白 樺,金運(yùn)星，沈艷琴,姚一軍,武海良,郭 權(quán)

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

0 引 言

織造車間的溫濕度對織造效率和坯布質(zhì)量有很大影響[1]。合理設(shè)置溫濕度，不但有利于提高織造效率，降低空調(diào)負(fù)荷，減少能耗，還能有效地改善織造車間環(huán)境[2]。這一問題也引起了研究者的注意。黃大缽等指出車間溫濕度對布面形狀影響較大，溫度對漿紗強(qiáng)力影響較小[3]，但并未說明溫濕度與織造過程中經(jīng)緯紗斷裂的關(guān)系。楊瑞梁等發(fā)現(xiàn)車間的熱平均感覺指數(shù)PMV值以及熱感投票TSV值均遠(yuǎn)高于國際標(biāo)準(zhǔn)要求的熱舒適范圍[4]。高溫高濕不但提高了空調(diào)成本，亦惡化了車間的生產(chǎn)環(huán)境?？椩燔囬g的溫濕度設(shè)置一直是紡織廠關(guān)心的問題[5]。20世紀(jì)80～90年代，BEHERA等[6]及HARI等[7]系統(tǒng)研究了相對濕度與純棉漿紗性能的關(guān)系，并給出了低濕度下棉紗上漿的配方，但這一研究結(jié)果主要是針對低支棉紗，并不滿足高支紗的要求。WU等針對織物特點(diǎn)，研究了適于低濕度織造的漿料配方，但未能就漿料在不同溫濕度下對漿紗性能的影響關(guān)系進(jìn)行分析[8]。SHEN等研究了淀粉的保濕性，希望能在相對濕度低于65 %時滿足織造的要求[9]。張希文等研究了溫濕度與滌/棉漿紗力學(xué)性能的關(guān)系[10]。溫濕度對漿紗性能的影響持續(xù)受到關(guān)注。

織造車間濕度較高時，織軸進(jìn)入織造車間后漿紗處于吸濕狀態(tài)[11]，漿紗回潮率增大[12]；當(dāng)織造車間濕度過低，織軸進(jìn)入織造車間后漿紗處于放濕狀態(tài)[13]，漿紗回潮率減小[14-15]。有學(xué)者提出了在織造時采用吸濕達(dá)到平衡的方法進(jìn)行生產(chǎn)[16-17]，合理的控制漿紗的回潮率尤為重要[18]。隨著新型織機(jī)、漿紗機(jī)及漿料的出現(xiàn)以及織造技術(shù)的發(fā)展，早期研究結(jié)果已經(jīng)無法滿足紡織廠生產(chǎn)和質(zhì)量控制的要求。本文系統(tǒng)研究了多品種的漿紗與溫濕度的關(guān)系，為紡織廠設(shè)置織造車間溫濕度提供參考。

1 實(shí) 驗

1.1 材料

純棉紗： 14.6 tex(山東孚日紡織集團(tuán));9.7 tex(山東帝紗紡織公司); 7.3 tex(山東大海紡織公司)。

聚乙烯醇1799(PVA，蘭州維尼綸廠)；PVA205(日本可樂麗)；變性淀粉SPR-SC(荷蘭AVEBE公司)；變性淀粉A115 (荷蘭AVEBE公司)。

1.2 儀器

電子紗線強(qiáng)力儀(常州第一紡織設(shè)備有限公司)；JY20002電子天平(上海精其儀器有限公司)；HWS-250恒溫恒濕箱(上海精宏實(shí)驗設(shè)備有限公司)；GZX-GF101-MBS電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠)；NicoletIS5型紅外光譜儀(美國賽默飛世爾科技公司)。

1.3 漿料配方

所用的原淀粉及變性淀粉A115、 SPR-SC 的紅外光譜圖如圖1所示。

圖 1 原淀粉及變性淀粉A115、SPR-SC的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectra of raw starch,modified starch A115 and SPR-SC

