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        常壓等離子體射流改善羊毛織物服用性能的研究

        2019-12-17 01:05:10李淑芳卞克玉
        毛紡科技 2019年11期
        關(guān)鍵詞:吸濕性強(qiáng)力羊毛

        李淑芳,卞克玉,董 昱

        (1.常州市新型紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 常州 213164; 2.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 江蘇 常州 213164)

        目前低溫等離子體已被廣泛應(yīng)用在材料表面改性的研究上,它對(duì)材料表面的改性不使用水和溶劑,不會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢物,具有快速、高效、節(jié)能、清潔等優(yōu)勢(shì)。與放射性處理、電子束等其他工藝相比,等離子體處理[1-3]僅涉及材料表面的極薄層,即離材料表面幾十到數(shù)百納米的范圍,能使界面性質(zhì)顯著改善而不影響材料的主體性質(zhì)。

        在使用等離子體處理紡織材料時(shí),會(huì)造成織物表層物理、化學(xué)及表面外貌的變化。如使用等離子體技術(shù)能夠提高羊毛的表面摩擦因數(shù),從而提高纖維的抱合力和可紡性能;使用等離子體體處理滌綸樹(shù)脂PET、聚乙烯PP無(wú)紡布時(shí),能顯著提高織物的吸濕性和抗靜電性[4-5]。常壓等離子體射流(APPJ)是一種利用噴頭噴射出的等離子氣體與材料表面直接接觸的工藝,具有快速、連續(xù)、占地面積小的特性。本文使用APPJ對(duì)羊毛織物進(jìn)行等離子體處理,探討了處理前后羊毛織物的吸濕性、力學(xué)性能、厚度及透氣性。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 材 料

        織物為未染色的1/1平紋精紡毛織物,經(jīng)緯紗線密度均為15.6 tex×2,經(jīng)向密度210根/(10 cm),緯向密度180根/(10 cm),面密度125 g/cm2。

        1.2 APPJ處理

        首先將織物沿經(jīng)向剪成40 cm×20 cm的長(zhǎng)條,然后用丙酮清洗30 min去除表面的雜質(zhì),最后在60 ℃的烘箱中干燥90 min。實(shí)驗(yàn)時(shí),首先讓氣體流(氮?dú)?進(jìn)入等離子體發(fā)生器轉(zhuǎn)變成等離子體;接著織物在移動(dòng)羅拉的帶動(dòng)下以一定的速度沿帶孔靜置圓筒運(yùn)動(dòng);最后織物在等離子體發(fā)射器的噴頭處進(jìn)行表面處理,APPJ等離子體處理裝置見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)測(cè)試織物的3種運(yùn)行速度:1、3和6 m/min。

        圖1 APPJ 等離子體處理裝置

        1.3 吸濕性測(cè)試

        選用自制的基于圖像處理的織物導(dǎo)濕性能測(cè)試儀[6]測(cè)定處理前后水滴在織物上的擴(kuò)散時(shí)間,該儀器包括測(cè)試平臺(tái)與計(jì)算機(jī)2部分。其中測(cè)試平臺(tái)包括加液裝置和攝像頭,計(jì)算機(jī)包括自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)與EXCEL文件。導(dǎo)濕測(cè)試時(shí),通過(guò)攝像頭采集液滴的潤(rùn)濕圖像,運(yùn)用圖像處理技術(shù),快速測(cè)量出液滴在織物上的擴(kuò)散時(shí)間,并自動(dòng)輸出結(jié)果。

        1.4 斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試

        采用HD026H電子織物強(qiáng)力儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司),測(cè)試時(shí)把試樣的一端先放在上夾鉗中,輕輕夾住,再將另一端放在下夾鉗內(nèi),并在試樣下端懸掛一定的預(yù)加張力重錘,然后稍松開(kāi)上夾鉗,使試樣借重錘的重力伸直,再夾緊上下夾鉗,取下重錘開(kāi)動(dòng)機(jī)器,使下夾鉗按一定速度向下?tīng)恳?,至試樣斷裂即可得到斷裂?qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率。

        1.5 透氣性測(cè)試

        采用YG461 N型織物透氣儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)進(jìn)行測(cè)試,試樣安裝完畢后,調(diào)節(jié)壓力使試樣兩側(cè)形成一個(gè)恒定的壓差,測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)垂直通過(guò)試樣給定面積的氣流流量。

        1.6 掃描電子顯微鏡(SEM)

        為了較清晰地觀察處理前后羊毛纖維的變化,使用JSM-840型掃描電鏡觀察纖維的微觀形貌(放大倍數(shù)為15 000倍)。測(cè)試時(shí)先安裝試樣,然后調(diào)節(jié)電壓,接著調(diào)節(jié)放大倍數(shù),最后找點(diǎn)、掃描。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 吸濕性能

