服装熨烫工艺研究综述

张智勇,陈 健,万 明

(1.西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安710048;2.浙江纺织服装职业技术学院,浙江 宁波315211)

在纺织服装行业中,“三分缝七分烫”的说法可能略显夸张,但是能够体现出各种熨烫工艺在纺织品加工生产过程中的重要性。熨烫过程不仅能够有效地弥补在缝纫过程中存在的缺陷,同时也具有其独特的作用,例如造型、平整、造褶、黏合等[1]。然而,传统的熨烫方式和方法对使用者的操作熟练程度依赖性较高,熨烫工艺的难度较大,现有熨烫设备操作强度较高、熨烫效率较低、制造成本较高且控制不便,严重制约了服装熨烫的发展。

随着纺织服装行业自动化的要求与发展,新的熨烫工艺仍在不断出现与完善,服装的外观与穿着的舒适度受到熨烫质量与效果的直接影响[2]。熨烫工艺的发展与完善以及熨烫设备的更新,为服装外形轮廓的稳定性、纺织服装的质量、外观和舒适性等提供了技术保障,国内外学者对此已有大量的深入研究,文中以此为基础,聚焦“服装熨烫”,从服装熨烫机理和各种熨烫工艺的研究现状出发,梳理和分析其研究进展、特点,并指出其存在的问题,展望了发展趋势。

1 服装熨烫机理的研究

服装熨烫是服装生产中应用最广泛的后整理工序之一[3]。织物熨烫实际上是纺织材料湿热定型的过程,它会受到纤维的种类、结构以及织物的厚度等影响,同时会受到熨烫温度、湿度、压力与时间的多因素作用。由图1可以看出,控制好纺织材料的安全熨烫温度是非常重要的[4]。赵玲珠等[5]指出熨烫机理主要包括纺织纤维的吸湿机理、受热过程中纺织材料内部结构与性质的变化规律以及热塑变形与热塑定型原理,服装熨烫过程的熨烫温度、蒸汽湿度、熨烫压力、熨烫时间与冷却时间的相互作用,影响着熨烫的效果与质量,是纺织服装材料热塑变形与定型的根本条件,对熨烫机理的充分研究有利于新的熨烫工艺的出现。

图1 纤维的温度-形变曲线

梁帅童等[6]指出热和湿是耦合效应影响熨烫效果的关键因素,熨烫过程中不论加热、变形和冷却,都需要一定的时间来完成,熨烫过程如图2所示,可分为“松弛”、塑性变形和固定3个阶段,对熨烫过程的深入了解,有利于熨烫产品的设计与工艺改进。对纺织材料在熨烫过程中热、湿作用机理和作用过程的充分了解,为新工艺、新设备的出现奠定了基础。

图2 熨烫过程

2 服装熨烫工艺的研究

按照服装熨烫方式的不同,目前出现的熨烫工艺主要可分为三大类:手工熨烫工艺(表1)、平面整烫工艺(表2)和立体整烫工艺(表3)。

表1 手工熨烫工艺研究内容

表2 平面整烫工艺研究内容

表3 立体整烫工艺研究内容

2.1 手工熨烫工艺

手工熨烫工艺是不可或缺的基本工艺,操作者往往使用归拔等工艺来完成熨烫过程[9],然而手工熨烫除了使用轻巧、方便以外,也存在着弊端,如:对服装的压力控制不规范、加湿喷蒸汽不够均匀、定型温度与冷却温度控制不精确等。为解决熨斗容易产生烫黄、烫焦和极光等质量问题,李清连[10]研发的自动蒸汽熨烫装置,采用蒸汽喷雾吸湿定型的新工艺,彻底解决了普通电熨斗熨烫时容易产生的烫黄和极光等熨烫疵点问题,减轻了羊毛衫熨烫作业的劳动强度。

针对毛针织服装不耐磨、易起球、易粘尘等问题,张其增[11]通过对目前电熨斗在结构和适用性等普遍存在的问题进行分析,详情见表4,在此基础上设计出针对毛针织服装的手持式多功能电熨斗,将毛针织服装的熨烫、梳绒和剪绒工序结合在一起,显著减轻了毛针织服装的护理工作,进一步提高熨烫的效果与质量。

