濕度對(duì)平紋織物折皺回復(fù)規(guī)律的影響

趙娜娜,丁雪梅

(1.東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,上海 200051; 2.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室,上海 200051)

織物作為一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的纖維集合體,在外力作用下很容易形成折皺,直接影響織物的外觀。一直以來,許多學(xué)者對(duì)織物的折痕回復(fù)性能進(jìn)行研究。現(xiàn)行的織物折皺回復(fù)性測(cè)試方法包括折皺回復(fù)角法和外觀平整度法[1-2],其中折皺回復(fù)角法是一種可靠的定量測(cè)試方法,有大量的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛用于評(píng)估織物折皺回復(fù)性能,具有代表性的有ISO 2313—1972《紡織品 用回復(fù)角表示的水平折疊試樣的折痕回復(fù)性的測(cè)定》、AATCC 66—2014《機(jī)織物折皺回復(fù)性:恢復(fù)角度法》和GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》等,適用于標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試儀器主要包含Shirley折皺回復(fù)儀、SDL Atlas折皺回復(fù)儀、YG541數(shù)字式折皺回復(fù)儀等。

許多學(xué)者采用線性回歸的方法對(duì)織物折皺回復(fù)角與織物組織結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,從織物自身結(jié)構(gòu)方面為優(yōu)化織物抗皺性能提供依據(jù)[3-5]。近來許多研究通過織物力學(xué)性能和折皺回復(fù)角的相關(guān)性分析,證明了織物折皺回復(fù)性能與物理性質(zhì)的必然聯(lián)系[6-7]。然而上述研究使用單一折皺回復(fù)角值表征織物折皺回復(fù)性能,具有一定局限性,因此有學(xué)者研究折皺整個(gè)動(dòng)態(tài)回復(fù)過程,提出了評(píng)估織物折皺回復(fù)性能的綜合評(píng)價(jià)方法[8-9]。

織物折皺形成和回復(fù)過程所處環(huán)境的溫濕度一般都是恒定的,即在溫度(20±2) ℃、相對(duì)濕度(65±3)%的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)室條件下進(jìn)行,織物折皺在回復(fù)前后未發(fā)生熱濕傳遞現(xiàn)象。實(shí)際上,去除織物折皺需要借助熱濕力的作用,如日常生活中人們常借助蒸汽熨燙的方式進(jìn)行衣物除皺,其中濕度是織物折皺回復(fù)的關(guān)鍵先決條件[10],因此濕度與織物材料特性相結(jié)合而使折皺展開回復(fù)的原理值得進(jìn)一步研究。

本文搭建了一種可以調(diào)節(jié)溫度、濕度的試驗(yàn)裝置,用于監(jiān)測(cè)織物折皺試樣在不同相對(duì)濕度條件下折皺回復(fù)的全過程,通過分析織物折皺回復(fù)與織物規(guī)格和試驗(yàn)環(huán)境相對(duì)濕度之間的關(guān)系,研究濕度在織物折痕回復(fù)中發(fā)揮的作用,以期為深入研究在熱、濕、力多因素耦合作用下織物折皺回復(fù)機(jī)制提供基礎(chǔ),為衣物除皺類型產(chǎn)品的開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)面料

選用6種100%天然纖維的平紋機(jī)織物作為試驗(yàn)面料,其中包含2種純棉織物(廣州柏祥盛紡織有限公司)、2種桑蠶絲織物(上海和孚絲綢有限公司)、2種羊毛織物(上海佛恩紡織品有限公司)。面料具體規(guī)格參數(shù)見表1。

表1 面料規(guī)格Tab.1 Specifications of materials

選用FOM71 CLS縮水率試驗(yàn)機(jī)(瑞典伊萊克斯股份有限公司)的7A程序?qū)υ囼?yàn)材料進(jìn)行預(yù)洗,去除面料內(nèi)應(yīng)力,洗滌程序具體參數(shù)見表2。

表2 洗滌程序具體參數(shù)Tab.2 Specific parameters of washing procedure

預(yù)洗完成后懸掛晾干,使用熨斗低溫檔(底板溫度(50±2) ℃)將織物熨平整,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)T/CNTAC 65—2020《紡織品 織物折皺回復(fù)性的測(cè)定 動(dòng)態(tài)回復(fù)角法》進(jìn)行取樣和試樣裁剪,試樣尺寸為40mm×15mm。

每種織物分別裁剪6塊試樣,其中3塊試樣的長邊沿織物經(jīng)向裁剪,另外3塊沿織物緯向裁剪,每塊試樣在正面標(biāo)記方向。試樣裁剪完成后,進(jìn)行折皺壓制,首先沿長邊方向?qū)⒃嚇诱鎸?duì)折,使用熨斗低溫檔壓制折痕5 s,得到更加穩(wěn)定的試樣折痕。將試樣自由回復(fù)翼邊緣涂抹熒光變色油墨,紫外光源照射時(shí),試樣邊緣可以在黑暗封閉箱體內(nèi)顯色。最后放置室內(nèi)溫度(20±2) ℃,相對(duì)濕度為(65±3)%的恒溫恒濕環(huán)境中,以30 N壓力壓制試樣24 h。

