胡振超，裘録杰，劉成霞，徐秀娟(浙江理工大學(xué) 成人教育學(xué)院，杭州 310018)

冷凍處理對(duì)絲織物結(jié)構(gòu)和性能的影響

胡振超，裘録杰，劉成霞，徐秀娟
(浙江理工大學(xué) 成人教育學(xué)院，杭州 310018)

將蠶絲織物在－28℃條件下進(jìn)行冷凍處理，利用掃描電鏡、紅外光譜分析儀、X射線衍射儀對(duì)處理前后絲織物的形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，利用織物拉伸儀和織物透氣性測(cè)定儀等對(duì)織物的力學(xué)性能、吸濕性能、透氣性等進(jìn)行測(cè)試和分析。結(jié)果表明，對(duì)絲綢織物濕冷處理后，織物的表面形態(tài)發(fā)生變化，力學(xué)性能與冷凍時(shí)間有明顯的相關(guān)性，透氣性能明顯增加。

冷凍處理；絲織物；物理性能；透氣性能

蠶絲作為優(yōu)良的服飾材料，有著“纖維皇后”的美譽(yù)。然而，真絲作為夏季和內(nèi)衣服裝面料在舒適性方面仍然存在不少問題，如出汗后易沾身、冬季內(nèi)衣有接觸冷感、產(chǎn)品保形性差、彈性差，等等。對(duì)蠶絲內(nèi)在的品質(zhì)進(jìn)行改造而不影響其原有的屬性和風(fēng)格，是絲綢織物研究的熱點(diǎn)。長(zhǎng)期以來，研究人員致力于對(duì)蠶絲纖維的改性，采取物理、化學(xué)及基因技術(shù)等改性方法，以進(jìn)一步改善絲綢類產(chǎn)品的物理化學(xué)性能，但這類研究重點(diǎn)多在于蠶絲纖維的化學(xué)性能、熱濕、日照等作用對(duì)機(jī)械物理性能的影響，對(duì)生絲或蠶絲蛋白受低溫冷凍處理后其性能變化的研究相對(duì)較少[1-3]，對(duì)絲織物進(jìn)行冷凍處理，探討織物性能變化的研究，很少有文獻(xiàn)報(bào)道。為此，本研究選用常用的絲織縐類織物為對(duì)象，探討冷凍處理對(duì)絲織物的吸濕性能、透氣性能和力學(xué)性能等物理性能的影響。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料及儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料

真絲雙縐1：面密度80 g/m2，表觀厚度0.19 mm；真絲雙縐2：面密度90 g/m2，表觀厚度0.23 mm。

1.1.2 試驗(yàn)儀器和設(shè)備

YG461D織物透氣量?jī)x，LLY-01電子硬挺度儀，YG541織物折皺彈性測(cè)試儀，YG065織物強(qiáng)力機(jī)，Y802八籃恒溫烘箱，JSM-5610LV掃描電鏡SEM，ARL X射線衍射儀，Nicolet 5700傅里葉變換紅外光譜儀。

1.2 試樣處理

絲織物→蒸餾水調(diào)濕→－28 ℃冷凍處理一定時(shí)間→室溫解凍→50 ℃干燥2 h→恒溫恒濕室平衡24 h→備用。其中，蒸餾水調(diào)濕處理是指將絲織物直接放入蒸餾水中，使絲織物完全吸水，文后提到的調(diào)濕處理均指將絲織物直接放入蒸餾水中，使織物完全吸水的過程。

1.3 測(cè)試方法

表面形態(tài)觀察：采用掃描電子顯微鏡(JSM-5610LV型)觀察樣品的表面形態(tài)。

X射線衍射(XRD)測(cè)試：采用ARL X射線衍射儀測(cè)試樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。測(cè)試條件：Cu靶Kα射線，管壓40 kV，管流40 mA，掃描速度5(°)/min，掃描范圍為5°～50°。

紅外光譜(FTIR-ATR)分析：利用傅里葉變換紅外光譜儀(Nicolet 5700)，在全反射模式下測(cè)定樣品的紅外光譜圖。

織物回潮率測(cè)試：根據(jù)GB/T 6503—2001《合成纖維長(zhǎng)絲回潮率試驗(yàn)方法》測(cè)試樣品的回潮率。

織物透氣性的測(cè)定：根據(jù)GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性測(cè)定》測(cè)定樣品的透氣性。

織物斷裂強(qiáng)度的測(cè)定：根據(jù)GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法》測(cè)試樣品的斷裂強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 冷凍處理對(duì)絲織物表面形態(tài)的影響