變性淀粉A115及SPR-SC均為荷蘭AVEBE公司生產(chǎn)的馬鈴薯變性淀粉，特點(diǎn)是漿液成膜性好、透明度高。從圖1可看出，在1 410 cm-1、1 084 cm-1和848 cm-1處均出現(xiàn)原淀粉的特征吸收峰，表明A115及SPR-SC的結(jié)構(gòu)均為淀粉漿料。

實(shí)驗采用2類漿料共4種配方對紡織廠典型紗線進(jìn)行上漿，第Ⅰ類為PVA與變性淀粉配伍，第Ⅱ類為純變性淀粉漿料。漿料配方如表1所示。

表 1 漿料配方Tab.1 Size formula 單位：%

1.4 漿紗性能測試

1.4.1 漿紗回潮率 采用恒溫恒濕箱測定滌/棉漿紗的回潮率。

1.4.2 漿紗強(qiáng)伸性能 采用HD021N電子紗線強(qiáng)力儀對漿紗的斷裂強(qiáng)力和伸長率進(jìn)行測試[19]。

1.4.3 漿紗耐磨性 采用Y731D型紗線耐磨儀，按照文獻(xiàn)[20]的方法測試漿紗的耐磨性能。

1.4.4 漿紗毛羽測試 采用毛羽測試儀，按照文獻(xiàn)[21]的方法測定漿紗后的毛羽降低率。

1.4.5 漿紗上漿率 采用氫氧化鈉退漿法[21]測定漿紗的上漿率。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVA和變性淀粉配伍下的漿紗性能

圖2為14.6 tex純棉紗按配方1經(jīng)PVA和變性淀粉協(xié)同上漿(記為漿紗1)，于不同溫濕度下的漿紗性能。從圖2可以看出：在溫度25 ℃、相對濕度65%時，漿紗具有較優(yōu)的平均斷裂增強(qiáng)率以及增磨率，并且平均毛羽降低率達(dá)到最大，紗線平衡回潮率達(dá)7.5%。在該溫濕度環(huán)境下漿紗具有良好的物理機(jī)械性能。溫度為22、25、28 ℃時，漿紗斷裂強(qiáng)度、耐磨次數(shù)以及有害毛羽根數(shù)的變異系數(shù)分別為(0.012 3，0.012 4，0.016 0)，(0.213，0.184，0.616)，(0.016 5，0.024 6，0.049 3)。

圖 2 漿紗1于不同溫濕度下的漿紗性能Fig.2 Size performance of yarn 1 under different temperature and humidity

圖3為9.7 tex純棉紗按照配方1經(jīng)PVA和變性淀粉協(xié)同上漿(記為漿紗2)，于不同溫濕度下的漿紗性能。從圖3可以看出：在溫度28 ℃、相對濕度60%時，漿紗具有較優(yōu)的平均斷裂增強(qiáng)率以及增磨率，并且漿紗的平均毛羽降低率達(dá)到最大，漿紗平衡回潮率達(dá)6.7%。因此，在該溫濕度環(huán)境下漿紗具有較為良好的物理機(jī)械性能。溫度為22、25、28 ℃時，漿紗斷裂強(qiáng)度、耐磨次數(shù)及有害毛羽根數(shù)的變異系數(shù)分別為(0.013 5，0.207 0，0.044 9),(0.024 7，0.023 4，0.033 7)，(0.022 8，0.031 6，0.034 0)

圖 3 漿紗2于不同溫濕度下的漿紗性能Fig.3 Size performance of yarn 2 under different temperature and humidity