1.2 試驗(yàn)平臺(tái)

自主搭建折皺角回復(fù)試驗(yàn)平臺(tái),試驗(yàn)平臺(tái)主體為1個(gè)封閉箱體,具有調(diào)節(jié)溫濕度、測(cè)試折皺角度的功能,包含溫濕度控制系統(tǒng)、試樣折皺回復(fù)系統(tǒng)和折皺角采集處理系統(tǒng)。溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由溫濕度發(fā)生模塊和溫濕度控制模塊組成;試樣折皺回復(fù)系統(tǒng)由試樣夾持模塊和氣路控制模塊組成;折皺角采集處理系統(tǒng)由圖像采集模塊和角度提取模塊組成。折皺角回復(fù)試驗(yàn)平臺(tái)示意圖和實(shí)物圖分別如圖1(a)(b)所示。

圖1 折皺角回復(fù)試驗(yàn)平臺(tái)Fig.1 Crease recovery platform

溫濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,使用TP70多通道溫濕度數(shù)據(jù)記錄儀(深圳拓普瑞有限公司)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)封閉箱體內(nèi)溫濕度,通過調(diào)節(jié)溫濕度控制器,根據(jù)所需試驗(yàn)水平設(shè)置試驗(yàn)平臺(tái)溫濕度。

試樣折皺回復(fù)系統(tǒng)中,試樣夾持模塊主體為Sqeldt-2015S單動(dòng)平口夾(溫州江鑫氣動(dòng)液壓有限公司)。試樣夾持模塊由固定端和運(yùn)動(dòng)端2個(gè)平面組成,固定端平面垂直于水平面,為樣品放置區(qū);運(yùn)動(dòng)端可向固定端做開合運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)端向固定端運(yùn)動(dòng)對(duì)折痕試樣進(jìn)行夾持加壓,打開時(shí)折皺試樣開始回復(fù)。開合運(yùn)動(dòng)方向更換由3V20-08-NC電磁閥(溫州江鑫氣動(dòng)液壓有限公司)控制。設(shè)置DH48S-2Z繼電器(普欣寧科技有限公司)的時(shí)間,可控制夾持時(shí)長,統(tǒng)一設(shè)置夾持時(shí)長為10 s,保證折痕試樣具有相等的初始角度。

折皺角采集處理系統(tǒng)中,圖像采集模塊包含硬件和軟件,硬件包含水星MER-500-7UC-L工業(yè)相機(jī)(中國大恒有限公司);M3520-MPW2定焦鏡頭(焦距35mm,分辨率500萬像素,日本Computar公司);365nm紫外光源。軟件包含GigE Vision TL GalaxyView軟件(中國大恒有限公司),設(shè)置軟件連續(xù)采集圖片模式,采集頻率1幀/(30 s),采集時(shí)長45 min。角度提取模塊為MatLab軟件,使用角度代碼對(duì)折皺回復(fù)全過程試樣圖片進(jìn)行處理和計(jì)算,輸出角度數(shù)據(jù)保存為Excel格式。

1.3 試驗(yàn)過程

為了探究濕度對(duì)不同纖維種類織物折皺回復(fù)的促進(jìn)作用,對(duì)6種織物依據(jù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案(見表3)進(jìn)行試驗(yàn)。相同試驗(yàn)條件下,每組試驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值。

表3 試驗(yàn)方案Tab.3 Experimental scheme

折皺試樣的固定翼夾持在平口夾固定端,試樣折痕與水平面平行,平口夾運(yùn)動(dòng)端打開后,試樣自由翼開始回復(fù),某時(shí)刻試樣兩翼夾角即為該時(shí)刻折皺回復(fù)角度。

2 結(jié)果與討論

在70%和90%相對(duì)濕度下,不同織物經(jīng)緯向折皺角隨時(shí)間變化的回復(fù)規(guī)律見圖2。不同相對(duì)濕度條件下,織物折皺回復(fù)程度存在顯著差異,可見濕度對(duì)織物折皺回復(fù)起著至關(guān)重要的作用。相對(duì)濕度越高,織物折皺角回復(fù)程度越好。因?yàn)楸疚脑囼?yàn)面料都屬于天然纖維織物,天然纖維無定形區(qū)存在大量親水基團(tuán),如羥基、羧基等[11],纖維吸水后,水分子以氫鍵的形式與纖維中親水基團(tuán)結(jié)合,纖維無定形區(qū)分子鏈變得十分疏松,容易發(fā)生滑移[12],有利于折皺的回復(fù)。

