氫氧化鈉溶液消除棉緯平針織物應力的研究

趙計青，孫長春

(青島大學，山東 青島 266071)

1 引言

棉針織物由于具有良好的吸濕透氣性、保暖性、延伸性，手感柔軟、穿著舒適，深受廣大消費者的喜愛[1，2]。但棉針織物尤其是棉緯平針織物在染整加工中容易產生不易消除的“死褶”，這些褶皺是由織物在內部應力未消除的情況下受到染整加工的外力引起的。

針織物在紡紗和編織過程中受到拉伸、彎曲、扭轉、壓縮和摩擦作用，會造成組織點的移動和紗線的拉伸變形，這樣針織物坯布就儲存了很多變形和應力[3]，如果不能消除，就會影響織物的染整效果。在實驗研究中，一般通過全松弛處理，使織物消除這些應力和變形以達到穩定狀態，但全松弛處理工藝較為復雜且耗時耗力，不適合大規模使用。

本文使用NaOH溶液有效促進織物的溶脹，消除不規則變形和內部應力，使針織物在短時間內達到穩定，防止織物在后續處理中產生褶皺，操作簡單；使用縮水率試驗機按國家標準處理織物使其達到全松弛狀態，作為應力消除的參照標準[4-6]。通過改變實驗條件，確定了處理樣本最優的氫氧化鈉溶液濃度和條件[7-10]。棉緯平針織物橫向和縱向縮水率差異較大，其橫向在生產處理過程中受力較小且變化小，而縱向受力作用大，紗線拉伸變形程度不可控[11]，因此本文主要研究織物的縱向縮水率。

2 實驗

2.1 實驗材料及設備

織物：29.2 tex棉緯平針織物，橫向線圈密度60.5個/5 cm，縱向線圈密度71.5個/5 cm，線圈長度3.44 mm/個，紗線與織物均未經過任何前處理，為防止針織物卷邊造成影響，樣品尺寸為30 cm×30 cm。

藥品：氫氧化鈉(分析純)

儀器：數顯恒溫水浴鍋(HH4)，YG701N型全自動縮水率試驗機，正置熒光顯微鏡。

2.2 棉緯平針織物的處理方法

處理方法一：沿織物縱向做好標記，標記之間距離為20 cm，再將織物在設定實驗條件下進行攪拌，分別記錄其處理2 min、4 min、10 min以及20 min時的縮水率。

處理方法二：將法一處理后的樣品再按照國家標準GB/T 8629—2017《紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》進行縮水率試驗。

2.3 棉紗線膨脹率的測定

用正置熒光顯微鏡測試紗線直徑的變化。

2.4 紗線膨脹率和針織物縮水率的計算公式

式中：Da—紗線處理后的寬度(μm)；Db—紗線的原始寬度(μm)。

式中：La—織物處理后標記距離(cm)。

3 結果與討論

3.1 氫氧化鈉溶液濃度對織物應力消除的影響

溶液溫度為25℃，棉緯平針織物在不同濃度的氫氧化鈉溶液處理下，其縱向縮水率隨時間的變化，結果如圖1所示。

圖1 氫氧化鈉溶液濃度對棉織物縮水率的影響

由圖1可知，氫氧化鈉溶液濃度越高，織物縮水率變化越快，縮水程度越大。當在蒸餾水中處理時，其縮水率僅為的12.91%；當處理條件為50 g/L 氫氧化鈉溶液時，其縮水率為17.11%；當處理條件為110 g/L 氫氧化鈉溶液時，織物的縮水率最大為26.26%，可見氫氧化鈉溶液濃度對織物的縮水率有較大影響，為探究其原因，研究了溶液溫度為25℃，棉紗線在不同濃度的氫氧化鈉溶液處理下，其膨脹程度隨時間的變化，如圖2所示；紗線膨脹后交織點處紗線的受力情況如圖3所示。

圖2 氫氧化鈉溶液濃度對棉紗膨脹率的影響

圖3 紗線膨脹受力圖注：實線—原紗線；虛線—膨脹紗線

織物縮水一方面是因為紗線膨脹，從圖2可知，氫氧化鈉溶液濃度越高，紗線膨脹速率越快，膨脹程度越大，且一般在3 min之內達到膨脹平衡。這是因為堿溶液可以打斷棉纖維大分子之間的氫鍵，改變大分子結構，并填充到大分子之間，并且濃度越高，形成的鈉離子水合物就越小，越容易進入纖維空隙和纖維內部，使紗線膨脹變粗[12，13]。紗線膨脹以后，織物生產時受到外力作用產生的伸長或變形以及因此產生的內應力就會消失，并且紗線膨脹會使交織點處屈曲波高變大(如圖3所示)，交織點附近的紗線向交織點處轉移，這些都會使織物收縮。

另一方面，未經前處理的棉織物表面有一層漿料和油脂等雜質，這些物質會阻礙水進入織物，而氫氧化鈉溶液可以讓這些雜質脫落到水中，濃度越高，速率越快，表面無阻礙后，溶液更容易進入織物，所以在高濃度的氫氧化鈉溶液中織物的縮水速率更快[6]。