圖4為7.3 tex純棉紗按配方2經(jīng)PVA和變性淀粉協(xié)同上漿(記為漿紗3)，于不同溫濕度下的漿紗性能。從圖4可以看出：在溫度25 ℃、相對濕度65%時，漿紗具有較優(yōu)的平均斷裂增強(qiáng)率以及增磨率，并且漿紗的平均毛羽降低率達(dá)最大，漿紗平衡回潮率達(dá)7.2%。因此，在該溫濕度環(huán)境下漿紗具有較為良好的物理機(jī)械性能。在溫度為22、25、28 ℃時，漿紗斷裂強(qiáng)度、耐磨次數(shù)以及有害毛羽根數(shù)的變異系數(shù)分別為(0.026 6，0.028 6，0.069 6)，(0.025 2，0.018 8，0.091 1)，(0.023 4，0.023 1，0.038 0)。

圖 4 漿紗3于不同溫濕度條件下的漿紗性能Fig.4 Size performance of yarn 3 under different temperature and humidity

可見，采用PVA與變性淀粉協(xié)同配方漿紗，當(dāng)溫度在25～28 ℃，相對濕度為65%時，漿紗性能較好。原因是溫度在25～28 ℃時，漿液中的纖維分子間活躍度增加，使得親水基團(tuán)與水分子以氫鍵的形式得到充分結(jié)合，可以穩(wěn)定地存在于漿膜中。另外，完全醇解PVA的大分子側(cè)基中只存在羥基[22]，使其具有良好的吸濕性，彌補(bǔ)了變性淀粉在相對濕度較低時漿紗斷裂強(qiáng)力下降的缺點(diǎn)。在相對濕度高于65%時，漿液內(nèi)部含有充足的水分子，一方面大分子鏈段的活躍度增加，運(yùn)動性加劇，另一方面由于過多水分子，使得包覆在紗線表面的漿膜變軟，漿紗承受外力的能力變差，從而表現(xiàn)為斷裂強(qiáng)力下降，耐磨性及毛羽指數(shù)變化較大；而在相對濕度65%下，漿液內(nèi)部大分子鏈段中的羥基與水分子結(jié)合成氫鍵，形成結(jié)合水，此時漿紗的斷裂強(qiáng)力、伸長率及耐磨性表現(xiàn)出較優(yōu)性能。

2.2 變性淀粉漿料下的漿紗性能

圖5為14.6 tex純棉紗按配方3經(jīng)變性淀粉漿料上漿(記為漿紗4)，于不同溫濕度下的漿紗性能。從圖5可以看出，在溫度25 ℃、相對濕度74%時，漿紗具有較優(yōu)的平均斷裂增強(qiáng)率以及增磨率，并且漿紗的平均毛羽降低率達(dá)到最大，漿紗平衡回潮率達(dá)9.8%。因此，在該溫濕度環(huán)境下漿紗具有較為良好的物理機(jī)械性能。當(dāng)溫度為22、25、28 ℃時，漿紗斷裂強(qiáng)度、耐磨次數(shù)以及有害毛羽根數(shù)的變異系數(shù)分別為(0.017 3，0.024 7，0.043 0)，(0.017 3，0.016 8，0.032 8)，(0.014 3，0.025 5，0.028 2)。

圖 5 漿紗4于不同溫濕度下的漿紗性能Fig.5 Size performance of yarn 4 under different temperature and humidity

圖6為9.7 tex純棉紗按配方3經(jīng)變性淀粉漿料上漿(記為漿紗5)于不同溫濕度下的漿紗性能。從圖6可以看出：在溫度25 ℃、相對濕度70%時，漿紗具有較優(yōu)的平均斷裂增強(qiáng)率以及增磨率，并且漿紗的平均毛羽降低率達(dá)到最大，漿紗平衡回潮率達(dá)8.2%。因此，在該溫濕度環(huán)境下漿紗具有較為良好的物理機(jī)械性能。當(dāng)溫度為22、25、28 ℃時，漿紗斷裂強(qiáng)度、耐磨次數(shù)以及有害毛羽根數(shù)的變異系數(shù)分別為(0.024 0，0.074 0，0.049 5)，(0.020 1，0.049 2，0.047 3)及(0.015 0，0.070 1，0.031 1)。

