棉織物含水率對折皺回復(fù)角的影響

胡 冰，汪世奎，周雅瓊

(合肥師范學(xué)院 藝術(shù)傳媒學(xué)院，安徽 合肥 230601)

棉織物具有親水性好、透氣透濕性能優(yōu)異、柔軟親膚、穿著舒適等優(yōu)點(diǎn)，但在日常洗滌、穿著和存放過程中，由于折疊和洗滌等外力作用，棉織物會產(chǎn)生急彈性形變、緩彈性形變及塑性形變，從而形成折痕或皺紋，難以恢復(fù)到平整狀態(tài)[1]。折皺回復(fù)性能是影響棉織物外觀的重要因素，也是考核棉織物性能的重要指標(biāo)。目前國內(nèi)外學(xué)者對棉織物干態(tài)下的折皺回復(fù)性能進(jìn)行了大量研究，主要集中在機(jī)械性能或抗皺整理工藝等對棉織物折皺回復(fù)性能的影響，以及棉織物本身結(jié)構(gòu)特性如厚度、質(zhì)量、經(jīng)緯密度對折皺回復(fù)性能的影響等方面，而濕態(tài)下棉織物的折皺回復(fù)性能在織物洗滌、烘干及護(hù)理方面有著重要意義，故有必要對棉織物在不同含水率下的折皺回復(fù)性能進(jìn)行分析和探討。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試樣

選擇一種具有代表性的純棉梭織物作為試樣，規(guī)格如表1所示。

表1 試樣規(guī)格Tab.1 Sample specification

1.2 控制織物含水率穩(wěn)定性及均勻性的較優(yōu)方案

目前沒有儀器能控制織物含水率的穩(wěn)定性及均勻性，考慮織物中水分可自然蒸發(fā)，自制一個格狀瀝水籃，使水分自然瀝干且蒸發(fā)。此瀝水籃由漁線編織，漁線兩端綁在塑料籃的鏤格上，結(jié)合一上一下的編織規(guī)律，使?jié)O線均勻受力、相互支撐。漁線編織位置靠近籃口，格網(wǎng)懸空，上、下層空氣自然流通，能使織物正反面較為穩(wěn)定和均勻地含有水分，且易于擺放織物。對于本實(shí)驗(yàn)中試樣含水率的確定，首先稱量未浸濕的試樣質(zhì)量并記錄，然后將浸濕試樣擺放在上述格狀瀝水籃中，最后在不同時間點(diǎn)對濕態(tài)蒸發(fā)的試樣稱質(zhì)量，通過公式計算得到含水率。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

選用YG541E型激光織物折皺彈性測試儀來測試織物折皺回復(fù)性能，該儀器可測量并計算出試樣壓重的急彈折皺回復(fù)角及緩彈折皺回復(fù)角[2]。采用上海天平儀器廠生產(chǎn)的FA110Y型電子天平測量試樣質(zhì)量，精確到±0.001 g。

1.4 實(shí)驗(yàn)過程

濕態(tài)織物在實(shí)驗(yàn)過程中，其試樣回復(fù)翼易黏附在儀器薄膜上，從而無法得出有效數(shù)據(jù)。預(yù)實(shí)驗(yàn)表明，棉織物在含水率超過45%時出現(xiàn)大量無效值，低于45%時無效數(shù)據(jù)占2.3%，故將折皺回復(fù)角實(shí)驗(yàn)的含水率臨界值定為45%。試樣的干質(zhì)量默認(rèn)為試樣未浸濕狀態(tài)下的質(zhì)量，取3次稱量的平均值。借鑒織物含水率=[(濕質(zhì)量-干質(zhì)量)/濕質(zhì)量]×100%[2]，對浸濕蒸發(fā)后干、濕質(zhì)量結(jié)果進(jìn)行計算以確定織物含水率。

用YG541E型激光織物折皺彈性測試儀來測量試樣在不同含水率下壓重的急彈折皺回復(fù)角與緩彈折皺回復(fù)角，并分別進(jìn)行記錄。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)均在溫度為(20±2)℃，相對濕度為(65±4)%的環(huán)境中進(jìn)行。將試樣裁剪成圖1所示的形狀。準(zhǔn)備50塊試樣，經(jīng)向和緯向各25塊，壓力負(fù)荷為10 cN，加壓時間為5 min，在稱取試樣的干質(zhì)量前將試樣水平放置在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室內(nèi)平衡24 h。

圖1 試樣尺寸形狀(單位：mm)Fig.1 Size and shape of test sample(unit：mm)

