滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的摩擦性能

鄔淑芳， 張亭亭， HASAN Md Rokibul， 陳益人,2

(1. 武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院， 湖北 武漢 430200；2. 武漢紡織大學(xué) 湖北省紡織新材料與先進(jìn)加工技術(shù)省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地， 湖北 武漢 430200)

滌綸仿麻織物因其獨(dú)特的風(fēng)格特征而得到消費(fèi)者的青睞。滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物，是由滌綸半預(yù)取向的不規(guī)則牽伸絲通過合股網(wǎng)絡(luò)制成[1]，該織物在手感和視覺上達(dá)到了天然麻織物的效果，因其特殊的外觀風(fēng)格得到市場的認(rèn)可，適用于制作窗簾、沙發(fā)布等。但由于滌綸網(wǎng)絡(luò)絲松散的紗線結(jié)構(gòu)與非均勻態(tài)的超分子結(jié)構(gòu)，織物受到摩擦作用后，纖維易斷裂，滑出織物表面并相互纏結(jié)成球，導(dǎo)致織物的起毛起球性能與耐磨性較差。織物的摩擦性能直接影響到織物的外觀和使用壽命，因此，改善該織物的起毛起球性能和提高耐磨性具有重要意義。

國內(nèi)外對織物摩擦性能的研究很多，織物的摩擦性能受到從纖維材料制備到后整理工藝等諸多因素的影響。從纖維截面來看，異形纖維截面形狀復(fù)雜，因此，織物表面粗糙，與接觸物之間的摩擦因數(shù)增加，一般情況下，異形中長纖維織物的耐磨性低于普通滌綸纖維[2]。從紡紗工藝來看，不同紡紗方法中纖維的纏繞方式不同，纖維間抱合力大小也不同，因此，耐磨性也存在差異。唐新軍等[3]探討了傳統(tǒng)環(huán)錠紡、集聚紡、賽絡(luò)紡、集聚賽絡(luò)紡、噴氣渦流紡等5種方法紡制紗線的耐磨性能，結(jié)果表明集聚賽絡(luò)紡紗線的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)和耐磨性均優(yōu)于其他紡紗方法。織物組織結(jié)構(gòu)也是影響織物耐磨性的指標(biāo)之一，周方利等[4]對不同組織相同緯密織物的耐磨性進(jìn)行比較分析，為織物規(guī)格設(shè)計和工藝設(shè)計提供了參考。

樹脂整理是一種常用的后整理方法，可有效地改善織物的耐磨性，其原理是通過樹脂使纖維黏連起來，在纖維表面形成一層聚合物薄膜，減弱織物表面裸露纖維的纏繞，獲得良好的耐磨性能。萬愛蘭等[5]對織物起毛起球機(jī)制及表征進(jìn)行了研究和探討。那英等[6]制備了幾種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)聚氨酯涂層織物，聚氨酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)由8%提高到16%，織物表面聚氨酯的成膜性逐漸增強(qiáng)，織物耐磨性能顯著提高。利用低壓等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)可得到具有良好耐磨性能的織物，通過氣相沉積法可在織物表面鍍上一層有機(jī)硅的復(fù)合薄膜，從而大大提高織物的耐磨性[7]。溶膠-凝膠法也可用于改善織物的耐磨性，Brzeziński等[8-9]利用溶膠-凝膠法合成了改性SiO2/Al2O3混合溶膠，將其經(jīng)熱處理后均勻的填充在織物表面，使織物表面形成一層堅硬的涂層，從而提高其耐磨性能。范萬超[10]用甲苯二異氰酸酯(TDI)和乙二醇(EG)在丙酮溶液中合成聚氨酯預(yù)聚體Pre-PU，然后使用Pre-PU和EG為單體，經(jīng)“霧聚合”法輸送到織物的表面，使其在織物表面發(fā)生聚合，生成聚氨酯(PU)保護(hù)層，從而提高織物的耐磨性。本文首先通過對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的纖維結(jié)構(gòu)、紗線結(jié)構(gòu)、織物結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析，研究耐磨性能的影響因素，然后通過樹脂整理增強(qiáng)纖維間的黏結(jié)作用來改善滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的摩擦性能，探討樹脂整理劑質(zhì)量濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間、柔軟劑質(zhì)量濃度等5個因素對織物摩擦性能的影響，并通過五因素四水平正交試驗(yàn)對其整理工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與設(shè)備

