滌綸網絡絲仿麻織物的摩擦性能

鄔淑芳， 張亭亭， HASAN Md Rokibul， 陳益人,2

(1. 武漢紡織大學 紡織科學與工程學院， 湖北 武漢 430200；2. 武漢紡織大學 湖北省紡織新材料與先進加工技術省部共建國家重點實驗室培育基地， 湖北 武漢 430200)

滌綸仿麻織物因其獨特的風格特征而得到消費者的青睞。滌綸網絡絲仿麻織物，是由滌綸半預取向的不規(guī)則牽伸絲通過合股網絡制成[1]，該織物在手感和視覺上達到了天然麻織物的效果，因其特殊的外觀風格得到市場的認可，適用于制作窗簾、沙發(fā)布等。但由于滌綸網絡絲松散的紗線結構與非均勻態(tài)的超分子結構，織物受到摩擦作用后，纖維易斷裂，滑出織物表面并相互纏結成球，導致織物的起毛起球性能與耐磨性較差。織物的摩擦性能直接影響到織物的外觀和使用壽命，因此，改善該織物的起毛起球性能和提高耐磨性具有重要意義。

國內外對織物摩擦性能的研究很多，織物的摩擦性能受到從纖維材料制備到后整理工藝等諸多因素的影響。從纖維截面來看，異形纖維截面形狀復雜，因此，織物表面粗糙，與接觸物之間的摩擦因數增加，一般情況下，異形中長纖維織物的耐磨性低于普通滌綸纖維[2]。從紡紗工藝來看，不同紡紗方法中纖維的纏繞方式不同，纖維間抱合力大小也不同，因此，耐磨性也存在差異。唐新軍等[3]探討了傳統(tǒng)環(huán)錠紡、集聚紡、賽絡紡、集聚賽絡紡、噴氣渦流紡等5種方法紡制紗線的耐磨性能，結果表明集聚賽絡紡紗線的各項質量指標和耐磨性均優(yōu)于其他紡紗方法?？椢锝M織結構也是影響織物耐磨性的指標之一，周方利等[4]對不同組織相同緯密織物的耐磨性進行比較分析，為織物規(guī)格設計和工藝設計提供了參考。

樹脂整理是一種常用的后整理方法，可有效地改善織物的耐磨性，其原理是通過樹脂使纖維黏連起來，在纖維表面形成一層聚合物薄膜，減弱織物表面裸露纖維的纏繞，獲得良好的耐磨性能。萬愛蘭等[5]對織物起毛起球機制及表征進行了研究和探討。那英等[6]制備了幾種不同質量分數聚氨酯涂層織物，聚氨酯質量分數由8%提高到16%，織物表面聚氨酯的成膜性逐漸增強，織物耐磨性能顯著提高。利用低壓等離子體化學氣相沉積法(PCVD)可得到具有良好耐磨性能的織物，通過氣相沉積法可在織物表面鍍上一層有機硅的復合薄膜，從而大大提高織物的耐磨性[7]。溶膠-凝膠法也可用于改善織物的耐磨性，Brzeziński等[8-9]利用溶膠-凝膠法合成了改性SiO2/Al2O3混合溶膠，將其經熱處理后均勻的填充在織物表面，使織物表面形成一層堅硬的涂層，從而提高其耐磨性能。范萬超[10]用甲苯二異氰酸酯(TDI)和乙二醇(EG)在丙酮溶液中合成聚氨酯預聚體Pre-PU，然后使用Pre-PU和EG為單體，經“霧聚合”法輸送到織物的表面，使其在織物表面發(fā)生聚合，生成聚氨酯(PU)保護層，從而提高織物的耐磨性。本文首先通過對滌綸網絡絲仿麻織物的纖維結構、紗線結構、織物結構等進行分析，研究耐磨性能的影響因素，然后通過樹脂整理增強纖維間的黏結作用來改善滌綸網絡絲仿麻織物的摩擦性能，探討樹脂整理劑質量濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間、柔軟劑質量濃度等5個因素對織物摩擦性能的影響，并通過五因素四水平正交試驗對其整理工藝進行優(yōu)化。

1 試驗部分

1.1 材料與設備

材料：滌綸網絡絲仿麻織物(成分為100%滌綸，幅寬為140 cm，面密度為298 g/m2)，吳江福華織造有限公司；AH-1605B型水性聚氨酯，安徽安大華泰新材料有限公司；滲透劑JFC，國藥集團化學試劑有限公司；ZL-106型親水性氨基硅油，杭州卓立有限公司。

