随着社会发展和物质生活水平的提高,人们对服装性能的要求也越来越高,通过改变纱线结构来改善服装面料的性能已成为未来市场的重要方向。纯棉织物一直是人们比较喜欢的类型,主要是因为棉纤维拥有柔软亲肤、吸湿性好、天然健康等优点,但棉织物在穿着中最大的问题之一是棉织物的散湿性不好,严重影响了棉织物在夏季多汗情况下的使用效果[1]。目前虽然有专业人士通过对棉织物进行结构设计或者化学改性改善棉织物的散湿性[2⁃4],但在纱线这一方面进行结构设计的研究还没有报道。因此通过采用纯物理的办法进行纱线的结构设计来改善纯棉织物的散湿性是科研工作者需要努力的方向[5⁃7]。市面上散湿性比较好的纤维有麻类纤维和异形纤维,如苎麻和Coolmax纤维等[8⁃9],通过整体分析这些散湿性好的纤维,我们可以发现这些纤维的表面都具有沟槽、横节竖纹、细小孔洞之类的特征[10⁃11],形成的纱线也会具有这样的结构特征。因此,根据影响透湿性的因素来看,织物的散湿性与织物中的孔洞、通道、毛细管有很大的关系。这些结构特征是棉纤维和普通棉纱所不具备的。因此,要想得到散湿性较好的纯棉织物,就需要对纱线的结构进行设计,而沟槽结构是已经被证明有效可行的一种散湿结构。本文在环锭细纱机上使用涤纶热熔丝和维纶水溶丝与纯棉粗纱进行包缠纺,再将该包缠纱在烘箱中进行110 ℃的高温处理,使纱线表面的涤纶热熔丝先被熔化,冷却后的产物将维纶水溶丝和纯棉纱体进行固定,再通过高温水浴溶解维纶水溶丝,此时维纶水溶丝空出的部位就形成了沟槽,且由于有涤纶热熔丝熔化冷却后的产物起到固定这个空间的作用,因此纱线的表面就形成比较稳定的沟槽结构。1 试验部分1.1 试验材料采用定量3.70 g/10 m的纯棉粗纱作为短纤须条,该粗纱由武汉裕大华纺织服装集团提供;采用5.56 tex/12 F涤纶热熔丝在110 ℃高温下熔化,该长丝由宇涛特纤有限公司提供;采用3.78 tex维纶水溶丝在75 ℃水浴中溶解,该长丝由日本Nitivy公司提供;采用SVA⁃71浆料由淀粉与丙烯酸类单体接枝共聚合成,由湖北顶新环保生物质材料有限公司提供;退浆的硫酸(分子量为98.08)由国药集团化学试剂有限公司提供。1.2 试验过程及参数在DSSp⁃01A 型数字式小样细纱机上对涤纶热熔丝、维纶水溶丝和纯棉粗纱进行包缠纱的纺制。纺纱工艺参数:粗纱定量3.70 g/10 m,前罗拉速度6.89 m/min,总牵伸26.4倍,锭速7 000 r/min,捻系数380。在烘箱中对该包缠纱先进行110 ℃高温处理,熔化涤纶热熔丝,再进行75 ℃水浴溶解维纶水溶丝,最后形成沟槽结构纱(以下简称沟槽纱)。在GA391型单纱浆机上对沟槽纱进行上浆,上浆工艺参数:选用SVA⁃71浆料,浆液浓度6%,煮浆温度95 ℃,煮浆时间45 min,上浆方式为单浸单压。因沟槽纱中的涤纶热熔丝熔化后以薄膜的形式存在纱体中,因此为了保证试验的机织物成分相同,在SGA598⁃SD型半自动打样机上对上浆后的沟槽纱和相同规格的涤棉包缠纱分别进行机织物的织造。织造工艺参数:经纬纱号数19.56 tex,经密240根/10 cm,纬密150根/10 cm,组织规格为三上一下左斜纹。对两块机织物进行退浆处理,采用硫酸退浆法,退浆工艺参数:退浆温度100 ℃,退浆时间30 min;退浆后碘液检测无蓝色变化。1.3 纱线测试处理前后的包缠纱在标准条件下放置48 h进行预调湿,并在相同条件下测试纱线各项指标。采用JSM⁃6510LV型电子显微镜观察每个处理阶段后的纱线表面结构。根据FZ/T 01086—2000《纺织品 纱线毛羽测定方法 投影计数法》,采用YG173A型纱线毛羽测试仪测试纱线毛羽,测试纱线片段长度 10 m,测试速度30 m/min,处理前后的纱各测 10 次,取平均值。根据 GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》,采用 YG068C型全自动单纱强力仪测试成纱强伸性能,纱线拉伸速度为500 mm/min,两端夹持距离为500 mm,处理前后的纱各测量20次,取平均值。