單面緯平針織物平幅軋蒸染色防卷邊控制

馬振萍， 毛志平,3， 鐘 毅，3， 徐 紅,3

(1. 東華大學 生態紡織教育部重點實驗室， 上海 201620； 2. 東華大學 化學化工與生物工程學院， 上海 201620； 3. 東華大學 紡織科技創新中心， 上海 201620)

傳統的針織物印染加工采用繩狀間歇工藝，與機織物的連續軋蒸染色工藝相比，該工藝印染重現性差，蒸汽、水和電的消耗高，加工過程中易產生折皺、擦痕和磨損疵點等質量問題[1-3]。為避免上述問題，針織物的平幅連續印染加工成為發展趨勢，而針織物的卷邊問題是實現針織物平幅連續印染加工需要解決的關鍵問題之一。

卷邊性是針織物尤其是單面緯平針織物的天然屬性，這是由于織物邊緣線圈中彎曲線段所具有的內應力試圖使線段伸直而造成的[4]。現在，解決針織物的卷邊問題主要從改變織物組織結構與紗線性能、機械控制等方面進行。陳忠等[5]認為，可選用回扭捻勢低的紗線，如噴氣紗、渦流紗或轉杯紗消除針織物卷邊現象。陳國強等[6]利用無卷邊性的羅紋組織織物和易卷邊的緯平針組織織物相互制約的織造原理，將緯平針組織與羅紋組織圈套織成織物以控制緯編平針織物的卷邊。文獻[7-8]提出，在生產實踐中單面緯平針織物可在開幅線左右兩邊一定范圍內(1.5～2.5 cm，視生產情況而定)編織集圈網眼組織或者珠地網眼組織來控制卷邊。徐順成[9]使用E&L公司的板條式自動對中以及螺紋開幅、防卷邊裝置來解決針織物卷邊問題。陳立秋[10]在織物進軋點、針鋏區、淋洗大網筒前均設置主動片式螺紋分絲輥或伸縮式開幅輥及不銹鋼螺紋分絲板來解開卷邊。但是，改變紗線的加捻方式以及織物的組織結構提高了對設備的要求，應用對象單一且不靈活。開幅機械裝置也并沒有完全解決針織物平幅加工全流程中的卷邊問題。

本文采用漿邊的方法來控制針織物的卷邊，篩選出具有恰當的硬挺度、延展性、耐洗滌性、耐高溫性的防卷邊劑，以滿足針織物的平幅軋蒸染色要求，提出了衡量針織物卷邊程度的表征方法，通過比較軋蒸染色過程中涂層膠的防卷邊效果以及針織物的染色效果來確定涂層膠最優的施加方式以及涂層方法。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

單面緯平棉針織物，面密度為175 g/m2(華紡股份有限公司)；PTF增稠劑(亨斯曼化工有限公司)；硬挺劑F-404(科峰紡織助劑有限公司)；硬挺劑EcofunYTJ(艾凱紡織技術有限公司)；水性聚氨酯樹脂(上海思盛聚合物材料有限公司)；丙烯酸酯-聚氨酯復合乳液(自制)；活性紅3BF(安諾其紡織化工股份有限公司)；碳酸氫鈉，氯化鈉，3-間硝基苯磺酸鈉(國藥集團化學試劑有限公司)；皂片(上海紡織工業技術監督所)。

1.2 主要儀器

H5KS型織物強力測試儀，英國 Hounsfield 公司；SF650型測色配色儀，美國 Datacolor 公司；JA2003型電子分析天平，上海天平儀器廠；M-TENTER型連續式織物熱定型機，臺灣瑞比公司；Rapid電動軋車，臺灣Rapid精密機械有限公司； DHE型高溫汽蒸箱，瑞士Mathis公司；DGG-907013型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司。

1.3 針織物防卷邊整理工藝

將一定量的增稠劑加入去離子水中，攪拌調成均勻糊狀，再將一定量的硬挺劑加入其中攪拌至充分混合均勻，制得防卷邊整理劑，該防卷邊整理劑中增稠劑、硬挺劑和去離子水的質量比為2∶25∶73。用特制的聚氟乙烯(PVC)隔板展開針織物的布邊，使其保持平整，然后將防卷邊劑置于隔板上，用玻璃刮板將其均勻地刮涂到針織物布邊位置，最后將防卷邊整理后的織物經烘干、焙烘即可。

