液氨處理對錦綸/棉混紡織物性能的影響

張 華， 張 杰， 高 燕

(1. 軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院 軍需工程技術(shù)研究所， 北京 100088；2. 北京邦維高科特種紡織品有限責(zé)任公司， 北京 100043；3. 中紡協(xié)(北京)檢驗技術(shù)服務(wù)有限公司/中國紡織工業(yè)聯(lián)合會檢測中心， 北京 100025)

解決棉混紡織物折皺的方式有很多，工業(yè)上大量采用樹脂整理或液氨處理與樹脂整理相結(jié)合的方法[1-2]。近年來，液氨處理應(yīng)用較為廣泛，這是因為棉、麻等纖維素纖維經(jīng)液氨處理后，其結(jié)晶度和取向度都有所下降[3-5]，纖維密度亦有所下降[6]，使織物手感柔軟，尺寸穩(wěn)定性增加[7]。但對于棉與化纖混紡織物，液氨處理后其各項性能變化情況如何，相關(guān)研究較少。

為此，本文以錦綸/棉(50/50)混紡織物為研究對象，探討液氨處理前后織物力學(xué)性能、折皺性能，同時測試了錦綸/棉混紡織物在液氨處理前后的手感變化，以期為錦綸/棉混紡織物的應(yīng)用及開發(fā)提供參考與數(shù)據(jù)支撐。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

錦綸/棉(50/50)混紡斜紋織物，經(jīng)緯紗線密度為18.4 tex×2，經(jīng)緯密分別為216、182 根/(10 cm)。

液氨整理劑，純度為99.6%，密度為0.60 kg/L(25 ℃)，沸點為-33.35 ℃(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)，由魯泰紡織股份有限公司提供。MST-2型親水柔軟劑，由多恩生物科技有限公司杭州分公司提供。

1.2 工藝流程

坯布預(yù)處理工藝流程：翻頭→燒毛→冷堆→水洗→退煮漂→絲光水洗→預(yù)定形(175 ℃，45 s)。

對預(yù)定形后的織物進行2種染整加工:一種是未經(jīng)液氨處理;另一種是經(jīng)液氨處理。

未經(jīng)液氨處理工藝流程：二次預(yù)定形(175 ℃×45 s)→染色→水洗→定形(180 ℃，45 s)→親水整理(MST-2親水柔軟劑)→焙烘(160 ℃，3 min)→預(yù)縮整理。處理成品織物實測經(jīng)緯密分別為244、183 根/(10 cm)。

液氨處理工藝流程：液氨處理(采用日本京都公司生產(chǎn)的KYOTO液氨處理機，車速為55 m/s，中和液pH值為4～4.5)→二次預(yù)定形(175 ℃，45 s)→染色→水洗→定形(180 ℃，45 s)→親水整理(MST-2親水柔軟劑)→焙烘(160 ℃，3 min)→預(yù)縮整理。液氨處理后成品織物實測經(jīng)緯密分別為243、185根/(10 cm)。

1.3 測試方法

1.3.1 織物力學(xué)性能

采用5966型INSTRON電子萬能材料試驗機，按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分 斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》和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》，對織物進行拉伸強力和撕破強力測試。

采用YG541D型全自動織物折皺彈性儀，按照GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測定 回復(fù)角法》中的垂直法對織物折皺回復(fù)角進行測試。測試溫度為(21±3)℃，相對濕度為(60±5)%。

1.3.2 織物風(fēng)格與手感

采用FTTM293型織物觸感測試儀，對液氨處理前后的織物機械與表面特性進行檢測，測試織物的撓曲功、壓縮性、熱導(dǎo)率、粗糙度和摩擦因數(shù)共5個特性指標(biāo)以及織物的手感?？椢镌嚇右?guī)格為31 cm×31 cm，字母“L”形交叉區(qū)域大小為11 cm×11 cm，測試最大壓力為7 kPa，標(biāo)準(zhǔn)壓力為4.2 kPa，測試加熱時間為5 min，每次測試維持時間為10 min。實驗室環(huán)境：溫度為(21±3)℃；相對濕度為(60±5)%。