設備：Y172型哈氏切片器，常州紡織儀器廠；X3P-9CA型光學顯微鏡，上海光學儀器一廠；JSM-6510LV型掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；EL-400型立式氣動小軋車，上海朗高紡織設備有限公司；HHS-8型數顯恒溫水浴鍋，江蘇波場智能科技有限公司；DHG-9146 A型電熱恒溫干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；TEXTECHNO FAVIMAT-AIROBOT型全自動單纖維萬能測試儀，德國Textechno公司；YG(B)021DX型電子單紗強力機、YG(B)026D-250型電子織物強力機，溫州大榮紡織儀器有限公司；FFZ622型紗線耐磨性能實驗儀，溫州方圓儀器有限公司；YG401C型織物耐磨儀，寧波紡織儀器廠； YG502型圓軌跡起球儀，山東萊州紡織儀器有限公司。

1.2 試驗方法

首先將滌綸網絡絲仿麻織物拆解得到滌綸網絡絲仿麻纖維、紗線，通過結構與性能測試研究織物耐磨性能的影響因素；然后采用聚氨酯對滌綸網絡絲仿麻織物進行整理，以增加其耐磨擦性能，并通過使用柔軟劑改善織物手感。

滌綸網絡絲仿麻織物整理工藝路線為：試樣準備→聚氨酯樹脂整理(浸軋，軋余率85%～90%)→烘干(溫度 60～80 ℃)→焙烘→柔軟整理(親水性氨基硅油浸軋，軋余率85%～90%)→烘干(溫度 60～80 ℃)→焙烘。

1.3 測試與表征

1.3.1 纖維結構與性能測試

參照FZ/T 01057.03—2007《紡織纖維鑒別試驗方法 第3部分：顯微鏡法》，采用光學顯微鏡對纖維的橫截面形貌進行觀察；參照GB/T 14337—2008《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》，采用掃描電子顯微鏡對纖維的縱向形貌進行觀察。使用全自動單纖維萬能測試儀對滌綸仿麻纖維的拉伸強力進行測試。試樣測試條件：夾持距離為20.0 mm，拉伸速度為20.0 mm/min，預加張力為(0.15±0.03)cN/dtex。

1.3.2 紗線性能測試

采用紗線耐磨性能實驗儀對滌綸仿麻紗線進行耐磨性測試。磨輥運轉模式為往復模式，往復速度為(60±1)次/min，選擇600#干磨砂紙，吊掛砝碼質量為35 g。

參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，使用電子單紗強力機進行滌綸仿麻紗線的強力測試，隔距長度為500 mm，拉伸速率為500 mm/min，預加張力為(2.0±0.2) cN/tex。

1.3.3 聚氨酯整理織物結構與性能測試

形貌觀察：對整理前后的滌綸網絡絲仿麻織物進行噴金處理，采用掃描電子顯微鏡對織物表面的微觀形貌進行觀察。

質量損失率：參照GB/T 21196.3—2007《紡織品 馬丁代爾法織物耐磨性的測定 第3部分：質量損失的測定》對織物進行磨損實驗。根據企業(yè)滌綸網絡絲仿麻織物耐磨次數40 000次要求，按照下式計算織物質量損失率：

起毛起球性能：參照GB/T 4802.1—2008《紡織品 織物起毛起球性能的測定 第1部分：圓軌跡法》對滌綸網絡絲仿麻織物表面起毛起球性能及表面變化進行測定。分別取5個整理后的滌綸網絡絲仿麻織物圓形試樣，試樣直徑為(113±0.5)mm，對50次起毛、50次起球后的試樣進行等級評定。

力學性能：參照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定 條樣法》，采用電子織物強力機對滌綸網絡絲仿麻織物的拉伸斷裂強力和斷裂伸長率進行測量。夾持長度為200 mm，拉伸速度為100 mm/min。

織物手感：采用主觀評定法對滌綸網絡絲仿麻織物的手感進行分檔評定，共分0～5共6級，5級表示最優(yōu)，0級表示最差。

2 結果與分析

2.1 纖維結構與性能分析

2.1.1 纖維的形態(tài)結構分析

滌綸仿麻纖維的橫截面形態(tài)如圖1所示?？梢钥闯?，纖維截面顏色不均勻，且呈多邊形，與亞麻橫截面形狀相似。纖維橫向截面顏色不均勻是因為滌綸半預取向絲的牽伸調整了纖維結晶的分布，纖維結晶度較高部分結構致密，染料分子難以進入，因此顏色較淺；反之顏色較深。纖維結晶區(qū)域的分段變化導致染色時的分段差異，并以段節(jié)效果存在整根纖維中，使織物形成了深淺交替、豐富多變的外觀。

