溝槽結(jié)構(gòu)紗的制備與表征

張棟偉 石婷婷 宋海波 陳 軍 張尚勇

（1.武漢紡織大學(xué)，湖北武漢，430200；2.深圳全棉時(shí)代科技有限公司，廣東深圳，518000）

隨著社會(huì)發(fā)展和物質(zhì)生活水平的提高，人們對(duì)服裝性能的要求也越來越高，通過改變紗線結(jié)構(gòu)來改善服裝面料的性能已成為未來市場(chǎng)的重要方向。純棉織物一直是人們比較喜歡的類型，主要是因?yàn)槊蘩w維擁有柔軟親膚、吸濕性好、天然健康等優(yōu)點(diǎn)，但棉織物在穿著中最大的問題之一是棉織物的散濕性不好，嚴(yán)重影響了棉織物在夏季多汗情況下的使用效果［1］。

目前雖然有專業(yè)人士通過對(duì)棉織物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者化學(xué)改性改善棉織物的散濕性［2-4］，但在紗線這一方面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究還沒有報(bào)道。因此通過采用純物理的辦法進(jìn)行紗線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來改善純棉織物的散濕性是科研工作者需要努力的方向［5-7］。市面上散濕性比較好的纖維有麻類纖維和異形纖維，如苧麻和Coolmax纖維等［8-9］，通過整體分析這些散濕性好的纖維，我們可以發(fā)現(xiàn)這些纖維的表面都具有溝槽、橫節(jié)豎紋、細(xì)小孔洞之類的特征［10-11］，形成的紗線也會(huì)具有這樣的結(jié)構(gòu)特征。因此，根據(jù)影響透濕性的因素來看，織物的散濕性與織物中的孔洞、通道、毛細(xì)管有很大的關(guān)系。這些結(jié)構(gòu)特征是棉纖維和普通棉紗所不具備的。因此，要想得到散濕性較好的純棉織物，就需要對(duì)紗線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而溝槽結(jié)構(gòu)是已經(jīng)被證明有效可行的一種散濕結(jié)構(gòu)。

本文在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上使用滌綸熱熔絲和維綸水溶絲與純棉粗紗進(jìn)行包纏紡，再將該包纏紗在烘箱中進(jìn)行110℃的高溫處理，使紗線表面的滌綸熱熔絲先被熔化，冷卻后的產(chǎn)物將維綸水溶絲和純棉紗體進(jìn)行固定，再通過高溫水浴溶解維綸水溶絲，此時(shí)維綸水溶絲空出的部位就形成了溝槽，且由于有滌綸熱熔絲熔化冷卻后的產(chǎn)物起到固定這個(gè)空間的作用，因此紗線的表面就形成比較穩(wěn)定的溝槽結(jié)構(gòu)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

采用定量3.70 g/10 m的純棉粗紗作為短纖須條，該粗紗由武漢裕大華紡織服裝集團(tuán)提供；采用5.56 tex/12 F滌綸熱熔絲在110℃高溫下熔化，該長絲由宇濤特纖有限公司提供；采用3.78 tex維綸水溶絲在75℃水浴中溶解，該長絲由日本Nitivy公司提供；采用SVA-71漿料由淀粉與丙烯酸類單體接枝共聚合成，由湖北頂新環(huán)保生物質(zhì)材料有限公司提供；退漿的硫酸（分子量為98.08）由國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)過程及參數(shù)

在DSSp-01A型數(shù)字式小樣細(xì)紗機(jī)上對(duì)滌綸熱熔絲、維綸水溶絲和純棉粗紗進(jìn)行包纏紗的紡制。紡紗工藝參數(shù)：粗紗定量3.70 g/10 m，前羅拉速度6.89 m/min，總牽伸26.4倍，錠速7 000 r/min，捻系數(shù)380。在烘箱中對(duì)該包纏紗先進(jìn)行110℃高溫處理，熔化滌綸熱熔絲，再進(jìn)行75℃水浴溶解維綸水溶絲，最后形成溝槽結(jié)構(gòu)紗（以下簡稱溝槽紗）。在GA 391型單紗漿機(jī)上對(duì)溝槽紗進(jìn)行上漿，上漿工藝參數(shù)：選用SVA-71漿料，漿液濃度6%，煮漿溫度95℃，煮漿時(shí)間45 min，上漿方式為單浸單壓。因溝槽紗中的滌綸熱熔絲熔化后以薄膜的形式存在紗體中，因此為了保證試驗(yàn)的機(jī)織物成分相同，在SGA 598-SD型半自動(dòng)打樣機(jī)上對(duì)上漿后的溝槽紗和相同規(guī)格的滌棉包纏紗分別進(jìn)行機(jī)織物的織造。織造工藝參數(shù)：經(jīng)緯紗號(hào)數(shù)19.56 tex，經(jīng)密240根/10 cm，緯密150根/10 cm，組織規(guī)格為三上一下左斜紋。對(duì)兩塊機(jī)織物進(jìn)行退漿處理，采用硫酸退漿法，退漿工藝參數(shù)：退漿溫度100℃，退漿時(shí)間30 min；退漿后碘液檢測(cè)無藍(lán)色變化。