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為方便實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄及分析，分別用0和1表示試樣的經(jīng)向和緯向，50組試樣急彈折皺回復(fù)角與緩彈折皺回復(fù)角實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Experimental results

表2(續(xù))

2.2 相關(guān)性分析

對50組試樣的含水率、經(jīng)緯向與急彈折皺回復(fù)角、緩彈折皺回復(fù)角的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

表3 相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis

由表3可知，含水率與急彈折皺回復(fù)角的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為-0.518，與緩彈折皺回復(fù)角的皮爾遜相關(guān)系數(shù)為-0.573，即織物含水率與急彈折皺回復(fù)角和緩彈折皺回復(fù)角均呈現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)。由此可知，織物含水率與急彈折皺回復(fù)角及緩彈折皺回復(fù)角是密切相關(guān)的，并且隨著織物含水率的提升，其濕態(tài)折皺回復(fù)性會逐漸變差，織物的抗皺性能也變差。試樣經(jīng)緯向與急彈折皺回復(fù)角和緩彈折皺回復(fù)角分別呈現(xiàn)低度相關(guān)和弱相關(guān)關(guān)系，皮爾遜相關(guān)系數(shù)均小于0.3，即試樣在濕態(tài)條件下，其布紋方向?qū)椢锘貜椥源嬖谝欢ㄓ绊憽＿@種影響表現(xiàn)為織物的緯向折皺回復(fù)角均大于經(jīng)向折皺回復(fù)角，可理解為織物的緯向濕態(tài)抗皺性能優(yōu)于經(jīng)向濕態(tài)抗皺性能。試樣為100%純棉平紋織物，由于平紋組織為一上一下的結(jié)構(gòu)，所以經(jīng)向和緯向上區(qū)別不大，導(dǎo)致經(jīng)緯向?qū)椢餄駪B(tài)折皺回復(fù)性能的影響偏小。

纖維素纖維分子結(jié)構(gòu)一般分為結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)兩個區(qū)域，結(jié)晶區(qū)的分子排列整齊，縫隙空洞少，較為穩(wěn)定，無定形區(qū)的分子排列不太整齊，縫隙和空洞較多，密度較低，分子間作用力較小[3-4]。在外力作用下，原始?xì)滏I發(fā)生斷裂，形成新的氫鍵組合，折皺也由此形成，這也是急彈折皺回復(fù)角和緩彈折皺回復(fù)角形成的原理。并且，棉纖維中纖維素含量占90%以上，其無定形區(qū)達(dá)到47%以上[5]，所以棉纖維本身極易起皺。此外，天然纖維無定形區(qū)存在大量親水基團(tuán)如羥基、羧基等，纖維一旦吸水，水分子以氫鍵的形式與纖維中親水基團(tuán)結(jié)合，纖維無定形區(qū)分子鏈變得十分疏松，很容易滑移。棉纖維在水中橫截面面積可增大40%以上，而長度僅增加1%～2%。干燥時不均勻回復(fù)會導(dǎo)致折皺產(chǎn)生[6-7]，當(dāng)濕度增加時，纖維材料更具塑性，纖維間的摩擦阻力也會變得更大，這些都會使織物的抗皺性能降低[8]。因此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，棉織物在濕態(tài)環(huán)境下更易起皺，且折皺回復(fù)性能隨著織物含水率的提升而逐漸降低。

2.3 回歸分析

通過上述相關(guān)性分析可知，經(jīng)緯向?qū)υ嚇诱郯櫥貜?fù)性能的影響較小，下面只研究含水率與折皺回復(fù)角的回歸關(guān)系。從含水率與急彈折皺回復(fù)角和緩彈折皺回復(fù)角的散點(diǎn)圖(圖2和圖3)可看出，折皺回復(fù)角與含水率呈現(xiàn)線性關(guān)系。

圖2 含水率與急彈折皺回復(fù)角的散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plot of moisture content andacute-elastic wrinkle recovery angle

圖3 含水率與緩彈折皺回復(fù)角的散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter plot of moisture content andslow-elastic wrinkle recovery angle

一元線性回歸研究的是一個自變量對一個因變量的數(shù)量關(guān)系，除自變量和因變量之間呈現(xiàn)線性關(guān)系外，因變量的取值是獨(dú)立的，故本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可進(jìn)行自變量為含水率、因變量為折皺回復(fù)角的一元線性回歸分析。