圖1 滌綸仿麻纖維結構形貌

滌綸仿麻纖維縱向部分呈現異形與扭曲的現象，可能因為滌綸半預取向絲采用不均勻牽伸，牽伸時導致纖維縱向發(fā)生形變。

2.1.2 纖維的強力分析

通過對滌綸網絡絲仿麻織物拆紗獲得纖維，測量100根(20根/組)纖維的拉伸強力，結果如表1所示。可以看出，5組纖維強力CV值都在9%以上，說明滌綸仿麻纖維強力的離散性較大。這是因為滌綸半預取向絲的不均勻牽伸導致纖維強力不勻。

表1 纖維強力的試驗結果

2.2 紗線結構與性能分析

2.2.1 紗線形態(tài)結構分析

網絡絲分為間隔規(guī)律的緊密段和開松段。開松段單絲分離且蓬松；緊密段單絲間交纏。拉伸時，單絲間變形不一樣，產生的應力應變也不同，因此，增加了各單絲斷裂的不同時性，使得網絡絲強力低于原絲強力，且因開松段單絲蓬松分離，受外力摩擦開松段單絲易斷裂，產生起毛起球現象，而緊密段較開松段摩擦性能好。

2.2.2 紗線耐磨性分析

測量100根(10根/組)滌綸仿麻紗線的耐磨性，結果如表2所示?？梢钥闯?，10組紗線耐磨數值差異均較大，CV值都在15%以上，說明滌綸仿麻紗線耐磨次數離散性較大，耐磨性不均勻。

表2 紗線耐磨性的試驗結果

2.2.3 單紗強力分析

測量100根(20根/組)單紗強力，結果如表3所示?？梢钥闯?，5組單紗強力數值差異都較大，說明滌綸仿麻紗線單紗強力的差異較大，單紗強力的離散性較大，強力不均勻。

表3 單紗強力的試驗結果

綜合以上分析可知：由于滌綸半預取向絲生產過程中受不規(guī)則牽伸作用，纖維縱向發(fā)生形變，致使纖維縱向細度和纖維晶區(qū)的分布不均勻，導致纖維的強力不均勻；因滌綸網絡絲的特殊結構，紗線松散結構部分摩擦時纖維易斷裂，織物組織中較長的浮長線部分易磨損。這些問題都導致該滌綸網絡絲仿麻織物耐磨性與起毛起球性能較差，影響了織物使用壽命和外觀，因此，本文采用聚氨酯對滌綸網絡絲仿麻織物進行整理以提高織物耐磨性能，后文進一步分析樹脂整理劑質量濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間、柔軟劑質量濃度等整理工藝對織物耐磨性的影響。

2.3 聚氨酯整理織物影響因素分析

2.3.1 樹脂整理劑質量濃度對摩擦性能的影響

處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為120 ℃，焙烘時間為3 min，柔軟劑質量濃度為3 g/L，研究不同樹脂整理劑質量濃度對滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結果如表4所示。

由表4可知，當樹脂整理劑質量濃度較大時，織物表面形成一層硬而厚的樹脂膜，摩擦后織物不易起毛起球。樹脂膜磨損且脫離織物，因此質量損失率較高。當樹脂整理劑質量濃度為50 g/L時，起毛起球等級達到3～4級，耐磨質量損失率為5.46%，整理效果最好。隨著質量濃度的降低，摩擦時樹脂膜和纖維先后受到磨損，產生起毛起球的現象，但毛球并未瞬間脫落。當樹脂整理劑質量濃度較小時，樹脂膜薄且易磨損，長久的摩擦作用使部分毛球脫落，導致起毛起球等級降低，耐磨質量損失率增加。

表4 樹脂整理劑質量濃度對摩擦性能的影響

2.3.2 處理液溫度對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質量濃度為50 g/L，焙烘溫度為120 ℃，焙烘時間為3 min，柔軟劑質量濃度為 3 g/L，研究不同處理液溫度變化對滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結果如表5所示。

表5 處理液溫度對摩擦性能的影響

由表5可知，處理液溫度對滌綸網絡絲仿麻織物的起毛起球性能沒有明顯影響，對耐磨質量損失率影響明顯。當溫度較低時，樹脂并未完全滲透到纖維中，因此，部分纖維間并沒有黏結作用，單根纖維較易磨損。隨著溫度的不斷升高，耐磨質量損失率不斷降低，且下降趨勢明顯。

2.3.3 焙烘溫度對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘時間為3 min，柔軟劑質量濃度為3 g/L，研究不同焙烘溫度對滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結果如表6所示。

由表6可知，隨著焙烘溫度的不斷升高，滌綸網絡絲仿麻織物的耐磨質量損失率呈現先下降后增加的趨勢，而起毛起球等級出現上升趨勢?？赡苁且驗闇囟仍礁撸w維間的黏結作用增強，紗線變硬，長久重復性摩擦時紗線不易滑移，易磨損。起毛起球等級出現上升趨勢，可能是因為焙烘溫度越高，織物表面的樹脂膜越硬，在對織物表面的起毛起球性能測試中，抗起毛起球性能越好。