表4 电熨斗普遍存在的问题

为解决熨烫过程中所需要的热源问题,Xie Zhibin等[12]认为蒸汽核心装置的散热分布对整机的结构布局有着显著的影响,并从与产品质量密切相关的结构出发,设计出新型的加热锅与蒸锅,不仅减少了蒸汽热量的损耗,而且有效地提高了蒸汽工作的稳定性,从根本上解决了蒸锅在结构上存在的弊端。在此基础上,Stefano Bracco等[13]开发出数学模型,来评估描述熨烫过程中的主要热力学参数,并通过使用MATLAB/Simulink软件实现了数学模型,开发的模拟器用于分析各种熨烫操作,其特点是具有灵活的结构,可以测试不同的锅炉控制系统。与毛织物相比,棉织物在消除褶皱的过程中,往往需要更大的蒸汽量以及较高的温度[14]。熨烫所需的蒸汽由蒸汽发生器提供,该蒸汽发生器可以产生特定温度的蒸汽以模拟实际应用。此外,在熨烫过程中,蒸汽不仅凝结成液态水,而且导致材料属性的改变,并通过改变多孔材料的湿度来影响熨烫过程[15]。

操作者执行熨烫任务的方式可能不是最佳的方式,J.S.Dai等[16]通过研究机器人自动化熨烫过程、熨烫轨迹和方向的数学建模,指出手动熨烫的研究对于机器人自动化熨烫过程的优化是至关重要的。然而,该研究尚处于初始阶段,采用的服装是最容易熨烫的T恤,而且在试验中获得的熨斗取向只是熨烫时熨斗的众多取向可能性之一,存在着很大的局限性。在自动化熨烫的进一步研究中,要想提高自动化程度,服装上褶皱和折痕的数量以及熨斗的取向仍然是必须考虑的问题。此外,新熨烫系统的电熨斗(包含熨烫系统和集成熨烫板)正逐渐成为市场发展的趋势,电熨斗系列产品逐步向高端化发展。

2.2 平面整烫工艺

手工熨烫工艺有其轻巧方便的优势,但是对使用者有一定的要求,在使用电熨斗时,虽能除去衣物上的褶皱,但劳动强度较大,操作者往往感到腰酸背痛,同时极易造成烫伤。平面整烫工艺和立体整烫工艺的出现,对操作者熟练程度的依赖性和熨烫工艺的难度要求有所下降。平面整烫工艺是指利用上下烫模或者烫板的相互作用来完成熨烫的过程,主要包括压烫工艺、压褶工艺以及粘合工艺等。

2.2.1 压烫工艺

压烫工艺是指利用上、下烫模之间的相互作用来完成熨烫的过程。针对手动熨烫装置压板面积大、功率大、耗电多、劳动强度大、生产效率低以及容易受到手工操作影响的缺点,王文学[17]改进设计了一款针织服装标志自动熨烫装置,不仅解决了原熨烫设备存在的缺陷,还可通过电路控制实现以上加热或下加热或上下同时加热的方式满足对不同服装面料进行熨烫的要求。徐绍剑等[18]将单片机系统嵌入熨烫设备中,使熨烫过程中的上下板控制、加热加湿以及抽湿冷却等工作自动进行,使工人从危险、高强度和枯燥重复的体力劳动中解脱出来,在更关键和更具有创造性的岗位中工作。针对企业在压烫衬衣衬时使用的连续式压烫机现象,张慧芳等[19]指出该生产方式与行业的标准不符,进一步通过试验详细研究了衬衣衬干热尺寸的变化率,结果表明衬衣衬在平板式和连续式压烫机上压烫后,尺寸变化效果相似且符合国际规定的要求,该研究对行业标准的修订具有重要的意义,同时对纺织服装的生产工作具有实际的指导作用。在粘合衬布的压烫过程中,曹蓓等[20]指出选择合适的热熔胶尤其重要,必须满足粘合的要求,在这个前提下,再考虑压烫工艺才能更好地保证服装的质量,进而改善服装的品质及外观性能。