材料：滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物(成分為100%滌綸，幅寬為140 cm，面密度為298 g/m2)，吳江福華織造有限公司；AH-1605B型水性聚氨酯，安徽安大華泰新材料有限公司；滲透劑JFC，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；ZL-106型親水性氨基硅油，杭州卓立有限公司。

設(shè)備：Y172型哈氏切片器，常州紡織儀器廠；X3P-9CA型光學(xué)顯微鏡，上海光學(xué)儀器一廠；JSM-6510LV型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；EL-400型立式氣動小軋車，上海朗高紡織設(shè)備有限公司；HHS-8型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇波場智能科技有限公司；DHG-9146 A型電熱恒溫干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TEXTECHNO FAVIMAT-AIROBOT型全自動單纖維萬能測試儀，德國Textechno公司；YG(B)021DX型電子單紗強(qiáng)力機(jī)、YG(B)026D-250型電子織物強(qiáng)力機(jī)，溫州大榮紡織儀器有限公司；FFZ622型紗線耐磨性能實(shí)驗(yàn)儀，溫州方圓儀器有限公司；YG401C型織物耐磨儀，寧波紡織儀器廠； YG502型圓軌跡起球儀，山東萊州紡織儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

首先將滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物拆解得到滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻纖維、紗線，通過結(jié)構(gòu)與性能測試研究織物耐磨性能的影響因素；然后采用聚氨酯對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物進(jìn)行整理，以增加其耐磨擦性能，并通過使用柔軟劑改善織物手感。

滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物整理工藝路線為：試樣準(zhǔn)備→聚氨酯樹脂整理(浸軋，軋余率85%～90%)→烘干(溫度 60～80 ℃)→焙烘→柔軟整理(親水性氨基硅油浸軋，軋余率85%～90%)→烘干(溫度 60～80 ℃)→焙烘。

1.3 測試與表征

1.3.1 纖維結(jié)構(gòu)與性能測試

參照FZ/T 01057.03—2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法 第3部分：顯微鏡法》，采用光學(xué)顯微鏡對纖維的橫截面形貌進(jìn)行觀察；參照GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》，采用掃描電子顯微鏡對纖維的縱向形貌進(jìn)行觀察。使用全自動單纖維萬能測試儀對滌綸仿麻纖維的拉伸強(qiáng)力進(jìn)行測試。試樣測試條件：夾持距離為20.0 mm，拉伸速度為20.0 mm/min，預(yù)加張力為(0.15±0.03)cN/dtex。

1.3.2 紗線性能測試

采用紗線耐磨性能實(shí)驗(yàn)儀對滌綸仿麻紗線進(jìn)行耐磨性測試。磨輥運(yùn)轉(zhuǎn)模式為往復(fù)模式，往復(fù)速度為(60±1)次/min，選擇600#干磨砂紙，吊掛砝碼質(zhì)量為35 g。

參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》，使用電子單紗強(qiáng)力機(jī)進(jìn)行滌綸仿麻紗線的強(qiáng)力測試，隔距長度為500 mm，拉伸速率為500 mm/min，預(yù)加張力為(2.0±0.2) cN/tex。

1.3.3 聚氨酯整理織物結(jié)構(gòu)與性能測試

形貌觀察：對整理前后的滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物進(jìn)行噴金處理，采用掃描電子顯微鏡對織物表面的微觀形貌進(jìn)行觀察。

質(zhì)量損失率：參照GB/T 21196.3—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第3部分：質(zhì)量損失的測定》對織物進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)。根據(jù)企業(yè)滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物耐磨次數(shù)40 000次要求，按照下式計算織物質(zhì)量損失率：

起毛起球性能：參照GB/T 4802.1—2008《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第1部分：圓軌跡法》對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物表面起毛起球性能及表面變化進(jìn)行測定。分別取5個整理后的滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物圓形試樣，試樣直徑為(113±0.5)mm，對50次起毛、50次起球后的試樣進(jìn)行等級評定。

