基于布面毛羽长度和毛羽密度的涤棉混纺机织物起球倾向

肖琪 王瑞 陆鑫 孙红玉 王力民

摘要： 为了探讨布面毛羽对涤棉机织物起球的影响，采用正交优化设计法研究纱支、捻度、捻比、织物覆盖系数、纱线烧毛及涤纶碱处理6个工艺参数对布面毛羽和毛球的影响，并利用图像处理法和马丁代尔法分别对布面毛羽和毛球进行测试与分析。结果表明：6个工艺参数对布面毛羽和毛球的影响具有统计学意义，且最优工艺参数为纱支24 S、捻度890 T/m、捻比0.0、织物覆盖系数91%、纱线烧毛、涤纶碱处理。涤棉机织物起球的先决条件为毛羽平均长度在3.7～9.0 mm，毛羽密度达到8.6～9.1 根/cm2，织物才开始起球。

关键词： 涤棉机织物;起毛;起球;毛羽长度;毛羽密度

中图分类号： TS101.91

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2020）09002707

引用页码： 091106

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2020.09.006（篇序）

Pilling tendency of polyester/cotton blended woven fabric basedon fabric hairiness length and hairiness density

XIAO Qi1，2， WANG Rui2， LU Xin1， SUN Hongyu3， WANG Linmin4

（1.School of Textile Garment and Design， Changshu Institute of Technology， Suzhou 215500， China; 2.School of Textile Science and Engineering，Tiangong University， Tianjin 300387， China; 3.Binzhou Huafang Engineering Technology Research Institute， Binzhou 256600， China;4.Key Laboratory of Short-term Printing and Dyeing Technology in Shandong Province， Binzhou 256600， China）

Abstract：

To study the effects of fabric hairiness on the pilling of polyester/cotton woven fabric， the orthogonal design optimization method was used to study effects of yarn count， yarn twist， twist ratio， fabric cover factor， yarn singeing and polyester alkali treatment on the hairiness and hair bulb of fabrics. The image processing method and Martindale method were adapted to test and analyze the hairiness and hair bulb on the fabric surface. The results showed that the effects of the six parameters on the hairiness and hair bulb of the fabric were statistically significant. The optimal parameters were yarn count 24 S， yarn twist 890 T/m， twist ratio 0.0， fabric cover factor 91%， yarns singed， and alkali treatment of polyester fibers. The prerequisite for pilling of polyester/cotton woven fabrics included average length of hairiness between 3.7 mm and 9.0 mm， and the hairiness density between 8.6 and 9.1 root/cm2.

Key words：

polyester/cotton woven fabric; fuzzing; pilling; hairiness length; hairiness density

收稿日期： 20200201;

修回日期： 20200817

基金项目：

作者简介： 肖琪（1988），女，博士研究生，研究方向为纺织品的结构与性能。通信作者：陆鑫，教授，luxin66cn@163.com。

涤棉机织物由于其耐久性、挺括、尺寸稳定性、易洗涤性和快干性而广泛用于工装织物中[1]。随着时代的发展，人们对涤棉机织物的性能提出了更高的要求，如一些高档涤棉机织面料对抗起毛起球性有很高的要求[2]。涤棉机织物的起毛起球是影响织物外观手感及服用性能的重要因素[3]，也是滌棉机织物在使用中存在的经典难题。起毛和起球是织物在使用过程中具有先后次序关系的2个阶段效应，且所有织物在摩擦力的作用下都会起毛，即形成毛羽;但不一定会形成毛球[4]。可见，毛羽和毛球的形成之间存在着复杂的关系。敖利民等[5-6]研究发现，织物的起球倾向与起球处理前后织物表面毛羽长度的变化率密切相关，变化率越大说明织物的起球倾向越大。可见，毛羽长度和毛羽密度的研究对起球倾向的预测显得尤为重要。

