湿度对平纹织物折皱回复规律的影响

赵娜娜,丁雪梅

(1.东华大学 服装与艺术设计学院,上海 200051; 2.东华大学 现代服装设计与技术教育部重点试验室,上海 200051)

织物作为一种复杂结构的纤维集合体,在外力作用下很容易形成折皱,直接影响织物的外观。一直以来,许多学者对织物的折痕回复性能进行研究。现行的织物折皱回复性测试方法包括折皱回复角法和外观平整度法[1-2],其中折皱回复角法是一种可靠的定量测试方法,有大量的国内外标准已被广泛用于评估织物折皱回复性能,具有代表性的有ISO 2313—1972《纺织品 用回复角表示的水平折叠试样的折痕回复性的测定》、AATCC 66—2014《机织物折皱回复性:恢复角度法》和GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》等,适用于标准的测试仪器主要包含Shirley折皱回复仪、SDL Atlas折皱回复仪、YG541数字式折皱回复仪等。

许多学者采用线性回归的方法对织物折皱回复角与织物组织结构参数进行相关性分析,从织物自身结构方面为优化织物抗皱性能提供依据[3-5]。近来许多研究通过织物力学性能和折皱回复角的相关性分析,证明了织物折皱回复性能与物理性质的必然联系[6-7]。然而上述研究使用单一折皱回复角值表征织物折皱回复性能,具有一定局限性,因此有学者研究折皱整个动态回复过程,提出了评估织物折皱回复性能的综合评价方法[8-9]。

织物折皱形成和回复过程所处环境的温湿度一般都是恒定的,即在温度(20±2) ℃、相对湿度(65±3)%的标准试验室条件下进行,织物折皱在回复前后未发生热湿传递现象。实际上,去除织物折皱需要借助热湿力的作用,如日常生活中人们常借助蒸汽熨烫的方式进行衣物除皱,其中湿度是织物折皱回复的关键先决条件[10],因此湿度与织物材料特性相结合而使折皱展开回复的原理值得进一步研究。

本文搭建了一种可以调节温度、湿度的试验装置,用于监测织物折皱试样在不同相对湿度条件下折皱回复的全过程,通过分析织物折皱回复与织物规格和试验环境相对湿度之间的关系,研究湿度在织物折痕回复中发挥的作用,以期为深入研究在热、湿、力多因素耦合作用下织物折皱回复机制提供基础,为衣物除皱类型产品的开发提供理论指导。

1 试 验

1.1 试验面料

选用6种100%天然纤维的平纹机织物作为试验面料,其中包含2种纯棉织物(广州柏祥盛纺织有限公司)、2种桑蚕丝织物(上海和孚丝绸有限公司)、2种羊毛织物(上海佛恩纺织品有限公司)。面料具体规格参数见表1。

表1 面料规格Tab.1 Specifications of materials

选用FOM71 CLS缩水率试验机(瑞典伊莱克斯股份有限公司)的7A程序对试验材料进行预洗,去除面料内应力,洗涤程序具体参数见表2。

表2 洗涤程序具体参数Tab.2 Specific parameters of washing procedure

预洗完成后悬挂晾干,使用熨斗低温档(底板温度(50±2) ℃)将织物熨平整,依据标准T/CNTAC 65—2020《纺织品 织物折皱回复性的测定 动态回复角法》进行取样和试样裁剪,试样尺寸为40mm×15mm。

每种织物分别裁剪6块试样,其中3块试样的长边沿织物经向裁剪,另外3块沿织物纬向裁剪,每块试样在正面标记方向。试样裁剪完成后,进行折皱压制,首先沿长边方向将试样正面对折,使用熨斗低温档压制折痕5 s,得到更加稳定的试样折痕。将试样自由回复翼边缘涂抹荧光变色油墨,紫外光源照射时,试样边缘可以在黑暗封闭箱体内显色。最后放置室内温度(20±2) ℃,相对湿度为(65±3)%的恒温恒湿环境中,以30 N压力压制试样24 h。

1.2 试验平台

自主搭建折皱角回复试验平台,试验平台主体为1个封闭箱体,具有调节温湿度、测试折皱角度的功能,包含温湿度控制系统、试样折皱回复系统和折皱角采集处理系统。温湿度调节系统由温湿度发生模块和温湿度控制模块组成;试样折皱回复系统由试样夹持模块和气路控制模块组成;折皱角采集处理系统由图像采集模块和角度提取模块组成。折皱角回复试验平台示意图和实物图分别如图1(a)(b)所示。

图1 折皱角回复试验平台Fig.1 Crease recovery platform

温湿度调节系统中,使用TP70多通道温湿度数据记录仪(深圳拓普瑞有限公司)实时监测封闭箱体内温湿度,通过调节温湿度控制器,根据所需试验水平设置试验平台温湿度。

试样折皱回复系统中,试样夹持模块主体为Sqeldt-2015S单动平口夹(温州江鑫气动液压有限公司)。试样夹持模块由固定端和运动端2个平面组成,固定端平面垂直于水平面,为样品放置区;运动端可向固定端做开合运动,运动端向固定端运动对折痕试样进行夹持加压,打开时折皱试样开始回复。开合运动方向更换由3V20-08-NC电磁阀(温州江鑫气动液压有限公司)控制。设置DH48S-2Z继电器(普欣宁科技有限公司)的时间,可控制夹持时长,统一设置夹持时长为10 s,保证折痕试样具有相等的初始角度。

