家用干衣機滾筒烘干方式對羊毛織物性能的影響

韋玉輝，寧 琳，吳雄英，丁雪梅,3

(1. 東華大學 服裝與藝術設計學院，上海 200051；2. 上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135；3. 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室(東華大學)，上海 200051)

?

家用干衣機滾筒烘干方式對羊毛織物性能的影響

韋玉輝1，寧 琳1，吳雄英2，丁雪梅1,3

(1. 東華大學 服裝與藝術設計學院，上海 200051；2. 上海出入境檢驗檢疫局，上海 200135；3. 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室(東華大學)，上海 200051)

針對純羊毛織物可否使用干衣機滾筒烘干的問題，采用起毛起球評級箱、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀及KES-FB織物風格儀，研究了靜置懸掛、正反向交替旋轉及單方向旋轉烘干方式對織物的起毛起球、纖維形態、結晶度及彎曲剛度等性能的影響。結果表明：滾筒的烘干方式對織物的起毛起球、微觀形態及彎曲剛度有一定影響，但不會影響羊毛的化學成分、分子結構及熱穩定性；單方向旋轉烘干，纖維表面鱗片被部分剝離、破壞，纖維表面可見皺縮狀溝槽，織物表面毛羽較多，彎曲剛度顯著下降；綜合考慮能耗及烘干時間，正反向交替旋轉是比較適合純羊毛織物的滾筒烘干方式。

干磨損；烘干；羊毛織物；起毛起球；斷裂；扭曲

織物烘干既是一個面料不斷翻滾及軸向遷移運動的過程，也是一個面料與桶壁及面料自身之間不斷摩擦的過程，更是一個高溫高濕氣流與織物反復作用的過程[1-3]。羊毛纖維因其特有的雙側結構和逆鱗片效應，受外界環境溫濕度及外力作用極易導致其織物外觀物理及力學等性能發生變化[4-6]，因此，純羊毛織物是否可使用干衣機烘干，滾筒烘干是否影響其固有性能及最佳的烘干方式均是干衣機制造商及紡織品家庭護理領域普遍關注的問題。然而，目前的研究主要集中在烘干過程熱質傳輸及影響烘干效率(能耗)的相關參數方面[7-9]。對烘干前后織物性能變化及最佳滾筒烘干方式的研究鮮見報道。

通過觀察織物烘干過程發現，運動方式是決定烘干后羊毛織物性能的一個關鍵因素，但是目前關于這個因素的影響鮮見報道。造成這個現象的可能原因主要有：1)市面上所有的干衣機都是單方向旋轉且轉速固定，各品牌干衣機滾筒的運動差別不大，基本都是順時針方向運動，其速度為45～50 r/min；2)電動機基本都是采用不能調整方向及速度的單向交流電動機，如果想對運動方向進行研究必須將其電動機換成直流電動機且配上調速器，而更換電動機會牽涉電動機功率與滾筒負載匹配、電動機軸承扭矩和力矩匹配等問題。

為實現滾筒烘干方式對羊毛織物性能影響的系統研究，通過自行搭建的織物運動方式可調烘干平臺，在保證織物烘干后最終含水率達到3%以內，且綜合考慮烘干時間、起毛起球、微觀損傷及能耗情況下，探討了干衣機的最優烘干方式，以及烘干方式與羊毛織物的起毛起球、纖維微觀形貌、結構及熱穩定性之間的關系，以期為干衣機生產廠家及消費者家庭滾筒烘干日常護理提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

純毛針織物(購自杭州某面料公司)，具體規格為：橫密280 縱行/10 cm,縱密350 橫列/10 cm，面密度325 g/m2，厚度1.03 mm，所用紗的線密度均為20.8 tex×2，紗線捻度為690 捻/m，經編羅紋組織。試樣尺寸為38 cm×38 cm。

為消除試樣因加工過程張力或者表面殘留的漿料對實驗造成的影響，所有樣品在實驗前均進行了3次預洗處理，并懸掛晾干，再將其放置在溫度為(20±2)℃、濕度為(65±2)%的恒溫恒濕環境中平衡24 h后裁樣。此外，采用不同方向的取樣方法，以便保證實驗的隨機性和科學性。