利用掃描電子顯微鏡分別對(duì)未經(jīng)處理的原樣、直接冷凍處理的絲織物、蒸餾水濕后冷凍處理48 h的絲織物的表面形態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出，與未處理絲織物(圖1a)相比，未調(diào)濕的織物經(jīng)過冷凍處理后，表面形態(tài)基本不變(圖1b)，但蒸餾水調(diào)濕處理的織物經(jīng)冷凍處理后，經(jīng)線與緯線在交織點(diǎn)處空隙變大，部分經(jīng)線(或緯線)之間產(chǎn)生較大的空隙(圖1c)。這是因?yàn)槲凑{(diào)濕的絲織物中，水分含量在10 %左右(回潮率11 %左右)，冷凍后體積膨脹不多；而調(diào)濕處理后，濕態(tài)絲織物中含有大量水分，經(jīng)過冷凍處理，由于冰的比重比水小，水成冰后體積變大，導(dǎo)致纖維間的空隙增大。

2.2 冷凍處理對(duì)絲纖維結(jié)晶度的影響

圖2為原樣、未調(diào)濕樣品冷凍處理及調(diào)濕樣品冷凍處理(濕態(tài)冷凍)不同時(shí)間后的X射線衍射圖。從圖2可知，各蠶絲纖維均在2θ＝20.5°處出現(xiàn)X射線衍射主峰，這是具有較高取向的β型結(jié)構(gòu)絲素的特征峰[4-5]。但峰的強(qiáng)度具有明顯的差異，未調(diào)濕樣品經(jīng)過冷凍處理后與原樣的曲線基本重合，而經(jīng)過48 h冷凍處理的樣品主峰強(qiáng)度下降最為明顯，其他調(diào)濕處理樣品的峰強(qiáng)度也有不同程度的下降，可見調(diào)濕處理后冷凍，使絲織物的結(jié)晶程度有所下降。分析是由于調(diào)濕處理及冷凍過程中，部分水分子進(jìn)入了纖維大分子之間，當(dāng)水分子結(jié)冰后，體積膨脹使纖維分子原先的規(guī)整排列遭破壞，從而使結(jié)晶度下降。而隨著冷凍時(shí)間的增加，由于升華現(xiàn)象而使結(jié)晶度又有所提高。

圖2 冷凍處理對(duì)絲纖維結(jié)晶度的影響Fig.2 Infl uence of the Freezing Treatment on theCrystallinity of Silk Fibers

2.3 冷凍處理對(duì)絲纖維結(jié)構(gòu)的影響

圖3為試樣通過調(diào)濕后，在濕態(tài)下經(jīng)過不同時(shí)間的冷凍處理后的紅外光譜圖。由圖3可知，在酰胺I區(qū)域(對(duì)應(yīng)C＝O的伸縮振動(dòng)，絲蛋白的紅外光譜中酰胺I區(qū)域的信號(hào)最強(qiáng)烈)內(nèi)，調(diào)濕狀態(tài)下經(jīng)過冷凍處理后，位于1 630 cm-1附近的特征峰無明顯偏移，此特征峰位為β-折疊結(jié)構(gòu)[6]。這表明在一定的范圍內(nèi)，蠶絲經(jīng)冷凍處理后，沒有新的化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能性基團(tuán)生成，試樣的主體化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有明顯變化，但是各特征吸收峰處的譜帶強(qiáng)度有所減弱，分析其原因是纖維在低溫作用下，有部分結(jié)晶帶被破壞，導(dǎo)致一些特征譜帶的強(qiáng)度有所下降。

圖3 冷凍纖維的FT-IR光譜Fig.3 FT-IR Spectra of Frozen Silk Fibers

2.4 冷凍處理對(duì)織物回潮率的影響

表1為原樣、未調(diào)濕樣品和調(diào)濕樣品經(jīng)過48 h冷凍，并在50 ℃下烘干后，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下平衡24 h以上的回潮率測(cè)試結(jié)果。

表1 冷凍處理對(duì)織物回潮率的影響Tab.1 Infl uence of the Freezing Treatment on the Moisture Regain of Silk Fabrics