根据GB/T 3292.1—2008《纺织品 纱线条干不匀试验方法 第1部分:电容法》,用YG133B/M型条干均匀度测试仪测试管纱成纱条干,测试速度400 m/min,测试时间1 min。1.4 织物测试在标准条件下将机织物放置48 h进行预调湿,并在相同条件下测试织物的吸湿快干指标。采用JSM⁃6510LV型电子显微镜观察涤棉纱机织物和沟槽纱机织物的表面结构。根据 GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定 滴水扩散时间》,每个样品裁取5块试样,每块试样的尺寸为10 cm×10 cm,记录扩散时间取平均值。根据GB/T 21655.1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定 水分蒸发速率和蒸发时间》,试样的尺寸为10 cm×10 cm,每隔(5±0.5)min称取一次质量,精确至0.001 g,绘制“时间⁃蒸发量曲线”。根据FZ/T 01071—2008《纺织品 毛细效应试验方法》规定执行,用YG(B)871型毛细管效应测定仪测试布样条的芯吸高度,每个样品的经纬向分别剪3条,每条试样长30 cm,宽2.5 cm,测试结果取平均值。根据GB/T 12704.2—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分:蒸发法》的规定执行,采用YG601H型电脑型织物透湿仪对织物的透湿量进行检测,试样直径为70 mm,每个样品取3个试样,得到的透湿量取平均值。2 试验结果分析及表征2.1 处理前后纱线的结构分析为了客观地确认每一阶段处理后的纱线表面有明显的变化,观察原纱的纱线表面结构图如图1(a)所示,先处理涤纶热熔丝后的纱线表面结构图如图1(b)所示,先处理涤纶再处理维纶后的纱线表面结构图如图1(c)所示,先处理维纶水溶丝后的纱线表面结构图如图1(d)所示,先处理维纶再处理涤纶后的纱线表面结构图如图1(e)所示。另外,为了进一步观察纱线的沟槽结构,观察原纱的横截面结构图如图2(a)所示,沟槽结构纱的横截面结构图如图2(b)所示。图1纱线纵向表面结构图.F001(d)先处理维纶水溶丝后纱线表面.F002(e)先处理维纶再处理涤纶纱线表面图图2纱线横截面结构图.F003(a)原纱表面图.F004(b)先处理涤纶热熔丝后纱线表面图.F005(c)先处理涤纶再处理维纶纱线表面图.F006(a)原纱的横截面结构图.F007(b)沟槽纱的横截面结构图由图1(a)可以清楚地看到,涤纶热熔丝和维纶水溶丝与纯棉粗纱成功地纺制出包缠纱,其中涤纶热熔丝和维纶水溶丝靠近在一起,两者呈螺旋式包缠在棉纤维纱体的外层。由图1(b)可以清楚地看到,涤纶热熔丝熔化后在纱体的表面形成了一层薄膜,覆盖在了维纶水溶丝的表面,同时黏结了维纶水溶丝和纯棉纱体,证明了先处理涤纶热熔丝会形成薄膜状物质来黏结维纶水溶丝和纯棉纱体,有利于固定溶解维纶水溶丝后形成的局部空间。由图1(c)可以清楚地看到,纱体的表面有比较明显的沟槽,维纶水溶丝被溶解后形成了沟槽,涤纶热熔丝熔化产生的物质在沟槽四周存在,起到固定沟槽的作用,两者共同作用下才能形成稳定明显的沟槽结构。证明了先处理涤纶热熔丝再处理维纶水溶丝的方法能形成稳定连续的沟槽。由图1(d)可以清楚地看到,先处理维纶水溶丝后纱体的表面没有出现明显的空间部分,涤纶热熔丝和棉纤维处于包缠状态。维纶水溶丝被溶解后确实会形成空间部位,但由于没有其他物质来固定这个空间部位,那么形成的空间部位将被其他棉纤维填补,无法获得稳定的空间结构。由图1(e)可以清楚地看到,纱体表面没有明显的沟槽,由于先进行维纶水溶丝的溶解,导致维纶水溶丝溶解后的空间没有被其他物质进行固定,则被纯棉纱体占据,再熔化涤纶热熔丝产生的产物已经起不到固定沟槽的作用。因此采用先溶解维纶水溶丝再熔化涤纶热熔丝的方法无法形成比较明显稳定连续的沟槽。由图2(a)可以清楚地看到,原纱的横截面处于一种散乱的结构,棉纤维和涤纶热熔丝以及维纶水溶丝包缠在一起,未看到明显的沟槽,整体类似圆形散乱截面。