纯棉织物压烫整理条件下的撕破性能测试
棉纤维细而柔软, 有良好的吸湿性、适中的强度、耐强碱 、耐有机溶剂 、耐漂白以及隔热耐热等优点,是纺织工业常用的纤维.棉织物在服装市场一直占主导地位(50 %以上),但其缺点是弹性和弹性回复性差[ 1] .棉织物在扭曲和潮湿的条件下, 纤维分子链之间的氢键断裂 , 通过滑移来平衡纤维所受的内应力 ,当扭曲应力去除后 ,氢键在新的位置已经形成 ,很难通过分子链的内旋转使之回到初始位置, 氢键的断裂和重建导致了棉织物或混纺棉织物易起皱[ 2] .
纺织工业通过耐久压烫(durable press, DP)整理 , 使用交联剂与邻近纤维素通过共价交联形成网络结构 ,使纤维素和交联剂之间形成一个相对稳定的状态来提高棉织物的抗皱性.DP 整理所使用的交联剂主要有 3 类 :N-羟甲基酰胺类 、多元羧酸类和醛类 .N- 羟甲基酰胺类主要是二羟甲基二羟基乙烯脲 DMDHEU(2D 树脂)和改性 2D 树脂(织物强力下降 50 %左右)[ 3] .由于甲醛被世界卫生组织认定为一种可能的致癌原[ 4],为了开发无甲醛整理剂, 研究者开始使用多元羧酸整理剂来整理棉织物以赋予棉织物抗皱性能.W ELCH[ 5] 利用丁烷四羧酸(BTCA)来整理棉织物 ,不但避免了整理后织物的甲醛释放, 而且整理后的织物具有手感柔软 , 较高的耐久压烫性, 没有难闻的气味等优点, 但整理后织物的强力下降严重(下降高于 50 %).醛类整理织物的缺点是织物变黄和强力下降严重[ 6] .不管采用哪种整理剂 , DP 整理后织物的撕破强力下降严重一直困扰着纺织工业界 , 这不但降低了织物的耐久性 , 而且阻碍了 DP 整理在棉织物的广泛应用 .
撕裂破坏主要是靠撕裂三角区的局部应力场作用(见图 1).不同的测试方法, 其破坏机理是不同的.梯形法是拉伸作用,单缝法是剪切作用(双缝法、落锤法和翼型法与单缝法机理相似).这两种破坏机理有一些共同点 :织物撕破过程是纱线的逐根断裂,即受力三角形中纱线的受力是不均匀的, 受力三角形底边的纱线受力大 , 受力三角形顶点处的纱线尚未受力 .撕破强力的大小与撕破过程中的受力三角形的大小成正比, 与纱线的断裂强力和断裂伸长率成正比[ 1] .
影响织物撕破强力的因素主要为织物的组织结构 、织物的经纬纱密度 、纱线断裂强力、纱线的断裂伸长率以及纱线的结构形态等[ 1 , 7-9] .织物的组织结构不同 , 经纬纱在织物中的交错情况及交织点数就不同 , 撕裂时纱线的滑移程度也就不同 .撕裂时纱线间的摩擦力将影响受力三角区的形状以及撕破强力的大小 .织物的经纬纱密度同样影响纱线之间的交错次数 、浮长以及纱线间的摩擦力和滑移情况 ,将终影响撕破的受力三角区和受力的纱线根数 .纱线断裂强力和断裂伸长率对撕破时的受力三角区和受力的纱线根数有影响 ,也影响撕破强力大小[ 7-9] .
为此, 本文对免烫整理前后织物的拉伸、撕破强力 、组成织物的纱线的断裂强力和断裂伸长率 、纱线间的交织阻力和纱线的表面形态等指标进行测试与分析, 为提高免烫整理后织物的撕破强力提供一定的科学依据 .
1 试 验
1 .1 试样 、药品及仪器
本文所使用试样的基本参数如表 1 所示.
原料与试剂 :免烫树脂 LT ,氯化镁类催化剂, 聚乙烯 PE 柔软剂, 渗透剂 JFC(非离子型),均由上海市纺织科学研究院提供.
仪器:YG 541B 型织物折皱弹性测试仪(宁波纺织仪器 厂), INST RON 5566 强 力试 验机(英 国NS TRON 公司), KH-1000 数字式三维视频测试系统(美国科士达公司).
1 .2 整理工艺
(1)织物浸轧整理液 、二浸二轧(轧余率 75 %~85 %),预烘(80 ℃, 5 min), 焙烘(150 ℃, 2 min),水洗(蒸馏水, 50 ℃, 15 min),烘干(80 ℃, 5 min).
(2)1 #和 2 # 试样, 广东溢达潮交联工艺处理.
1 .3 测试方法
织物折皱回复角(WA R)、拉伸强力和撕破强力分别根据 GB/ T 3819 —1997(折痕水平回复法)、GB/T 3923 .1 —1997(条样法)和 GB/T 3917 .2 —1997(舌形试样法)测试 , 织物中抽拔出的纱线断裂强力和断裂伸长率按 GB/ T 3916 —1997 测试 .
2 结果与讨论
2 .1 对免烫整理后织物的拉伸、撕破测试分析
分别对耐久压烫整理前后紧密纺织物的拉伸 、撕 破强 力进 行测 试 , 测 试结 果 如表 2 和 3所示 .
从表 2 和 3 可以看出 , 整理后织物的拉伸强力、撕破强力都有不同程度的下降, 1 #织物的拉伸强力下降 40 %左右, 撕破强力的下降更严重 , 下降超过了 50 %, 严重影响了制成服装的耐久性 .
