濕度對平紋織物折皺回復規(guī)律的影響

趙娜娜,丁雪梅

(1.東華大學 服裝與藝術設計學院,上海 200051; 2.東華大學 現(xiàn)代服裝設計與技術教育部重點試驗室,上海 200051)

織物作為一種復雜結構的纖維集合體,在外力作用下很容易形成折皺,直接影響織物的外觀。一直以來,許多學者對織物的折痕回復性能進行研究。現(xiàn)行的織物折皺回復性測試方法包括折皺回復角法和外觀平整度法[1-2],其中折皺回復角法是一種可靠的定量測試方法,有大量的國內外標準已被廣泛用于評估織物折皺回復性能,具有代表性的有ISO 2313—1972《紡織品 用回復角表示的水平折疊試樣的折痕回復性的測定》、AATCC 66—2014《機織物折皺回復性:恢復角度法》和GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》等,適用于標準的測試儀器主要包含Shirley折皺回復儀、SDL Atlas折皺回復儀、YG541數(shù)字式折皺回復儀等。

許多學者采用線性回歸的方法對織物折皺回復角與織物組織結構參數(shù)進行相關性分析,從織物自身結構方面為優(yōu)化織物抗皺性能提供依據(jù)[3-5]。近來許多研究通過織物力學性能和折皺回復角的相關性分析,證明了織物折皺回復性能與物理性質的必然聯(lián)系[6-7]。然而上述研究使用單一折皺回復角值表征織物折皺回復性能,具有一定局限性,因此有學者研究折皺整個動態(tài)回復過程,提出了評估織物折皺回復性能的綜合評價方法[8-9]。

織物折皺形成和回復過程所處環(huán)境的溫濕度一般都是恒定的,即在溫度(20±2) ℃、相對濕度(65±3)%的標準試驗室條件下進行,織物折皺在回復前后未發(fā)生熱濕傳遞現(xiàn)象。實際上,去除織物折皺需要借助熱濕力的作用,如日常生活中人們常借助蒸汽熨燙的方式進行衣物除皺,其中濕度是織物折皺回復的關鍵先決條件[10],因此濕度與織物材料特性相結合而使折皺展開回復的原理值得進一步研究。

本文搭建了一種可以調節(jié)溫度、濕度的試驗裝置,用于監(jiān)測織物折皺試樣在不同相對濕度條件下折皺回復的全過程,通過分析織物折皺回復與織物規(guī)格和試驗環(huán)境相對濕度之間的關系,研究濕度在織物折痕回復中發(fā)揮的作用,以期為深入研究在熱、濕、力多因素耦合作用下織物折皺回復機制提供基礎,為衣物除皺類型產(chǎn)品的開發(fā)提供理論指導。

1 試 驗

1.1 試驗面料

選用6種100%天然纖維的平紋機織物作為試驗面料,其中包含2種純棉織物(廣州柏祥盛紡織有限公司)、2種桑蠶絲織物(上海和孚絲綢有限公司)、2種羊毛織物(上海佛恩紡織品有限公司)。面料具體規(guī)格參數(shù)見表1。

表1 面料規(guī)格Tab.1 Specifications of materials

選用FOM71 CLS縮水率試驗機(瑞典伊萊克斯股份有限公司)的7A程序對試驗材料進行預洗,去除面料內應力,洗滌程序具體參數(shù)見表2。

表2 洗滌程序具體參數(shù)Tab.2 Specific parameters of washing procedure

預洗完成后懸掛晾干,使用熨斗低溫檔(底板溫度(50±2) ℃)將織物熨平整,依據(jù)標準T/CNTAC 65—2020《紡織品 織物折皺回復性的測定 動態(tài)回復角法》進行取樣和試樣裁剪,試樣尺寸為40mm×15mm。

每種織物分別裁剪6塊試樣,其中3塊試樣的長邊沿織物經(jīng)向裁剪,另外3塊沿織物緯向裁剪,每塊試樣在正面標記方向。試樣裁剪完成后,進行折皺壓制,首先沿長邊方向將試樣正面對折,使用熨斗低溫檔壓制折痕5 s,得到更加穩(wěn)定的試樣折痕。將試樣自由回復翼邊緣涂抹熒光變色油墨,紫外光源照射時,試樣邊緣可以在黑暗封閉箱體內顯色。最后放置室內溫度(20±2) ℃,相對濕度為(65±3)%的恒溫恒濕環(huán)境中,以30 N壓力壓制試樣24 h。