陪洗布采用從上海紡織工業技術監督所購買的純棉陪洗布和純滌綸陪洗布，其規格如表1所示。

表1 陪洗布規格Tab.1 Specification of fake fabric in experiments

1.2 實驗設備

MD80-1407LIDG型全自動滾筒洗衣機(無錫小天鵝有限公司)，用于織物的預洗處理及烘干前的洗滌處理；GDZ10-977型熱電直排式干衣機(青島Haier有限公司)，自行改裝搭建了織物表面溫度及織物質量實時記錄測控平臺，如圖1所示；HT12型臺秤(上海香川電子衡器廠)；OPI450型紅外熱像儀(德國歐普士公司)；GB/T 4802.3—2008《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第 3 部分: 起球箱法》規定的起毛起球評級箱；JSM-5310型掃描電子顯微鏡(日本電子株式會社)；Max 2500PC型X射線衍射分析儀(日本理學株式會社)；Pyris 1 TGA型熱重分析儀(美國PerkinElmer公司)。

圖1 自行搭建的干衣機測試平臺Fig.1 Selt-developed equipment for fabric drying

1.3 預處理洗滌及烘干

所有實驗分為2步：首先，經過轉速為1 000 r/min、漂洗時間為15 min、脫水時間為5 min的單漂洗脫水程序的烘干前洗滌預處理；然后，進行烘干處理。具體參數見表2。

表2 烘干實驗程序Tab. 2 Drying parameters

注：實驗重復3次，所有實驗都是在溫度為(20 ± 2)℃、濕度為(65±2)%的恒溫恒濕實驗室完成。

1.4 測試方法

使用廣角Max 2500PC型X射線衍射儀測試烘干后的羊毛纖維結晶度。測試參數為：電壓46 kV,電流100 mA，CuKα輻射,λ=15.405 0 nm;掃描范圍2θ從3°～80°，步長0.02，掃描速度2(°)/min。玻璃壓片,纖維直接測量。用參考文獻[10]中結晶度的經驗計算公式分析其結晶度變化。

采用Pyris 1 TGA熱重分析儀進行熱重分析，樣品置于氮氣流中。氮氣流速為20 mL/ min，升溫速率為10 ℃/ min，測量溫度范圍為30～600 ℃。

采用JSM-5310型掃描電子顯微鏡觀察烘干前后的羊毛織物表面形態，加速電壓為10 kV。

參照GB /T 4802.3—2008《起毛起球性能的測定 第3部分 起球箱》，測試試樣的起毛起球性能。

采用KES-FB織物風格儀測試試樣的彎曲剛度。測試前，將裁剪成20 cm×20 cm的實驗樣品，置于恒溫恒濕((20±2)℃、相對濕度(65±2)%)實驗室環境下，平衡24 h。

2 結果與討論

2.1 纖維的結晶度

圖2 不同烘干方式處理的羊毛織物XRD圖Fig.2 X-ray diffraction intensity curves samples under different conditions

圖2示出滾筒不同烘干方式對羊毛結晶度的影響。由圖可知，經過不同烘干方式烘干的羊毛織物，不會造成其化學成分及大分子構象的變化。這是因為烘干過程中，織物表面的溫度都在65C左右。而由羊毛的熱重分析曲線可知，羊毛織物在低于80℃失去的質量都是纖維內水的質量，80～120℃時羊毛的大分子鏈才開始分解，筒內溫度沒有達到羊毛織物發生分解的溫度，因而在烘干環境中羊毛的化學成分及二級結構構象均不會發生變化。這也說明使用干衣機烘干羊毛織物是可行的。結合羊毛的結晶度及相對結晶指數(見表3)可知，不同烘干方式烘干后，羊毛的結晶度會有輕微變化，其中正反向交替旋轉烘干后的羊毛結晶度高于單方向旋轉烘干后的。這是因為正反向交替旋轉烘干時間較短，減少了桶內織物的干摩擦，進而減少了干摩擦對羊毛內部結構的破壞，既阻止了晶粒尺寸的減小，也阻止了結晶區向無定形區轉化的可能。