1.4 針織物活性染料軋蒸染色工藝

染色處方：活性紅3BF 10 g/L；JFC 1 g/L；防染鹽S 2 g/L；Na2CO330 g/L；NaCl 70 g/L。

染色工藝流程：防卷邊整理→浸軋染液(二浸二軋，軋液率為70%～75%)→烘干(80 ℃，3 min)→汽蒸(100 ℃，2 min)→水洗→皂煮→水洗→烘干。

1.5 性能測試

1.5.1 防卷邊性

對于防卷邊整理后的針織物，在后續的平幅軋蒸染色過程中，不同防卷邊涂層膠的防卷邊作用會出現不同程度的損失。本文實驗采用卷邊率來衡量針織物卷邊程度的大小，卷邊率越小，卷邊程度越小，防卷邊作用損失越少，防卷邊性越好。

將卷邊試樣與已知面積的參照物在室內自然光源下拍攝成像，然后用圖形處理軟件Photoshop對圖像進行如下處理：鋼筆工具描邊→填充顏色→建立選區→直方圖讀取像素信息。

面積換算：參照物面積已知，(參照物對應面積/所占像素值)×卷邊布所占像素=卷邊布對應面積。

按下式計算卷邊率：

其中：C為卷邊率，%；S0為處理前織物的面積，cm2；S為處理后卷邊織物的面積，cm2。

1.5.2 染色效果

采用測色配色儀測定防卷邊染色后織物表觀色深，在距離漿邊1、2、3、4、5、6 cm的區域分別取10個測試點，結果取平均值，以此表示漿邊對染色性能的影響范圍。

1.5.3 耐洗性

參照GB/T 8629—2001《紡織品試驗用家庭洗滌和干燥程序》測定防卷邊涂層整理后織物的耐洗性。皂粉劑質量濃度為2 g/L，在(60±3)℃下振蕩水洗10 min，完成1次水洗，每個樣品水洗5次。試樣提前放在恒溫恒濕實驗室(溫度21 ℃，濕度65%)平衡6 h以上，稱量過程完全在恒溫恒濕環境中進行。

1.5.4 拉伸性能

采用織物強力測試儀，參照ASTMD 5035—1995 《紡織品斷裂強力及伸長率測試(條樣法)》測試防卷邊涂層整理后織物的單向拉伸性能。取涂層織物裁剪成寬度為25 mm，長度為75 mm的樣條，設置拉伸速度為300 mm/min，預加張力為1 cN，每個試樣提前放在恒溫恒濕實驗室(溫度為21 ℃，濕度為65%)平衡6 h以上。

2 結果與討論

2.1 硬挺劑的選擇

在整個防卷邊漿料體系中，硬挺劑作為重要的組成部分決定著防卷邊涂層膠的硬挺度與織物的黏結強度，進而影響涂層膠的防卷邊效果。根據平幅軋蒸染色的需要，初步篩選出4種高分子漿料作為硬挺劑對織物進行鋸齒狀防卷邊整理。在染色過程中，不同防卷邊劑整理的織物會出現不同程度的卷邊現象，結果如表1所示。

表1 不同防卷邊涂層膠在染色各工況下的卷邊情況Tab.1 Different anti-curling coating states under different dyeing conditions

從表1可看出，4種防卷邊涂層膠在烘干后都能起到優異的防卷邊效果，這是由于防卷邊劑作為一種高分子物質，在纖維的表面或纖維與纖維之間、纖維內部形成薄膜或產生交聯[11]，烘干后使織物布邊保持硬挺，從而抑制了布邊的卷曲。在軋染過程中，織物浸在染液中的時間很短，一般只有幾秒到幾十秒[12]，但是前3種防卷邊涂層膠浸軋染液后都出現不同程度的卷邊。這是由于聚氨酯中含有大量的水溶性基團，漿膜耐水性差。F-404的成分主要是聚醋酸乙烯酯，其分子中由于含羥基的保護膠體和含水溶性基團硫酸根的過硫酸鹽引發劑的引入，因此也降低了漿膜的耐水性[13]。EcofunYTJ的主要成分是聚丙烯酸酯，其合成過程中引入了較多的水溶性單體，漿膜耐水性變差。而丙烯酸酯-聚氨酯漿膜具有足夠的耐水性，一方面是由于丙烯酸酯的加入降低了聚氨酯中親水基團的相對比例，另一方面，丙烯酸酯所含碳鏈為疏水鏈段，疏水基團增多，疏水性增強，耐水性增強[14]，因此浸軋染液時不會卷邊。皂煮時4種防卷邊劑都發生了不同程度的卷邊，這是由于這幾種漿料本身分子結構的差異導致的耐水煮和耐水解性存在著差異。聚氨酯中氨基、氨基甲酸酯基以及脲基都會與水發生反應[15]，耐水解性最差，所以防卷邊性也最差。聚醋酸乙烯酯屬于熱塑性高分子物質，軟化點在60～80 ℃，當溫度超過軟化點時，硬挺效果消失，防卷邊效果也消失。同理，聚丙烯酸酯在皂煮環境中也失去防卷邊作用，且皂煮烘干后依舊保持包卷狀態，難以打開。而丙烯酸酯-聚氨酯雖在皂煮中暫時失去防卷邊作用，但是漿膜烘干后恢復硬挺效果，布邊包卷狀態展開，布面保持平整，可進行后續的整理加工。