毛羽是起毛起球过程中影响织物是否起球、起球多少、起球大小的先决条件，它们不是生产中可调控的因素。因此，研究影响毛羽长度和毛羽密度的可控因素与规律，对揭示织物起毛起球的本质机理具有非常重要的意义。刘蕾[7]采用正交实验设计法研究了纱支、纱线捻度、捻比等因素对大豆蛋白纤维织物起毛和起球性能，对于环锭纺织物，纱支越细，织物越不易起毛，从而不容易起球;对于纯大豆蛋白织物，纱线捻度和捻比越大，织物表面产生的毛羽越少，从而起球程度有所改善。吴坚等[8]研究了不同影响因素对毛涤和涤黏混纺织物的起毛起球性能影响，织物覆盖系数越大单位面积的纱线交织点越多，从而增加了纤维迁移到织物表面形成毛羽的阻力，改善了起球倾向。徐继宠[9]发现织物烧毛处理可以改善黏胶针织物起毛起球性能。张静等[10]采用碱减量法处理腈纶纤维表面，使得纤维表面产生凹凸的沟槽，变得粗糙，增加了纤维之间的摩擦力，从而改善了腈纶织物的抗起毛起球性能。可见，纱支、捻度、捻比、织物覆盖系数、纱线烧毛、涤纶碱处理等参数都对织物起毛起球有重要影响。

本文拟选用企业具有代表性的涤纶和棉纤维，采用正交优化法合理设计纱支、纱线捻度、捻比、织物覆盖系数、纱线烧毛及涤纶碱处理等工艺参数，纺制具有不同布面毛羽长度和毛羽密度的样品，分别采用图像处理法和马丁代尔法对不同起毛起球次数下样品的毛羽和毛球进行测试与分析，从而研究工艺参数对织物毛羽和毛球的影响规律，并获取织物表面产生的毛羽长度和毛羽密度与起球倾向之间的关系。

1 实 验

1.1 试样规格

本实验采用企业提供的具有代表性的涤纶（仪征化纤股份有限公司）和棉纤维（际华3542纺织有限公司），原料配比为涤纶含量65%、棉含量35%，即T65/C35。涤纶纤维的细度16.5 μm，长度38 mm，断裂强力7.7 cN;棉纤维的细度23.4 μm，长度27.6 mm，断裂强力4.45 cN。织物的组织结构为平纹（平纹涤棉机织物在工装领域应用广泛），具有代表性。合理设计工艺参数纺制纱线，并织制具有不同毛羽长度和毛羽密度的织物样品，本实验的工艺参数如表1所示。其中涤纶碱处理的碱溶液质量浓度5 g/L，浴比1︰50，温度90 ℃，时间60 min。

1.2 设计原理

正交优化设计法是一种安排和分析多种因素对因变量影响的科学方法。本实验采用正交优化设计法对实验进行设计，选取纱支、捻度、捻比、织物覆盖系数、纱线烧毛、涤纶碱处理作为实验的影响因素，具体实验设计如表2所示。采用L16（44×23）六因素的混合水平进行实验设计，其中纱支、捻度、捻比、织物覆盖系数四个因素设计为四个水平，纱线烧毛、涤纶碱处理两个因素设计为两个水平，最后一列为空列，作为误差列，用于方差分析。

1.3 仪 器

采用YG（B）401E型马丁代尔耐磨仪（温州市大荣纺织仪器有限公司），对织物进行不同摩擦次数的起毛起球处理。

采用USB电子显微镜（南京艾唯真电子科技有限公司）和Nano Measurer粒径分布计算软件，测量每个织物样品在不同摩擦转数下表面上不同长度的毛羽及一定长度毛羽的数量，结合不同样品毛球数的计算结果，探讨涤棉机织物表面毛羽长度和毛羽密度与毛球数量之间的关系。