2 .2 纱线的表面形态结构
分别对 DP 整理前后织物的经纬向纱线纵向形态在 KH-1000 下进行观察 ,如图 2 和 3 所示.从图 2 和 3 处理前后纱线的表面形态可以清晰地看出 ,免烫处理后纱线表面光洁 , 同时纱线表面的毛羽有所减少.处理后纱线的表面光洁 、毛羽少, 滑移性好 , 撕裂三角区大 , 承受外力的纱线多 ,使得每根纱线的受力减小 , 纱线就不易断裂 .反之, 如果纱线表面粗糙 , 毛羽多 、滑移性差, 比较僵硬, 撕裂三角区比较小 , 共同承受力的纱线少, 每根纱线承受的力比较大, 很容易断裂[ 10] .因此 , 处理后纱线表面形态的变化可能不是影响撕破强力下降的主要因素 。
2 .3 纱线断裂强力和断裂伸长率
分别从 DP 整理前后织物中抽拔出纱线 , 测试整理前后纱线的强力和断裂伸长率, 测试结果如表4 所示.
表 4 表明, 对于 1 #和 2 #试样 , 从织物中取出的纱线强力保留率大致在 60 %~ 75 %范围内, 要比织物的拉伸和撕破的强力保留率高 10 %~ 25 %.免烫整理后织物的强力损失可以归为 3 部分:纤维的强力损失、纱线的强力损失和织物的强力损失 .免烫整理工艺对织物的强力损失大约在 50 %,纱线的强力损失大约在 25 %~ 40 %.因此 , 免烫整理后纱线的强力损失是织物拉伸和撕破强力损失的重要因素 .
纱线强力下降的一个重要原因就是纤维强力的下降 .DP 整理引起棉织物的强力损失主要有两方面:酸性处理液对棉纤维的降解和交联引起的强力下降[ 11-12] .因酸引起的强力损失是不可逆的, 而由于交联引起的强力是一个可逆的过程[ 13] .酸不但降低了纤维的聚合度 、相对分子质量[ 14-15], 还对纤维晶区有破坏作用,使结晶度下降, 结晶尺寸变小[ 16] .交联引起的强力下降是由于交联使纤维素大分子链受力时移动受到了限制, 导致纤维素分子链的断裂 ,从而引起强力下降[ 17] .纤维的强力损失将在后续的研究中进行分析.
表 4 还表明, 织物的撕破强力不仅与纱线的强力有关 ,也与纱线的断裂伸长率密切相关.对 2 #试样而言 ,纬向单纱的断裂伸长率要大于经向的断裂伸长率 ,导致 2 #试样的经向撕破强力大于纬向撕破强力(见表 3).1 #试样的情况相同(见表 2).这说明 ,织物的撕破强力不仅与纱线的强力有关 ,还与纱线的断裂伸长率密切相关 .单纱强力相等时, 纱线的断裂伸长率越大 , 受力三角区越大, 同时共同承受纱线根数越多 , 撕破更加困难, 撕破强力也大。
2 .4 纱线的交织阻力
为了更好地理解免烫整理工艺对纱线间摩擦情况的影响, 对 1 #和 2 #试样的交织阻力测试结果如表 5 所示 .从表 5 可以看出, 经过抗皱处理后纱线的交织阻力变化并不大 , 而且有所下降, 纱线抽拔力相差0 .01 ~ 0 .06 N .这可能由于处理后纱线形态有所改善 .另外对于斜纹织物 2 #试样而言 ,纬向的交织阻力比经向大 ,这是由于一般织物的经密比纬密大, 纬纱在抽拔时受到较多根经纱的摩擦阻力, 使得纬向的交织阻力比经向大 .对于平纹织物 1 #试样而言,经密同样大于纬密 , 而纬向的交织阻力却明显小于经向.这说明织物组织结构对纱线交织阻力也有一定的影响.
2 .5 织物 、纱线的结构
织物的组织结构、纱线结构对织物的撕破强力也有很大的影响.分别对 1 #, 2 #和 3 #试样处理前后的撕破强力进行了测试分析,如表 6 所示 .
从表 6 可以看出 , 普通环锭纺平纹织物 3 #试样的撕破强力小于10 N , 而紧密纺织物 1 #和 2 #试样的撕破强力在 25 ~ 45 N 之间.即使免烫整理后织物的撕破强力均保持 50 %左右 ,处理后紧密纺织物的撕破强力绝对值远比普通环锭纺织物的撕破强力大.这是因为紧密纺纱线的高取向度和低毛羽量使得纱线断裂强力高于环锭纺[ 18],同时紧密纺纱线光洁和毛羽少 ,撕裂时纱线易滑移 ,以上两个因素大大提高了织物的撕破强力.
表 6 还表明 ,对于 1 #, 2 #, 3 #试样的经向撕破强力保留率都大于纬向强力保留率.这是因为对于以上 3 种织物 ,经密都大于纬密, 纬纱在织物中要比经纱更加弯曲 ,交联对纬纱的影响比经纱大 ;另外一个原因是纬纱的轧余率要比经纱的大, 交联引起的强力下降要比经纱大[ 13] .
3 结 语
(1)组成织物的纱线结构 、断裂强力和断裂伸长率对织物的撕破强力有显著影响.紧密纺的纱线强力要比环锭纺的强力大 ,另外紧密纺纱线光洁, 因此,织成的织物撕破强力比环锭纺织物的撕破强力要大 .
(2)织物的组织结构 、经纬纱密度对织物的撕破强力也有影响 .平纹的撕破强力比斜纹的低 .交织点越多,纱线之间的摩擦力增大, 滑移就困难, 撕裂三角区小 ,受力的纱线根数就少,撕破强力就低.
(3)免烫整理工艺对纱线的表面状况有影响,整理后的纱线毛羽较少, 表面光滑, 但对纱线间的交织阻力影响不大 .
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