淺析含氨綸化纖針織面料的縮水和彈性

李寬緒

(廣東德潤紡織有限公司,廣東 順德528306)

含氨綸的化纖針織物近些年發展迅猛,質量要求日趨嚴格,縮水率和彈性是描述彈力化纖針織物內在品質的重要指標。氨綸是聚氨基甲酸酯纖維的簡稱,是一種彈性纖維,也是市場上彈性最好的合成纖維[1],它具有高回彈率、高斷裂伸長率[2],隨張力的消失能迅速恢復到初始狀態。氨綸纖維可以分為聚酯和聚醚兩大類,聚酯彈性纖維抗氧化、抗油性較強;聚醚類彈性纖維防霉性、抗洗滌劑較好。氨綸彈性特點和功能特性令含氨綸針織物在結構和性能上可以有多重改變,這也是含氨綸的彈力針織物從內衣到外衣,從泳裝到運動裝,從家庭紡織品到醫療用品能得到廣泛應用的原因。讓生產企業清楚了解含氨綸彈力針織面料(滌綸/氨綸或錦綸/氨綸針織物)的縮水和彈性,對接市場,特別是外貿市場對針織物彈性和縮水日益增長的嚴要求,使企業在激烈的市場競爭中長足發展也是本研究目的。

1 含氨綸彈力針織物

1.1 針織物中的氨綸

討論的化纖針織物與氨綸搭配的纖維是錦綸或者滌綸,了解錦綸/氨綸或者滌綸/氨綸彈力針織物的縮水和彈性,探討氨綸本身的特性和針織物對氨綸的要求以及含氨綸針織物的染整生產,才能了解其影響因素。氨綸是聚氨基甲酸酯彈性纖維,一般所說的彈性纖維是指“由至少85%(質量)聚氨酯鏈段組成的合成線型大分子”,“拉長至3倍后能快速回復到原來長度”的纖維[3],針織物本身的特色就是利用線圈的結構產生延伸彈性的效果,但其伸長及回縮范圍受線圈形態控制,幅度有限,氨綸高彈性能與針織物正好互相配合,令織物發揮出最佳彈力特性。不同品牌或不同系列氨綸其強度表現不同,可在規定條件下用強力機測試,斷裂強度愈大,織物伸長拉力大,織造時機速可快些。在測斷裂強度時,可測出斷裂伸長度,一般伸度愈大,織物中成分可相對少一些。織物中氨綸含油量一般為3%～5%,含油量多和存放時間長,在筒底積聚,影響編織張力和后續染色,也就有了除油水洗工序。含氨綸的彈力針織物中的氨綸對織物的縮水和彈性特別關鍵,氨綸紗線的選用和含量是織物彈性基礎,只有先定氨綸紗及含量,才能設定針織物基本的拉伸和縮水框架參數,彈力針織物氨綸含量沒有定,拉伸縮水無法準確確定。針織物氨綸搭配也十分關鍵,主要是粗細配搭及性能配搭,一般針織用氨綸為2.22、3.33、4.44、7.78 tex不等,基本上是按照市場對彈性針織物規格(克重,彈性)要求選用。氨綸在紡織品中通常以裸絲、包芯紗、包覆紗、合捻紗形式存在[4]。氨綸與搭配紗關系十分密切,紗線細度選用十分重要,產品要符合規格參數要求,配置不合適便不能達到訂單織物要求的克重、拉伸、縮水等。性能搭配,各品牌開發出一些特殊功能氨綸產品,例如有特殊彈性舒適功能,其特性為織物在穿著時不會有緊窄的感覺;還有特殊耐氯、耐熱功能[5];特殊吸濕排汗功能;耐久耐磨性功能;抗菌防臭等,根據訂單或者開發要求選用特色功能氨綸做原料。針織物織造完成還只是半成品,需要染整加工。

1.2 含氨綸化纖針織物染整加工

1.2.1 松弛水洗

針織物由于織造過程中受到張力產生拉伸變形,雖然具有較好的回彈力,但仍不能回復到自然狀態,處于不穩定狀態,對染色和后整理產生較大影響,特別是產品規格方面的影響,需要松弛平幅水洗。松弛的目的是消除織物內部的殘余應力,前處理過程中應盡量減小張力,避免織物纖維再次拉伸形變,這也是松弛水洗工序的目的。松弛有干松弛和濕松弛二種形式。