1.4 方 法

1.4.1 织物起毛起球性能测试

按照ISO 12945-2—2000《织物表面起毛起球的测定：马丁代尔法》，在温度20 ℃、相对湿度65%的恒温恒湿环境下，在相同规格的织物上剪取6块规定尺寸的圆形试样，组成3组（每组包括2块试样），将试样安装在YG（B）401T型马丁代尔耐磨仪上，在415 g压力下圆形试样以李莎茹圆形的轨迹与相同织物进行摩擦，每组试样分别进行2 000、5 000、10 000转的摩擦后（为了使得不同摩擦阶段织物表面的毛球数量变化比较明显，本实验设置不同摩擦阶段的摩擦转数间隔较大），对试样上的毛球数量进行计数，以3块织物表面的平均毛球数量来表征织物的起球程度。

1.4.2 织物表面毛羽长度和毛羽密度分布测试

将起毛起球测试后的试样沿着织物的纹路进行折叠，折叠处作为基线，把露出绒毛的部分向外，放置在有较大反差的背景之上，放大100倍后用数码成像设备对试样直接拍摄，获得织物毛羽和毛球图像。毛羽是指纤维从织物表面外露出来的单根纤维，毛球是指由2根及以上织物表面毛羽纠缠形成的球状纤维集合体，如图1所示。

采用粒径分布计算软件对拍摄的图像进行处理，测量并记录毛羽的数量及每根毛羽的长度，如图2所示。其他基线上的毛羽数量和长度也采用上述方法进行。最后将每条基线上的毛羽数量和长度进行汇总，即可获得一块试样上的毛羽长度和毛羽密度分布。

2 结果与分析

2.1 工艺参数对织物毛羽和毛球的影响

对不同工艺参数下的织物样品进行起毛起球测试，并获得织物表面的平均毛球数量（每个织物品种取3块试样的毛球数量平均值作为平均毛球数量）。在2 000、5 000及10 000转等不同摩擦转数下，16个品种的织物表面毛球数量如表3所示。

对16个品种织物起毛起球测试（摩擦转数为5 000转时）的实验结果进行极差分析，如表4所示。其中R代表极差，可以根据极差大小，判断因素的主次影响顺序。R越大说明该因素的水平变化对起毛起球性能的影响越大。因此，6个因素对起毛起球性能的影响主次顺序为：纱线烧毛、捻比、织物覆盖系数、捻度、纱支、涤纶碱处理。

极差分析无法精确估计各因素对起毛起球性能的影響是否具有显著性及统计学意义。为了弥补极差分析的缺陷，本文利用SPSS软件进行方差分析，结果如表5所示。从表5可以看出，在90%的置信水平内，起毛起球性能与捻度、捻比、织物覆盖系数、纱线烧毛、纱支及涤纶碱处理6个因素都存在着明显的相关性。从统计学角度看，6个因素对起毛起球性能有影响，具有统计学意义。因此，结合极差分析的结果可以得到，最优工艺参数为纱支24 S、捻度890 T/m、捻比0.0、织物覆盖系数91%、纱线烧毛且涤纶碱处理。

实验结果发现，控制以上6个因素可以改善涤棉机织物起毛起球程度。毛羽长度和毛羽密度是起毛起球过程中影响起球、起球多少的重要条件，但它们不是生产中可调控的因素，通过控制以上6个因素来调节织物表面毛羽长度和毛羽密度，进而控制起球倾向。织物表面毛羽包括织物表面原有的毛羽及在摩擦作用下新产生的毛羽，因此还需要进一步分析在摩擦过程中毛羽长度和毛羽密度对起球倾向的影响规律。

16个织物表面的毛球数量可以明显看出，品种10#的织物起球量在16个品种中毛球數量最少，而品种14#的毛球数量在16个品种中最多。所以，本文主要针对这两个具有代表性的织物展开羽毛长度和毛羽密度的研究。