表3 滾筒不同烘干方式下羊毛的結晶度及相對結晶指數Tab. 3 Crystallinity and crystalline index of wool under different conditions %

2.2 熱性能分析

圖3示出不同烘干方式下羊毛織物的熱重分析曲線。圖中a、b、c、d依次表示對未烘干、懸掛烘干、正反向交替旋轉烘干、單方向旋轉烘干織物的熱重分析曲線求導后所得的曲線。由圖可知，不同烘干方式烘干后的羊毛織物其熱學性能變化不大。這主要是因為在所有的烘干方式中，干衣機滾筒內的羊毛織物表面溫度均低于65℃(借助OPI450紅外熱像儀數據)，其遠低于羊毛起始分解溫度(296.16 ℃)，不會造成羊毛的熱分解。這也說明烘干過程的高濕環境及機械力反復作用不會影響羊毛的熱穩定性。在烘干過程所損失的質量，是由纖維吸附水釋放導致的。另外，對比3種烘干方式后的羊毛織物發現，相比于靜置懸掛烘干和正反向交替旋轉烘干，單方向旋轉烘干后的羊毛織物質量損失最快、最多。這可能是因為單方向旋轉烘干方式的烘干時間最長，烘干過程織物纏繞最嚴重，摩擦最大，導致羊毛表層鱗片的破壞。

圖3 不同烘干方式對羊毛織物熱重分析曲線的影響Fig.3 TGA curves of wool fabrics under different conditions

2.3 微觀結構分析

圖4～7示出烘干前后羊毛的掃描電鏡照片。

圖4 未烘干原樣Fig.4 Undried wool fabric. (a) Wool fabric appearance; (b) Fiber microstructure

圖5 靜置懸掛烘干Fig.5 Samples dried by static hang-drying. (a) Wool fabric appearance; (b) Fiber microstructure

圖6 單方向旋轉烘干Fig.6 Samples dried by single clockwise rotating-drying.(a) Wool fabric appearance; (b) Microstructure of damaged fiber; (c) Microstructure of damaged scale; (d) Microstructure of distorted frber

圖7 正反向交替旋轉烘干Fig.7 Samples alternating clockwise and counterclockwise rotating-drying. (a) Wool fabric appearance; (b) Microstructure of damaged fiber; (c) Surface of broken fiber; (d) Cross-section of broken fiber

對比發現：靜置懸掛烘干對羊毛表面損傷最小；單方向旋轉烘干對羊毛損傷最為嚴重，部分纖維鱗片層剝落、扭曲甚至斷裂；而正反向交替旋轉烘干，羊毛損傷輕微僅有少量脆斷出現。這是因為：1)靜置懸掛烘干，纖維沒有受到機械力的作用，內部纖維不會滑出織物表面，更不會相互糾纏形成小球；2)織物烘干過程是在高溫高濕環境下進行，織物不斷纏繞、拋甩、揉搓、撞擊桶壁，這種高溫低濕環境及機械攪拌為羊毛的定向遷移提供了良好的條件，而羊毛表面的鱗片結構又會阻止遷移纖維回復到原來位置，滯留在織物表面，揉搓成小球，即起毛起球；3)干衣機內的織物烘干是高溫高濕且衣物不斷摩擦的過程，導致部分纖維在摩擦過程中被抽拔出來，甚至斷裂，形成微小的纖維絨毛。絨毛在反復機械外力作用下相互糾纏，形成小球。

