纺纱方式对织物抗皱性能及拉伸弹性的影响

苏旭中， 魏艳红,2， 刘新金， 谢春萍

(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122； 2. 金轮针布(江苏)有限公司， 江苏 南通 226143)

织物保形能力通常是指织物在穿着、洗涤、使用、存储过程中能够保持原有外观特征，使服装便于使用、易于保养的性能，包括抗皱性、悬垂性、刚柔性、起毛起球性、尺寸稳定性、免烫性等[1]。织物抗变形性是指织物受到外力作用后产生变形量的大小以及产生变形回复的难易程度，其指标主要包括拉伸弹性回复率。

对于影响织物抗皱性、免烫性等保形性的因素，国内外学者进行了大量研究：胡厚铭等[2]通过优选纺纱工艺来提高纯棉织物的保形性；张战旗[3]通过优化纺纱方式与染整加工工艺，提高经纬双弹机织免烫衬衫面料的免烫等级；吕丽华等[4]探讨了织物密度、捻度、紧度等结构参数对织物折皱弹性和硬挺度的影响；杨书会等[5]探讨了纯棉织物的抗皱性与其组织结构的关系。以上研究在一定程度上都可改善织物的保形性，但仅从物理方面提高纯棉织物的保形性，还无法达到免烫纺织品的标准。目前为达到免烫要求，应用最多的是采用化学整理剂，但这不仅会造成环境污染，还会改变织物的亲肤感和弹性，甚至危害人体健康[6]。而关于纺纱方式对织物保形性及抗变形性的影响，国内外研究较少。

对于织物的抗皱性及免烫性的测试与评价方法，国内外学者也进行了大量研究：Wang等[7]基于视频序列采集系统(JN-1型织物折皱回复性能动态测试仪)，检测织物折皱回复角随时间的动态变化；潘宁[8]利用抽出法研制了PhabrOmeter织物风格仪，可测试织物的折皱回复率。本文分别利用全聚纺、全聚纺包芯、全聚赛络纺包芯、全聚赛络纺双丝包芯、全聚纺包芯合股纺纱方式制备了 5种纱线，并用其织造成相同规格的5种织物；然后采用多种评价方法，研究纺纱方式对织物抗皱性能及拉伸弹性的影响。

1 实验部分

1.1 实验材料

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)长丝，购自江苏恒科新材料有限公司。PET长丝的性能如表1所示。长丝B的初始模量、急弹性变形比例、弹性回复率均比长丝A高。

表1 PET长丝的性能Tab.1 Properties of PET filament

1.2 纱线的制备及性能

本文在加装全聚纺装置的QFA1528型细纱机上纺制5种纱线。纱线基本性能如表2所示。a、b、c、d、e这5种纱线的线密度均为14.8 tex，其中e为单纱线密度为7.4 tex的2合股股线。纱线a是精梳纯棉纱(JC)，纱线b是芯丝为B的全聚纺包芯纱，纱线c是芯丝为B的全聚赛络纺包芯纱，纱线d是芯丝为A的全聚赛络纺双芯丝包芯纱，纱线e是芯纱为A的全聚纺包芯纱2合股股线。

表2 纱线性能Tab.2 Yarn performances

由表2可看出：PET长丝的加入可明显改善成纱条干不匀率、粗节、棉结、毛羽等指标，含PET长丝的包芯纱比纯棉纱线的CV值小，3 mm以上毛羽根数明显减少；纱线c比b的强度与初始模量高，CV值小，3 mm以上的毛羽根数少；纱线e的强度最高，CV值最小，毛羽根数最少。