折皱角采集处理系统中,图像采集模块包含硬件和软件,硬件包含水星MER-500-7UC-L工业相机(中国大恒有限公司);M3520-MPW2定焦镜头(焦距35mm,分辨率500万像素,日本Computar公司);365nm紫外光源。软件包含GigE Vision TL GalaxyView软件(中国大恒有限公司),设置软件连续采集图片模式,采集频率1帧/(30 s),采集时长45 min。角度提取模块为MatLab软件,使用角度代码对折皱回复全过程试样图片进行处理和计算,输出角度数据保存为Excel格式。

1.3 试验过程

为了探究湿度对不同纤维种类织物折皱回复的促进作用,对6种织物依据设计试验方案(见表3)进行试验。相同试验条件下,每组试验重复3次,取平均值。

表3 试验方案Tab.3 Experimental scheme

折皱试样的固定翼夹持在平口夹固定端,试样折痕与水平面平行,平口夹运动端打开后,试样自由翼开始回复,某时刻试样两翼夹角即为该时刻折皱回复角度。

2 结果与讨论

在70%和90%相对湿度下,不同织物经纬向折皱角随时间变化的回复规律见图2。不同相对湿度条件下,织物折皱回复程度存在显著差异,可见湿度对织物折皱回复起着至关重要的作用。相对湿度越高,织物折皱角回复程度越好。因为本文试验面料都属于天然纤维织物,天然纤维无定形区存在大量亲水基团,如羟基、羧基等[11],纤维吸水后,水分子以氢键的形式与纤维中亲水基团结合,纤维无定形区分子链变得十分疏松,容易发生滑移[12],有利于折皱的回复。

注:wa表示经向折痕,we表示纬向折痕。图2 不同织物经纬向折皱角在70%和90%相对湿度下回复过程散点图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

相同试验条件下,桑蚕丝和羊毛织物的折痕回复优于棉织物。这是因为桑蚕丝和羊毛为蛋白纤维,棉为纤维素纤维,桑蚕丝和羊毛蛋白纤维弹性较好,由于大分子链呈α螺旋结构,且和β折叠型大分子相互规整堆砌,不易产生塑性流动,而纤维素纤维分子链刚性较大,回弹性较差。此外羊毛和桑蚕丝纤维吸湿性能要优于纤维素纤维。

同等相对湿度水平下,织物的经纬向折皱回复角度相差较大。这是因为织物经纬纱线密度不同,导致织物折皱回复具有各项异性,织物的力学性能随着织物经纬向而变化[13]。经向折皱回复过程中经纱起主要作用,纬向折痕回复过程中纬纱起主导作用,因此经纬向折皱角回复程度存在差异[14]。桑蚕丝织物与棉、毛织物经纬向折皱角回复规律正好相反,棉和羊毛织物的经向折皱回复角小于纬向折皱回复角,桑蚕丝织物的经向折皱回复角大于纬向折皱回复角。猜测主要是由纱线捻度造成的,棉和羊毛织物都为有捻度纱线,桑蚕丝织物为无捻纱线。在初始回复阶段,桑蚕丝织物折皱回复速率较其他2种织物快,因为桑蚕丝织物纱线无捻,织物折皱在回复过程中无需克服纤维之间因捻度所形成的摩擦力[10]。

在70%相对湿度条件下,织物经纬向折皱回复角差异不明显,但在90%相对湿度水平下,织物经纬向折皱角回复差异较大,棉织物的这种现象表现的尤为明显。在90%相对湿度条件下,同纤维种类的2种织物,折皱回复程度存在差异,同类织物最终折皱回复程度对比如下:C1优于C2,S1略优于S2,W1优于W2。观察织物规格参数发现,在同等湿度及纱线经纬密度相近的前提下,C1纱线线密度小于C2且C1纱线捻度大于C2,S1纱线线密度小于S2,W1和W2纱线线密度相近且W1纱线捻度远大于W2,说明在同等湿度影响下,织物纱线线密度越小,纱线捻度越大,织物折皱回复效果越好。

3 结 论

本文搭建具有试验可操作性的织物折皱角试验平台,实现在不同相对湿度的试验条件下,测量织物折皱回复全过程的角度。基于试验平台探究了在不同相对湿度条件下,平纹棉织物、平纹桑蚕丝织物和平纹羊毛织物折皱的回复规律。织物折皱的回复程度受所处环境相对湿度和织物自身结构共同影响。不同相对湿度水平下,织物折皱回复差异明显,湿度对织物折皱的回复具有显著作用。在高湿度条件下,织物组织结构、纱线线密度、纱线捻度的差异,使织物折皱回复过程呈现不同的规律和回复特征,织物吸湿性能越好,折皱回复程度越好;湿度作用下,织物纱线线密度越小、纱线捻度越高,织物折皱回复效果越优。

为了进一步评价并量化湿度对织物折皱回复的作用效果,后期研究还需建立相应的评价指标,深入分析湿度在不同织物折皱回复过程中所发挥的作用差异,并从温度、施加的力等多个角度研究织物折皱回复机制。