1.3 紗線測(cè)試

處理前后的包纏紗在標(biāo)準(zhǔn)條件下放置48 h進(jìn)行預(yù)調(diào)濕，并在相同條件下測(cè)試紗線各項(xiàng)指標(biāo)。

采用JSM-6510LV型電子顯微鏡觀察每個(gè)處理階段后的紗線表面結(jié)構(gòu)。

根據(jù)FZ/T 01086—2000《紡織品 紗線毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》，采用YG173A型紗線毛羽測(cè)試儀測(cè)試紗線毛羽，測(cè)試紗線片段長度10 m，測(cè)試速度30 m/min，處理前后的紗各測(cè)10次，取平均值。

根據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定》，采用YG068C型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測(cè)試成紗強(qiáng)伸性能，紗線拉伸速度為500 mm/min，兩端夾持距離為500 mm，處理前后的紗各測(cè)量20次，取平均值。

根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗(yàn)方法 第1部分：電容法》，用YG133B/M型條干均勻度測(cè)試儀測(cè)試管紗成紗條干，測(cè)試速度400 m/min，測(cè)試時(shí)間1 min。

1.4 織物測(cè)試

在標(biāo)準(zhǔn)條件下將機(jī)織物放置48 h進(jìn)行預(yù)調(diào)濕，并在相同條件下測(cè)試織物的吸濕快干指標(biāo)。

采用JSM-6510LV型電子顯微鏡觀察滌棉紗機(jī)織物和溝槽紗機(jī)織物的表面結(jié)構(gòu)。

根據(jù)GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 滴水?dāng)U散時(shí)間》，每個(gè)樣品裁取5塊試樣，每塊試樣的尺寸為10 cm×10 cm，記錄擴(kuò)散時(shí)間取平均值。

根據(jù)GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評(píng)定 水分蒸發(fā)速率和蒸發(fā)時(shí)間》，試樣的尺寸為10 cm×10 cm，每隔（5±0.5）min稱取一次質(zhì)量，精確至0.001 g，繪制“時(shí)間-蒸發(fā)量曲線”。

根據(jù)FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》規(guī)定執(zhí)行，用YG（B）871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀測(cè)試布樣條的芯吸高度，每個(gè)樣品的經(jīng)緯向分別剪3條，每條試樣長30 cm，寬2.5 cm，測(cè)試結(jié)果取平均值。

根據(jù)GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第2部分：蒸發(fā)法》的規(guī)定執(zhí)行，采用YG601H型電腦型織物透濕儀對(duì)織物的透濕量進(jìn)行檢測(cè)，試樣直徑為70 mm，每個(gè)樣品取3個(gè)試樣，得到的透濕量取平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析及表征

2.1 處理前后紗線的結(jié)構(gòu)分析

為了客觀地確認(rèn)每一階段處理后的紗線表面有明顯的變化，觀察原紗的紗線表面結(jié)構(gòu)圖如圖1（a）所示，先處理滌綸熱熔絲后的紗線表面結(jié)構(gòu)圖如圖1（b）所示，先處理滌綸再處理維綸后的紗線表面結(jié)構(gòu)圖如圖1（c）所示，先處理維綸水溶絲后的紗線表面結(jié)構(gòu)圖如圖1（d）所示，先處理維綸再處理滌綸后的紗線表面結(jié)構(gòu)圖如圖1（e）所示。另外，為了進(jìn)一步觀察紗線的溝槽結(jié)構(gòu)，觀察原紗的橫截面結(jié)構(gòu)圖如圖2（a）所示，溝槽結(jié)構(gòu)紗的橫截面結(jié)構(gòu)圖如圖2（b）所示。