圖4是織物分別經處理方法一和處理方法二處理后的縱向平衡縮水率；圖5為紗線經110 g/L氫氧化鈉溶液處理后的膨脹程度與再經水洗的膨脹程度對比。

圖4 氫氧化鈉溶液濃度對棉織物應力消除的影響

圖5 110 g/L NaOH下紗線平衡膨脹率和水洗后膨脹率

由圖4可知，織物經過不同程度的縮水處理以后，會有三種應力消除狀況：(1)如低濃度氫氧化鈉溶液0 g/L、10 g/L、20 g/L處理，織物應力未消除。這是因為氫氧化鈉溶液濃度過低，棉纖維和棉紗線膨脹程度較低，導致織物縮水程度小，此時的針織物組織結構是不穩定的，變形沒有恢復，后續經過縮水率試驗機處理后，又會繼續收縮。(2)50 g/L的氫氧化鈉溶液處理，應力已消除。織物達到了穩定狀態，此時織物再經過縮水率試驗機處理，不會發生變形。(3)經80 g/L、110 g/L的氫氧化鈉溶液處理，棉緯平針織物會產生新的變形和應力，發生過度收縮，經過全松弛處理后，織物縮水程度反而減輕了一部分，說明前處理超過了組織結構穩定的狀態。這一部分過度收縮的原因可能是雖然織物已經完全消除了殘存的應力，但是高濃度的堿溶液會繼續滲透棉織物，并繼續使紗線膨脹，交織點處屈曲波高變大，使織物進一步收縮，經過全松弛處理，水會洗去部分纖維內部的堿，紗線會發生收縮，因此交織點處屈曲波高會減小，紗線由于自身剛度會恢復到原來的位置，針織物收縮程度因此減輕。所以對于本實驗所用的樣品布，濃度為50 g/L的氫氧化鈉溶液即可使其應力消除，此時縮水率為17.11%。

3.2 氫氧化鈉溶液處理溫度對織物應力消除的影響

氫氧化鈉溶液與纖維反應是放熱反應，所以溫度會影響織物的縮水速率和縮水程度。分別選取低濃度20 g/L的氫氧化鈉溶液和高濃度110 g/L的氫氧化鈉溶液處理20 min，研究溫度對織物應力消除的影響，結果如圖6、圖7所示。

圖6 20 g/L 氫氧化鈉溶液條件下溫度對棉織物應力消除的影響

圖7 110 g/L 氫氧化鈉溶液條件下溫度對棉織物應力消除的影響

由圖6可知，在低濃度氫氧化鈉溶液中，溫度對縮水率的影響較弱，25℃時縮水率為14.41%，85℃時縮水率為14.55%，皆達不到應力消除的縮水率為16.33%。由圖7可以看出,在高濃度氫氧化鈉溶液中，溫度較高的情況下，織物縮水程度受到抑制，由25℃處理條件下的26.16%降到65℃處理條件下的23.08%，在23.08%縮水率下織物內部應力都已消除，未發生過度收縮現象，這可能是由于堿溶液與織物的反應是放熱反應，形成的作用力或化學鍵不穩定，使堿溶液不易保留在織物內。所以所用樣品織物在高濃度110 g/L氫氧化鈉溶液并在65℃以上處理，可以實現應力消除。

3.3 氫氧化鈉溶液處理時間對織物應力消除的影響

由前述實驗結果可知，棉緯平針織物在高濃度氫氧化鈉溶液中會產生過度收縮的現象，因此測試樣品織物在25℃條件下，110 g/L 氫氧化鈉溶液中分別經2 min、10 min、20 min縮水處理，其應力消除情況，結果如圖8所示。

圖8 110 g/L 氫氧化鈉溶液條件下處理時間對棉織物應力消除的影響

由圖8可知，時間對控制織物縮水程度十分關鍵。處理2 min時，棉緯平織物縮水率僅為11.52%，經過全松弛試驗后，織物會繼續收縮，這樣的織物是不穩定的，因為其內部儲存的應力并未完全消除。處理10 min時，織物縮水率為22.94%，未達到此濃度溶液處理下的最大值，但此時織物殘存應力已經消除，近似達到110 g/L氫氧化鈉溶液時織物穩定狀態的縮水率23.08%，所以經過全松弛試驗處理也不會發生明顯變化。處理20 min時，紗線膨脹程度過大，織物進一步收縮是由交織點處屈曲波高過大引起的，經全松弛洗去堿后，屈曲波高減小，織物的收縮率會減小。因此所用樣品織物在高濃度110 g/L 氫氧化鈉溶液中處理10 min可以實現應力消除。

4 結語

不同濃度、不同處理時間、不同溫度的氫氧化鈉溶液可以使織物達到不同的縮水率。棉緯平針織物在生產過程中的殘留應力和變形問題，可以通過使用合適濃度的氫氧化鈉溶液、經特定的處理條件高質高效的解決，從而使織物達到穩定狀態，利于后續處理。