陳志鵬,張新斌,周 橙,吳濟(jì)宏
(1.武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 武漢 430200;2.臺(tái)巨紡織(上海)有限公司,上海 510620)
滌/棉起絨針織面料是制作衛(wèi)衣的主要面料之一,其具有保暖、舒適、耐磨等特點(diǎn),因此備受人們的喜愛(ài)。然而,采用滌/棉混紡紗線織造的起絨針織面料的親水性能較差,為改善滌/棉起絨針織面料的親水性能,需對(duì)滌/棉起絨針織面料的表面進(jìn)行親水性能整理。
然而,現(xiàn)有的研究對(duì)等離子體整理技術(shù)在滌/棉起絨針織物的親水性能整理及等離子體的改性機(jī)制方面的研究還較少,因此,本文采用大氣壓輝光等離子體對(duì)滌/棉起絨針織物表面進(jìn)行改性,研究不同等離子體處理時(shí)間和功率對(duì)滌/棉起絨針織面料表面粗糙度的影響,并對(duì)等離子體改性機(jī)制進(jìn)行探討,分析滌/棉起絨針織物在最優(yōu)等離子體處理工藝下的親水性能、織物手感和拉伸性能。
滌/棉起絨針織面料,該面料由臺(tái)巨紡織(上海)有限公司提供,其結(jié)構(gòu)參數(shù)為:組織結(jié)構(gòu)添紗襯墊組織,面料成分棉53%,滌綸36%,粘膠11%,橫向密度60縱行/(5 cm),縱向密度70橫列/(5 cm),面密度300 g/m2;面料組織圖見(jiàn)圖1(a);面料實(shí)物圖如圖1(b)所示。
圖1 滌/棉起絨針織面料Fig.1 Polyester/cotton fleece knitted fabric.(a)Fabric stitch image;(b) Physical image of fabric
PG-10000F型大氣壓輝光等離子體處理裝置(南京蘇曼電子有限公司),其反應(yīng)裝置工作原理圖和裝置圖如圖2所示。該裝置在工作時(shí),會(huì)在電極端產(chǎn)生加速電場(chǎng),使電極端的電子獲得動(dòng)能并發(fā)生離解,從而在電極端形成導(dǎo)電氣體,產(chǎn)生輝光放電。YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀(溫州大榮紡織儀器有限公司);YG065H型電子織物強(qiáng)力儀(萊州市電子儀器有限公司);織物手感儀(澳大利亞AWTA公司);Phenom ProX型掃描電子顯微鏡(上海市復(fù)納科學(xué)儀器有限公司);SD-100型接觸角測(cè)試儀(東莞市晟鼎精密儀器有限公司)。
圖2 PG-10000F型大氣壓輝光等離子體處理裝置Fig.2 PG-10000F atmospheric pressure glow plasma treatment device.(a) Device working principle;(b) Device image
在進(jìn)行等離子體處理實(shí)驗(yàn)前,需要將滌/棉起絨針織面料裁切成3 000mm×200mm的條狀樣品。將樣品放入恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行24 h調(diào)濕,并通過(guò)等離子體預(yù)實(shí)驗(yàn),確定處理實(shí)驗(yàn)條件。然后,將調(diào)濕后的樣品放入大氣壓輝光等離子體裝置中,對(duì)滌/棉起絨針織面料進(jìn)行大氣輝光放電等離子體處理。其中,等離子體處理?xiàng)l件分別為:①等離子體處理功率為1.0 kW的條件下,分別對(duì)滌/棉起絨針織物進(jìn)行等離子體處理15、30、45、60和90 s;②等離子體處理時(shí)間為15 s的條件下,采用1.0~3.9 kW分別對(duì)滌/棉起絨針織面料進(jìn)行處理。最后將①和②處理好的滌/棉起絨針織面料放入真空密封袋中保存,以備后續(xù)測(cè)試,其處理流程圖如圖3所示。
圖3 等離子體處理流程圖Fig.3 Schematic diagram of plasma treatment.(a) Untreated fabrics;(b) Plasma treated fabrics
1.4.1 織物表面粗糙度和手感測(cè)試