(1)急彈折皺回復(fù)角

織物含水率與其急彈折皺回復(fù)角之間有一定的相關(guān)關(guān)系，具體見表4和表5。由表4和表5可知，盡管R2=0.269，但F=17.622，大于3，顯著性值為0.000，小于0.05，表示該模型的建立是有意義的。

表4 含水率對急彈折皺回復(fù)角的回歸模型分析Tab.4 Regression model analysis of moisture content on acute-elastic wrinkle recovery angle

表5 含水率對急彈折皺回復(fù)角的回歸模型方差分析Tab.5 Variance analysis of regression model of moisture content on acute-elastic wrinkle recovery angle

該回歸模型的常數(shù)項(xiàng)為71.801，t值為14.445，顯著性值為0.000，含水率的未標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)為-81.090(表6)，故織物含水率與急彈折皺回復(fù)角的線性回歸方程為y=71.801-81.090x。式中：y為急彈折皺回復(fù)角，x為織物含水率。

表6 含水率與急彈折皺回復(fù)角的模型系數(shù)Tab.6 Model coefficients of moisture content and acute-elastic wrinkle recovery angle

(2)緩彈折皺回復(fù)角

織物含水率與其緩彈折皺回復(fù)角之間也有一定的相關(guān)關(guān)系，具體見表7和表8。由表7和表8可知，盡管R2=0.329，但F=23.500，大于3，顯著性值為0.000，小于0.05，表示該模型的建立同樣是有意義的。

表7 含水率對緩彈折皺回復(fù)角的回歸模型分析Tab.7 Regression model analysis of moisture content on slow-elastic wrinkle recovery angle

表8 含水率對緩彈折皺回復(fù)角的回歸模型方差分析Tab.8 Variance analysis of regression model of moisture content on slow-elastic wrinkle recovery angle

該回歸模型的常數(shù)項(xiàng)為90.691，顯著性值為0.000，含水率的未標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)為-92.873(表9)，故織物含水率與急彈折皺回復(fù)角的線性回歸方程為y=90.691-92.873x。式中：y為緩彈折皺回復(fù)角，x為織物含水率。

表9 含水率與緩彈折皺回復(fù)角的模型系數(shù)Tab.9 Model coefficients of moisture content and slow-elastic wrinkle recovery angle

(3) 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為了對模型準(zhǔn)確率進(jìn)行驗(yàn)證，選取與上述實(shí)驗(yàn)規(guī)格相同的5塊試樣，根據(jù)蒸發(fā)時間將含水率大致控制在均勻檔差范圍內(nèi)，計算得到準(zhǔn)確值分別為5.9%、11.3%、20.6%、33.2%、42.1%，并將試樣分別編為1#、2#、3#、4#、5#，測試試樣的急彈和緩彈折皺回復(fù)角，結(jié)果如表10所示。

表10 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tab.10 Results of verification experiment

表10中的實(shí)測值和預(yù)測值均符合正態(tài)分布，再進(jìn)行配對樣本t檢驗(yàn)分析，結(jié)果如表11和表12所示。在急彈折皺回復(fù)角實(shí)測值與預(yù)測值的配對樣本t檢驗(yàn)中顯著性值為0.795，在緩彈折皺回復(fù)角實(shí)測值與預(yù)測值最大差值的配對樣本t檢驗(yàn)中顯著性值為0.394，均大于0.05，即急彈折皺回復(fù)角和緩彈折皺回復(fù)角的預(yù)測值與實(shí)測值沒有顯著性差異。這說明本實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的回歸方程是有意義的，并能夠較好地應(yīng)用于純棉織物濕態(tài)下的折皺回復(fù)角分析。

表11 急彈折皺回復(fù)角實(shí)測值與預(yù)測值的配對樣本t檢驗(yàn)Tab.11 Paired-samples t test of measured and predicted values of acute-elastic wrinkle recovery angle

表12 緩彈折皺回復(fù)角實(shí)測值與預(yù)測值的配對樣本t檢驗(yàn)Tab.12 Paired-samples t test of measured and predicted values of slow-elastic wrinkle recovery angle

3 結(jié)論

本研究通過線性相關(guān)性分析得到織物含水率和折皺回復(fù)角的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，急彈折皺回復(fù)角和緩彈折皺回復(fù)角均隨含水率增大而變小，試樣干態(tài)和濕態(tài)下的折皺回復(fù)性能有較大差別，干態(tài)下試樣的折皺回復(fù)性能明顯優(yōu)于濕態(tài)下。并且，利用線性回歸分析建立了織物含水率與急彈折皺回復(fù)角和緩彈折皺回復(fù)角間的回歸模型，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。