圈高都是最大的。

圖15 不同絲光時(shí)間條件下織物的向量場(chǎng)Fig.15 Vector field of fabric at different mercerization time

圖16 不同絲光時(shí)間條件下織物的圈距和圈高Fig.16 Coil spacing and height of fabric at different mercerization time

圖17示出絲光時(shí)間對(duì)織物單元的形態(tài)系數(shù)的影響?？芍弘S著絲光時(shí)間的增加，不同時(shí)間下最大形態(tài)系數(shù)值由1.048減小到1.010；當(dāng)絲光時(shí)間為120 s時(shí)，中心區(qū)域的形態(tài)系數(shù)值在1.025～1.033之間，明顯比絲光時(shí)間為90和150 s時(shí)的大。

圖18示出織物單元的剪切角。可知，隨著絲光時(shí)間的變化，中心區(qū)域和邊緣區(qū)域剪切角的變化均不明顯。

圖17 不同絲光時(shí)間條件下織物的形態(tài)系數(shù)Fig.17 Shape coefficient of fabric at different merceization time

圖18 不同絲光時(shí)間條件下織物的剪切角Fig.18 Shear angles of fabric at different mercerization time

以上分析表明，絲光時(shí)間關(guān)系到絲光效果的好壞，時(shí)間太短絲光效果不徹底，時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)使線圈均勻程度降低，因此，較佳的平幅絲光時(shí)間為120 s。

3 結(jié) 論

本文研究了針織物在不同絲光條件(拉伸張力、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、溫度、時(shí)間)下線圈結(jié)構(gòu)變化，得到如下結(jié)論。

1)絲光處理時(shí)張力和氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)線圈結(jié)構(gòu)的影響很大，而絲光溫度和時(shí)間對(duì)線圈結(jié)構(gòu)的影響較小。

2)絲光處理后織物向量場(chǎng)中各節(jié)點(diǎn)的位移大小與方向會(huì)發(fā)生變化，使得織物不同區(qū)域呈現(xiàn)不同的變形，且出現(xiàn)織物形變較小(位移比小于50%)的橢圓形區(qū)。

3)織物圈距和圈高的變化符合拋物線變化規(guī)律，形態(tài)系數(shù)呈梯度對(duì)稱分布，剪切角存在明顯的遞變規(guī)律。在雙向拉伸擴(kuò)幅為5%、氫氧化鈉質(zhì)量濃度為200 g/L、溫度為50 ℃、時(shí)間為120 s時(shí)，形變較小的橢圓面積達(dá)到最大為45.78%，此時(shí)織物圈距和圈高也最大，剪切角變化更加平緩，同時(shí)形態(tài)系數(shù)更加均勻。