家庭滚筒烘干条件下服装内外在质量变化

李兆君 丁雪梅

(东华大学服装 艺术设计学院 上海 200051)

1 引言

经济发展、生活习惯、消费观念、环境意识以及家庭洗涤护理设备更新的影响促成了中国未来干衣机市场。欧美等国家和地区的经验表明，到了一定阶段，干衣机在城市家庭中的普及率应该与洗衣机、冰箱等其他常用家用电器的普及率大致相当。[1]

干衣机通过运行烘干程序，使高温气流流过湿衣物的表面，加热衣物并带走蒸发的水分，使衣物快速干燥，并把有一定含水率的湿衣物烘干到规定范围。[2]依据干衣原理分为热风干燥、滚筒排气式和滚筒冷凝式。热风干燥的典型是布罩干衣机（暖风干衣机），外观上类似简易衣柜，运行原理简单，利用暖风烘干悬挂在柜体内的衣物。滚筒排气式是把烘干时蒸发出的水汽直接排放到机外。滚筒冷凝式是排气式的升级，利用机体内的循环热风，把蒸发出来的水汽通过冷凝器凝结成水, 再从排水管流出。二者都为滚筒式，只是冷凝方式有所差别。本文的研究对象是家庭滚筒烘干过程及服装织物滚筒烘干各项性能变化评估。

实际上，现阶段关于织物家庭滚筒烘干机理及性能变化的研究较少。一方面，受干衣机本身程序限制，不能根据影响因子需要设定实验条件；另一方面，不同烘干程序下对不同织物的研究，是非常系统复杂的工作。但是，随着专业家庭洗涤烘干设备的普及，家庭洗涤烘干护理研究开展是非常必要的。

2 服装织物滚筒烘干过程

织物干燥机理是使纤维表面的水分蒸发到周围空气中去,然后织物内部的水分再通过扩散到达织物表面,并蒸发出来。一般滚筒烘干过程中，织物湿度和温度将发生以下四个阶段的变化，如图1和2所示：[3]

图1 滚筒烘干，织物水分损失曲线（Lb=0.453Kg）

图2 滚筒烘干，出风口温度变化曲线

升温阶段：干衣机内吹入热风，织物温度升高，提供水分移动所需要的汽化热，但是织物的烘干效率较低。等速干燥期：热传递和湿传递达到动态平衡，材料表层的水分蒸发到大气中和材料内部水分向表层扩散之间的平衡状态。织物从外界高温环境获取蒸发水分和保持自身温度的能量。此阶段，织物干燥速率和温度维持恒定。减速干燥期：内部水分向表层扩散赶不上水分从表面蒸发的状态，表面逐渐失去湿气，呈逐渐干燥状态，织物干燥速率下降，温度慢慢上升。急速升温阶段：干燥末期，温度进一步升高最终而和烘干温度达到平衡，织物达到完全干燥。[3][4][5]

对于特定滚筒干衣机来说，循环空气的湿度和速率、冷凝效率是一定的，烘干过程受烘干时间、烘干温度和筒转动频率共同影响。在负载和滚筒大小等因素一致的情况下，温度一定时，筒转动频率和烘干时间成反比；筒转动频率一定时，温度和烘干时间也成反比例关系。不同的温度和筒转动频率，对应不同的干燥速率。[6]但是无论怎样变化，烘干过程和变化趋势是一致的。[3]在烘干程序一定的情况下，影响织物干燥速率的因素还包括织物本身特点，包括纤维结构、纱线结构、组织结构及织物的厚度等。

3 服装织物滚筒烘干性能变化评估

棉织物由于其优良的吸湿和放湿性能，穿着舒适，一直广受欢迎，因此其也是家庭洗涤烘干护理的主体。因此以纯棉织物为对象，从烘干角度出发，总结家庭滚筒烘干后性能变化，给消费者专业的家庭滚筒烘干护理意见。

3.1 纤维直径变化和纤维损伤

棉纤维和纱线湿润后会发生膨胀。如果在没有力的作用下干燥，织物定型，保持湿润后的增大状态。而滚筒烘干过程中，滚筒机械力使其克服纤维之间和纱线之间的束缚力，使纤维的直径减小。[7]

同时，受到高温和滚筒机械力的作用，相对于悬挂晾干，纤维会损伤甚至断裂。如图3、4、5所示，利用扫描电镜，依次观察原始、悬挂晾干和滚筒烘干后棉纤维变化，滚筒烘干后纤维损伤明显。[8]