通過對比不同防卷劑整理后織物的耐洗性，進一步篩選出較為優異的防卷邊涂層膠。耐洗性通過水洗前后織物的質量損失率來衡量，結果如表2所示。

表2 不同漿邊織物耐洗性對比實驗Tab.2 Washability of different fabrics after finishing

從表2可看出，同樣的水洗條件下，不同防卷邊劑整理后織物的耐洗性排序為：丙烯酸酯-聚氨酯 > EcofunYTJ > F-404 > 聚氨酯，丙烯酸酯-聚氨酯處理織物在該水洗條件下質量沒有損失，耐洗性能優異。

綜上所述，丙烯酸酯-聚氨酯具有較好的耐水性、耐水洗性，基本可滿足針織物平幅軋蒸染色的要求，后續實驗選用丙烯酸酯-聚氨酯(PUA)。

2.2 涂層膠施加方式的確定

2.2.1 施加形狀對針織物防卷邊效果的影響

涂層膠的施加形狀設計如圖1所示。

圖1 涂層膠施加形狀Fig.1 Coating adhesive applied shapes. (a) Fully coated; (b) Strip-like; (c) Non-continuous serrated; (d) Continuous serrated

考慮到平幅染色的傳動過程中前后的張力，設計了圖1(b)、(c)、(d)所示部分施加不連續形狀的涂層膠來提高漿邊在運行過程中的延伸性。測試織物的拉伸性能大部分都需要測試織物的斷裂強力，而本文實驗所針對的試樣是涂有膠膜的單面緯平針織布，在工廠實際生產中，極少能將此織物拉到斷裂，而且測試其斷裂強力對本文實驗幫助不大，結合工廠實際情況,本文實驗主要分析試樣拉伸至常用延伸率即30%時的應力-應變曲線，結果如圖2所示。

a—全涂；b—條形；c—非連續鋸齒狀；d—連續鋸齒狀；e—原布。圖2 不同形狀漿邊的拉伸曲線Fig.2 Tensile curves for different coating shapes

由圖2可看出，原布在較小的拉力下就可以發生較大的形變，但是，其他因表面涂有不同形狀的漿膜從而不同程度地抑制了針織布的形變，全涂狀漿邊因漿膜面積最大，延伸性最差，拉伸時極易發生斷裂而失去防卷邊作用。對于條狀與齒狀漿邊，當拉力低于17 N時，在同等大小的拉力下，非連續鋸齒狀漿邊延伸率更大，在針織布平幅運行過程中，漿邊可與布面保持比較好的運行同步性，不至于在漿邊交界處產生褶皺而影響后續的染色加工。當拉伸力大于17 N時，連續鋸齒狀漿邊具有更好的延伸性。

由于在平幅軋蒸染色過程中，涂層膠只有在皂煮時會失去部分防卷邊作用，因此本文實驗主要通過對比皂煮后不同形狀涂層膠的卷邊率來選出具有優異防卷邊效果的施加形狀。

通過實驗測得全涂狀涂層膠、條形涂層膠、非連續鋸齒狀涂層膠、連續鋸齒狀涂層膠皂煮后的卷邊率分別是11.28%、11.23%、6.62%、4.56%。其中連續鋸齒狀涂層漿邊皂煮后的卷邊率最小，即具有最佳防卷邊效果，這是由于連續狀涂層膠的防卷邊性要優于非連續狀，且單位面積內的涂層膠面積越小，防卷邊效果越好。綜上所述，連續鋸齒狀涂層膠在無張力或低張力運行狀態下具有較好的延伸性，且具有最佳的防卷邊效果，因此，后續實驗選用連續鋸齒狀涂層膠。