1.2.2 定型(預定型和后定型)

含氨綸彈力針織物在織造、染整加工時受到張力而產生形變,織物存在較大的殘余應力,織物尺寸穩定性差,縮水率大,幅寬不易控制[6]。大部分含氨綸彈性織物的坯布下機后如果不預定型,直接進染缸染色,幅寬方向的回縮率有的高達30%,所以需借助定型來控制幅寬規格,使織物滿足規定幅寬,回縮率達到平衡。同時發現沒有預定型的部分彈力針織物,在染色中還特別容易折皺,預定型十分必要,預定型工藝中溫度過高、時間過長會影響強力,錦綸纖維易泛黃,溫度過低、時間不足則達不到效果。預定型時的落布幅寬直接影響成品幅寬,由定型下機的緯向縮水率可預測成品的彈力和回縮率。熱塑性纖維的高溫預定型就十分關鍵,能夠直接影響織物縮水和彈力。

針織物的后整理除了要滿足成品手感、風格外,還要防止在儲運過程中以及回潮后再發生收縮現象。同時為解決織物尺寸穩定性差、縮水率大等問題,需要進行后整理。柔軟后整時要選用對色澤牢度影響小的柔軟劑,其用量要控制得當,否則會產生成品局部受拉伸后紗線的滑移。在拉幅前,要先對染色織物進行經緯向縮水率的測試,根據縮水后的經向縮水率,決定機上超喂的百分率和預縮機的收縮率及拉幅的尺寸。因為經多道加工帶來經向張力造成縮幅變化,須根據前工序幅寬變化來確定后整理工藝。整理時要特別注意的是落布時布面要有一定濕度,以保證預縮時幅寬和縮水率控制在要求范圍內。

在后整工序中要進行超喂。拉幅定型則經向拉力大,可能無法達到成品緯密要求。采用松式烘燥后加超喂整理,成品的緯密會穩定很多。在后整理過程中,織物浸柔軟劑后上定型針鋏,無張力就無法上定型機,需給予一定張力,但加張力就會使織物伸長,所以加超喂讓伸長再回縮。當然超喂比例多少還需要考慮到布面平整和克重,是否卷邊卷口。有些特殊布種,不但不加超喂,反而需要反向拉緊,也就是所謂的負超喂,需要結合實際情況而定,沒有一成不變的生產。適當提高成定溫度,有利于前工序中輕微折皺的消除。做好后道定型有效降低落布溫度,同時在出布處最好經吹冷風及冷卻輥的降溫確保布面足夠冷卻,否則因熱壓會產生新的折皺,定型張力溫度時間也是影響其縮水和彈性的重要因素。

1.2.3 染色

由于氨綸絲一般被包覆在其搭配纖維中,市場上彈力針織物中氨綸的含量一般3%～35%,本文主要討論錦氨和滌氨彈力針織物,含氨綸的彈力針織物染整加工使用的染料和染色方法主要取決于與氨綸搭配的纖維[7],所以其染色主要采用錦綸或者滌綸織物的染色工藝,需要選擇不同的溫度,滌綸需要高溫高壓,溫度時間張力也是直接影響織物的縮水和彈性因素,一般采用弱酸性染料或者分散染料,染色中調整好噴嘴壓力與提升滾軸轉速,根據織物克重和布長做到二者協調,防止纏車、壓缸堵布,必要時可適當加大浴比、減少投染缸量及添加浴中抗皺劑或提高布速等,總之染色過程中盡量行駛順暢,拉力降低。控制降溫速度嚴防速度過快致使纖維集聚收縮引起大量折皺。染化料對纖維的力學性能損傷也要注意。

1.2.4 預縮

在后整理工序中,除了拉幅后定型外,部分織物需要預縮,預縮對控制緯編彈力織物的尺寸穩定性和縮水率的大小有著重要意義,進行預縮時要控制半制品的幅寬一致,防止進布時張力不勻而產生橡膠滾印。要以預縮前半成品經緯向縮水率為依據,調整預縮機的工藝參數。預縮的速度要適當放慢,溫度要合適,既可解決成品的縮水問題,又能起到一定的定型作用。