注:wa表示經(jīng)向折痕,we表示緯向折痕。圖2 不同織物經(jīng)緯向折皺角在70%和90%相對(duì)濕度下回復(fù)過程散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter diagram of the recovery process of different fabrics with warp and weft crease angles at 70% and 90% relative humidity. (a) Crease recovery angle of C1; (b) Crease recovery angle of C2; (c) Crease recovery angle of S1;(d) Crease recovery angle of S2; (e) Crease recovery angle of W1;(f) Crease recovery angle of W2

相同試驗(yàn)條件下,桑蠶絲和羊毛織物的折痕回復(fù)優(yōu)于棉織物。這是因?yàn)樯ＰQ絲和羊毛為蛋白纖維,棉為纖維素纖維,桑蠶絲和羊毛蛋白纖維彈性較好,由于大分子鏈呈α螺旋結(jié)構(gòu),且和β折疊型大分子相互規(guī)整堆砌,不易產(chǎn)生塑性流動(dòng),而纖維素纖維分子鏈剛性較大,回彈性較差。此外羊毛和桑蠶絲纖維吸濕性能要優(yōu)于纖維素纖維。

同等相對(duì)濕度水平下,織物的經(jīng)緯向折皺回復(fù)角度相差較大。這是因?yàn)榭椢锝?jīng)緯紗線密度不同,導(dǎo)致織物折皺回復(fù)具有各項(xiàng)異性,織物的力學(xué)性能隨著織物經(jīng)緯向而變化[13]。經(jīng)向折皺回復(fù)過程中經(jīng)紗起主要作用,緯向折痕回復(fù)過程中緯紗起主導(dǎo)作用,因此經(jīng)緯向折皺角回復(fù)程度存在差異[14]。桑蠶絲織物與棉、毛織物經(jīng)緯向折皺角回復(fù)規(guī)律正好相反,棉和羊毛織物的經(jīng)向折皺回復(fù)角小于緯向折皺回復(fù)角,桑蠶絲織物的經(jīng)向折皺回復(fù)角大于緯向折皺回復(fù)角。猜測(cè)主要是由紗線捻度造成的,棉和羊毛織物都為有捻度紗線,桑蠶絲織物為無捻紗線。在初始回復(fù)階段,桑蠶絲織物折皺回復(fù)速率較其他2種織物快,因?yàn)樯ＰQ絲織物紗線無捻,織物折皺在回復(fù)過程中無需克服纖維之間因捻度所形成的摩擦力[10]。

在70%相對(duì)濕度條件下,織物經(jīng)緯向折皺回復(fù)角差異不明顯,但在90%相對(duì)濕度水平下,織物經(jīng)緯向折皺角回復(fù)差異較大,棉織物的這種現(xiàn)象表現(xiàn)的尤為明顯。在90%相對(duì)濕度條件下,同纖維種類的2種織物,折皺回復(fù)程度存在差異,同類織物最終折皺回復(fù)程度對(duì)比如下:C1優(yōu)于C2,S1略優(yōu)于S2,W1優(yōu)于W2。觀察織物規(guī)格參數(shù)發(fā)現(xiàn),在同等濕度及紗線經(jīng)緯密度相近的前提下,C1紗線線密度小于C2且C1紗線捻度大于C2,S1紗線線密度小于S2,W1和W2紗線線密度相近且W1紗線捻度遠(yuǎn)大于W2,說明在同等濕度影響下,織物紗線線密度越小,紗線捻度越大,織物折皺回復(fù)效果越好。

3 結(jié) 論

本文搭建具有試驗(yàn)可操作性的織物折皺角試驗(yàn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)在不同相對(duì)濕度的試驗(yàn)條件下,測(cè)量織物折皺回復(fù)全過程的角度。基于試驗(yàn)平臺(tái)探究了在不同相對(duì)濕度條件下,平紋棉織物、平紋桑蠶絲織物和平紋羊毛織物折皺的回復(fù)規(guī)律。織物折皺的回復(fù)程度受所處環(huán)境相對(duì)濕度和織物自身結(jié)構(gòu)共同影響。不同相對(duì)濕度水平下,織物折皺回復(fù)差異明顯,濕度對(duì)織物折皺的回復(fù)具有顯著作用。在高濕度條件下,織物組織結(jié)構(gòu)、紗線線密度、紗線捻度的差異,使織物折皺回復(fù)過程呈現(xiàn)不同的規(guī)律和回復(fù)特征,織物吸濕性能越好,折皺回復(fù)程度越好;濕度作用下,織物紗線線密度越小、紗線捻度越高,織物折皺回復(fù)效果越優(yōu)。

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)并量化濕度對(duì)織物折皺回復(fù)的作用效果,后期研究還需建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo),深入分析濕度在不同織物折皺回復(fù)過程中所發(fā)揮的作用差異,并從溫度、施加的力等多個(gè)角度研究織物折皺回復(fù)機(jī)制。