力學(xué)性能：參照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定 條樣法》，采用電子織物強(qiáng)力機(jī)對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的拉伸斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率進(jìn)行測量。夾持長度為200 mm，拉伸速度為100 mm/min。

織物手感：采用主觀評定法對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的手感進(jìn)行分檔評定，共分0～5共6級，5級表示最優(yōu)，0級表示最差。

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維結(jié)構(gòu)與性能分析

2.1.1 纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)分析

滌綸仿麻纖維的橫截面形態(tài)如圖1所示。可以看出，纖維截面顏色不均勻，且呈多邊形，與亞麻橫截面形狀相似。纖維橫向截面顏色不均勻是因?yàn)闇炀]半預(yù)取向絲的牽伸調(diào)整了纖維結(jié)晶的分布，纖維結(jié)晶度較高部分結(jié)構(gòu)致密，染料分子難以進(jìn)入，因此顏色較淺；反之顏色較深。纖維結(jié)晶區(qū)域的分段變化導(dǎo)致染色時的分段差異，并以段節(jié)效果存在整根纖維中，使織物形成了深淺交替、豐富多變的外觀。

圖1 滌綸仿麻纖維結(jié)構(gòu)形貌

滌綸仿麻纖維縱向部分呈現(xiàn)異形與扭曲的現(xiàn)象，可能因?yàn)闇炀]半預(yù)取向絲采用不均勻牽伸，牽伸時導(dǎo)致纖維縱向發(fā)生形變。

2.1.2 纖維的強(qiáng)力分析

通過對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物拆紗獲得纖維，測量100根(20根/組)纖維的拉伸強(qiáng)力，結(jié)果如表1所示。可以看出，5組纖維強(qiáng)力CV值都在9%以上，說明滌綸仿麻纖維強(qiáng)力的離散性較大。這是因?yàn)闇炀]半預(yù)取向絲的不均勻牽伸導(dǎo)致纖維強(qiáng)力不勻。

表1 纖維強(qiáng)力的試驗(yàn)結(jié)果

2.2 紗線結(jié)構(gòu)與性能分析

2.2.1 紗線形態(tài)結(jié)構(gòu)分析

網(wǎng)絡(luò)絲分為間隔規(guī)律的緊密段和開松段。開松段單絲分離且蓬松；緊密段單絲間交纏。拉伸時，單絲間變形不一樣，產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變也不同，因此，增加了各單絲斷裂的不同時性，使得網(wǎng)絡(luò)絲強(qiáng)力低于原絲強(qiáng)力，且因開松段單絲蓬松分離，受外力摩擦開松段單絲易斷裂，產(chǎn)生起毛起球現(xiàn)象，而緊密段較開松段摩擦性能好。

2.2.2 紗線耐磨性分析

測量100根(10根/組)滌綸仿麻紗線的耐磨性，結(jié)果如表2所示。可以看出，10組紗線耐磨數(shù)值差異均較大，CV值都在15%以上，說明滌綸仿麻紗線耐磨次數(shù)離散性較大，耐磨性不均勻。

表2 紗線耐磨性的試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 單紗強(qiáng)力分析

測量100根(20根/組)單紗強(qiáng)力，結(jié)果如表3所示。可以看出，5組單紗強(qiáng)力數(shù)值差異都較大，說明滌綸仿麻紗線單紗強(qiáng)力的差異較大，單紗強(qiáng)力的離散性較大，強(qiáng)力不均勻。

表3 單紗強(qiáng)力的試驗(yàn)結(jié)果

綜合以上分析可知：由于滌綸半預(yù)取向絲生產(chǎn)過程中受不規(guī)則牽伸作用，纖維縱向發(fā)生形變，致使纖維縱向細(xì)度和纖維晶區(qū)的分布不均勻，導(dǎo)致纖維的強(qiáng)力不均勻；因滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的特殊結(jié)構(gòu)，紗線松散結(jié)構(gòu)部分摩擦?xí)r纖維易斷裂，織物組織中較長的浮長線部分易磨損。這些問題都導(dǎo)致該滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物耐磨性與起毛起球性能較差，影響了織物使用壽命和外觀，因此，本文采用聚氨酯對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物進(jìn)行整理以提高織物耐磨性能，后文進(jìn)一步分析樹脂整理劑質(zhì)量濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間、柔軟劑質(zhì)量濃度等整理工藝對織物耐磨性的影響。

