羊毛精紡平紋輕薄織物撕破強力的影響因素

王 韌，孟 霞，王科林，董 晶，高華娟，秦 光，李連峰

(1.山東如意毛紡服裝集團股份有限公司，山東 濟寧 272073； 2.山東如意科技集團有限公司，山東 濟寧 272073)

羊毛纖維具有優(yōu)異的彈性、吸濕性和手感，羊毛織物是高檔服裝的首選織物。隨著經(jīng)濟水平的提高，消費者審美及生活追求也隨之提高，對用高支羊毛精紡輕薄織物制作夏季服裝的需求逐漸增加。高支精紡輕薄織物具有呢面潔凈細膩、手感滑糯活絡、有彈性且透氣舒適等特點，目前多采用高紗支、小經(jīng)緯向密度和平紋組織。平紋組織在所有組織結(jié)構(gòu)中交織次數(shù)最多。在影響織物撕破強力的因素中，紗線交織次數(shù)越多，經(jīng)緯紗間摩擦阻力越大，紗線間越不易滑動，則織物中的撕破受力三角形變小，對應的受力紗線根數(shù)減少，從而使得織物的撕破強力減小，故平紋組織織物的撕破強力指標是所有組織中最小的，平紋組織的羊毛精紡輕薄織物的撕破強力較小。本文結(jié)合生產(chǎn)實踐，從織物緊度、紗線斷裂強力、紗線斷裂伸長率、紗線捻系數(shù)和后整理工藝對影響羊毛精紡平紋輕薄織物撕破強力的因素進行了分析，以優(yōu)化此類織物的設計生產(chǎn)工藝參數(shù)，并對改善其撕破強力指標提出了參考意見。

1 實 驗

1.1 實驗方法

實驗采用H10KL型機織物等速伸長測試儀(TiniusOlsen公司)，彈性處理劑347(青島先達精細化工有限公司)，根據(jù)GB/T 3917.2—2009《紡織品 織物撕破性能 第2部分：褲形試樣(單縫)撕破強力的測定》測試各試樣的撕破強力。

1.2 實驗試樣

1.2.1 試樣規(guī)格參數(shù)

為保證工藝實驗的有效性，綜合考慮輕薄羊毛精紡織物撕破強力指標的多個影響因素，本文選取14組不同規(guī)格參數(shù)的羊毛精紡平紋組織薄花呢織物為實驗試樣，從織物緊度、紗線斷裂強力、紗線斷裂伸長率、紗線捻系數(shù)及后整理工藝等方面進行工藝實驗分析研究。各試樣紗線規(guī)格參數(shù)見表1。

表1 實驗試樣紗線規(guī)格參數(shù)

其中1#～3#織物經(jīng)紗為異向加捻股線結(jié)構(gòu)，緯紗為單紗結(jié)構(gòu)；4#～14#織物經(jīng)紗和緯紗均為異向加捻股線結(jié)構(gòu)；4#～6#織物的纖維組分、紗線規(guī)格參數(shù)和后整理工藝一致，但織物緯向緊度不同，為測試緊度對織物撕破強力指標的影響而設計；8#、9#織物的紗線規(guī)格參數(shù)一致，但后整理工藝不同，為測試后整理工藝對織物撕破強力指標的影響而設計。

1.2.2 后整理工藝流程

1#～7#、10#～14#織物，采用常規(guī)后整理工藝流程：生修→燒毛→平洗連煮→洗呢→開幅→平洗連煮→烘干→中檢→熟修→刷毛→剪毛→蒸呢→烘干→揩油→蒸呢→成品。

為增加織物彈性，提升穿著舒適度和抗皺性，8#織物采用彈性整理工藝流程：生修→燒毛→平洗連煮→洗呢(加彈性處理劑)→開幅→平洗連煮→烘干(超喂12%或9%)→中檢→熟修→刷毛→剪毛→蒸呢→烘干→揩油→蒸呢→成品。

為增加織物光澤，提升品質(zhì)感，9#織物采用強光整理工藝流程：生修→燒毛→平洗連煮→洗呢→開幅→平洗連煮→烘干→中檢→熟修→刷毛→剪毛→燙呢→蒸呢→烘干→揩油→蒸呢→成品。