圖1 紗線縱向表面結(jié)構(gòu)圖

圖2 紗線橫截面結(jié)構(gòu)圖

由圖1（a）可以清楚地看到，滌綸熱熔絲和維綸水溶絲與純棉粗紗成功地紡制出包纏紗，其中滌綸熱熔絲和維綸水溶絲靠近在一起，兩者呈螺旋式包纏在棉纖維紗體的外層。

由圖1（b）可以清楚地看到，滌綸熱熔絲熔化后在紗體的表面形成了一層薄膜，覆蓋在了維綸水溶絲的表面，同時(shí)黏結(jié)了維綸水溶絲和純棉紗體，證明了先處理滌綸熱熔絲會(huì)形成薄膜狀物質(zhì)來黏結(jié)維綸水溶絲和純棉紗體，有利于固定溶解維綸水溶絲后形成的局部空間。

由圖1（c）可以清楚地看到，紗體的表面有比較明顯的溝槽，維綸水溶絲被溶解后形成了溝槽，滌綸熱熔絲熔化產(chǎn)生的物質(zhì)在溝槽四周存在，起到固定溝槽的作用，兩者共同作用下才能形成穩(wěn)定明顯的溝槽結(jié)構(gòu)。證明了先處理滌綸熱熔絲再處理維綸水溶絲的方法能形成穩(wěn)定連續(xù)的溝槽。

由圖1（d）可以清楚地看到，先處理維綸水溶絲后紗體的表面沒有出現(xiàn)明顯的空間部分，滌綸熱熔絲和棉纖維處于包纏狀態(tài)。維綸水溶絲被溶解后確實(shí)會(huì)形成空間部位，但由于沒有其他物質(zhì)來固定這個(gè)空間部位，那么形成的空間部位將被其他棉纖維填補(bǔ)，無法獲得穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)。

由圖1（e）可以清楚地看到，紗體表面沒有明顯的溝槽，由于先進(jìn)行維綸水溶絲的溶解，導(dǎo)致維綸水溶絲溶解后的空間沒有被其他物質(zhì)進(jìn)行固定，則被純棉紗體占據(jù)，再熔化滌綸熱熔絲產(chǎn)生的產(chǎn)物已經(jīng)起不到固定溝槽的作用。因此采用先溶解維綸水溶絲再熔化滌綸熱熔絲的方法無法形成比較明顯穩(wěn)定連續(xù)的溝槽。

由圖2（a）可以清楚地看到，原紗的橫截面處于一種散亂的結(jié)構(gòu)，棉纖維和滌綸熱熔絲以及維綸水溶絲包纏在一起，未看到明顯的溝槽，整體類似圓形散亂截面。

由圖2（b）可以清楚地看到，溝槽紗的橫截面出現(xiàn)了明顯的缺口，該缺口是溝槽的截面，因此證明了紗線在處理之后形成了溝槽，且溝槽清晰可見。

綜上所述，通過對(duì)紗線橫縱向表面形態(tài)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)溶解維綸水溶絲可以形成空間部位，熔化滌綸熱熔絲的產(chǎn)物可以固定這個(gè)空間部位，同時(shí)也證明，只有通過先熔化滌綸熱熔絲再溶解維綸水溶絲的方法，才可以在紗線表面形成穩(wěn)定連續(xù)的溝槽結(jié)構(gòu)。

2.2 紗線毛羽分析

毛羽指標(biāo)是判斷紗線質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，影響到紗線的織造和織物的穿著舒適性，本文需確保該紡紗方法不影響紗線的毛羽指標(biāo)，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用做好準(zhǔn)備。將處理前的紗線與處理后的紗線進(jìn)行毛羽情況測(cè)試后，取平均值，結(jié)果如表1所示。

表1 紗線毛羽指標(biāo)

由表1中數(shù)據(jù)可以看出，處理前后紗線的毛羽數(shù)量和分布沒有太大的區(qū)別，主要區(qū)別表現(xiàn)在處理后紗線的毛羽在1 mm和2 mm長度上的數(shù)量多于處理前紗線的毛羽數(shù)量，但其長毛羽數(shù)量又少于處理前紗線的長毛羽數(shù)量。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因主要是紗線表面的維綸水溶絲被溶解后纖維整體變得松散，而滌綸熱熔絲被熔化后也起不到收緊纖維的作用，只能在局部對(duì)溝槽進(jìn)行保護(hù)，因此紗線表面的一些短小纖維就全部露了出來，但由于滌綸熱熔絲熔化后形成的物質(zhì)對(duì)纖維局部進(jìn)行了固結(jié)，使得較長的毛羽受到了約束，從而出現(xiàn)處理后紗線的長毛羽數(shù)量要少于處理前紗線的長毛羽數(shù)量。因此，通過表1中的整體數(shù)據(jù)來看，可以證明該方法形成的溝槽紗并沒有因?yàn)橐獙?duì)紗線進(jìn)行處理而影響紗線最終的毛羽指標(biāo)。