1.2 試驗平臺

自主搭建折皺角回復試驗平臺,試驗平臺主體為1個封閉箱體,具有調節(jié)溫濕度、測試折皺角度的功能,包含溫濕度控制系統(tǒng)、試樣折皺回復系統(tǒng)和折皺角采集處理系統(tǒng)。溫濕度調節(jié)系統(tǒng)由溫濕度發(fā)生模塊和溫濕度控制模塊組成;試樣折皺回復系統(tǒng)由試樣夾持模塊和氣路控制模塊組成;折皺角采集處理系統(tǒng)由圖像采集模塊和角度提取模塊組成。折皺角回復試驗平臺示意圖和實物圖分別如圖1(a)(b)所示。

圖1 折皺角回復試驗平臺Fig.1 Crease recovery platform

溫濕度調節(jié)系統(tǒng)中,使用TP70多通道溫濕度數(shù)據(jù)記錄儀(深圳拓普瑞有限公司)實時監(jiān)測封閉箱體內溫濕度,通過調節(jié)溫濕度控制器,根據(jù)所需試驗水平設置試驗平臺溫濕度。

試樣折皺回復系統(tǒng)中,試樣夾持模塊主體為Sqeldt-2015S單動平口夾(溫州江鑫氣動液壓有限公司)。試樣夾持模塊由固定端和運動端2個平面組成,固定端平面垂直于水平面,為樣品放置區(qū);運動端可向固定端做開合運動,運動端向固定端運動對折痕試樣進行夾持加壓,打開時折皺試樣開始回復。開合運動方向更換由3V20-08-NC電磁閥(溫州江鑫氣動液壓有限公司)控制。設置DH48S-2Z繼電器(普欣寧科技有限公司)的時間,可控制夾持時長,統(tǒng)一設置夾持時長為10 s,保證折痕試樣具有相等的初始角度。

折皺角采集處理系統(tǒng)中,圖像采集模塊包含硬件和軟件,硬件包含水星MER-500-7UC-L工業(yè)相機(中國大恒有限公司);M3520-MPW2定焦鏡頭(焦距35mm,分辨率500萬像素,日本Computar公司);365nm紫外光源。軟件包含GigE Vision TL GalaxyView軟件(中國大恒有限公司),設置軟件連續(xù)采集圖片模式,采集頻率1幀/(30 s),采集時長45 min。角度提取模塊為MatLab軟件,使用角度代碼對折皺回復全過程試樣圖片進行處理和計算,輸出角度數(shù)據(jù)保存為Excel格式。

1.3 試驗過程

為了探究濕度對不同纖維種類織物折皺回復的促進作用,對6種織物依據(jù)設計試驗方案(見表3)進行試驗。相同試驗條件下,每組試驗重復3次,取平均值。

表3 試驗方案Tab.3 Experimental scheme

折皺試樣的固定翼夾持在平口夾固定端,試樣折痕與水平面平行,平口夾運動端打開后,試樣自由翼開始回復,某時刻試樣兩翼夾角即為該時刻折皺回復角度。

2 結果與討論

在70%和90%相對濕度下,不同織物經(jīng)緯向折皺角隨時間變化的回復規(guī)律見圖2。不同相對濕度條件下,織物折皺回復程度存在顯著差異,可見濕度對織物折皺回復起著至關重要的作用。相對濕度越高,織物折皺角回復程度越好。因為本文試驗面料都屬于天然纖維織物,天然纖維無定形區(qū)存在大量親水基團,如羥基、羧基等[11],纖維吸水后,水分子以氫鍵的形式與纖維中親水基團結合,纖維無定形區(qū)分子鏈變得十分疏松,容易發(fā)生滑移[12],有利于折皺的回復。