13#織物中的緯紗為羊毛纖維和氨綸長絲的合股線，后整理工藝流程如下：羊毛紗線經(jīng)環(huán)錠紡細紗后，2根羊毛紗線與1根線密度4.44 tex氨綸長絲(預牽伸倍數(shù)為3)并線，再經(jīng)過倍捻工序異向加捻成紗。

14#織物中的經(jīng)、緯紗均為羊毛纖維和滌綸纖維混紡紗，采用羊毛纖維與線密度0.167 tex滌綸纖維以95∶5的比例混紡，經(jīng)環(huán)錠紡紡制而成。

1.3 撕破原理

織物邊緣受到某一集中負荷作用，使織物形成條形或三角形裂口而被撕開的現(xiàn)象稱為撕破[1]，也是一種斷裂現(xiàn)象。測試時，試樣織物受拉伸作用使其紗線上下分開，未受拉伸作用的紗線與受拉伸作用的紗線間產(chǎn)生相對滑移并靠攏，在開口處形成近似三角形的受力區(qū)域，稱受力三角區(qū)。單縫法撕破過程如圖1所示。

圖1 單縫法撕破過程

由于紗線間存在摩擦力，未受拉伸作用的紗線滑動空間有限，即三角區(qū)內(nèi)受力的紗線根數(shù)是有限的。在受力三角區(qū)內(nèi)，底邊上第1根紗線受力最大，依次減小。隨著拉伸作用增大，受力三角區(qū)內(nèi)紗線張力迅速增大，當張力增大到使受力三角區(qū)第1根紗線達到其斷裂強力時，第1根紗線發(fā)生斷裂，在撕破曲線上出現(xiàn)撕裂強力的第1個峰值。于是下一根紗線開始成為受力三角區(qū)的底邊，如此，受力三角區(qū)內(nèi)的紗線依次逐根斷裂使織物撕破。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物緊度對織物撕破強力指標的影響

織物緊度由織物中的經(jīng)紗或緯紗的覆蓋面積對織物全部面積的比值表示[2]，表征織物內(nèi)紗線的緊密程度。計算方法見式(1)(2)。

(1)

(2)

式中：Kj為經(jīng)向緊度，%；Kw為緯向緊度，%；Pj為經(jīng)向密度，根/(10 cm)；Pw為緯向密度，根/(10 cm)；Texj為經(jīng)紗線密度，tex;Texw為緯紗線密度，tex。

在織物組織相同的條件下，織物緊度越大，表示織物越緊密。因此，織物緊度可更為合理地反映織物中紗線之間的緊密程度[3]。

為驗證織物緊度對撕破強力指標的影響，按表1中的設計方案，4#～6#織物紗線規(guī)格參數(shù)相同經(jīng)向緊密相近，調(diào)整其緯向緊度，織物緊度對撕破強力指標的影響見表2。由表2可以看出，5#織物的緯向緊度比6#織物的緯向緊度大約3%，緯向撕破強力提升明顯，而5#織物的緯向緊度比4#織物的緯向緊度小約3%，但4#織物的緯向撕破強力反而小于5#織物，說明織物的緊度對織物撕破強力的影響相對比較復雜。當織物緯向緊度增大時，且紗線細度不變，由式(2)可知，緯向密度則會增加，此時，織物緯向受力紗線根數(shù)增多，可使織物的緯向撕破強力增大。但隨著織物緯向緊度的增大，到達一定極限值時，織物緯向紗線間的摩擦阻力隨之增大,導致經(jīng)向和緯向2個系統(tǒng)的紗線相互之間不易滑動,受力三角區(qū)變小，承受外力的緯向紗線根數(shù)減少,緯向撕破強力反而呈現(xiàn)變小的趨勢[4]，即織物緯向撕破強力和緯向緊度在一定范圍內(nèi)，呈正相關(guān)關(guān)系，達到極限值后，呈負相關(guān)關(guān)系。根據(jù)相似原理，經(jīng)向緊度對經(jīng)向撕破強力的影響也是同樣的趨勢。

表2 織物緊度對織物撕破強力指標的影響

所有織物組織中平紋組織因交織點密，最易達到較大的緊密程度[5]，而緊度過大時，一方面需要提高上機織造的經(jīng)向和緯向密度，這會增加織造難度，另一方面織成的成品織物剛性較大，手感硬挺不柔軟。結(jié)合織物緊度對撕破強力的影響，羊毛精紡平紋輕薄織物宜設計為經(jīng)向緊度約為46%、緯向緊度約為40%。

