常压等离子处理对合纤织物吸湿快干性能的影响

李淑芳

（1.常州市生态纺织技术重点实验室,江苏 常州 213164；2.常州纺织服装职业技术学院,江苏 常州 213164）

吸湿性不仅是织物染整加工过程中的一项重要性能，而且也跟人体穿着服装时的舒适性相关。吸湿性可用于表征纤维表面液体传输、纤维与液体或表面活性剂的相互作用以及纤维与聚合物的粘附性。除吸湿性外，快干性也是舒适性的一个重要指标。为了使穿着者在剧烈运动时保持干燥和舒适的体感，服装应具有从身体（即从内到外）输送汗液的能力。本文研究了等离子体处理[1-4]对合纤织物(涤纶、锦纶)吸湿性和快干性能的影响，在不改变织物膨松性能的情况下，探讨了等离子处理对织物吸湿性、快干性的影响。

1 实验

1.1 材料

采用100%涤纶和100%锦纶机织物，规格包括纱线细度、织物密度及克重，具体如表1 所示。

表1 涤纶和锦纶机织物的规格

1.2 APPJ 处理

首先将织物沿经向剪成40cm 的长条，然后用丙酮清洗30min 去除表面的杂质，最后在60℃的烘箱中干燥90min。实验时，首先让气体流（氧气）进入等离子体发生器转变成等离子体；接着织物在移动罗拉的带动下以一定的速度沿带孔静置圆筒运动；最后织物在等离子发射器的喷头处进行表面处理（如图1 所示）。经APPJ[5-6]处理后，将织物置于相对湿度为65%，温度为21℃条件下放置24h。

图1 APPJ 等离子处理装置

1.3 接触角测量

固体与液体接触时可呈现出接触角，本实验采用了JC2000A 接触角测量仪。

1.4 纵向芯吸高度测试

首先将织物剪成1cm×15cm 条状，垂直悬挂，其下边缘1cm 浸入蒸馏水中，然后观察水柱上升的高度。为了清楚地显示水柱的上升情况，用水笔在织物表面标记刻度尺记号，以5cm 和10cm 的间隔记录吸水时间。

1.5 干重测试

首先称量织物的干重，然后用去离子水润湿织物。接着将湿织物样品置于温度为21℃和相对湿度为65%的标准条件下，每隔5min 测量织物样品的重量，持续50min。

1.6 X 射线光电子能谱仪（XPS）

采用AlKα作为X 射线源，工作电压250V，真空度为1.0×10-7Pa，用于测定有关基团及元素在织物表面存在的信息。

2 结果和讨论

2.1 接触角测量

表2 显示了不同处理条件下涤纶和锦纶织物的接触角。由于涤纶织物具有良好的疏水性，未经处理的涤纶织物的平均接触角为87.5°。而经过氧等离子体处理织物后，水滴立即被吸收到织物中，接触角接近0°。表3 显示了处理前后经XPS 测试的织物表面的O/C比和N/C 比。结果表明，经APPJ 处理后的涤纶织物表面氧含量高于未经APPJ 处理的。这主要是由于大量的氧极性基团在等离子处理过程中引入到织物表面。因此，涤纶织物的亲水性能显著增加。

表2 不同处理时间下涤纶和锦纶织物的接触角

表3 XPS 测试处理前后两种织物的O/C 和N/C

另外，未经处理的锦纶织物的平均接触角为86.0°，而经处理后，接触角接近0°。同样，与涤纶织物的处理类似，锦纶织物经等离子处理后O/C 比增大，表明织物表面发生了氧化反应，出现了氧原子。

根据接触角测量的结果，可以得出：用氧进行APPJ 处理可降低涤纶和锦纶织物的表面张力，从而有助于后续的织物湿处理，如染色，但经处理时间为3s、5s 和7s 后的织物的接触角相同。因此，接触角不能用来区分等离子处理的效果。

2.2 纵向芯吸高度测试

为了更好地区分等离子处理的效果，实验中还采用了纵向芯吸高度的测试[7-8]。以锦纶织物为例，不同处理时间后织物的芯吸效果如图2 所示。结果表明，芯吸的改善状况正比于处理的时间，即处理时间越长，改性的效果越好。原因可能是在织物表面引入了亲水性官能团，也可能是由于氧等离子体刻蚀纤维表面的作用，从而增加了纤维的比表面积，增强了毛细作用，增强了吸湿性。另外，当水位达到10cm 时，芯吸速率相对稳定。

图2 锦纶织物吸湿性能的影响示意图

经APPJ 处理后涤纶织物的芯吸速率显著提高（如图3 所示），未经处理的涤纶织物需经40s 才能达到5cm 的上升高度。而经过氧等离子体处理后，达到5cm 的上升高度仅需20s。其主要原因是：在织物表面引入了亲水基团，或由于氧原子对纤维表面的腐蚀作用，增加了纤维的比表面积，增强了毛细血管对液体的输送作用。此外，经实验观察到处理时间从3s 增加到5s 时，芯吸作用仅有轻微的改善。这可能是由于吸收液体后导致纤维膨胀，减少了纤维间的毛细空间，从而限制了织物的吸水率。

图3 涤纶织物吸湿性能的影响示意图

2.3 快干性

在温度为21℃、相对湿度为65%的标准条件下，通过测量等离子处理后湿织物不同时间段的重量来测试织物的快干性[9-10]。图4～5 分别显示了等离子处理后面积为10cm×10cm 的润湿样布不同放置时间下的重量，从图中可以看出不同处理时间下织物的干燥性能没有显著差异。结果表明，氧等离子体处理可以提高织物的润湿性，但不能提高织物的快干性能。原因是：氧等离子体处理只在纤维表面引入亲水性官能团，而没有改变材料本体的性质，即纤维的非晶区和结晶区没有变化。因此织物的快干性将不会受到明显的影响。

图4 不同等离子处理时间下锦纶润湿样布的快干性能

图5 不同等离子处理时间下涤纶润湿样布的快干性能

3 结语

经氧等离子处理后，通过XPS 分析，织物表面的含氧量增加，纤维表面引入了极性基团，使得涤纶和锦纶织物具有亲水性。除极性基团的形成外，等离子体刻蚀作用增强毛细管效应也是提高织物润湿性的一个原因。另外，与处理前织物相比，由于氧等离子处理仅涉及材料的表面层，没有改变材料本体的性质，因此织物的快干性能没有受到影响。