圖 6 漿紗5于不同溫濕度下的漿紗性能

圖7為7.3 tex純棉紗按照配方4經(jīng)變性淀粉漿料上漿(記為漿紗6)于不同溫濕度下的漿紗性能。從圖7可以看出：在溫度25 ℃、相對濕度70%時，漿紗具有較優(yōu)的平均斷裂增強(qiáng)率以及增磨率，并且漿紗的平均毛羽降低率達(dá)到最大，漿紗平衡回潮率達(dá)7.8%。因此，在該溫濕度環(huán)境下漿紗具有較為良好的物理機(jī)械性能。當(dāng)溫度為22、25、28 ℃時，漿紗斷裂強(qiáng)度、耐磨次數(shù)以及有害毛羽根數(shù)的變異系數(shù)分別為(0.023 2，0.040 7，0.091 5)，(0.026 7，0.028 0，0.093 6)，(0.024 0，0.035 2，0.088 3)。

圖 7 漿紗6于不同溫濕度下的漿紗性能

可見，當(dāng)織造車間溫度為22～25 ℃，相對濕度在70%以上時，純變性淀粉配方漿紗有良好的性能。原因是淀粉漿料為高分子碳水化合物，本身存在葡萄糖基的環(huán)狀結(jié)構(gòu)及羥基(—OH)，所以形成的漿膜脆、硬，表現(xiàn)為耐屈曲性差、伸長??；而當(dāng)相對濕度增加，漿紗可從空氣中吸濕，吸收的水分子增強(qiáng)了淀粉的塑性，從而提高了漿紗的性能。不過，當(dāng)溫度也升高時，漿紗表面漿膜就會吸濕過高，從而導(dǎo)致為漿膜變軟，耐磨性能降低。

綜上所述，對于不同的純棉紗上漿，采用2類漿料配方，會在不同溫濕度下得到不同的漿紗性能。對于PVA和變性淀粉協(xié)同配方的漿紗，在溫度較低的環(huán)境下，就能獲得較好的漿紗性能；而對于純變性淀粉漿料漿紗，則需要在較高的溫濕度下，才能獲得較好的漿紗性能。

2.3 不同濕度對漿紗織造效率的影響

圖8為不同漿紗在不同濕度下的織造效率。上漿率為7.15%的PVA和變性淀粉協(xié)同漿紗，在相對濕度60%的條件下展現(xiàn)出比相對濕度65%以上更高的織造效率(88.4%)；而上漿率為9.77%的變性淀粉漿紗，在相對濕度達(dá)到75%以上時才顯示出較高的織造效率(86.4%)，當(dāng)其在相對濕度60%條件下進(jìn)行織造時，織造效率顯著降低，為62.4%。這一結(jié)果說明：PVA和變性淀粉協(xié)同漿料適于在低上漿率低、濕度條件織造，而變性淀粉漿紗需在較高上漿率、高濕度條件下織造。原因是高上漿率使黏附在紗線基體表面和內(nèi)部的漿料需要充足的水分來維持漿膜韌性和紗線緊密性，而低上漿率僅需要較少的水分來保持漿膜韌性。為此，織造車間可采用PVA和變性淀粉協(xié)同配方，在相對濕度60%～65%條件下完成織造。

(a) PVA和變性淀粉協(xié)同漿紗

3 結(jié) 論

1) 采用PVA與變性淀粉協(xié)同漿紗，當(dāng)織造車間溫度為25～28 ℃、相對濕度65%，紗線回潮率在6.5%～7.5%時，漿紗具有良好的性能。

2) 采用純變性淀粉漿料漿紗，當(dāng)織造車間溫度為22～25 ℃、相對濕度70%以上，紗線回潮率在7.5%～9.5%時，漿紗具有良好的性能。

3) 采用PVA和變性淀粉協(xié)同漿紗，在相對濕度60%～65%條件下可實(shí)現(xiàn)順利織造。