由表1可知，調(diào)濕后冷凍處理的絲織品的回潮率(吸濕性)略有增加，未調(diào)濕的絲織品冷凍處理后回潮率略有減小，但影響不大，變化率不超過±5 %。

2.5 冷凍處理對(duì)織物透氣性的影響

圖4是絲織物調(diào)濕后，在濕態(tài)下經(jīng)過冷凍處理后，織物的透氣性變化情況。從圖4可以看出，濕冷處理對(duì)織物的透氣性有顯著的影響。處理后1 h內(nèi)，織物的透氣率快速上升，到1 h時(shí)達(dá)到原樣的200 %以上，但冷凍處理2 h后，織物的透氣率有所下降，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，透氣性基本趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)闈駪B(tài)絲織物經(jīng)過－28 ℃的環(huán)境中冷凍處理后，絲織物中的水結(jié)冰后體積膨脹，一方面，造成原有絲纖維之間的應(yīng)力平衡被破壞，使少量纖維出現(xiàn)裂痕或微小的空穴，另一方面，交織點(diǎn)之間因?yàn)楹枯^大，從而使體積變化更為明顯，這從圖1中可以得到很好的說明。當(dāng)冷凍的絲織物從低溫狀態(tài)回復(fù)到常溫狀態(tài)，經(jīng)過在50 ℃的環(huán)境中干燥后,大量的物理吸附水分被蒸發(fā)，因結(jié)冰而體積膨脹所產(chǎn)生的裂痕或微小的空穴和增大的交織點(diǎn)處的空隙率被保留下來，從而使織物的透氣性增加。

圖4 冷凍處理時(shí)間對(duì)織物透氣性的影響Fig.4 Infl uence of the Freezing Treatment Time on the Air Permeability of Silk Fabrics

2.6 冷凍處理對(duì)織物斷裂強(qiáng)度的影響

圖5 冷凍處理時(shí)間對(duì)織物斷裂強(qiáng)度的影響Fig.5 Infl uence of the Freezing Treatment Time on the Breaking Strength of Silk Fabrics

圖5 為織物強(qiáng)度保留率隨冷凍處理時(shí)間的變化關(guān)系圖。由圖5可知，在調(diào)濕狀態(tài)下，對(duì)絲織物進(jìn)行濕冷處理，在處理時(shí)間為3 h以內(nèi)時(shí)，隨著冷凍處理時(shí)間的增加，織物的斷裂強(qiáng)度明顯下降。但3 h以后，下降速度趨于緩慢，15 h后基本不變，處于平衡狀態(tài)。原因是一方面絲織物經(jīng)過冷凍處理后，由于水變成冰后體積的變化，絲織物中的部分絲纖維因膨脹壓力而產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變乃至部分破壞，從而使絲織物在拉伸時(shí)的強(qiáng)力下降；另一方面當(dāng)絲織物經(jīng)過冷凍處理后，水結(jié)冰時(shí)體積膨脹所產(chǎn)生的應(yīng)力使部分絲素分子鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對(duì)滑移，部分結(jié)晶被破壞，部分化學(xué)鍵產(chǎn)生錯(cuò)位甚至斷裂[2]。

3 結(jié) 論

1)冷凍處理對(duì)絲織物透氣性和力學(xué)性能的影響程度取決于冷凍處理前絲織物是否調(diào)濕。

2)在未調(diào)濕狀態(tài)下，冷凍處理對(duì)絲纖維的結(jié)晶度影響不大，織物表面形態(tài)基本不變，織物吸濕性能、透氣性能和力學(xué)性能等變化很小。

3)絲織物經(jīng)調(diào)濕、冷凍處理后，經(jīng)緯線之間的空隙有所增加；絲纖維的結(jié)晶度與冷凍時(shí)間有明顯的相關(guān)性，開始時(shí)隨著處理時(shí)間的增加，結(jié)晶度下降，處理時(shí)間繼續(xù)增加，結(jié)晶度又有所增加。

4)冷凍處理使織物的透氣性能明顯增加，但絲織物的力學(xué)強(qiáng)度隨著冷凍時(shí)間的增加而有所下降。從綜合效果看，冷凍處理0.5～1 h的效果最好。

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Infl uence of the Freezing Treatment on the Structure and Performance of Silk Fabrics

HU Zhen-chao, QIU Lu-jie, LIU Cheng-xia, XU Xiu-juan
(Adult Education College, Zhejiang Sci-tech University, Hangzhou 310018, China)

The silk fabrics are frozen in minus 28 degrees. The configuration of silk fabrics were characterized by scanning electron microscopy, infrared spectroscopy and X-ray diffraction, and the mechanical properties, hygroscopic property and air permeability of fabrics were analyzed by fabric extensometer, before and after treatment, respectively. The results showed that freezing treatment after humidified caused the surface texture of the silk fabrics changing, while the physical properties of silk fabrics depended on the treatment time, and the hygroscopic property and air permeability increased significantly.

Freezing treating; Silk fabrics; Physical properties; Air permeability

TS102.33

A

1001-7003(2010)11-0013-04

2010-09-10

胡振超(1987－ )，男，本科生，專業(yè)為服裝設(shè)計(jì)與服裝材料。通訊作者：徐秀娟，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，zstuxxj@ zstu.edu.cn。