2 彈力針織物的縮水

2.1 針織物縮水率

針織物縮水一般指織物經過水洗、脫水、干燥等過程發生長度或寬度變化的一種現象,縮水率也按照經緯方向分別測試,從樣品上截取試樣,在規定條件下測量其標記尺寸,再經過規定溫度水處理或皂洗浸漬,干燥后再測量原標記的尺寸,計算出尺寸變化得出縮水率。

織物的縮水影響了服裝尺寸的穩定性,縮水大會導致衣物變形。織物的縮水率與織物的結構參數存在著密切的關系,即使原料、組織結構均相同的織物,在經過不同的后整理后,織物的縮水率也不同[8]。已有的織物縮水理論認為,織物縮水率中,由于纖維內應力松弛而引起的收縮部分大概1%～2%,紗線縮短的程度則與紗的捻度有關,織物縮水率受纖維和紗線捻縮的影響,也與織物的結構有關。縮水程度涉及不同種類的纖維、織物的結構、織物加工時所受不同外力作用等。面料的縮水率一般可分為自然縮和洗水縮,自然縮是指面料放松后的自然收縮,洗水縮是指成衣洗水后的收縮。一般情況下織物徑向、緯向的縮水率都有變化。針織面料縮水率目前一般要求是在緯3%經5%以內(具體客人不同要求不一樣)。纖維本身吸水后會產生一定程度的溶脹,纖維的溶脹都是各向異性的(錦綸除外),即長度縮短,直徑增大。吸水能力越強,溶脹越劇烈,縮水率越高,織物的尺寸穩定性越差。織物本身的組織結構及織造張力不同,其尺寸穩定性不同。

2.2 影響針織物縮水的主要因素

2.2.1 原材料性質、含量及紗線細度

織物的原材料不同,其縮水率不同。一般來說,吸濕性大的纖維,浸水后纖維膨脹,直徑增大,長度縮短,縮水率就大。有的黏膠纖維吸水率高達13%,而合成纖維織物吸濕性差,其縮水率就小。本試驗纖維主要是氨綸與錦綸,其原材料影響相對較少,但是氨綸含量不同,織物縮水不一樣,織物紗線粗細不同,縮水率也不同。紗粗的織物縮水率就大,紗細的織物縮水率就相對小。纖維本身性質與其織物的尺寸穩定性有密切的關系。

2.2.2 織造結構及織物密度

織物的密度不同,縮水率也不同。經緯向密度相近,其經緯向縮水率也接近。經密度大的織品,經向縮水就大,反之,緯密大于經密的織品,緯向縮水也就大。一般情況下機織物的尺寸穩定性要優于針織物,高密度織物的尺寸穩定性要優于低密度的。針織物中平針組織的縮水率小于羅紋織物。

2.2.3 染整加工的影響

織物加工生產工藝不同,縮水率也不同。一般來說,織物在織造和染整(文中的染整特指針織物加工中松弛水洗、染色固色、定型、預縮全工序)過程中,纖維要拉伸多次,加工時間長,施加張力較大的織物縮水率就大,反之就小。生產溫度也影響合成纖維熱收縮,如沸水收縮。紡織纖維受熱條件以及染化料不同,纖維的形態及尺寸發生變化及收縮,纖維因受熱溫度、時間、洗滌用劑、干燥方式、張力等不同條件下織物縮水都會表現不同。

2.2.4 洗滌

手洗的尺寸穩定性要優于機洗的樣品,而洗滌的溫度同樣會影響其尺寸穩定性。一般而言,溫度越高,穩定性越差。干燥方式對織物的縮水率也有一定影響。

3 彈力針織物的彈性

針織物的彈性是指當引起針織物變形的外力去除后,針織物恢復原狀的能力。針織物拉伸彈性的測試方法很多,可分為定伸長法和定負荷法,根據拉伸方向可分為單向拉伸和雙向拉伸,根據拉伸次數可分為單次拉伸和多次拉伸等方式。定負荷拉伸測試法是將試樣在一定條件下加上一定負荷,保持一定時間,除去負荷,再停頓一定時間,記錄試樣在拉伸方向的尺寸變化。定負荷的伸長率越大,說明該織物在外力作用下越容易產生變形,該法也可循環數次操作[9]。目前市場上討論針織物彈性大部分采用彈性參數Elongation、Modul us、Recover y、Gr owt h,參數反映針織面料塑形性、伸展性、穿著舒適性等方面品質。測試方法和測試設備根據不同品牌的要求略有差異。