采用織物手感儀測(cè)量織物表面的粗糙度和手感,將面料裁剪成直徑為113mm的圓形試樣,并放入恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行24 h調(diào)濕處理,每組測(cè)試3個(gè)試樣,結(jié)果取平均值。
1.4.2 表面形貌
采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察等離子體處理前后滌/棉起絨針織面料的表面形貌,放大倍數(shù)為3 000倍。
1.4.3 毛細(xì)效應(yīng)測(cè)試
采用FZ/T 01071—2008《紡織品毛細(xì)管效應(yīng)試驗(yàn)方法》,將面料裁剪成尺寸為200mm×25mm,在儀器的水槽中加入去離子水,設(shè)置溫度為27 ℃,時(shí)間為30min,測(cè)量試樣的芯吸高度,每組試樣的縱向和橫向各測(cè)試3次,結(jié)果取平均值。
1.4.4 接觸角測(cè)試
將面料裁剪成尺寸為50mm×10mm,選用去離子水作為試液進(jìn)行測(cè)試,采用接觸角測(cè)試儀讀取接觸角數(shù)據(jù),每組樣品在不同位置重復(fù)測(cè)量3 次,結(jié)果取平均值。
1.4.5 織物強(qiáng)力測(cè)試
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)》使用電子織物強(qiáng)力儀測(cè)試等離子體處理前后面料的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)。將織物裁剪成尺寸為200mm×50mm,在織物電子強(qiáng)力儀控制軟件中設(shè)置隔距為100mm,上升速度為100mm/min,下降速度為300mm/min,預(yù)加拉力為5 N,每組測(cè)試5次,結(jié)果取平均值。
采用SEM對(duì)等離子體處理前后滌/棉起絨針織面料進(jìn)行觀察,結(jié)果如圖4所示??芍?,坯布表面光滑無(wú)裂痕(見(jiàn)圖4(a)),而等離子體處理會(huì)使滌/棉起絨針織面料表面產(chǎn)生納米顆粒和裂痕(見(jiàn)圖4(b)~(f)),這些裂痕在一定程度上會(huì)降低織物的強(qiáng)力,且隨著等離子處理時(shí)間延長(zhǎng)和處理功率的增大,織物表面的裂痕也會(huì)增多。
圖4 等離子體處理前后滌/棉起絨針織面料的SEM照片(×3 000)Fig.4 SEM images of polyester/cotton fleece knitted fabrics treated by plasma(×3 000).(a) Grey fabric;(b) 1.0 kW,15 s;(c) 2.9 kW,15 s;(d) 3.9 kW, 15 s;(e) 1.0 kW,60 s;(f) 1.0 kW,90 s
圖5(a)示出在等離子體處理時(shí)間為15 s的條件下,等離子處理功率與滌/棉起絨針織面料表面粗糙度的關(guān)系。圖5(b)示出在等離子體處理電功率為1.0 kW的條件下,等離子處理時(shí)間與滌/棉起絨針織面料表面粗糙度的關(guān)系。結(jié)果表明:等離子體處理時(shí)間一定時(shí),隨著處理功率的增大,面料表面粗糙度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì);等離子體處理功率一定時(shí),面料表面粗糙度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。結(jié)合SEM的表征結(jié)果可以得出,等離子體處理會(huì)刻蝕纖維表面,使纖維表面產(chǎn)生裂痕,從而增大纖維表面的粗糙度,使面料表面變得粗糙;然而,高的面料粗糙度會(huì)對(duì)衣物穿著舒適感造成不良影響。綜上,本文選擇等離子體處理后滌/棉起絨針織面料的粗糙度與坯布相似的處理工藝,即等離子處理功率為1.0 kW,處理時(shí)間為15 s處理的面料進(jìn)行后續(xù)測(cè)試。