2.2.2 压褶工艺

压褶工艺指的是服装经过压褶制作来形成具有褶皱效果的工艺,处理后的服装会更加美观和时尚,一般把褶皱的效果和留存时间的长短作为参考。湿度对织物的老化有强烈的影响,高湿度条件下褶皱的展开速度非常快,在高湿度的环境下,用熨烫的方法使布料展开褶皱会更有效[21]。针对真丝面料存在褶皱易消失、热塑性差和压褶效率低的问题,罗晓菊等[22]采用了压褶新工艺,将牛皮纸制成简易的压褶模具,该工艺让褶间距变得更均匀且美观,而且解决了一直以来企业生产中的“瓶颈”难题。传统的压褶工艺存在压褶时间过长、效果不佳以及效率不高的缺陷,曾歆岚[23]提出了竖向、横向和图形拼接压缝固定工艺3种压褶工艺,达到了真丝面料的褶皱效果明显和留存时间保持长久的效果。为了进一步研究多孔蒸汽熨烫过程中的耦合因素,梁帅童[24]等介绍了一种简单的蒸汽多孔熨烫原型系统的设计和测试,对棉织物进行了测试,测试前后效果如图3、图4所示,验证了平台的可靠性,结果显示蒸汽量对折皱回复有极显著的影响,而底板温度对最终的光滑外观贡献不大,此研究为后续梭织物蒸汽垂直熨烫折痕回复效果的评价方法和行业标准的统一提供了思路[25]。

图3 棉织物熨烫前状态

图4 棉织物熨烫后状态

2.2.3 粘合工艺

粘合强力好、耐洗涤性和耐酸碱性是粘合工艺的特点,针对服装用衬在蒸汽熨烫之后尺寸的变化情况,张宝庆等[26]使用不同的熨烫设备进行试验,为测定尺寸变化率提供了参考依据,使试验方法更加标准化,为稳定和提高粘合衬布的质量起到了积极的推进作用。武英敏等[27-28]对涤纶织物和毛织物在未粘衬和粘衬时的尺寸变化分别进行了研究,特别指出应尽可能地使用较低的温度,当然必须保证剥离强度符合要求的重要前提。

2.3 立体整烫工艺

2.3.1 人像蒸汽熨烫

人像蒸汽熨烫的出现,突破了传统夹压熨烫的概念,冷绍玉通过比较意大利和美国的人像机,分析了各自的优缺点,指出熨烫时压力只占次要地位,而温度与时间是最重要的参数。当时我国服装熨烫温度的测定没有专门的仪器,在此背景下进行了测温仪器的开发与研究,并配了显示与记录(绘图)装置,为人像蒸汽熨烫机的国产化提供了有价值的参考意见。人体模熨烫机等高科技的熨烫设备能提高熨烫的质量,刘丽敏[9]指出熨烫设备对服装生产作业的顺利完成以及对男西服的内在质量和外观造型都有很大影响,未来纺织服装行业将进一步出现密集型的生产形势,成衣加工制作的智能化和高效化时代已经到来。

2.3.2 去皱挂烫工艺

去皱挂烫工艺利用蒸汽发生器产生的蒸汽,作用于服装的表面,能够很好地消除服装上的轻微褶皱,挂烫机有手持式和立体式2种,在一定程度上降低了操作者的劳动强度,但是,该熨烫方式需要操作者始终手持熨烫头,并对悬挂的衣物反复进行熨烫,也会使操作者手臂感到酸痛,且熨烫效率较低。李孟沂[29]指出在挂烫机产品中通过设计元素的使用满足用户的心理预期,赢得用户的青睐,不仅能够提高国内设计相关从业者对用户需求设计理论的认知,还能通过这一理论有效促进我国挂烫机产品设计的进步,打造满足用户需求、体验好、高质量的挂烫机产品,从而提高我国挂烫机产品的市场竞争力。蒸汽挂烫机在锅炉、喷头和支撑杆等结构上做了大量创新,极大地提高了熨烫效果与质量,促进了大量新型产品的问世,满足了市场的需求。