另外，與圖4示出的烘干前羊毛對比，不同烘干方式會顯著影響羊毛織物微觀形貌。相比于圖4，圖6(a)示出的織物表面紗線結構很不清晰，這是由于紗線表面被抽拔出過多纖維形成的毛羽導致紗線清晰度下降；圖6(b)～(d)示出的紗線結構變得松散，拔出纖維增多；羊毛纖維表面部分鱗片剝落，部分纖維扭曲甚至軸向劈裂。這是因為單方向旋轉烘干時，織物一直順著一個方向運動，織物一旦糾纏，很難打開，而且隨著烘干的進行，糾纏會越來越嚴重，甚至在烘干結束時，衣物會糾纏成類似于具有一定捻度結構長條狀織物，這為抽出纖維的遷移提供了動力，也為纖維的扭曲和斷裂提供了良好條件。此外，如果拔出纖維的毛根朝外，因逆鱗片摩擦因數較大，纖維很難退回織物內部，滯留在外面，形成新的或更長的毛羽，導致起毛起球加重(見圖6 (b)，箭頭表示毛根方向)。同時，干衣機桶內的熱濕環境使羊毛纖維的彈性模量和扭轉模量發生改變，進一步促進纖維的抽拔遷移[11-12]。同時，在烘干過程中，織物在桶內會經受反復摔打、擠壓、揉搓以及滾筒施加的摩擦力和離心力的作用，如果受力不當，纖維就會斷裂。觀察圖7(a)可發現，正反向交替旋轉烘干，紗線紋理清晰，紗線表面僅有少量被抽拔出來的纖維，羊毛纖維斷裂扭曲變形也顯著減少。由圖7(b)～(d)可知，正反向交替旋轉烘干只會造成極少量纖維的脆斷，而且這種橫向脆斷一般是由于織物從高處摔打到底部瞬間受力過大造成的。同時，纖維表面的鱗片結構完整且均勻地排布在纖維表面，沒有任何損傷。這是因為正反向交替旋轉運動可通過反方向運動抖散開或者極大地緩解由于單方向旋轉運動造成的纏繞問題，降低了織物表面的摩擦力，減少了表面毛羽。

2.4 抗起毛起球性能分析

起毛起球性能測試結果顯示，滾筒烘干方式顯著影響羊毛織物起毛起球性能。靜置懸掛烘干時，織物表面抗起毛起球性能最優(3.5級)；單方向旋轉烘干時，織物表面的抗起毛起球性能(2.0級)明顯差于靜置懸掛烘干織物；正反向交替旋轉烘干，織物表面的抗起毛起球性能輕微下降(3.0級)。這是因為不論單方向旋轉烘干還是正反向交替旋轉烘干，織物都受到因滾筒轉動的離心力、重力及織物間或者織物與桶壁之間的摩擦力的共同作用。在復雜的外力不斷作用下，織物極易產生彎曲扭轉疲勞，不斷累積，致使部分纖維出現斷裂，導致紗線結構松散[11]。結合烘干前及不同烘干方式烘干后的織物電鏡照片可知，旋轉烘干方式可導致織物表面毛羽增多增長，并與周圍拔出纖維不斷揉搓，形成毛球。在旋轉烘干過程中，織物在桶內會經受機械外力反復的擠壓、摔打作用，促使纖維頭端滑出織物表面，突出纖維相互穿插糾纏及收縮，也促進毛球形成和生長，因此，織物在干衣機內烘干，不論采用何種旋轉運動烘干方式，其抗起毛起球性能都低于靜置懸掛烘干方式。但是，通過觀察不同旋轉運動的織物烘干過程發現，正反向交替旋轉烘干，纏繞或者扭曲程度明顯低于單方向旋轉烘干，顯著降低了毛羽相互扭結的概率，進而提高了織物表面抗起毛起球等級。

2.5 彎曲剛度分析

不同烘干方式會顯著影響烘干后織物的彎曲剛度，其中單方向旋轉烘干織物的彎曲剛度下降最多(未烘干試樣為0.161 896 cN/cm，單方向旋轉烘干試樣為0.0412 58 cN/cm)，致使織物完全失去了固有的風格[13]。這是因為單方向旋轉的烘干時間最長，烘干外力最大，織物在桶內揉搓纏繞次數最多，針織物結構變得松軟，故彎曲剛度變化過大，失去原有的硬挺感。結合圖6可發現，單方向旋轉烘干時織物表面抽拔出的纖維數量最多，紗線結構松散，浮長增加，紗線之間的交織點緊度下降，纖維隨機遷移能力增加，纖維間摩擦減小，抱合減弱，進而導致彎曲剛度下降。同時，羊毛織物在烘干過程中，定向排列的鱗片在反復摩擦、揉搓作用下，促使臨近纖維發生一定程度的相對滑移，紗線更易彎曲，即彎曲剛度下降。此外，正反向交替旋轉烘干(彎曲剛度為0.111 72 cN/cm)與懸掛烘干(彎曲剛度為0.161 7 cN/cm)相比，織物彎曲剛度輕微降低，對織物原有的風格影響不大。結合圖7可知，正反向交替旋轉烘干模式下織物、紗線的結構幾乎沒有變化，從而限制了纖維的自由移動，因而，織物的彎曲剛度變化相對較小。

