紡紗方式對織物抗皺性能及拉伸彈性的影響

蘇旭中， 魏艷紅,2， 劉新金， 謝春萍

(1. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122； 2. 金輪針布(江蘇)有限公司， 江蘇 南通 226143)

織物保形能力通常是指織物在穿著、洗滌、使用、存儲過程中能夠保持原有外觀特征，使服裝便于使用、易于保養的性能，包括抗皺性、懸垂性、剛柔性、起毛起球性、尺寸穩定性、免燙性等[1]。織物抗變形性是指織物受到外力作用后產生變形量的大小以及產生變形回復的難易程度，其指標主要包括拉伸彈性回復率。

對于影響織物抗皺性、免燙性等保形性的因素，國內外學者進行了大量研究：胡厚銘等[2]通過優選紡紗工藝來提高純棉織物的保形性；張戰旗[3]通過優化紡紗方式與染整加工工藝，提高經緯雙彈機織免燙襯衫面料的免燙等級；呂麗華等[4]探討了織物密度、捻度、緊度等結構參數對織物折皺彈性和硬挺度的影響；楊書會等[5]探討了純棉織物的抗皺性與其組織結構的關系。以上研究在一定程度上都可改善織物的保形性，但僅從物理方面提高純棉織物的保形性，還無法達到免燙紡織品的標準。目前為達到免燙要求，應用最多的是采用化學整理劑，但這不僅會造成環境污染，還會改變織物的親膚感和彈性，甚至危害人體健康[6]。而關于紡紗方式對織物保形性及抗變形性的影響，國內外研究較少。

對于織物的抗皺性及免燙性的測試與評價方法，國內外學者也進行了大量研究：Wang等[7]基于視頻序列采集系統(JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀)，檢測織物折皺回復角隨時間的動態變化；潘寧[8]利用抽出法研制了PhabrOmeter織物風格儀，可測試織物的折皺回復率。本文分別利用全聚紡、全聚紡包芯、全聚賽絡紡包芯、全聚賽絡紡雙絲包芯、全聚紡包芯合股紡紗方式制備了 5種紗線，并用其織造成相同規格的5種織物；然后采用多種評價方法，研究紡紗方式對織物抗皺性能及拉伸彈性的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)長絲，購自江蘇恒科新材料有限公司。PET長絲的性能如表1所示。長絲B的初始模量、急彈性變形比例、彈性回復率均比長絲A高。

表1 PET長絲的性能Tab.1 Properties of PET filament

1.2 紗線的制備及性能

本文在加裝全聚紡裝置的QFA1528型細紗機上紡制5種紗線。紗線基本性能如表2所示。a、b、c、d、e這5種紗線的線密度均為14.8 tex，其中e為單紗線密度為7.4 tex的2合股股線。紗線a是精梳純棉紗(JC)，紗線b是芯絲為B的全聚紡包芯紗，紗線c是芯絲為B的全聚賽絡紡包芯紗，紗線d是芯絲為A的全聚賽絡紡雙芯絲包芯紗，紗線e是芯紗為A的全聚紡包芯紗2合股股線。

表2 紗線性能Tab.2 Yarn performances

由表2可看出：PET長絲的加入可明顯改善成紗條干不勻率、粗節、棉結、毛羽等指標，含PET長絲的包芯紗比純棉紗線的CV值小，3 mm以上毛羽根數明顯減少；紗線c比b的強度與初始模量高，CV值小，3 mm以上的毛羽根數少；紗線e的強度最高，CV值最小，毛羽根數最少。