2.2 毛羽长度和毛羽密度对起球倾向的影响

2.2.1 摩擦处理前后织物表面毛羽长度的变化

图3是品种10#在未摩擦处理前、2 000转摩擦、5 000转摩擦及10 000转摩擦处理后的布面毛羽情况。图4是品种14#在未摩擦处理前、2 000转摩擦、5 000转摩擦及10 000转摩擦处理后的布面毛羽情况。从图3和图4可以看出，品种10#和品种14#在不同摩擦次数处理后，织物表面毛羽长度和毛羽密度均发生了变化。

品种10#和14#在不同摩擦处理阶段，织物表面毛羽的平均长度如表6所示。

从表6可以看出，品种10#和品种14#的织物表面原有毛羽平均长度差别很大。品种10#的织物表面原有毛羽平均长度约2.8 mm，品种14#的织物表面原有毛羽平均长度约6.9 mm。这主要是因为品种10#相对于品种14#的工艺参数上，捻比和紧度更大，且纱线经过烧毛处理，这些都会相应地降低织物表面原有的毛羽。这两个品种在摩擦次数不断增加的情况下，毛羽平均长度均呈现先增加、后减小然后又增加的变化趋势。

2.2.2 摩擦处理前后织物表面毛羽密度变化

图5是品种10#在未摩擦处理前、2 000转摩擦、5 000转摩擦及10 000转摩擦处理后的布面毛羽密度分布情况。从图5可以看出，在0～2 000摩擦转数阶段，0～6 mm的短毛羽密度显著减少，6～12 mm长度的毛羽密度明显增加，这主要是因为织物表面原有的短毛羽在摩擦力的作用下逐渐从织物表面迁移出来变成中长毛羽;在2 000～5 000摩擦转数阶段，毛羽密度主要集中在0～6 mm的短毛羽，而6～12 mm的中长毛羽有所减少，主要是因为此时由于摩擦作用产生了新的短毛羽，而中长毛羽可能参与了毛球的形成;在5 000～10 000摩擦转数阶段，毛羽密度主要集中在6～12 mm的中长毛羽，主要是因为此时由于摩擦作用前一阶段的短毛羽逐渐被迁移至织物表面。

图6是品种14#在未摩擦处理前、2 000转摩擦、5 000转摩擦及10 000转摩擦处理后的布面毛羽密度分布情况。从图6可以看出，品种14#的织物表面原有毛羽相对较多。在0～2 000摩擦转数阶段，0～6 mm长度的毛羽密度显著减小，而6～ 16 mm长度的毛羽密度有所增加;2 000～5 000摩擦转数阶段，0～10 mm长度的毛羽密度有所增加，10 mm以上长度的毛羽密度有所减小;5 000～10 000摩擦转数阶段，0～10 mm长度的毛羽密度有所减少，10～16 mm长度的毛羽有所增加。

2.2.3 织物表面毛羽长度、毛羽密度与起球倾向的关系

表7是品种10#和品种14#在不同摩擦转数下的织物表面起球数量。从表7可以看出，品种14#的毛球数量相比品种10#的毛球数量在各个阶段明显更多。主要是因为品种14#相对于品种10#在工艺参数上，捻比和紧度更小，且纱线未经过烧毛处理，使得品种14#不仅织物表面原有毛羽多，且更容易产生新的毛羽;同时品种14#的涤纶没有经过碱处理，强力较大，形成的毛球不容易脱落。从表7还可以看出，品种10#随着摩擦转数的增加，织物表面毛球数量呈现先增加后减小的趋势，且2 000转时几乎没有毛球形成，5 000转时毛球数量达到最高值，也只有2.6个。品种14#随着摩擦转数的增加，织物表面毛球数量呈现逐渐减小的趋势。织物表面原有的毛羽在摩擦作用下快速参与到毛球的形成，且在2 000转时毛球数量达到最高值15.5个。