1.3 织物的设计及织造

本文通过调研山东鲁泰纺织股份有限公司的免烫衬衫产品设计织物的经纬密度、组织结构。采用 5种纱线织造了5种二上二下斜纹织物，参数见表3。

表3 织物参数Tab.3 Fabric weave structure

1.4 测试方法

1.4.1 抗皱性测试

1.4.1.1静态折皱回复角 按照GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测试 回复角法》中垂直法，采用YG(B)541E型智能式织物折皱弹性仪(温州市大荣纺织仪器有限公司)，测试织物的急弹性回复角与缓弹性回复角。每种试样在织物的正面不同位置经纬向各剪取5 块，剪成40 mm×15 mm 的品字形，压力负荷为10 cN，加压时间为 5 min。为防止测试过程中试样有黏附现象，影响测量结果，在两翼之间离折痕线2 mm处放置1张厚度小于 0.02 mm 的纸片或塑料薄膜。

1.4.1.2动态折皱回复角 参照AATCC 66—2008《织物折皱回复：回复角法》中水平法，利用JN-1型织物折皱回复性能动态测试仪(江南大学)，采用视频序列采集系统，对织物折皱回复过程进行图像采集。同一试样在不同位置经纬向各剪取5 块，试样剪成40 mm×15 mm的长方形，压力负荷为500 g，加压时间为5 min，视频采集帧率为4.64 帧/s，单帧大小为1 920 像素×1 200 像素，采集时长为5.5 min，最后用MatLab2016对织物折皱回复视频序列进行处理，绘制出折皱回复角随时间变化的曲线图。

1.4.1.3折皱回复率 参照AATCC 202—2014《纺织品相对手值：仪器法》，在同一试样上剪取大小为100 cm2圆形试样3块，利用PhabrOmeter3织物手感评价系统测试仪(美国欣赛宝科技公司)测试织物的折皱回复率、硬挺度、柔软度、光滑度。

1.4.1.4外观平整度等级 参照AATCC 124—2014《织物经反复家庭洗涤后的外观平整度测定》，对织物进行反复洗涤5次，采用摊平晾干法干燥，对照AATCC 124—2014 三维平整度模板，按最接近的外观平整度定级。

1.4.2 尺寸稳定性测试

参照GB/T 8629—2017《纺织品 试验用家庭洗涤和干燥程序》，利用YG701E-Ⅲ型全自动织物缩水率试验机(宁波大禾仪器有限公司)，选择4 N程序洗涤织物，干燥后测试织物的尺寸变化率，每种试样经纬向各测试3次，结果取平均值。

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1.4.3 织物的拉伸弹性测试

参照FZ/T 01034—2008《纺织品 机织物拉伸弹性试验方法》，采用YG(B)026ET型电子织物强力机(温州市大荣纺织仪器有限公司)，测试织物的5%定伸长拉伸弹性回复率，每种试样测试3次，结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 织物的抗皱性分析

2.1.1 静态折皱回复角分析

采用YG(B)541E型智能式织物折皱弹性仪测试5种织物的折皱回复角见表4，急弹性与缓弹性回复角照片见图1。

表4 5种织物的折皱回复角Tab.4 Wrinkle recovery angle of five fabrics (°)

图1 2#织物急弹性与缓弹性回复角照片Fig.1 Rapid(a) and slow(b) elastic recovery angle image of 2# fabric

YG(B)541E型智能式织物折皱弹性仪的主要特征为采用高分辨率CCD自动成像，测试软件提供静、动态图像处理技术，自动拍摄折痕角度，实时保存图像；测试软件内置电子量角器，并可根据成像结果修正数据，避免测量死角及其他复杂测试状况，便于出现测试结果有争议时作为原始证据保存。由表4 可知，5种织物的总折皱回复角大小顺序为3#>2#≈5#>4#>1#。PET长丝截面为圆形，表面光滑，使用PET长丝作为包芯纱的芯丝，使纱线间切向滑动阻力减小，可改善织物的抗皱性，因此，1#纯棉织物的折痕回复角最小。赛络纺包芯纱与包芯纱相比，赛络纺纱线结构紧密，毛羽少，纱线表面光洁纱疵少，因此，3#织物的折痕回复角比2#织物大。股线与赛络纺相比强力、条干、捻不匀有所改善，弹性好，因此，5#股线织物的折皱回复角比4#赛络纺双丝包芯纱织物的大。初始模量的大小可表示纤维在低负荷下变形的难易程度，初始模量大表示纤维在小负荷下不易变形，织物的挺括性好；由于长丝B的初始模量比长丝A大，因此，3#织物的折皱回复角比4#织物大。