2.2.2 施加位置及厚度對織物防卷邊效果的影響

由于上述實驗中，防卷邊涂層膠在皂煮時并沒有完全抑制住布邊的卷曲，為進一步優化實驗結果，將防卷邊涂層膠沿針織物紋路方向施加到其反面。針織物組織結構和涂層膠的施加部位如圖3所示。

圖3 針織物組織結構及刮涂部位Fig.3 Knitted fabric structure and coating position

通過改變涂層膠的施加部位，從而阻止針織布卷邊。正反兩面分別施膠的防卷邊對比結果如表3所示。

表3 涂層膠施加位置及厚度對針織物防卷邊效果的影響Tab.3 Influence of coating position & thickness on anti-curling effect

由表3可看出，反面施膠明顯改善了涂層膠在皂煮時的卷邊情況，涂層膠可完全發揮防卷邊作用。這是由于單面緯平針織布的布邊呈現由正面向反面包卷的狀態，將涂層膠施加到織物正面，烘干焙烘交聯成膜后在織物正面形成一種拉力，使得布邊從正面向反面的運動受到牽制。而將防卷邊劑沿紋路方向施加到織物反面，烘干焙烘交聯成膜后在織物反面形成了一種阻力，使得布邊從正面向反面的運動受到阻礙，在皂煮時，由于濕熱力的綜合作用，防卷邊力雖然減弱，但是這種阻礙力>卷邊力>牽制力，因此涂層膠施加到反面的卷邊率遠遠低于施加到正面的卷邊率。但是，涂層膠過厚，硬挺度過高，反而加重了布邊卷邊。因此，從經濟以及防卷邊效果角度考慮，涂層膠沿紋路方向施加到針織物反面，施加厚度達到0.2 mm即可。

2.2.3 施加寬度對針織物防卷邊效果的影響

在實際平幅加工生產中，縱向布幅兩邊即漿邊部位在烘干或焙烘過程中是采用針鋏定型的，一般為1～3 cm寬，針鋏部分在加工后要進行切邊處理。因此只要漿邊的寬度控制得當，使其在針鋏部位切邊的時候隨之切掉，這樣既控制了織物的卷邊，又保證了織物的有效利用面積，不會造成布料的浪費。涂層膠的施加寬度對針織物防卷邊效果的影響如表4所示。

表4 漿邊寬度對防卷邊效果的影響Tab.4 Influence of edge width on anti-curling effect

從表4可以看出，當漿邊寬度達到2.0 cm時，針織物在平幅軋蒸染色的各工況下都不會卷邊。在實際生產中，漿邊寬度視針鋏寬度而定，但不低于2.0 cm為佳，若針鋏寬度大于2.0 cm，應適當增加漿邊寬度。

2.3 防卷邊整理對染色效果的影響

連續鋸齒狀刮涂，0.2 mm厚的涂層膠對染色效果的影響以及影響范圍如圖4所示。

圖4 連續鋸齒狀漿邊在不同染料質量濃度下對染色效果的影響Fig.4 Influence of continuous serrated coating on dyeing effect at different dye concentrations

從圖4可看出，同種染料質量濃度下，距離漿邊位置不同，K/S值幾乎沒有變化，這說明無論是染淺色、中色還是深色，0.2 mm厚的連續鋸齒狀漿邊在平幅軋蒸染色中不會對染色效果產生影響。這是由于涂層膠防卷邊性能優異，保證針織布在進軋點時布面平整無皺，且膠層很薄，并沒有影響前、后、左、中、右的軋液率均勻一致，且在汽蒸固色以及皂洗水洗去除浮色時，布面依舊平整無皺，并沒有影響纖維內自由水的擴散從而影響染料的固著，因此染后織物勻染性好，色差小。

3 結 論

在針織物平幅軋蒸染色過程中，聚丙烯酸酯-聚氨酯基防卷邊涂層膠具有適當的硬挺度、延伸韌性、耐洗滌性和黏合性。對于中、厚型單面緯平針織物，沿織物紋路方向反面刮涂，刮涂厚度達到0.2 mm，焙烘成型后的漿邊寬度高于2 cm，這種施加方法得到的聚丙烯酸酯-聚氨酯基防卷邊涂層膠可耐受平幅軋蒸染色中的浸軋染液、汽蒸固色和皂洗水洗等過程且對染色效果沒有影響。

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