表8是品种10#在摩擦过程中不同长度的毛羽数量变化分布。从表8可以看出，品种10#的织物表面毛羽长度和毛羽密度的变化规律是：2 000转摩擦阶段，主要是织物表面原有的0～6 mm短毛羽逐渐从织物表面迁移出来形成6～12 mm的中长毛羽阶段，此时毛羽还没有来得及参与毛球的形成，几乎不产生毛球;5 000转摩擦阶段，由于前一阶段形成了6～12 mm（毛羽平均长度为9 mm）的毛羽64根（参与摩擦的织物面积为7.07 cm2），即单位面积毛羽数量为9.1根/cm2，使得此阶段能够产生毛球;而10 000转阶段，中长毛羽数量减少，毛球数量也减少，说明中长毛羽没有参与毛球的形成，而是脱落了。这是因为品种10#的涤纶经过碱处理，使得涤纶强力有所下降，在摩擦力的作用下容易被磨断，导致毛球脱落，从而毛球数量减少。

表9是品种14#在摩擦过程中不同长度的毛羽数量变化分布。从表9可以看出，品种14#的织物表面毛羽长度和毛羽密度的变化规律是：2 000转时参与起球的毛羽长度主要为0～6 mm（毛羽平均长度为3.7 mm）的短毛羽，且短毛羽数量达到61根（参与摩擦的织物面积为7.07 cm2），即单位面积毛羽数量为8.6 根/cm2，毛球能够产生。此阶段织物表面原有的短毛羽和新产生的短毛羽一方面参与毛球的形成，另一方面被抽拉出来形成中长毛羽。品种14#的毛球变化不明显的主要原因是品种14#中的涤纶并没有进行碱处理，涤纶的高强度导致其不容易被磨断。

品种10#和品种14#分别是16个品种中起球最少和最多的两个具有代表性的织物。通过对两种织物在起毛起球过程中毛羽长度和密度的分析结果可以看出，品种10#起球的先决条件是当织物表面毛羽平均长度为9.0 mm且毛羽密度达到91 根/cm2时，织物开始起球;品种14#起球的先决条件是当织物表面毛羽平均长度为3.7 mm且毛羽密度达到8.6 根/cm2时，织物开始起球。其他品种的起球条件应介于品种10#和品种14#之间，即当织物表面毛羽平均长度为3.7～9.0 mm且毛羽密度为8.6～9.1 根/cm2时，织物开始起球。为了验证先决条件的有效性，选取工艺参数为纱支24 S、捻度800 T/m、捻比1、织物覆盖系数88%、纱线烧毛且涤纶碱处理，织造涤棉织物。对织物进行起毛起球测试，并测试摩擦后织物表面毛羽长度、毛羽密度及毛球数量，结果如表10所示。从表10可以看出，2 000转以后织物表面产生了毛球且毛羽平均长度为37～90 mm，毛羽密度为8.6～9.1 根/cm2。

3 结 论

本实验采用正交优化设计法纺制了16个不同品种的织物，研究了纱支、捻度、捻比、纱线烧毛、织物覆盖系数、涤纶碱处理6个影响因素对织物表面毛羽和毛球的影响规律，并采用图像处理法测试和分析了在不同摩擦次数下的织物表面毛羽长度和毛羽密度的变化对起球倾向的影响规律。

1）纱线纱支、捻度、捻比、纱线烧毛、织物覆盖系数、涤纶碱处理对涤棉机织物表面的毛羽产生及毛球形成具有显著影响。6个因素对滌棉机织物起毛起球的影响程度由大到小排列为纱线烧毛、捻比、织物覆盖系数、捻度、纱支、涤纶碱处理。采用正交实验优化设计法获得的最优工艺参数为纱支24 S、捻度890 T/m、捻比0.0、织物覆盖系数91%、纱线烧毛且涤纶碱处理。

2）织物表面毛羽长度和毛羽密度的变化对织物起球倾向有显著影响。具有不同毛羽长度和毛羽密度的涤棉机织物，起球的先决条件是织物表面毛羽平均长度必须在3.7～9.0 mm，毛羽密度在8.6～9.1 根/cm2时，织物才开始起球。通过实验验证，该先决条件是有效的。

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