1.3 織物的設計及織造

本文通過調研山東魯泰紡織股份有限公司的免燙襯衫產品設計織物的經緯密度、組織結構。采用 5種紗線織造了5種二上二下斜紋織物，參數見表3。

表3 織物參數Tab.3 Fabric weave structure

1.4 測試方法

1.4.1 抗皺性測試

1.4.1.1靜態折皺回復角 按照GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測試 回復角法》中垂直法，采用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司)，測試織物的急彈性回復角與緩彈性回復角。每種試樣在織物的正面不同位置經緯向各剪取5 塊，剪成40 mm×15 mm 的品字形，壓力負荷為10 cN，加壓時間為 5 min。為防止測試過程中試樣有黏附現象，影響測量結果，在兩翼之間離折痕線2 mm處放置1張厚度小于 0.02 mm 的紙片或塑料薄膜。

1.4.1.2動態折皺回復角 參照AATCC 66—2008《織物折皺回復：回復角法》中水平法，利用JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀(江南大學)，采用視頻序列采集系統，對織物折皺回復過程進行圖像采集。同一試樣在不同位置經緯向各剪取5 塊，試樣剪成40 mm×15 mm的長方形，壓力負荷為500 g，加壓時間為5 min，視頻采集幀率為4.64 幀/s，單幀大小為1 920 像素×1 200 像素，采集時長為5.5 min，最后用MatLab2016對織物折皺回復視頻序列進行處理，繪制出折皺回復角隨時間變化的曲線圖。

1.4.1.3折皺回復率 參照AATCC 202—2014《紡織品相對手值：儀器法》，在同一試樣上剪取大小為100 cm2圓形試樣3塊，利用PhabrOmeter3織物手感評價系統測試儀(美國欣賽寶科技公司)測試織物的折皺回復率、硬挺度、柔軟度、光滑度。

1.4.1.4外觀平整度等級 參照AATCC 124—2014《織物經反復家庭洗滌后的外觀平整度測定》，對織物進行反復洗滌5次，采用攤平晾干法干燥，對照AATCC 124—2014 三維平整度模板，按最接近的外觀平整度定級。

1.4.2 尺寸穩定性測試

參照GB/T 8629—2017《紡織品 試驗用家庭洗滌和干燥程序》，利用YG701E-Ⅲ型全自動織物縮水率試驗機(寧波大禾儀器有限公司)，選擇4 N程序洗滌織物，干燥后測試織物的尺寸變化率，每種試樣經緯向各測試3次，結果取平均值。

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1.4.3 織物的拉伸彈性測試

參照FZ/T 01034—2008《紡織品 機織物拉伸彈性試驗方法》，采用YG(B)026ET型電子織物強力機(溫州市大榮紡織儀器有限公司)，測試織物的5%定伸長拉伸彈性回復率，每種試樣測試3次，結果取平均值。

2 結果與分析

2.1 織物的抗皺性分析

2.1.1 靜態折皺回復角分析

采用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀測試5種織物的折皺回復角見表4，急彈性與緩彈性回復角照片見圖1。

表4 5種織物的折皺回復角Tab.4 Wrinkle recovery angle of five fabrics (°)

圖1 2#織物急彈性與緩彈性回復角照片Fig.1 Rapid(a) and slow(b) elastic recovery angle image of 2# fabric

YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀的主要特征為采用高分辨率CCD自動成像，測試軟件提供靜、動態圖像處理技術，自動拍攝折痕角度，實時保存圖像；測試軟件內置電子量角器，并可根據成像結果修正數據，避免測量死角及其他復雜測試狀況，便于出現測試結果有爭議時作為原始證據保存。由表4 可知，5種織物的總折皺回復角大小順序為3#>2#≈5#>4#>1#。PET長絲截面為圓形，表面光滑，使用PET長絲作為包芯紗的芯絲，使紗線間切向滑動阻力減小，可改善織物的抗皺性，因此，1#純棉織物的折痕回復角最小。賽絡紡包芯紗與包芯紗相比，賽絡紡紗線結構緊密，毛羽少，紗線表面光潔紗疵少，因此，3#織物的折痕回復角比2#織物大。股線與賽絡紡相比強力、條干、捻不勻有所改善，彈性好，因此，5#股線織物的折皺回復角比4#賽絡紡雙絲包芯紗織物的大。初始模量的大小可表示纖維在低負荷下變形的難易程度，初始模量大表示纖維在小負荷下不易變形，織物的挺括性好；由于長絲B的初始模量比長絲A大，因此，3#織物的折皺回復角比4#織物大。