2.2 紗線性能對織物撕破強力指標的影響

由1.3中分析可知，織物受力三角區(qū)內(nèi)的紗線斷裂是織物被撕破的表征，若紗線未斷裂，則不會形成撕口，故織物中紗線斷裂強力對織物撕破強力的影響較大。同時，由織物緊度對撕破強力的影響可推測，一根單紗在承受被外力撕破的過程中，受力紗線的滑移伸縮力會對撕破過程產(chǎn)生消極作用，因此紗線的斷裂伸長率必然也會影響織物最終的撕破強力。為了更深入地分析紗線性能對織物撕破強力的影響，按表1中的設計方案，對1#～3#織物、5#織物、7#織物和12#～14#織物進行實驗測試。紗線性能對織物撕破強力指標的影響見表3?？梢钥闯觯诒３纸?jīng)向和緯向緊度基本不變的情況下，經(jīng)緯向撕破強力隨著紗線斷裂強力的提高而大幅提升，影響效果非常顯著，這充分證明紗線斷裂強力是影響織物撕破強力的重要因素。此外，由表3中的12#和13#織物可以看出，13#織物緯紗為羊毛纖維和氨綸長絲紗線，其斷裂伸長率比純羊毛紗線大很多。隨著紗線斷裂伸長率的提升，紗線在受力過程中，彈性大且易舒展，阻力小伸縮空間大，導致紗線在受到較大外力作用時才會被撕破。

表3 紗線性能對織物撕破強力指標的影響

由此可得，若能保持經(jīng)緯向紗線斷裂強力不低于170 cN且斷裂伸長率不低于18%或紗線斷裂強力不低于160 cN且斷裂伸長率不低于40%，且經(jīng)向緊度約為46%、緯向緊度約為40%，則可保證羊毛精紡平紋輕薄織物的撕破強力不低于GB/T 3917.2—2009要求的10 N。針對撕破強力指標稍差的純羊毛精紡平紋輕薄織物，可通過增加滌綸纖維等原料或者使用羊毛纖維和氨綸長絲紗線增加紗線彈性等方法提升織物的服用性能。

2.3 紗線捻系數(shù)對織物撕破強力的影響

通過2.2的分析，可以看出紗線性能基本決定了織物性能，對于環(huán)錠紡精紡紗線而言，無論單紗還是股線，除原料外，在相同紗線細度的情況下，紗線捻系數(shù)是影響最終成紗品質(zhì)和性能的重要因素。紗線捻系數(shù)越大，紗線內(nèi)纖維相互擠壓越緊密，紗線直徑越小，在相同經(jīng)緯向密度的情況下，紗線間空隙越大，越利于改善精紡輕薄織物的透氣性。紗線捻系數(shù)越大，在一定程度上也利于提升織物的干爽抗皺性。為此，按表1中的設計方案，對5#、10#、11#織物做工藝對比實驗。紗線捻系數(shù)對織物撕破強力的影響見表4。

表4 紗線捻系數(shù)對織物撕破強力指標的影響

由表4可以看出，隨著異向加捻股線捻系數(shù)的增加，紗線斷裂強力隨之下降，同時撕破強力也呈現(xiàn)下降趨勢。

已知股線在很大程度上決定于紗線中纖維所受應力分布狀態(tài)和結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系[6]，當股線捻系數(shù)與單紗捻系數(shù)比值為1.414∶1時[7]，股線捻幅為單紗的2倍，此時股線內(nèi)外層各處的捻幅一樣紗線中纖維傾斜度相同，所承受的應力分布均勻，結(jié)構(gòu)最均勻、最穩(wěn)定，因此股線的強力、彈性、手感、光澤都達較佳的程度，但當捻系數(shù)比值超過這一數(shù)值后，隨股線捻系數(shù)的增加，捻幅分布又趨不勻，股線強力又逐漸下降。

由以上分析可知，異向加捻股線與單紗加捻是通過改變纖維與紗線軸線的傾斜程度，使纖維變形或應力發(fā)生變化，導致股線最終強力的改變，從而最終影響織物的撕破強力，其實質(zhì)還是紗線性能對撕破強力產(chǎn)生的影響作用。為此，在設計羊毛精紡平紋輕薄織物的工藝參數(shù)時，通過增大捻系數(shù)來改善織物透氣性和抗皺性的同時，也要充分考慮到紗線捻系數(shù)對織物撕破強力指標的影響，對于異向加捻股線與單紗捻系數(shù)比值最高不要超過2。