2.3.3 衬衫立体整烫工艺

衬衫立体整烫工艺是衬衫加工过程中的关键,主要针对袖口和领口部位,秦东晨等[30]对引进的衬衫整体熨烫机展开了深入研究,使用SOLIDWORKS和ADAMS软件进行分析与设计,对立体整烫机进行了充分消化与吸收,为国外先进熨烫设备的国产化做出了贡献,填补了国内市场空白。针对衣服衣领处褶皱过多的现象,李晓茜等[31]研制出一款基于图像识别的家用自动蒸汽熨烫装置,利用十字滑台控制熨烫蒸汽头反复往返运动,利用摄像头进行图片采样,通过图像处理判断衣服衣领处或褶皱过多处,对衣服进行深度熨烫,使衣服平整。此立烫工艺实现了服装的自动熨烫,解决了手动操作过程中安全性不高、操作难度大、操作费力等缺点,集智能化、人性化、自动化于一体,具有一定现实意义和开发价值。

3 存在问题与展望

国内外研究者对服装熨烫工艺已做了大量的研究,但仍有许多问题需要解决,主要有:

(1)熨斗参数难以精确控制,受人为因素影响较大。在手工熨烫工艺的发展中,熨斗从笨重、低效到轻巧、方便,再到现在新熨烫系统电熨斗的出现,仍有着很长的道路要走。J.S.Dai等使用的逐点法和轮廓法(区域法)可作为参考,根据熨斗位置和方向的期望精度以及熨烫区域的大小来选择合适的方法进行熨烫。在此基础上,将机械手与熨斗结合,通过机械手设置相应的轨迹并进行位姿控制,实现服装的自动熨烫,消除人为操作因素产生的影响,才能进一步推动手工熨烫工艺的高质量与高效率发展。

(2)缺少温度控制装置。除了冷绍玉研制出的镍铬康铜快速热电偶的测温仪器以外,袁志磊等[32]将传感器插入到织物中,以此来记录织物温度与时间的关系,该方法缺点在于不能记录织物的开始温度,需要一定的时间将传感器插入织物,而且,织物表面吸附水分后的热量会迅速扩散到周围环境,进而影响结果的准确性。为改进这一方法,Guocheng Zhu等[33]使用数据采集模块将热电偶连接到计算机上,并将热电偶连接到棉织物上,模拟不同层的热电偶,来记录织物(中间层)到人体(内层)和周围环境(外层)的温度变化和散热情况。吴彦君等[34]采用的内置常规PID算法的数字温控仪,保证了熨烫温度的传感灵敏和控制及时有效,既可以防止熨烫温度过高产生的极光现象,又能够避免温度过低造成的定型不足、效果不佳的问题。合理控制好熨烫过程中熨烫的温度、湿度、压力和时间等参数,在熨烫工艺未来的发展趋势中,需要不断优化各类熨烫工艺、合理配置和选择最优熨烫参数。

(3)缺少人工操作与自动化结合的模式。为解决人工重复取拿服装或布片这一问题,浙江工业大学的王昊旭[35]采用气动手指通过结构设计来模仿人手的揭取动作,实现了布片的成功夹持,提高了服装整体熨烫的效率。同时,组合式熨烫设备也得到了生产厂家极大的关注,个体工厂将平烫、立烫和部位烫有机结合起来,达到了一机多用的目的。若将服装或部件通过机械手的夹持与放置,再配合送布与折叠的工序进行大规模生产,将大大提高熨烫的质量与效率,人工操作与自动化生产并存的混合模式,往往是经济可靠、性价比较高的生产模式。

4 结语

服装熨烫是一个复杂的过程,除了影响熨烫效果与质量的单因素作用外,更要考虑多因素共同作用的影响。根据熨烫工艺的需要,现代服装机械行业需要从控制、结构形态、外观、节省能耗以及提高效率等方面综合考虑,研制出各种系列、多功能的熨烫机并不断完善,从而进一步促进新的熨烫工艺的出现与发展。未来在熨斗的智能使用、熨烫参数的合理配置以及生产工序的相互配合方面将会迅速发展,多种熨烫工艺的有机结合成为了可能,为服装熨烫领域开拓新的发展空间。