由图2(b)可以清楚地看到,沟槽纱的横截面出现了明显的缺口,该缺口是沟槽的截面,因此证明了纱线在处理之后形成了沟槽,且沟槽清晰可见。综上所述,通过对纱线横纵向表面形态进行观察,发现溶解维纶水溶丝可以形成空间部位,熔化涤纶热熔丝的产物可以固定这个空间部位,同时也证明,只有通过先熔化涤纶热熔丝再溶解维纶水溶丝的方法,才可以在纱线表面形成稳定连续的沟槽结构。2.2 纱线毛羽分析毛羽指标是判断纱线质量的重要指标之一,影响到纱线的织造和织物的穿着舒适性,本文需确保该纺纱方法不影响纱线的毛羽指标,为实际生产应用做好准备。将处理前的纱线与处理后的纱线进行毛羽情况测试后,取平均值,结果如表 1所示。.T001表1纱线毛羽指标纱线类型毛羽数/根·(10 m)-11 mm2 mm3 mm处理前1 065.4±127.6208.0±23.076.3±20.7处理后1 182.5±88.4220.5±21.254.0±14.3由表1中数据可以看出,处理前后纱线的毛羽数量和分布没有太大的区别,主要区别表现在处理后纱线的毛羽在1 mm和2 mm长度上的数量多于处理前纱线的毛羽数量,但其长毛羽数量又少于处理前纱线的长毛羽数量。出现该现象的原因主要是纱线表面的维纶水溶丝被溶解后纤维整体变得松散,而涤纶热熔丝被熔化后也起不到收紧纤维的作用,只能在局部对沟槽进行保护,因此纱线表面的一些短小纤维就全部露了出来,但由于涤纶热熔丝熔化后形成的物质对纤维局部进行了固结,使得较长的毛羽受到了约束,从而出现处理后纱线的长毛羽数量要少于处理前纱线的长毛羽数量。因此,通过表1中的整体数据来看,可以证明该方法形成的沟槽纱并没有因为要对纱线进行处理而影响纱线最终的毛羽指标。2.3 纱线强力分析强力指标也是判断纱线质量的重要指标之一,影响到纱线的可织性和织物的耐穿性,本文需确保该纺纱方法生产的纱线强力指标是正常的,为实际生产应用做好准备。已知处理前纱线的号数为23.36 tex,处理后纱线的号数为19.56 tex,对处理前纱线和处理后纱线的强伸性能测试结果取平均值,结果如下。.T002项目处理前处理后断裂强度/ cN·tex-111.249.8断裂伸长率/%7.544.0从处理前后数据对比可以看出,在断裂强度方面,处理前纱线的强度要远高于处理后纱线的强度,且断裂伸长率也比处理后的纱线大。这是因为处理前纱线由于有涤纶热熔丝和维纶水溶丝包缠的情况存在,所以纱线强度明显高于处理后纱线的强度;同时由于处理前纱线外面包缠了长丝,使得在拉伸断裂的时候长丝的断裂伸长率会影响纱线整体的断裂伸长率,所以断裂伸长率大于处理后的纱线。相比于没有长丝包缠的普通棉纱来讲,沟槽纱的强度指标虽有下降,但在后续的实际生产中可以满足强度的实际需求,同时也从侧面反映纱线被处理成功,获得了沟槽。2.4 纱线条干分析条干指标是判断纱线质量的重要指标之一,影响到织物的成形和织物的外观,本文需确保该纺纱方法生产的纱线条干指标是正常的,为实际生产应用做好准备。对处理前纱线和处理后纱线进行条干检测分析,结果如表2所示。.T003表2纱线条干性能指标纱线类型条干CV值/%细节/个·km-1粗节/个·km-1棉结/个·km-1处理前12.2800220.0处理后13.5620.060.0100.0由表2中数据可以看出,处理前纱线条干均匀度比处理后纱线条干均匀度好,主要是由于涤纶热熔丝熔化后在纱体表面形成了不均匀分布的物质,同时维纶水溶丝溶解后又形成了沟槽,因此造成了处理后纱线的条干均匀度比处理前纱线要差一些的现象,但不影响后道工序的生产以及布面风格的形成。另外通过分析细节和粗节的数量也可以看出,处理后纱线由于沟槽的存在使得纱线存在细节,同时由于涤纶热熔丝熔化后分布不均匀的特点造成了纱线存在相应的粗节,因此间接证明了该方法制备的沟槽纱是完全成功的。2.5 机织物的表面结构分析为了客观地确认织物的表面有比较明显的沟槽,观察普通涤棉包缠纱机织物(以下简称涤棉纱机织物)表面结构图如图3(a)所示,沟槽纱机织物表面结构图如图3(b)所示。