2.3 聚氨酯整理織物影響因素分析

2.3.1 樹脂整理劑質(zhì)量濃度對摩擦性能的影響

處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為120 ℃，焙烘時間為3 min，柔軟劑質(zhì)量濃度為3 g/L，研究不同樹脂整理劑質(zhì)量濃度對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結(jié)果如表4所示。

由表4可知，當(dāng)樹脂整理劑質(zhì)量濃度較大時，織物表面形成一層硬而厚的樹脂膜，摩擦后織物不易起毛起球。樹脂膜磨損且脫離織物，因此質(zhì)量損失率較高。當(dāng)樹脂整理劑質(zhì)量濃度為50 g/L時，起毛起球等級達(dá)到3～4級，耐磨質(zhì)量損失率為5.46%，整理效果最好。隨著質(zhì)量濃度的降低，摩擦?xí)r樹脂膜和纖維先后受到磨損，產(chǎn)生起毛起球的現(xiàn)象，但毛球并未瞬間脫落。當(dāng)樹脂整理劑質(zhì)量濃度較小時，樹脂膜薄且易磨損，長久的摩擦作用使部分毛球脫落，導(dǎo)致起毛起球等級降低，耐磨質(zhì)量損失率增加。

表4 樹脂整理劑質(zhì)量濃度對摩擦性能的影響

2.3.2 處理液溫度對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質(zhì)量濃度為50 g/L，焙烘溫度為120 ℃，焙烘時間為3 min，柔軟劑質(zhì)量濃度為 3 g/L，研究不同處理液溫度變化對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 處理液溫度對摩擦性能的影響

由表5可知，處理液溫度對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的起毛起球性能沒有明顯影響，對耐磨質(zhì)量損失率影響明顯。當(dāng)溫度較低時，樹脂并未完全滲透到纖維中，因此，部分纖維間并沒有黏結(jié)作用，單根纖維較易磨損。隨著溫度的不斷升高，耐磨質(zhì)量損失率不斷降低，且下降趨勢明顯。

2.3.3 焙烘溫度對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質(zhì)量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘時間為3 min，柔軟劑質(zhì)量濃度為3 g/L，研究不同焙烘溫度對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結(jié)果如表6所示。

由表6可知，隨著焙烘溫度的不斷升高，滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的耐磨質(zhì)量損失率呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢，而起毛起球等級出現(xiàn)上升趨勢。可能是因?yàn)闇囟仍礁撸w維間的黏結(jié)作用增強(qiáng)，紗線變硬，長久重復(fù)性摩擦?xí)r紗線不易滑移，易磨損。起毛起球等級出現(xiàn)上升趨勢，可能是因?yàn)楸汉鏈囟仍礁撸椢锉砻娴臉渲ぴ接玻趯椢锉砻娴钠鹈鹎蛐阅軠y試中，抗起毛起球性能越好。

表6 焙烘溫度對摩擦性能的影響

2.3.4 焙烘時間對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質(zhì)量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為120 ℃，柔軟劑質(zhì)量濃度為 3 g/L，研究不同焙烘時間對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結(jié)果如表7所示。

表7 焙烘時間對摩擦性能的影響

由表7可知，焙烘時間對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的起毛起球性能沒有明顯影響。焙烘時間在1～3 min，滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的耐磨質(zhì)量損失率隨著時間的增加而降低。焙烘時間在3～5 min，滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的耐磨質(zhì)量損失率變化不明顯。

2.3.5 柔軟劑質(zhì)量濃度對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質(zhì)量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為120 ℃，焙烘時間為3 min，研究柔軟劑質(zhì)量濃度對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結(jié)果如表8所示。