3.1 伸長率(Elongation)

織物在定拉力下的伸長率,也稱定力伸長率,業內稱謂的“開度”,它是用來評估針織物彈性效果的重要參數(圖1)。定力伸長率是指材料受規定拉伸力作用時產生的伸長率[10]。針織物分為直向(經向)伸長率和橫向(緯向)伸長率,與織物用紗的粗細、紗的回縮率、紗的彈性及在染整加工過程中紗的彈性損失都有關。定力伸長率的計算公式:定力伸長率(%)=(B÷L)×100。其中L是織物拉伸前的長度;B是織物受到一定外力拉伸后的總長度減去織物原長后的值;C是織物拉伸后回縮后的總長度減去織物原長后的值。定伸長拉力指材料被拉伸至規定伸長率時相對應的力,也稱拉力。拉力是指在定伸長率下測試的力值。

圖1 拉伸示意圖

3.2 模量(Moudlus)

模量是材料力學中的概念,是指材料在受力狀態下應力與應變之比。彈性模量可視為衡量材料產生彈性變形難易程度的指標,其值越大,使材料發生一定彈性變形的應力也越大,即材料剛度越大,在一定應力作用下,發生彈性變形越小。拉伸模量是指材料在拉伸時的彈性,其值為將材料沿中心軸方向拉伸單位長度所需的力與其橫截面積的比。拉伸模量計算公式:拉伸模量(N/m2)=f/S。其中,f表示所需的力,S表示材料的橫截面積,針織物模量為測試布圈達到指定伸長率時所需要的力,單位為對應力的單位。例如拉力測試報告中的F(40.0%)代表達到指定拉伸40%時布辦承受的力值。不同客戶要求的指定伸長率有差異,如20%-40%-60%-80%,也有迪卡儂品牌要求70%的。對于市場上拉架布來說,它主要是由織物中彈性纖維在拉伸狀態張力決定的,要改變這個參數的大小,很多時候需要從高溫預定型條件去考慮,增加或減少對彈力纖維的熱定型效果。

初始模量(Initial modul us)亦稱彈性模量或楊氏(Young’s)模量,表示試樣在小負荷下變形的難易程度,反映了材料的剛性。纖維的初始模量取決于高聚物的化學結構以及分子間相互作用力的大小。大分子柔性越強,纖維的初始模量就越小,也就容易發生形變。對于由同一種高聚物制得的纖維,若分子間的作用力愈大,取向度或結晶度越高,則纖維的初始模量就越大。在主要的化學纖維品種中,以滌綸的初始模量最大,錦綸則較小,因而滌綸織物挺括,不易起皺;而錦綸易起皺,保形性差。

3.3 自動回復率(Recovery)

拉伸彈性伸長回復率又稱自動回復率,分為定伸長(率)拉伸彈性回復率和定力拉伸彈性回復率。前者是在定伸長率的情況下自動回復率,后者是在定拉力的情況下織物自動回復率。參考圖1,計算公式:

自動回復率值越大布面拉伸后回彈性越好。

3.4 殘余伸長率(Growth)

殘余伸長率也稱剩余伸展度,不是我國強制標準,一般是出口歐美的紡織品拉伸彈性測試指標之一。我們國家標準稱為塑性變形率,也分為定伸長(率)和定力拉伸的情況下對應織物的塑性變形率。參考拉伸示意圖1,計算公式:

殘余伸長率值越大,布面回彈能力越差。回彈性能改善可以用一些功能軟油來減小紗線之間的恢復阻力,就是通過軟油的使用達到改善。根本上應該從高溫預定型條件去考慮,調整對彈力纖維的熱定型工藝改變彈力纖維的彈力效果。