图3机织物表面结构图.F008(a)涤棉纱机织物表面结构图.F009(b)沟槽纱机织物表面结构图由图3(a)可以清楚地看到,涤棉纱机织物的表面是正常的包缠结构,纱线以类似圆柱体的形状织造在一起。由图3(b)可以清楚地看到,沟槽纱机织物表面的纱线含有沟槽结构,证明在上浆织造过程中没有破坏沟槽结构,该方法形成的沟槽结构可以满足实际生产。2.6 机织物的滴水扩散时间分析滴水扩散时间指标表示水在织物表面扩散的时间,表征织物吸水的快慢程度。对涤棉纱机织物和沟槽纱机织物进行滴水扩散时间检测,结果如表3所示。.T004表3滴水扩散时间指标织物类型滴水扩散时间/s第1次第2次第3次涤棉纱机织物15.9116.1217.33沟槽纱机织物12.3612.3312.31由表3中数据可以看出,沟槽纱机织物对水的吸收速度明显高于涤棉纱机织物的吸收速度。本文采用3次重复性试验发现,试验结果具有高度的统一性,充分表明沟槽纱机织物中的沟槽结构起到了快速让水分通过的作用,加快了水向四周扩散的速度,其中滴水扩散时间平均减少25.04%。2.7 机织物的水分蒸发速率和蒸发时间分析水分蒸发速率和蒸发时间指标表明水分从织物中散湿到空气中的快慢程度,是表征织物快干特点的一类指标。对涤棉纱机织物和沟槽纱机织物进行水分蒸发速率和蒸发时间检测,结果如图4所示。.F010图4时间⁃蒸发量曲线由图4可看出,每个时间段沟槽纱机织物的蒸发速率高于涤棉纱机织物的蒸发速率,体现在相同时间段里沟槽纱机织物的蒸发量大于涤棉纱机织物的蒸发量,可以证明沟槽纱机织物的快干能力大于涤棉纱机织物。该试验结论充分反映了沟槽纱机织物的沟槽结构加快了水分的蒸发,也证明了沟槽结构具有比较好的毛细效应。2.8 机织物的芯吸高度分析芯吸高度表明水分在织物中传递高度,是表征织物毛细效应的指标。对涤棉纱机织物和沟槽纱机织物进行芯吸高度检测,结果如表4所示。.T005表4芯吸高度指标芯吸时间/min涤棉纱机织物芯吸高度/cm沟槽纱机织物芯吸高度/cm试验1试验2试验3试验1试验2试验356.05.24.86.56.05.8107.27.06.08.28.07.0158.17.96.89.19.08.0208.78.67.510.110.09.0259.19.08.010.510.69.6309.49.48.411.111.210.2由表4中的3次重复性试验来看,可以发现沟槽纱机织物在不同时间段的芯吸高度都大于涤棉纱机织物的芯吸高度,试验结果具有高度的统一性。这充分表明沟槽纱机织物在水分吸收和扩散能力方面高于涤棉纱机织物,其中30 min时芯吸高度平均提高19.48%;同时证明了由于沟槽的存在,沟槽纱机织物的毛细效应比涤棉纱机织物好。2.9 机织物的透湿量分析透湿量指标表明在规定时间内通过单位面积织物的水蒸气质量,是表征织物对水蒸气透过量的指标。对涤棉纱机织物和沟槽纱机织物进行透湿量检测,结果如表5所示。.T006表5透湿量指标织物类型透湿量/g·(m2·d)-1第1次第2次第3次涤棉纱机织物2 0122 0222 108沟槽纱机织物2 2762 2582 318注:数据为每平方米织物每天(24 h)的透湿量平均值由表5中的3次重复性试验来看,沟槽纱机织物的透湿量大于涤棉纱机织物的透湿量,主要是因为沟槽的存在加快了水蒸气的散发,证明了沟槽对织物的透湿性能有比较大的提升。3 结论本文分析了涤纶热熔丝和维纶水溶丝形成沟槽纱的纱线结构和性能,同时对比涤棉纱机织物和沟槽纱机织物的吸湿快干性能,得出以下结论:只有通过先熔化涤纶热熔丝再溶解维纶水溶丝的方法,才能在纯棉纱线表面形成稳定连续细小的沟槽结构;沟槽结构的存在会形成毛细效应,能加快液态水的导湿,有利于水蒸气的排放,其中滴水扩散时间平均减少25.04%,30 min时芯吸高度平均提高19.48%,透湿量平均提高11.56%;另外,沟槽结构的存在对纱线的毛羽、强力、条干有一定的影响,但可满足实际的生产和使用要求,有利于开发新的功能性棉织物产品。

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