2.6 烘干效率分析

表4示出滾筒烘干方式對烘干效率的影響。由表中數據可知，同樣烘干3 kg羊毛織物負載，靜止懸掛烘干模式下需要時間和電能最多，單方向旋轉烘干需要時間和電能次之，而正反向交替旋轉烘干需要時間和電能最少。換言之，相比于單方向旋轉烘干，采用正反向交替旋轉烘干可節約12.4%的電能和18.1%的烘干時間。這是因為正反向交替旋轉模式可最大限度地抖散衣物，增加織物與熱氣流接觸的面積，進而提高了干燥效率。

表4 滾筒烘干方式對烘干效率的影響Tab.4 Drying efficiency of different drying modes

3 結 論

靜置懸掛烘干、正反向交替旋轉烘干及單方向旋轉烘干模式顯著影響羊毛織物的起毛起球、羊毛形態及織物力學性能，但不會改變羊毛結構和熱穩定性。換句話說，烘干只會造成羊毛織物表觀物理性能的變化，不會造成羊毛構象的轉變及大分子熱分解。此外，本文研究發現3種烘干方式中：單方向旋轉烘干模式下損傷最大，羊毛表面鱗片被部分剝離、破壞，纖維表面可見皺縮狀溝槽，其紗線表面毛羽較多，織物彎曲剛度顯著下降；而正反向交替旋轉模式只會造成極少量纖維的脆斷，但鱗片結構完整且均勻地排布在纖維表面，沒有任何損傷；相比于傳統的滾筒單方向旋轉方式，采用正反向交替旋轉烘干模式可節約12.4%的電能和18.1%的烘干時間。綜合考慮，正反向交替旋轉烘干模式最適合純羊毛織物的烘干。本文結論可為后續干衣機程序開發及產品優化提供理論參考，也為羊毛織物日常護理提供指導。

FZXB

[1] 孫浪濤,韋玉輝,董曉東,等. 織物烘干過程及烘干機理的探討[J]. 毛紡科技, 2016, 44(3):59-62. SUN Langtao, WEI Yuhui, DONG Xiaodong, et al. Discuss about drying process and mechanism of fabric[J]. Wool Textile Journal, 2016, 44(3):59-62.

[2] 李兆君,丁雪梅. 家庭滾筒烘干條件下服裝內外在質量變化[J]. 家電科技,2013(S1):7-10. LI Zhaojun, DING Xuemei. The property changes of garments during domestic tumble drying[J]. China Appliance Technology, 2013(S1):7-10.

[3] 周永平. 織物含水率測定與控制[J]. 印染,1978, 12(4):20. ZHOU Yongping. Preparation and control of water content of fabrics[J]. China Dyeing & Finishing, 1978, 12(4): 20.

[4] BRADY P R,任學勤. 毛織物干燥過程中松弛收縮的機理[C]//第二屆中國國際毛紡織會議論文匯編(上冊).北京：中國紡織總會，1998: 204-208. BRADY P R, REN Xueqin. Relaxation and shrinkage mechanism of wool fabric during drying[C]//Proceeding of the 2ndChina International Wool Textile Conference.Beijing:China Textile Association, 1998: 204-208.

[5] 張尚勇,葉汶祥,康翠珍,等. 羊毛表面性狀的微觀研究[J]. 武漢科技學院學報,2001,14(3):11-13. ZHANG Shangyong, YE Wenxiang, KANG Cuizhen, et al. Microcosmic research on wool surface character[J]. Journal of Wuhan University of Science and Engineering 2001, 14(3):11-13.