3.5 影響針織物彈性主要因素

3.5.1 原材料性質、含量及紗線細度

化學纖維中滌綸具有較高的剛性,動物蛋白質纖維中羊毛具有優良的回彈性。纖維的基本性質對織物彈性的影響是最明顯的。同時紗線捻度越高,紗線的剛性越強,織物的硬挺程度就越明顯。氨綸含量以及種類不同,彈性有明顯區別。織物用紗越細、紗的回縮率越小,成品后織物的拉伸空間會變大,伸長率越大,反之亦然。對于化纖針織品的拉力控制,其紗的收縮率往往是容易被忽視的,等織造完畢染出才發現異常,已經很難處理了。對于不同品牌的紗,盡量在生產前試驗清楚,如果收縮率與以前的有差異,一定要提前調整織造和預定型工藝。

3.5.2 織造結構及織物密度

影響針織物彈性的因素還與織物組織結構(如平紋、斜紋、提花等)、經緯紗密度有關。針織物的經密和緯密越高,構成織物的紗線排列得就越緊密,織物紗線在外力作用下變形就越小,織物的彈性就越明顯。組織結構越復雜,織物保持原來形態的特性越明顯,即織物的回彈性越大。成品織物的橫縱密度越大,織物的拉伸空間大,拉力通常會越大。需要指出,緯編針織物縱向線圈密度會影響到橫向拉力,這是因為橫向拉伸時的線圈條數變多時,用于拉伸的成圈紗線條數會變多,拉伸阻力變大,導致橫向伸長率會隨縱行密度的變大而略有變小。織物的厚度越厚,織物單位面積上的纖維質量就越多,織物的懸垂性就越明顯,織物的硬挺度越明顯[11]。

3.5.3 染整加工的影響

滌綸織物的堿減量可以改變織物的回彈性,拉毛和磨毛加工處理也可以對織物的回彈性產生較大影響。可以提高織物的柔軟程度,降低織物的回彈性。定型工序時的溫度、張力,對于織物彈性影響是非常明顯的。對于合成纖維來說,定型溫度越高,織物手感越硬;張力越大,產品定型時紗線之間咬合得越緊密,織物的硬度就越明顯。

手感與織物內部線圈表面摩擦力有關,即與染整過程中加入的軟油有關。織物手感越軟,織物線圈之間的磨擦力會變小,使其容易被拉伸,但當手感軟到一定程度后,就不能再繼續增大了,軟油的使用,只能在一定程度上能增加。

紗的彈性在染整加工過程中損失少的其拉力會越大,如PBT纖維受熱彈力降低,如果織物經過高溫預定時的溫度過高,其彈性損失會越大,拉力會明顯降低。含氨綸針織物,控制重點要放在織造后的密度穩定性和高溫預定型的控制。當然在生產中保持含氨綸針織物的彈性,不損傷纖維力學性能是最起碼的要求,例如染色工藝不合理時,醋酸用量偏多也會損傷氨綸的彈性,p H值不合理染色影響含氨綸針織物的規格[12],實際是氨綸力學性能受到損傷,彈性和縮水都受到嚴重影響。

3.5.4 其他

人為操作異常和機器故障等外在原因也能影響針織物彈性。長時間存放或者光照氨綸老化脆化也影響織物縮水和彈性。

4 結語

(1)影響化纖針織物彈性、縮水率的因素相似,所以把縮水、彈性放在一起分析,彈力針織物材料纖維特性、紗線細度、氨綸含量、織造結構都是其影響的重要因素,染整加工中的張力、溫度,染浴p H值,以及后整理工藝、軟油等也都能影響針織物彈性和縮水。紗線和氨綸含量的選擇需要根據訂單規格要求選用,織造和染整條件是關鍵,合理設計針織物染整工藝是保證針織物合適縮水率和良好彈性的必要條件。

(2)對染整加工廠來說,合理使用染色和定型中的化學用品,不傷害織物纖維力學性能也是關鍵,定型能夠一定范圍內改變拉伸和縮水率,染整加工廠常常用添加軟油方式來改善拉伸偏小,或者進缸加固色而使針織物手感偏硬來改善拉伸偏大,但是在程度上不會有太大的幅度,對彈力針織物的彈性和縮水率來說做好染色前預定型比后定型更關鍵。

(3)造成彈力針織物的拉伸和縮水異常往往是多個因素疊加,需要我們從紗線的選購開始,織造、染整、包裝等一起規范管理才能穩定產品質量,保證織物良好的彈性和合理的縮水率。