注:wa表示經(jīng)向折痕,we表示緯向折痕。圖2 不同織物經(jīng)緯向折皺角在70%和90%相對濕度下回復過程散點圖Fig.2 Scatter diagram of the recovery process of different fabrics with warp and weft crease angles at 70% and 90% relative humidity. (a) Crease recovery angle of C1; (b) Crease recovery angle of C2; (c) Crease recovery angle of S1;(d) Crease recovery angle of S2; (e) Crease recovery angle of W1;(f) Crease recovery angle of W2

相同試驗條件下,桑蠶絲和羊毛織物的折痕回復優(yōu)于棉織物。這是因為桑蠶絲和羊毛為蛋白纖維,棉為纖維素纖維,桑蠶絲和羊毛蛋白纖維彈性較好,由于大分子鏈呈α螺旋結構,且和β折疊型大分子相互規(guī)整堆砌,不易產(chǎn)生塑性流動,而纖維素纖維分子鏈剛性較大,回彈性較差。此外羊毛和桑蠶絲纖維吸濕性能要優(yōu)于纖維素纖維。

同等相對濕度水平下,織物的經(jīng)緯向折皺回復角度相差較大。這是因為織物經(jīng)緯紗線密度不同,導致織物折皺回復具有各項異性,織物的力學性能隨著織物經(jīng)緯向而變化[13]。經(jīng)向折皺回復過程中經(jīng)紗起主要作用,緯向折痕回復過程中緯紗起主導作用,因此經(jīng)緯向折皺角回復程度存在差異[14]。桑蠶絲織物與棉、毛織物經(jīng)緯向折皺角回復規(guī)律正好相反,棉和羊毛織物的經(jīng)向折皺回復角小于緯向折皺回復角,桑蠶絲織物的經(jīng)向折皺回復角大于緯向折皺回復角。猜測主要是由紗線捻度造成的,棉和羊毛織物都為有捻度紗線,桑蠶絲織物為無捻紗線。在初始回復階段,桑蠶絲織物折皺回復速率較其他2種織物快,因為桑蠶絲織物紗線無捻,織物折皺在回復過程中無需克服纖維之間因捻度所形成的摩擦力[10]。

在70%相對濕度條件下,織物經(jīng)緯向折皺回復角差異不明顯,但在90%相對濕度水平下,織物經(jīng)緯向折皺角回復差異較大,棉織物的這種現(xiàn)象表現(xiàn)的尤為明顯。在90%相對濕度條件下,同纖維種類的2種織物,折皺回復程度存在差異,同類織物最終折皺回復程度對比如下:C1優(yōu)于C2,S1略優(yōu)于S2,W1優(yōu)于W2。觀察織物規(guī)格參數(shù)發(fā)現(xiàn),在同等濕度及紗線經(jīng)緯密度相近的前提下,C1紗線線密度小于C2且C1紗線捻度大于C2,S1紗線線密度小于S2,W1和W2紗線線密度相近且W1紗線捻度遠大于W2,說明在同等濕度影響下,織物紗線線密度越小,紗線捻度越大,織物折皺回復效果越好。

3 結 論

本文搭建具有試驗可操作性的織物折皺角試驗平臺,實現(xiàn)在不同相對濕度的試驗條件下,測量織物折皺回復全過程的角度。基于試驗平臺探究了在不同相對濕度條件下,平紋棉織物、平紋桑蠶絲織物和平紋羊毛織物折皺的回復規(guī)律。織物折皺的回復程度受所處環(huán)境相對濕度和織物自身結構共同影響。不同相對濕度水平下,織物折皺回復差異明顯,濕度對織物折皺的回復具有顯著作用。在高濕度條件下,織物組織結構、紗線線密度、紗線捻度的差異,使織物折皺回復過程呈現(xiàn)不同的規(guī)律和回復特征,織物吸濕性能越好,折皺回復程度越好;濕度作用下,織物紗線線密度越小、紗線捻度越高,織物折皺回復效果越優(yōu)。

為了進一步評價并量化濕度對織物折皺回復的作用效果,后期研究還需建立相應的評價指標,深入分析濕度在不同織物折皺回復過程中所發(fā)揮的作用差異,并從溫度、施加的力等多個角度研究織物折皺回復機制。