2.4 后整理工藝對織物撕破強力的影響

目前，市場需求呈現(xiàn)多元化、差異化、小批量、個性化的趨勢，對織物風格的需求也日益豐富，不再滿足于常規(guī)輕薄織物的風格。為豐富織物品種，滿足客戶需求，為此開發(fā)了多樣風格的輕薄織物，其中就包含舒適彈性、強光軋紋等品種，在開發(fā)這類織物時，需要特殊的染整工藝。

為了分析特殊的染整工藝對織物撕破強力服用性能的影響，因此，設計5#、8#和9#織物不同的后整理工藝實驗，并分別測試其撕破強力指標，后整理工藝對撕破強力指標的影響測試結(jié)果見表5。

表5 后整理工藝對織物撕破強力指標的影響結(jié)果

由表5可以看出，采用彈性整理和強光整理工藝的織物撕破強力指標明顯差于采用常規(guī)工藝整理的織物。分析原因可知：8#織物采用化學助劑與羊毛纖維發(fā)生反應，纖維內(nèi)二硫鍵酯化打開，形成新的網(wǎng)狀交鏈結(jié)構(gòu)，塑性變形降低，彈性伸長率增加[8]。在此過程中，羊毛纖維原有大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，纖維狀態(tài)受損，紗線強力的下降，從而使織物撕破強力下降；9#織物采用強光整理工藝，蒸呢工藝在濕熱條件下進行，會減弱或拆散羊毛纖維大分子結(jié)構(gòu)中的二硫鍵、氫鍵和鹽式鍵等再在新的位置建立化學鍵，改變了羊毛纖維大分子結(jié)構(gòu)，故導致纖維在一定程度上受損，引起紗線強力下降，最終導致織物撕破強力的下降[9]。

羊毛精紡平紋輕薄類織物因其交織頻繁、為平均浮長最小的組織規(guī)律，可通過洗呢和烘干超喂工藝的調(diào)整獲得緯向彈性效果，但對經(jīng)向彈性而言，則需要通過采用羊毛纖維和氨綸長絲紗線或采用化學彈性助劑整理工藝實現(xiàn)[10]，為降低彈性整理對織物撕破強力的損傷，可在平洗聯(lián)煮設備的汽蒸煮呢槽前的槽箱中加入助劑，對其做短時快速彈性整理，可在保證織物撕破強力的同時，提高其經(jīng)向和緯向的彈性效果。對于強光整理工藝，為降低整理工藝對其撕破強力的影響，可通過采用提高經(jīng)向和緯向紗線強力的措施來改善織物的撕破強力，如在紗線生產(chǎn)過程中混入少量滌綸纖維等。

3 結(jié) 論

本文通過對影響羊毛精紡平紋輕薄織物撕破強力指標的因素進行對比實驗分析與研究，得到以下結(jié)論。

①影響織物撕破強力的因素，實質(zhì)是受力三角區(qū)中的紗線斷裂強力、橫縱紗線間的摩擦阻力和受力紗線的伸縮性能。在紗線規(guī)格參數(shù)設計和工藝參數(shù)制定的過程中，要緊密聯(lián)系這些實質(zhì)因素，以確?？椢锏乃浩茝娏χ笜朔螱B/T 3917.2—2009要求。

②織物緊度對羊毛精紡平紋輕薄織物的撕破強力有一定的影響，但結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗，實際生產(chǎn)中不會選擇太小或者太大的緊度設計，因此，紗線性能對織物撕破強力指標的影響就更為顯著。此外，特殊的后整理工藝，可在一定程度使織物中羊毛纖維分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使織物撕破強力指標有降低的趨勢。

③針對羊毛精紡平紋輕薄織物，經(jīng)向緊度約為46%、緯向緊度約為40%，異向加捻股線與單紗捻系數(shù)比值在1.4～2.0之間，紗線斷裂強力不低于170 cN且斷裂伸長率不低于18%或斷裂強力不低于160 cN且斷裂伸長率不低于40%，在此條件下，采用常規(guī)后整理工藝，可確?？椢锼浩茝娏Σ坏陀贕B/T 3917.2—2009中10 N的要求。