表6 焙烘溫度對摩擦性能的影響

2.3.4 焙烘時間對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為120 ℃，柔軟劑質量濃度為 3 g/L，研究不同焙烘時間對滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結果如表7所示。

表7 焙烘時間對摩擦性能的影響

由表7可知，焙烘時間對滌綸網絡絲仿麻織物的起毛起球性能沒有明顯影響。焙烘時間在1～3 min，滌綸網絡絲仿麻織物的耐磨質量損失率隨著時間的增加而降低。焙烘時間在3～5 min，滌綸網絡絲仿麻織物的耐磨質量損失率變化不明顯。

2.3.5 柔軟劑質量濃度對摩擦性能的影響

樹脂整理劑質量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為120 ℃，焙烘時間為3 min，研究柔軟劑質量濃度對滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能整理效果的影響，結果如表8所示。

表8 柔軟劑質量濃度變化對摩擦性能的影響

由表8可知，隨著柔軟劑質量濃度的增大，起毛起球等級呈現下降趨勢。柔軟劑能使織物具有良好的蓬松效果和柔軟的手感，摩擦時纖維易從織物中抽拔出來，產生毛球。隨著柔軟劑質量濃度增加，耐磨質量損失率逐漸增加。

2.3.6 正交試驗結果與分析

為全面分析滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能的最佳整理工藝，設計樹脂整理劑質量濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間、柔軟劑質量濃度五因素四水平正交試驗，結果如表9所示。

表9 五因素四水平正交試驗結果

表10 各項指標的均值和極差

由表9、10可知，影響滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能的因素依次為：樹脂整理劑質量濃度、柔軟劑濃度、處理液溫度、焙烘溫度、焙烘時間。最佳工藝參數為樹脂整理劑質量濃度為50 g/L、處理液溫度為40 ℃、焙烘溫度為100 ℃、焙烘時間為4 min、柔軟劑濃度為3 g/L。后文對最優(yōu)整理工藝整理前后滌綸網絡絲仿麻織物的結構和性能進行分析。

2.3.7 整理前后織物表面形態(tài)變化

圖2示出未經整理織物和最佳工藝整理后織物的掃描電鏡照片?？梢园l(fā)現：未經整理纖維間部分纏結，部分獨立分離；經樹脂整理后，纖維間相互黏結，纖維表面附著一層樹脂膜。

圖2 滌綸仿麻纖維形態(tài)掃描電鏡照片

2.3.8 最佳工藝整理前后性能分析

對織物進行樹脂整理后摩擦性能變化如表11所示。經樹脂整理的織物40 000次摩擦后的耐磨質量損失率由12.13%降低至5.34%，起毛起球等級由1級提高至3～4級?？偟膩碚f，樹脂整理后的織物摩擦性能優(yōu)于未處理織物的摩擦性能，因為樹脂整理劑能使纖維表面包覆一層樹脂膜，提高織物的摩擦性能。樹脂使網絡絲蓬松分離的纖維黏結起來，因此織物的斷裂強力略有提高，織物手感較整理前稍硬一些，但不影響織物的使用性能。

表11 整理前后織物性能的變化

3 結 論

1)由于滌綸半預取向絲不規(guī)則的牽伸作用，纖維縱向發(fā)生形變，纖維的強力不均勻；且滌綸網絡絲的紗線開松段單絲分離，結構蓬松，摩擦時纖維易抽拔出來而斷裂；加之較松散的組織結構，纖維易滑出織物表面并相互纏結，導致滌綸網絡絲仿麻織物起毛起球性能和耐磨性能較差。

2)針對滌綸網絡絲仿麻織物摩擦性能較差的問題，研究并制定了樹脂整理方案。由整理前后的纖維結構形態(tài)可知：未經整理的滌綸仿麻纖維間獨立分離；經樹脂整理后，纖維間的黏結作用明顯。通過樹脂整理來增強滌綸纖維間的黏結作用，并在織物表面形成一層不溶的樹脂膜，提高織物的摩擦性能。

3)研究不同整理工藝條件下的摩擦性能，得出最佳整理工藝：樹脂整理劑質量濃度為50 g/L，處理液溫度為40 ℃，焙烘溫度為100 ℃，焙烘時間為 4 min，柔軟劑質量濃度為3 g/L。未經整理織物在 40 000 次摩擦后的質量損失率為12.13%，樹脂整理后織物在40 000次摩擦后的耐磨質量損失率為5.34%，同時織物起毛起球等級由未整理時的1級提升到3～4級，基本保持織物原有的手感。