2 結(jié)果與討論

2.1 力學(xué)性能

表1、2示出織物染整過程中液氨處理對其拉伸斷裂和撕破強力變化影響。可以看出，液氨處理有利于提升織物的力學(xué)性能。氨是一種滲透性極強的小分子，能夠快速滲入棉纖維素大分子內(nèi)部，形成氨纖維素，將纖維素分子內(nèi)及分子間氫鍵打開并重新排列，這種作用使得棉纖維的結(jié)晶度和取向度均有所下降，但也使纖維素的分子鏈發(fā)生重排而趨于均一[8-9]，消除了纖維素的內(nèi)應(yīng)力，避免拉伸時產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。液氨處理增加了錦綸的結(jié)晶度與密度[10]，但錦綸對堿液的穩(wěn)定性較高，弱堿性的液氨對錦綸的強度影響很小，表現(xiàn)在錦綸/棉混紡織物的力學(xué)性能上，液氨處理后織物的拉伸斷裂強力和撕破強力有所上升，其中撕破強力提高明顯，達10%以上。

表1 染整過程中織物拉伸強力變化情況Tab.1 Fabric strength change after liquid ammonia treatment N

由表1可知，與未處理織物相比，液氨處理后織物緯向強力隨著染整工序呈現(xiàn)先低后高的趨勢，這是由于染整加工對織物緯向密度影響較大，預(yù)定形及染色工序中織物結(jié)構(gòu)較松散，隨著織物軋液定形后，液氨處理前后織物緯向密度及織物規(guī)格基本一致，此時液氨對于織物強力的提升作用才得以充分體現(xiàn)。

表2數(shù)據(jù)表明，液氨處理后織物經(jīng)緯向撕破強力在染整各工序都高于未處理的織物。這主要是因為撕破強力的測試采用了梯形撕破法，其大小取決于撕裂三角區(qū)的大小與紗線的結(jié)構(gòu)與性能、織物結(jié)構(gòu)與組織[11]。一般而言，單紗強力越大，或三角區(qū)的紗線根數(shù)越多，則撕破強力越高。在織物結(jié)構(gòu)、組織相同的情況下，液氨處理對撕裂三角區(qū)影響很小，但是紗線的均勻度和強力均有所上升，表現(xiàn)在混紡織物整體撕破強力均有明顯提高。

表2 染整過程中織物撕破強力變化Tab.2 Tear strength change after liquid ammonia treatment N

2.2 折皺回復(fù)角

表3示出織物染整過程中折皺回復(fù)角(經(jīng)+緯)的變化?？梢?，錦綸/棉混紡織物不論是否經(jīng)過液氨處理，其折皺回復(fù)角均隨著染整過程總體上呈升高趨勢，其中液氨處理對于織物折皺回復(fù)角的提升更為明顯，成品折皺回復(fù)角從218°提升至252.3°。分析認(rèn)為這主要是由于2方面的作用：一是液氨處理改變了棉纖維的結(jié)構(gòu)與形態(tài)，液氨小分子使得棉纖維充分溶脹，纖維結(jié)晶度降低，晶型由纖維素I型轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素III型，除氨后棉纖維晶型再由纖維素III型回到纖維素I型[12]，但棉纖維的外層網(wǎng)狀外鞘部分會略有收縮，中間纖維素會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)膨脹，棉纖維橫截面變圓，中空部分變小，纖維內(nèi)部的扭曲應(yīng)力減小，纖維間的滑爽感增加，纖維表面變得平滑[13-14]，故而提升了棉纖維抗皺性，在織物折皺回復(fù)角上表現(xiàn)為明顯上升趨勢。二是液氨處理降低了錦綸的剪切模量與彎曲模量，盡管纖維結(jié)晶度有所增加，但錦綸織物手感變軟，抗皺性亦得到明顯改善[10]。綜合錦綸和棉2種纖維原料來說，液氨處理均有利于提升抗皺性，故而相較于未經(jīng)液氨處理的錦綸/棉織物，其抗皺性能改善得更為明顯。

表3 染整過程中織物折皺回復(fù)角變化Tab.3 Wrinkle change on process of dyeing and finishing

2.3 織物風(fēng)格

液氨作為一種傳統(tǒng)高效的整理劑，其對織物的風(fēng)格及手感改善顯著，特別是對纖維素纖維織物的功能整理更是應(yīng)用廣泛。但是，手感作為一種更偏向于主觀感知的性能指標(biāo)，其測試與量化表征方法一直以來是織物風(fēng)格研究者們重點攻關(guān)的方向及難點，而FTTM293型織物觸感測試儀則為織物風(fēng)格研究提供了一種新的表征手段。采用該儀器測得的液氨處理前后錦綸/棉混紡織物手感特性指標(biāo)變化如表4所示。

表4 液氨處理前后織物手感特性指標(biāo)變化Tab.4 Surface characteristics change after liquid ammonia treatment