2.3 紗線強(qiáng)力分析

強(qiáng)力指標(biāo)也是判斷紗線質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，影響到紗線的可織性和織物的耐穿性，本文需確保該紡紗方法生產(chǎn)的紗線強(qiáng)力指標(biāo)是正常的，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用做好準(zhǔn)備。已知處理前紗線的號(hào)數(shù)為23.36 tex，處理后紗線的號(hào)數(shù)為19.56 tex，對(duì)處理前紗線和處理后紗線的強(qiáng)伸性能測(cè)試結(jié)果取平均值，結(jié)果如下。

項(xiàng)目 處理前 處理后

斷裂強(qiáng)度/cN·tex-111.24 9.8

斷裂伸長率/% 7.54 4.0

從處理前后數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，在斷裂強(qiáng)度方面，處理前紗線的強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于處理后紗線的強(qiáng)度，且斷裂伸長率也比處理后的紗線大。這是因?yàn)樘幚砬凹喚€由于有滌綸熱熔絲和維綸水溶絲包纏的情況存在，所以紗線強(qiáng)度明顯高于處理后紗線的強(qiáng)度；同時(shí)由于處理前紗線外面包纏了長絲，使得在拉伸斷裂的時(shí)候長絲的斷裂伸長率會(huì)影響紗線整體的斷裂伸長率，所以斷裂伸長率大于處理后的紗線。相比于沒有長絲包纏的普通棉紗來講，溝槽紗的強(qiáng)度指標(biāo)雖有下降，但在后續(xù)的實(shí)際生產(chǎn)中可以滿足強(qiáng)度的實(shí)際需求，同時(shí)也從側(cè)面反映紗線被處理成功，獲得了溝槽。

2.4 紗線條干分析

條干指標(biāo)是判斷紗線質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，影響到織物的成形和織物的外觀，本文需確保該紡紗方法生產(chǎn)的紗線條干指標(biāo)是正常的，為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用做好準(zhǔn)備。對(duì)處理前紗線和處理后紗線進(jìn)行條干檢測(cè)分析，結(jié)果如表2所示。

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，處理前紗線條干均勻度比處理后紗線條干均勻度好，主要是由于滌綸熱熔絲熔化后在紗體表面形成了不均勻分布的物質(zhì)，同時(shí)維綸水溶絲溶解后又形成了溝槽，因此造成了處理后紗線的條干均勻度比處理前紗線要差一些的現(xiàn)象，但不影響后道工序的生產(chǎn)以及布面風(fēng)格的形成。另外通過分析細(xì)節(jié)和粗節(jié)的數(shù)量也可以看出，處理后紗線由于溝槽的存在使得紗線存在細(xì)節(jié)，同時(shí)由于滌綸熱熔絲熔化后分布不均勻的特點(diǎn)造成了紗線存在相應(yīng)的粗節(jié)，因此間接證明了該方法制備的溝槽紗是完全成功的。

表2 紗線條干性能指標(biāo)

2.5 機(jī)織物的表面結(jié)構(gòu)分析

為了客觀地確認(rèn)織物的表面有比較明顯的溝槽，觀察普通滌棉包纏紗機(jī)織物（以下簡稱滌棉紗機(jī)織物）表面結(jié)構(gòu)圖如圖3（a）所示，溝槽紗機(jī)織物表面結(jié)構(gòu)圖如圖3（b）所示。

圖3 機(jī)織物表面結(jié)構(gòu)圖

由圖3（a）可以清楚地看到，滌棉紗機(jī)織物的表面是正常的包纏結(jié)構(gòu)，紗線以類似圓柱體的形狀織造在一起。由圖3（b）可以清楚地看到，溝槽紗機(jī)織物表面的紗線含有溝槽結(jié)構(gòu)，證明在上漿織造過程中沒有破壞溝槽結(jié)構(gòu)，該方法形成的溝槽結(jié)構(gòu)可以滿足實(shí)際生產(chǎn)。

2.6 機(jī)織物的滴水?dāng)U散時(shí)間分析

滴水?dāng)U散時(shí)間指標(biāo)表示水在織物表面擴(kuò)散的時(shí)間，表征織物吸水的快慢程度。對(duì)滌棉紗機(jī)織物和溝槽紗機(jī)織物進(jìn)行滴水?dāng)U散時(shí)間檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。

表3 滴水?dāng)U散時(shí)間指標(biāo)