2.1.2 动态折皱回复角分析

JN-1型织物折皱回复性能动态测试仪可精确描述织物折皱回复的动态过程，该装置采用气动加压方式，加压5 min后自动弹开，为更精确地展现织物在加压弹开瞬间的折皱回复情况，视频录像时间为5.5 min(在加压装置未弹开时，提前30 s打开录像)，曲线代表织物经纬向折皱回复过程中不同阶段的回复角，包含了回复的初始角度、急弹折皱回复角、缓弹折皱回复角等。

基于视频序列的JN-1型织物折皱回复性能动态测试仪测试的5种织物的动态折皱回复角见图2。可以看出，纬向折皱回复角一般大于经向，尤其图2(a)所示1#纯棉织物经纬向折皱回复性差异较大，纬向折皱回复角明显大于经向，这是因为织物经密大于纬密，经向纱线间的切向滑动阻力大于纬向，释去外力后，经纱间相对滑移困难，短时间内回复性差。PET长丝的加入可缩小经纬向折皱回复角的差异，这是因为PET长丝的急弹性变形比例较大，同时又由于赛络纺与股线本身纱线结构的特点(如纱线毛羽少、表面光滑，彼此之间摩擦阻力小)，因此，织物具有起皱后在极短时间内急速回复的性能(见图2(c)、(e))。

图2 5种织物的动态折皱回复角Fig.2 Dynamic wrinkle recovery angle of five fabrics

表5 2种仪器测试CV值对比Tab.5 CV values test results comparison of two instruments %

由表5可知，使用YG(B)541E型智能式织物折皱弹性仪测试5种织物的急弹性与缓弹性折皱回复角的CV值，比使用JN-1型织物折皱回复性能动态测试仪测试的结果偏大，即JN-1型织物折皱回复性能动态测试仪测试结果的稳定性较好。这是因为使用YG(B)541E型智能式织物折皱弹性仪，在测试过程中受人为因素影响较大，如人工放置压板的位置偏差，致使受压不匀或受压面积不等都会造成数据偏差。使用JN-1型织物折皱回复性能动态测试仪，实验压力一致性好，受人为影响因素小，自动化程度高，多次实验表明数据的稳定性、结果的准确性比YG541E型智能式织物折皱弹性仪要好[9]。

2.1.3 折皱回复率分析

织物的折皱回复率是表示抗皱性的常用指标。折痕回复角通常只反映了织物单一方向、单一形态的折皱回复性，与实际使用或穿着过程中织物的多向性、复杂形态的折皱状态相比，不够精确与全面。使用PhabrOmeter3织物风格仪测试织物的折皱回复率及其他指标，比较贴近实际使用过程，克服了只能检测单一方向折皱回复角的缺点，且仪器操作简单，效率高。5种织物的风格指标见表6。

表6 5种织物的风格指标测试结果Tab.6 Style test result of five fabrics

由表6可知，5种织物折皱回复率的大小顺序为3#>5#>4#>2#>1#。织物的刚柔性包括硬挺度和柔软度，纤维的初始模量和纱线结构是影响织物刚柔性的决定因素。纤维初始模量和纱线抗弯刚度大，则织物越硬挺，因此，3#、5#织物的硬挺度较好。

2.1.4 外观平整度等级分析

对照AATCC 202—2014三维平整度模板，对 5种织物的外观平整度进行评级结果见图3。可知，5种织物的平整度等级分别是1#织物1级，2#织物 3级， 3#织物3.5级，4#织物3级，5#织物3.5级。织物的平整度等级除与纤维的模量、弹性和纱线结构等有关外，还与纤维吸湿性、织物在湿态下的折痕回复性及缩水性密切相关。经测试可知，PET长丝的回潮率较小，为0.48%，一般来说纤维的吸湿性小，织物湿态下折皱回复性好，缩水性小，织物的尺寸稳定性、免烫性好，因此，PET芯丝的加入可改善织物的平整度等级。