2.1.2 動態折皺回復角分析

JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀可精確描述織物折皺回復的動態過程，該裝置采用氣動加壓方式，加壓5 min后自動彈開，為更精確地展現織物在加壓彈開瞬間的折皺回復情況，視頻錄像時間為5.5 min(在加壓裝置未彈開時，提前30 s打開錄像)，曲線代表織物經緯向折皺回復過程中不同階段的回復角，包含了回復的初始角度、急彈折皺回復角、緩彈折皺回復角等。

基于視頻序列的JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀測試的5種織物的動態折皺回復角見圖2?？梢钥闯觯曄蛘郯櫥貜徒且话愦笥诮浵?，尤其圖2(a)所示1#純棉織物經緯向折皺回復性差異較大，緯向折皺回復角明顯大于經向，這是因為織物經密大于緯密，經向紗線間的切向滑動阻力大于緯向，釋去外力后，經紗間相對滑移困難，短時間內回復性差。PET長絲的加入可縮小經緯向折皺回復角的差異，這是因為PET長絲的急彈性變形比例較大，同時又由于賽絡紡與股線本身紗線結構的特點(如紗線毛羽少、表面光滑，彼此之間摩擦阻力小)，因此，織物具有起皺后在極短時間內急速回復的性能(見圖2(c)、(e))。

圖2 5種織物的動態折皺回復角Fig.2 Dynamic wrinkle recovery angle of five fabrics

表5 2種儀器測試CV值對比Tab.5 CV values test results comparison of two instruments %

由表5可知，使用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀測試5種織物的急彈性與緩彈性折皺回復角的CV值，比使用JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀測試的結果偏大，即JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀測試結果的穩定性較好。這是因為使用YG(B)541E型智能式織物折皺彈性儀，在測試過程中受人為因素影響較大，如人工放置壓板的位置偏差，致使受壓不勻或受壓面積不等都會造成數據偏差。使用JN-1型織物折皺回復性能動態測試儀，實驗壓力一致性好，受人為影響因素小，自動化程度高，多次實驗表明數據的穩定性、結果的準確性比YG541E型智能式織物折皺彈性儀要好[9]。

2.1.3 折皺回復率分析

織物的折皺回復率是表示抗皺性的常用指標。折痕回復角通常只反映了織物單一方向、單一形態的折皺回復性，與實際使用或穿著過程中織物的多向性、復雜形態的折皺狀態相比，不夠精確與全面。使用PhabrOmeter3織物風格儀測試織物的折皺回復率及其他指標，比較貼近實際使用過程，克服了只能檢測單一方向折皺回復角的缺點，且儀器操作簡單，效率高。5種織物的風格指標見表6。

表6 5種織物的風格指標測試結果Tab.6 Style test result of five fabrics

由表6可知，5種織物折皺回復率的大小順序為3#>5#>4#>2#>1#?？椢锏膭側嵝园ㄓ餐Χ群腿彳浂龋w維的初始模量和紗線結構是影響織物剛柔性的決定因素。纖維初始模量和紗線抗彎剛度大，則織物越硬挺，因此，3#、5#織物的硬挺度較好。

2.1.4 外觀平整度等級分析

對照AATCC 202—2014三維平整度模板，對 5種織物的外觀平整度進行評級結果見圖3?？芍?，5種織物的平整度等級分別是1#織物1級，2#織物 3級， 3#織物3.5級，4#織物3級，5#織物3.5級?？椢锏钠秸鹊燃壋c纖維的模量、彈性和紗線結構等有關外，還與纖維吸濕性、織物在濕態下的折痕回復性及縮水性密切相關。經測試可知，PET長絲的回潮率較小，為0.48%，一般來說纖維的吸濕性小，織物濕態下折皺回復性好，縮水性小，織物的尺寸穩定性、免燙性好，因此，PET芯絲的加入可改善織物的平整度等級。