液氨處理后錦綸/棉混紡織物的撓曲力功及壓縮功均小于未處理織物，表明要完成相同的形變，液氨處理后織物的撓曲及壓縮所需的能量較少，但是液氨處理充分溶脹棉纖維，硬挺度和剛度提高，表現(xiàn)在手感上柔軟度并無明顯變化。

液氨處理后錦綸/棉混紡織物在壓縮和恢復(fù)過程中的熱導(dǎo)率和最大熱導(dǎo)率均有所下降，表明其表面導(dǎo)熱性有所下降，增加了人體肌膚觸碰時的溫暖感，手感更加充盈豐滿。

一般而言，表面形貌包括3種狀態(tài)：波長與振幅之比小于50屬于表面粗糙度范圍；比值介于50～1 000 之間屬于表面波紋度；比例大于1 000屬于形狀誤差。數(shù)值越大，織物表面越粗糙。表4中織物經(jīng)緯向的表面平均粗糙度是描述織物表面紗線紋理具有的小間距和波峰谷的不平度，波長越小，則表面越平滑。由表4可知，液氨處理后織物表面粗糙度振幅和摩擦因數(shù)幾乎沒有變化，但表面粗糙度波長明顯減少，且未經(jīng)液氨處理織物的粗糙度波長與振幅之比為50.46,而液氨處理后波長與振幅之比僅為44.87，表明液氨處理后錦綸/棉混紡織物的平滑度得到顯著改善。

2.4 綜合手感

表5示出液氨處理前后錦綸/棉混紡織物平滑感、溫暖感、柔軟感數(shù)值，以及在此3個主觀指標(biāo)基礎(chǔ)上，采用儀器內(nèi)置數(shù)學(xué)模型自動匯總形成的綜合手感值。可以看出，液氨處理前后，織物柔軟感基本無變化。分析認(rèn)為這是由2個原因造成的：一是液氨處理后，棉纖維內(nèi)部小孔穴增多，而大孔穴減少，棉纖維內(nèi)部微孔數(shù)有所增加，孔穴分布范圍變窄，趨于均勻，因此纖維大分子鏈的排列更為致密[12]，造成纖維模量有所提升，這會使織物整體柔軟感下降；二是液氨也有一定的消晶作用，液氨處理后，棉結(jié)晶度下降約20%[14]，且去氨方式不同，其消晶程度也有所不同[15]，結(jié)晶度的降低也使棉纖維的模量有所下降，變得更加柔軟。

表5 液氨處理前后織物綜合手感值Tab.5 Subjective characteristics change after liquid ammonia treatment

液氨整理后，織物的平滑感和溫暖感均有所提升，這是由于棉纖維有天然的扁平帶狀卷曲，橫截面為中空腰圓形，在液氨整理過程中會發(fā)生膨脹，橫截面變得圓潤，胞腔收縮，胞壁增厚，纖維表面裂痕明顯減少，變得平滑[14]。而且，棉纖維溶脹后，纖維間相互擠壓使錦綸/棉混紡紗線變得相對緊致，這一作用與絲光類似，在宏觀上表現(xiàn)為手感的平滑感上升。與此同時，紗線充盈的形態(tài)結(jié)構(gòu)也使織物變得相對豐滿，提高了溫暖的觸感。

3 結(jié) 論

本文通過對液氨處理前后錦綸/棉混紡織物宏觀性能檢測，分析研究了液氨整理對其風(fēng)格影響情況，得到如下結(jié)論。

1)液氨處理通過改變棉纖維的表觀結(jié)構(gòu)，提升紗線和織物的強力，從而使錦綸/棉混紡織物的力學(xué)性能有所提升，表現(xiàn)為拉伸斷裂強力和撕破強力均有所提高，其中撕破強力提高明顯，達10%以上。

2)液氨處理改變了棉纖維的結(jié)構(gòu)與形態(tài)，使棉纖維橫截面變圓，中空部分變小，纖維內(nèi)部的扭曲應(yīng)力減小，同時降低了錦綸的剪切模量與彎曲模量，從而使液氨處理后錦綸/棉混紡織物的折皺回復(fù)角從218°提升至252.3°，表明液氨整理有利于提高錦綸/棉混紡織物的抗皺性能。

3) 液氨處理后，錦綸/棉混紡織物的手感發(fā)生改變，其平滑感、溫暖感有所提升，柔軟感變化不明顯，綜合手感值有所提升，表明液氨處理有利于改善錦綸/棉混紡織物的手感。