图3 原始棉纤维

图4 悬挂晾干棉纤维

图5 滚筒烘干棉纤维

3.2 力学性能

毋庸置疑，随着滚筒烘干温度的升高和机械作用时间的延长，织物产生内应力与变形，并随着外力的增大而增大，到达一定程度，纤维受损，各项力学性能必然会下降。

相比于悬挂晾干，经过滚筒烘干后的棉织物拉伸强力下降明显。织物的弯曲刚度主要是由纤维间的摩擦力和弹力决定的。悬挂晾干有利于纤维间氢键的形成，增加了抗弯的摩擦力；而滚筒烘干时，阻碍了氢键的形成，导致弯曲刚度下降。[8]同时，毛巾类织物在经历过20个洗涤烘干周期后，拉伸断裂强力会减少45%且烘干温度越高损伤越大。[10]这些性能变化会间接影响外观性能的变化，例如缩水、褶皱等。

3.3 尺寸稳定性

纯棉织物在印染加工过程中, 由于纤维和纱线受到机械张力拉伸而存在着内应力, 一旦得到润湿, 这种内应力便松弛, 使得纤维和纱线的长度缩短, 从而构成织物的缩水。[9]此过程为棉织物的湿松弛，而静止干松弛对棉织物缩水没有特殊作用。这里的静止干松弛是指织物湿润后，在静止状态下无论什么样的干燥方法对棉织物的尺寸变化没有影响。[10]

滚筒烘干过程中，棉织物呈现运动状态，在机械力的作用下，会出现不同的尺寸变化趋势。对于针织物，相对于悬挂和水平晾干，滚筒烘干对于其尺寸稳定性有较大的影响，随着含水率的减少，横向和纵向会出现较大的缩水。特别是织物含水率下降到30%以后，织物纵向收缩明显变大，且与烘干温度无关，过度烘干会增大收缩值。[11]同时，针织物洗涤干燥过程中，在受到远小于断裂负荷的外力连续或重复作用下，产生蠕变现象和疲劳现象，从而造成针织物几何尺寸的变化，甚至破坏。[12]相对来说，纯棉机织物结构稳定，尺寸变化相对较小，且主要是发生在洗涤阶段，烘干阶段的温度、时间和筒转动频率对其影响较小，滚筒烘干后机织物更加明显的变化为起皱。

3.4 平整度

棉织物经过家庭滚筒洗涤烘干护理后，除尺寸变化外，还有一个更加直观表现是起皱。起皱的综合衡量指标为表面平整度，是指耐久压烫织物经家庭洗涤和干燥后表面光滑程度。

滚筒烘干过程中，纯棉织物产生褶皱原因有两方面：棉织物本身易皱的特点和干衣机的作用。首先，棉织物吸水性好且无定形区含量高，高温下分子活跃，机械性能下降，在力作用下易起皱。棉织物吸水，其溶胀和收缩过程也不完全是可逆的。在一胀一缩过程中，纤维分子内部构象相对位置发生变化，宏观效果上表现为起皱。[12]其次，烘干过程的影响。无论是针织物还是机织物，随着温度的降低，平整度会得到改善。因为高温下，棉织物表面的温度较高，加剧褶皱定性，不易回复，平整度较差，但是较低的温度会降低烘干效率，延长烘干时间。所以怎样在二者之间找到平衡至关重要。此外棉织物起皱受烘干负载的影响，由于干衣机内部空间有限性，织物较多而运动受限、织物之间的压叠等因素的影响会产生不可避免的褶皱。

4 研究展望

织物家庭滚筒烘干时含水率和温度要经历四个阶段的变化：升温阶段、等速干燥期、减速干燥期以及急速升温阶段。烘干效率同时与烘干条件和织物本身的性质有关。作为家庭洗涤护理主体的棉织物滚筒烘干后，性能发生变化。棉针织物会产生较大幅度的收缩，且与温度无关。相对来说，棉机织物结构稳定，尺寸变化较小，更加明显的变化是平整度，且随着烘干温度的升高，平整度变差。同时相对于悬挂和水平晾干，在机械力作用下，滚筒烘干对棉织物的力学性能、纱线和纤维的损伤更大。

现有研究主要是在特定滚筒烘干程序下，研究选定织物烘干过程以及性能的变化趋势。缺乏系统讨论不同的烘干条件（烘干温度、烘干时间、滚筒转动等）对不同织物的性能变化影响，不同因素影响机理差别，亦或各因素交互作用。强大的理论基础可以帮助消费者根据烘干对象，合理选择最佳烘干程序。同时制定专业的滚筒烘干后服装质量变化评价体系或者标准。以上这些问题的解决将对消费者服装家庭滚筒洗涤烘干护理以及干衣设备开发有极大的指导意义。

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