表8 柔軟劑質(zhì)量濃度變化對摩擦性能的影響

由表8可知，隨著柔軟劑質(zhì)量濃度的增大，起毛起球等級呈現(xiàn)下降趨勢。柔軟劑能使織物具有良好的蓬松效果和柔軟的手感，摩擦?xí)r纖維易從織物中抽拔出來，產(chǎn)生毛球。隨著柔軟劑質(zhì)量濃度增加，耐磨質(zhì)量損失率逐漸增加。

2.3.6 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

為全面分析滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能的最佳整理工藝，設(shè)計樹脂整理劑質(zhì)量濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間、柔軟劑質(zhì)量濃度五因素四水平正交試驗(yàn)，結(jié)果如表9所示。

表9 五因素四水平正交試驗(yàn)結(jié)果

表10 各項(xiàng)指標(biāo)的均值和極差

由表9、10可知，影響滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能的因素依次為：樹脂整理劑質(zhì)量濃度、柔軟劑濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間。最佳工藝參數(shù)為樹脂整理劑質(zhì)量濃度為50 g/L、處理液溫度為40 ℃、焙烘溫度為100 ℃、焙烘時間為4 min、柔軟劑濃度為3 g/L。后文對最優(yōu)整理工藝整理前后滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行分析。

2.3.7 整理前后織物表面形態(tài)變化

圖2示出未經(jīng)整理織物和最佳工藝整理后織物的掃描電鏡照片。可以發(fā)現(xiàn)：未經(jīng)整理纖維間部分纏結(jié)，部分獨(dú)立分離；經(jīng)樹脂整理后，纖維間相互黏結(jié)，纖維表面附著一層樹脂膜。

圖2 滌綸仿麻纖維形態(tài)掃描電鏡照片

2.3.8 最佳工藝整理前后性能分析

對織物進(jìn)行樹脂整理后摩擦性能變化如表11所示。經(jīng)樹脂整理的織物40 000次摩擦后的耐磨質(zhì)量損失率由12.13%降低至5.34%，起毛起球等級由1級提高至3～4級。總的來說，樹脂整理后的織物摩擦性能優(yōu)于未處理織物的摩擦性能，因?yàn)闃渲韯┠苁估w維表面包覆一層樹脂膜，提高織物的摩擦性能。樹脂使網(wǎng)絡(luò)絲蓬松分離的纖維黏結(jié)起來，因此織物的斷裂強(qiáng)力略有提高，織物手感較整理前稍硬一些，但不影響織物的使用性能。

表11 整理前后織物性能的變化

3 結(jié) 論

1)由于滌綸半預(yù)取向絲不規(guī)則的牽伸作用，纖維縱向發(fā)生形變，纖維的強(qiáng)力不均勻；且滌綸網(wǎng)絡(luò)絲的紗線開松段單絲分離，結(jié)構(gòu)蓬松，摩擦?xí)r纖維易抽拔出來而斷裂；加之較松散的組織結(jié)構(gòu)，纖維易滑出織物表面并相互纏結(jié)，導(dǎo)致滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物起毛起球性能和耐磨性能較差。

2)針對滌綸網(wǎng)絡(luò)絲仿麻織物摩擦性能較差的問題，研究并制定了樹脂整理方案。由整理前后的纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)可知：未經(jīng)整理的滌綸仿麻纖維間獨(dú)立分離；經(jīng)樹脂整理后，纖維間的黏結(jié)作用明顯。通過樹脂整理來增強(qiáng)滌綸纖維間的黏結(jié)作用，并在織物表面形成一層不溶的樹脂膜，提高織物的摩擦性能。

3)研究不同整理工藝條件下的摩擦性能，得出最佳整理工藝：樹脂整理劑質(zhì)量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為100 ℃，焙烘時間為 4 min，柔軟劑質(zhì)量濃度為3 g/L。未經(jīng)整理織物在 40 000 次摩擦后的質(zhì)量損失率為12.13%，樹脂整理后織物在40 000次摩擦后的耐磨質(zhì)量損失率為5.34%，同時織物起毛起球等級由未整理時的1級提升到3～4級，基本保持織物原有的手感。