圖3 5種織物的外觀平整度等級Fig.3 Apparent flatness of five fabrics

通過對5種織物客觀與主觀抗皺性的綜合評價可以得出，3#全聚賽絡紡包芯紗織物與5#股線織物的抗皺性較好，外觀平整度等級均達到了 3.5級，但生產股線的流程長，成本高。馬芹等[10]對比了集聚紡棉織物與普通環錠紡織物的折皺回復性認為，集聚紡織物的抗皺性能較好，適合開發高檔襯衫面料。朱帆帆等[11]對比了賽絡紡、集聚紡、集聚賽絡紡 3種紡紗方式的截面以及毛細效應認為，集聚賽絡紡的截面更接近圓形，其導濕性最好，從生產成本、織物抗皺性能等方面綜合考慮，3#全聚賽絡紡包芯紗織物更適合開發高保形免燙襯衫面料。

2.2 織物的尺寸穩定性分析

纖維的吸濕性是影響織物縮水性的主要原因之一，纖維的吸濕性好，吸濕膨脹率大，織物的縮水率高。5種織物的尺寸穩定性測試結果見表7。可知：由于純棉纖維的吸濕性較好，1#純棉織物的尺寸穩定性最差；由于斜紋織物經向緊度大于緯向，織物落水后緯紗間有較大的空隙讓其吸濕溶脹，造成緯紗直徑增加，迫使經紗屈曲，因此，5種織物的經向縮水率比緯向大。同理3#比2#織物結構緊密，5#比4#織物結構緊密，所以3#與5#織物的縮水率最小，且彼此的縮水率差異不大。

表7 5種織物的水洗尺寸變化率Tab.7 Dimensional stability to washing of five fabrics %

2.3 織物的拉伸彈性分析

5種織物的5%定伸長拉伸彈性回復率測試結果見表8?？芍?，1#織物彈性回復率最差，3#織物比2#織物好，5#比4#織物好。纖維的拉伸變形回復能力決定了織物的彈性回復率，而織物的拉伸彈性回復率又影響織物的抗皺性。PET長絲具有較高的初始模量與良好的彈性回復性，因此，PET長絲的加入可改善棉織物的拉伸彈性回復性。又因為長絲B比A的初始模量、彈性回復率高，所以3#織物拉伸變形率比4#織物小，其抗皺性較好。盡管純棉紗的模量也較高，但由于棉纖維的拉伸變形回復能力小，其織物的拉伸回復率小，因此，1#織物抗皺性最差。

表8 5%定伸長拉伸織物的彈性回復率Tab.8 5% fixed elongation tensile resilience rate of fabric %

3 結 論

1)織物的抗皺性及拉伸彈性主要受纖維的形態、初始模量及彈性、紗線結構、織物的拉伸變形回復能力、織物折皺回復角各向異性的差異等多方面因素影響。

2)PET長絲截面為圓形，表面光滑，回潮率低，初始模量高，且急彈性變形比例較大，因此，使用PET長絲作為包芯紗的芯絲，其織物在低變形下拉伸回復能力高，并具有起皺后在極短時間內急速回復的性能，因此，比純棉織物的抗皺、挺括性好。

3)全聚賽絡紡包芯紗比全聚紡包芯紗初始模量高、條干好、毛羽少，紗線表面更光潔，結構更緊密，因此，其織物的保形性及抗變形性較好。由全聚紡包芯紗合股形成的股線比全聚賽絡紡雙絲包芯紗紗疵、毛羽更少，條干不勻、捻度不勻、強度不勻更小，且紗線的彈性好，因此，其織物的抗皺性、尺寸穩定性、拉伸回復性更好。