由表3中數(shù)據(jù)可以看出，溝槽紗機(jī)織物對(duì)水的吸收速度明顯高于滌棉紗機(jī)織物的吸收速度。本文采用3次重復(fù)性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)結(jié)果具有高度的統(tǒng)一性，充分表明溝槽紗機(jī)織物中的溝槽結(jié)構(gòu)起到了快速讓水分通過的作用，加快了水向四周擴(kuò)散的速度，其中滴水?dāng)U散時(shí)間平均減少25.04%。

2.7 機(jī)織物的水分蒸發(fā)速率和蒸發(fā)時(shí)間分析

水分蒸發(fā)速率和蒸發(fā)時(shí)間指標(biāo)表明水分從織物中散濕到空氣中的快慢程度，是表征織物快干特點(diǎn)的一類指標(biāo)。對(duì)滌棉紗機(jī)織物和溝槽紗機(jī)織物進(jìn)行水分蒸發(fā)速率和蒸發(fā)時(shí)間檢測(cè)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 時(shí)間-蒸發(fā)量曲線

由圖4可看出，每個(gè)時(shí)間段溝槽紗機(jī)織物的蒸發(fā)速率高于滌棉紗機(jī)織物的蒸發(fā)速率，體現(xiàn)在相同時(shí)間段里溝槽紗機(jī)織物的蒸發(fā)量大于滌棉紗機(jī)織物的蒸發(fā)量，可以證明溝槽紗機(jī)織物的快干能力大于滌棉紗機(jī)織物。該試驗(yàn)結(jié)論充分反映了溝槽紗機(jī)織物的溝槽結(jié)構(gòu)加快了水分的蒸發(fā)，也證明了溝槽結(jié)構(gòu)具有比較好的毛細(xì)效應(yīng)。

2.8 機(jī)織物的芯吸高度分析

芯吸高度表明水分在織物中傳遞高度，是表征織物毛細(xì)效應(yīng)的指標(biāo)。對(duì)滌棉紗機(jī)織物和溝槽紗機(jī)織物進(jìn)行芯吸高度檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。

表4 芯吸高度指標(biāo)

由表4中的3次重復(fù)性試驗(yàn)來看，可以發(fā)現(xiàn)溝槽紗機(jī)織物在不同時(shí)間段的芯吸高度都大于滌棉紗機(jī)織物的芯吸高度，試驗(yàn)結(jié)果具有高度的統(tǒng)一性。這充分表明溝槽紗機(jī)織物在水分吸收和擴(kuò)散能力方面高于滌棉紗機(jī)織物，其中30 min時(shí)芯吸高度平均提高19.48%；同時(shí)證明了由于溝槽的存在，溝槽紗機(jī)織物的毛細(xì)效應(yīng)比滌棉紗機(jī)織物好。

2.9 機(jī)織物的透濕量分析

透濕量指標(biāo)表明在規(guī)定時(shí)間內(nèi)通過單位面積織物的水蒸氣質(zhì)量，是表征織物對(duì)水蒸氣透過量的指標(biāo)。對(duì)滌棉紗機(jī)織物和溝槽紗機(jī)織物進(jìn)行透濕量檢測(cè)，結(jié)果如表5所示。

表5 透濕量指標(biāo)

由表5中的3次重復(fù)性試驗(yàn)來看，溝槽紗機(jī)織物的透濕量大于滌棉紗機(jī)織物的透濕量，主要是因?yàn)闇喜鄣拇嬖诩涌炝怂魵獾纳l(fā)，證明了溝槽對(duì)織物的透濕性能有比較大的提升。

3 結(jié)論

本文分析了滌綸熱熔絲和維綸水溶絲形成溝槽紗的紗線結(jié)構(gòu)和性能，同時(shí)對(duì)比滌棉紗機(jī)織物和溝槽紗機(jī)織物的吸濕快干性能，得出以下結(jié)論：只有通過先熔化滌綸熱熔絲再溶解維綸水溶絲的方法，才能在純棉紗線表面形成穩(wěn)定連續(xù)細(xì)小的溝槽結(jié)構(gòu)；溝槽結(jié)構(gòu)的存在會(huì)形成毛細(xì)效應(yīng)，能加快液態(tài)水的導(dǎo)濕，有利于水蒸氣的排放，其中滴水?dāng)U散時(shí)間平均減少25.04%，30 min時(shí)芯吸高度平均提高19.48%，透濕量平均提高11.56%；另外，溝槽結(jié)構(gòu)的存在對(duì)紗線的毛羽、強(qiáng)力、條干有一定的影響，但可滿足實(shí)際的生產(chǎn)和使用要求，有利于開發(fā)新的功能性棉織物產(chǎn)品。