        經(jīng)APPJ處理后,織物的吸濕性[7-9]顯著增強(qiáng),水滴在未處理織物上的擴(kuò)散時(shí)間大于1 h,而處理后能達(dá)到5 s,織物吸濕性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。原因可能是:處理前羊毛纖維表面的鱗片皮層富含共價(jià)鍵合類脂物質(zhì),次外層含有胱氨酸,使得未經(jīng)處理的織物表現(xiàn)出其特有的疏水性能,而經(jīng)等離子體處理后,通過(guò)部分或完全去除這種脂質(zhì)屏障,鱗片層被侵蝕、剝落甚至移除。由于毛細(xì)管的存在,水滴可以很容易地滲透到織物中,織物表現(xiàn)出明顯的親水性。除此之外,更重要的是反應(yīng)中還引入了極性的含氮基團(tuán),提高了織物的吸濕性能。另外,實(shí)驗(yàn)中對(duì)比3種不同的織物運(yùn)行速度時(shí)發(fā)現(xiàn),織物運(yùn)行速度越低,即與等離子體的接觸時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)吸濕性能的改善越大。當(dāng)織物的運(yùn)行速度在1 m/min時(shí),水滴的擴(kuò)散時(shí)間不到10 s,說(shuō)明進(jìn)一步降低處理速度可以獲得更有效的結(jié)果。

        表1 處理前后織物的吸濕性能

        2.2 拉伸強(qiáng)力

        等離子體處理對(duì)織物經(jīng)緯向斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率均有一定的影響,運(yùn)行速度對(duì)織物斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率的影響見(jiàn)表2。

        表2 不同運(yùn)行速度下的拉伸強(qiáng)力

        特別是經(jīng)向強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)力增加顯著,織物運(yùn)行的速度越慢,斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率的增加越明顯。原因可能是:處理前由于油脂層的存在,纖維間的摩擦力較小,導(dǎo)致纖維間的抱合力較低。經(jīng)等離子體處理后通過(guò)去除這一外層,纖維間的摩擦加大、抱合力增加,并導(dǎo)致滑脫現(xiàn)象減少,同時(shí)纖維的主體結(jié)構(gòu)并未受到破壞,進(jìn)而使織物的斷裂強(qiáng)力增加。

        2.3 厚 度

        等離子體處理后發(fā)現(xiàn)織物的運(yùn)行速度越慢,即織物與等離子體體接觸的時(shí)間越長(zhǎng),織物的厚度增加明顯。未處理時(shí)織物的厚度為295 μm,處理后織物厚度均增加。當(dāng)降低織物的運(yùn)行速度時(shí),這一效應(yīng)被放大,特別是當(dāng)織物的運(yùn)行速度為1 m/min時(shí),厚度增加5%達(dá)近310 μm。 織物厚度增加的主要原因可能是:①等離子體電場(chǎng)中產(chǎn)生的靜電電荷,使纖維及紗線結(jié)構(gòu)在織物中重新排列,致使織物的厚度增加。②等離子體與纖維、紗線或織物間的摩擦產(chǎn)生的靜電,使纖維間互相排斥,進(jìn)而使織物厚度增加。

        2.4 透氣性

        經(jīng)APPJ處理后,羊毛織物的透氣量增加速度越低透氣量越大,當(dāng)織物運(yùn)行速度為1 m/min時(shí),透氣量增加14%,由未處理時(shí)660 L/(m2·s)增加到700 L/(m2·s)以上。原因可能是:速度減小時(shí),等離子體處理能有效地刻蝕羊毛表面的油脂層[10],雖然經(jīng)處理后織物的厚度明顯增加,可能會(huì)使透氣性在一定程度上減小,但在表面刻蝕和厚度增加的雙重作用下,刻蝕占主導(dǎo)作用,因此織物的透氣性能有所增加。

        2.5 外觀形貌

        經(jīng)過(guò)APPJ處理后,羊毛纖維的外觀形態(tài)并沒(méi)有太大的改變,見(jiàn)圖2。

        圖2 處理前后羊毛纖維掃描電鏡照片(×15 000)

        傳統(tǒng)等離子體處理后所出現(xiàn)的纖維粗糙度增加、鱗片腐蝕和裂痕等現(xiàn)象均未出現(xiàn),說(shuō)明使用氮?dú)獾腁PPJ等離子體處理相比使用氧氣的APPJ等離子體處理[11]對(duì)纖維的刻蝕較弱,不破壞外皮表層,因此處理后織物的手感并未發(fā)生變化。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        常壓等離子體射流(APPJ)主要是一種自由基反應(yīng),它快速、連續(xù)、占地面積小而且環(huán)境友好,由于是在常壓下操作,設(shè)備和工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。羊毛織物經(jīng)其處理后,吸濕性能顯著增強(qiáng),拉伸強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率都有所增加,雖然厚度增加,但織物的透氣量相對(duì)于初始值增加了約14%,觀察掃描電鏡照片發(fā)現(xiàn),處理前后羊毛織物的外觀形態(tài)并沒(méi)有太大的改變,織物的手感并未發(fā)生變化,是一種能有效改進(jìn)羊毛織物服用性能的方法。

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