图3 5种织物的外观平整度等级Fig.3 Apparent flatness of five fabrics

通过对5种织物客观与主观抗皱性的综合评价可以得出，3#全聚赛络纺包芯纱织物与5#股线织物的抗皱性较好，外观平整度等级均达到了 3.5级，但生产股线的流程长，成本高。马芹等[10]对比了集聚纺棉织物与普通环锭纺织物的折皱回复性认为，集聚纺织物的抗皱性能较好，适合开发高档衬衫面料。朱帆帆等[11]对比了赛络纺、集聚纺、集聚赛络纺 3种纺纱方式的截面以及毛细效应认为，集聚赛络纺的截面更接近圆形，其导湿性最好，从生产成本、织物抗皱性能等方面综合考虑，3#全聚赛络纺包芯纱织物更适合开发高保形免烫衬衫面料。

2.2 织物的尺寸稳定性分析

纤维的吸湿性是影响织物缩水性的主要原因之一，纤维的吸湿性好，吸湿膨胀率大，织物的缩水率高。5种织物的尺寸稳定性测试结果见表7。可知：由于纯棉纤维的吸湿性较好，1#纯棉织物的尺寸稳定性最差；由于斜纹织物经向紧度大于纬向，织物落水后纬纱间有较大的空隙让其吸湿溶胀，造成纬纱直径增加，迫使经纱屈曲，因此，5种织物的经向缩水率比纬向大。同理3#比2#织物结构紧密，5#比4#织物结构紧密，所以3#与5#织物的缩水率最小，且彼此的缩水率差异不大。

表7 5种织物的水洗尺寸变化率Tab.7 Dimensional stability to washing of five fabrics %

2.3 织物的拉伸弹性分析

5种织物的5%定伸长拉伸弹性回复率测试结果见表8。可知，1#织物弹性回复率最差，3#织物比2#织物好，5#比4#织物好。纤维的拉伸变形回复能力决定了织物的弹性回复率，而织物的拉伸弹性回复率又影响织物的抗皱性。PET长丝具有较高的初始模量与良好的弹性回复性，因此，PET长丝的加入可改善棉织物的拉伸弹性回复性。又因为长丝B比A的初始模量、弹性回复率高，所以3#织物拉伸变形率比4#织物小，其抗皱性较好。尽管纯棉纱的模量也较高，但由于棉纤维的拉伸变形回复能力小，其织物的拉伸回复率小，因此，1#织物抗皱性最差。

表8 5%定伸长拉伸织物的弹性回复率Tab.8 5% fixed elongation tensile resilience rate of fabric %

3 结 论

1)织物的抗皱性及拉伸弹性主要受纤维的形态、初始模量及弹性、纱线结构、织物的拉伸变形回复能力、织物折皱回复角各向异性的差异等多方面因素影响。

2)PET长丝截面为圆形，表面光滑，回潮率低，初始模量高，且急弹性变形比例较大，因此，使用PET长丝作为包芯纱的芯丝，其织物在低变形下拉伸回复能力高，并具有起皱后在极短时间内急速回复的性能，因此，比纯棉织物的抗皱、挺括性好。

3)全聚赛络纺包芯纱比全聚纺包芯纱初始模量高、条干好、毛羽少，纱线表面更光洁，结构更紧密，因此，其织物的保形性及抗变形性较好。由全聚纺包芯纱合股形成的股线比全聚赛络纺双丝包芯纱纱疵、毛羽更少，条干不匀、捻度不匀、强度不匀更小，且纱线的弹性好，因此，其织物的抗皱性、尺寸稳定性、拉伸回复性更好。