圖5 等離子體處理對(duì)面料粗糙度的影響Fig.5 Influence of plasma treatment on roughness of fabrics.(a) Influence of treatment power on roughness of fabrics;(b) Influence of treatment time on roughness of fabrics
圖6示出坯布和等離子體處理后滌/棉起絨針織面料對(duì)水的接觸角。坯布對(duì)水的接觸角為148.1°,滌/棉起絨針織面料對(duì)水的接觸角為89.2°,與坯布相比減少了39.7%。處理后面料接觸角降低主要是由等離子體刻蝕所引起的。該刻蝕會(huì)在面料的纖維表面產(chǎn)生裂痕,增大水滴與纖維的接觸面積,從而增強(qiáng)纖維對(duì)水的運(yùn)輸能力,降低面料對(duì)水的接觸角。
圖6 面料的接觸角Fig.6 Contact angle of fabrics.(a) Grey fabric;(b) Plasma treated fabrics
表1示出坯布和等離子體處理后滌/棉起絨針織面料的縱向和橫向芯吸高度。等離子體處理的滌/棉起絨針織面料的芯吸高度變大,其中處理后面料的縱向和橫向芯吸高度相比于坯布的芯吸高度分別提高了23.0%和 19.8%。這是因?yàn)榈入x子體處理的刻蝕作用使纖維產(chǎn)生了裂痕,使得纖維輸送水分的能力增加。結(jié)合接觸角測(cè)試結(jié)果可以說(shuō)明,等離子體處理后滌/棉起絨針織面料具有較好的親水性能。
表1 面料的芯吸高度Tab.1 Wicking height of fabrics cm
圖7和表2示出坯布和等離子體處理后面料的7個(gè)手感測(cè)試指標(biāo)的數(shù)值及其手感總體評(píng)分?jǐn)?shù)值。結(jié)果表明,等離子體處理的滌/棉起絨針織面料手感的各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)數(shù)值與坯布相比無(wú)顯著性差異,且等離子體處理的面料的清潔度與坯布相比提高了2.7%,因此,等離子處理的滌/棉起絨針織物可獲得與坯布相似的手感。
表2 面料的手感數(shù)值Tab.2 Handle index of fabric
圖7 滌/棉起絨針織面料手感圖Fig.7 Handle images of polyester/cotton fleece knitted fabric
表3示出等離子體處理對(duì)滌/棉起絨針織物拉伸性能的影響。結(jié)果表明,等離子體處理面料的斷裂強(qiáng)力與坯布相比減少了1.9%,斷裂伸長(zhǎng)與坯布相比減少了11.2%,這是由于等離子體裝置的電極在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度電場(chǎng),織物長(zhǎng)時(shí)間置于該電場(chǎng)環(huán)境中會(huì)刻蝕纖維表面,在一定程度上會(huì)使纖維的強(qiáng)力減弱[17]。
表3 面料的拉伸性能Tab.3 Tensile properties of fabric
本文采用等離子體整理技術(shù),在不同處理功率和時(shí)間條件下,對(duì)滌/棉起絨針織面料表面進(jìn)行親水性整理,探討等離子體處理時(shí)間和處理功率對(duì)滌/棉起絨針織面料表面粗糙程度的影響和等離子體處理后滌/棉起絨針織面料的親水性能、手感和拉伸性能。研究結(jié)果表明:
①等離子體處理功率為1.0 kW,處理時(shí)間為15 s的條件下,處理后滌/棉起絨針織面料的親水性能得到顯著的改善,對(duì)水的接觸角減少了39.7%,達(dá)89.2°;縱向芯吸高度提高了23.0%,達(dá)13.9cm;其橫向芯吸高度提高了19.8%,達(dá)12.1cm。
②等離子體處理功率為1.0 kW,處理時(shí)間為15 s條件下處理的滌/棉起絨針織面料,可獲得與坯布相似的手感。
③等離子體處理功率為1.0 kW,處理時(shí)間為15 s條件下處理的滌/棉起絨針織面料的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)低于坯布。說(shuō)明采用大氣壓輝光等離子體處理的起絨針織面料的耐用性能在一定程度上有所降低,未來(lái)仍需對(duì)該工藝條件下處理的滌/棉起絨針織面料的耐用性能做進(jìn)一步改良。