[6] 張曉艷,趙宏. 水洗對毛織物起毛起球性能的影響[J]. 毛紡科技, 2010, 38(10): 46-49. ZHANG Xiaoyan, ZHAO Hong. Effect of washing on fuzzing and pilling property of wool fabric[J]. Wool Textile Journal, 2010, 38(10): 46-49.

[7] 萬愛蘭,于偉東. 羊毛表面特征對針織物起毛起球的影響[J]. 紡織學報, 2011, 32(12): 28-33. WAN Ailan, YU Weidong. Effects of wool fiber surface characteristic on fuzzing and pilling of knitted fabrics[J]. Journal of Textile Research, 2011, 32(12): 28-33.

[8] AKYOL U, AKAN A E, DURAK A. Simulation and thermodynamic analysis of a hot air textile drying process[J]. The Journal of the Textile Institute, 2015, 106(3): 260-274.

[9] AKYOL U, KAHVECI K, CIHAN A. Determination of optimum operating conditions and simulation of drying in a textile drying process[J].The Journal of the Textile Institute, 2013, 104(2): 170-177.

[10] SEGAL L, CREELY J J, MARTIN J A E, et al. An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer[J]. Textile Research Journal, 1959, 29(10): 786-794.

[11] 韋玉輝,丁雪梅,吳雄英. 基于相似理論的干衣機內織物烘干研究[C]//2015年中國家用電器技術大會論文集.北京：中國家用電器協會，2015: 556-561. WEI Yuhui, DING Xuemei, WU Xiongying. Research on fabric drying within the dryer based on similar theory[C]//Proceedings of 2015 China Household Electrical Appliances Technology Conference. Beijing:China Household Electrical Appliances Association, 2015: 556-561.

[12] 胡維維,丁雪梅,吳雄英,等. 家庭滾筒干衣機加熱絲功率對機織物外觀平整性的影響[C]//2015年中國家用電器技術大會論文集. 北京：中國家用電器協會，2015: 655-660. HU Weiwei, DING Xuemei, WU Xiongying, et al. Effect of the heater power on smoothness appearance of woven fabrics during domestic tumble drying[C]//Proceedings of 2015 China Household Electrical Appliances Technology Conference. Beijing: China Household Electrical Appliances Association, 2015: 655-660.

[13] NAYLOR G R S. Effect of relative humidity on the pilling of wool knitwear[J]. Textile Research Journal, 1988, 58(10): 615-618.

Influence of rotating-drying model on properties of wool fabric dried in domestic dryer

WEI Yuhui1，NING Lin1，WU Xiongying2，DING Xuemei1,3

(1.Fashion·ArtDesignInstitute，DonghuaUniversity,Shanghai200051，China；2.ShanghaiEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Shanghai200135，China；3.KeyLaboratoryofClothingDesign&Technology(DonghuaUniversity),MinistryofEducation,Shanghai200051，China)

In view of the problem whether pure knitted wool fabrics can be dried in a dryer or not, influences of hang-drying model, single clockwise direction rotating-drying model and alternating clockwise and counterclockwise rotating-drying model on pilling of pure knitted wool fabrics were investigated by pilling tester, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and Kawabata Evaluation System for Fabric (KES-FB)．The results show that pilling and morphology of wool fiber are significantly affected by the direction of rotating. In addition, different rotating-drying models only damage in pilling and microstructure of fiber instead of the wool fiber chemical composition and molecular structure. The drying maximum damage is obtained under clockwise direction rotating condition, the surface scales of wool fibers are partially cleaved, some grooves generate on the surface, and surface hairiness increases．Bending stiffness decreases significantly. Combined with the drying energy consumption and drying time, alternating clockwise and counterclockwise rotating-drying model is optimal for pure wool fabric.

drying abrasion；drying；wool fabric；pilling；fracture；distortion

10.13475/j.fzxb.20160802906

2016-08-15

2017-04-11

東華大學博士生創新基金委資金支持項目(CUSF-DH-D2016067)；東華大學非線性研究所支持項目(15D110926)

韋玉輝(1988—)，女，博士生。主要研究方向為紡織品烘干。丁雪梅，通信作者，E-mail: fddingxm@dhu.edu.cn。

TS 976.13

A