液氨处理对锦纶/棉混纺织物性能的影响

张 华， 张 杰， 高 燕

(1. 军事科学院系统工程研究院 军需工程技术研究所， 北京 100088；2. 北京邦维高科特种纺织品有限责任公司， 北京 100043；3. 中纺协(北京)检验技术服务有限公司/中国纺织工业联合会检测中心， 北京 100025)

解决棉混纺织物折皱的方式有很多，工业上大量采用树脂整理或液氨处理与树脂整理相结合的方法[1-2]。近年来，液氨处理应用较为广泛，这是因为棉、麻等纤维素纤维经液氨处理后，其结晶度和取向度都有所下降[3-5]，纤维密度亦有所下降[6]，使织物手感柔软，尺寸稳定性增加[7]。但对于棉与化纤混纺织物，液氨处理后其各项性能变化情况如何，相关研究较少。

为此，本文以锦纶/棉(50/50)混纺织物为研究对象，探讨液氨处理前后织物力学性能、折皱性能，同时测试了锦纶/棉混纺织物在液氨处理前后的手感变化，以期为锦纶/棉混纺织物的应用及开发提供参考与数据支撑。

1 实验部分

1.1 实验材料

锦纶/棉(50/50)混纺斜纹织物，经纬纱线密度为18.4 tex×2，经纬密分别为216、182 根/(10 cm)。

液氨整理剂，纯度为99.6%，密度为0.60 kg/L(25 ℃)，沸点为-33.35 ℃(标准大气压)，由鲁泰纺织股份有限公司提供。MST-2型亲水柔软剂，由多恩生物科技有限公司杭州分公司提供。

1.2 工艺流程

坯布预处理工艺流程：翻头→烧毛→冷堆→水洗→退煮漂→丝光水洗→预定形(175 ℃，45 s)。

对预定形后的织物进行2种染整加工:一种是未经液氨处理;另一种是经液氨处理。

未经液氨处理工艺流程：二次预定形(175 ℃×45 s)→染色→水洗→定形(180 ℃，45 s)→亲水整理(MST-2亲水柔软剂)→焙烘(160 ℃，3 min)→预缩整理。处理成品织物实测经纬密分别为244、183 根/(10 cm)。

液氨处理工艺流程：液氨处理(采用日本京都公司生产的KYOTO液氨处理机，车速为55 m/s，中和液pH值为4～4.5)→二次预定形(175 ℃，45 s)→染色→水洗→定形(180 ℃，45 s)→亲水整理(MST-2亲水柔软剂)→焙烘(160 ℃，3 min)→预缩整理。液氨处理后成品织物实测经纬密分别为243、185根/(10 cm)。

1.3 测试方法

1.3.1 织物力学性能

采用5966型INSTRON电子万能材料试验机，按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分 断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》和GB/T 3917.2—2009《纺织品 织物撕破性能 第2部分：裤形试样(单缝)撕破强力的测定》，对织物进行拉伸强力和撕破强力测试。

采用YG541D型全自动织物折皱弹性仪，按照GB/T 3819—1997《纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法》中的垂直法对织物折皱回复角进行测试。测试温度为(21±3)℃，相对湿度为(60±5)%。

1.3.2 织物风格与手感

采用FTTM293型织物触感测试仪，对液氨处理前后的织物机械与表面特性进行检测，测试织物的挠曲功、压缩性、热导率、粗糙度和摩擦因数共5个特性指标以及织物的手感。织物试样规格为31 cm×31 cm，字母“L”形交叉区域大小为11 cm×11 cm，测试最大压力为7 kPa，标准压力为4.2 kPa，测试加热时间为5 min，每次测试维持时间为10 min。实验室环境：温度为(21±3)℃；相对湿度为(60±5)%。

2 结果与讨论

2.1 力学性能

表1、2示出织物染整过程中液氨处理对其拉伸断裂和撕破强力变化影响。可以看出，液氨处理有利于提升织物的力学性能。氨是一种渗透性极强的小分子，能够快速渗入棉纤维素大分子内部，形成氨纤维素，将纤维素分子内及分子间氢键打开并重新排列，这种作用使得棉纤维的结晶度和取向度均有所下降，但也使纤维素的分子链发生重排而趋于均一[8-9]，消除了纤维素的内应力，避免拉伸时产生应力集中现象。液氨处理增加了锦纶的结晶度与密度[10]，但锦纶对碱液的稳定性较高，弱碱性的液氨对锦纶的强度影响很小，表现在锦纶/棉混纺织物的力学性能上，液氨处理后织物的拉伸断裂强力和撕破强力有所上升，其中撕破强力提高明显，达10%以上。

表1 染整过程中织物拉伸强力变化情况Tab.1 Fabric strength change after liquid ammonia treatment N

由表1可知，与未处理织物相比，液氨处理后织物纬向强力随着染整工序呈现先低后高的趋势，这是由于染整加工对织物纬向密度影响较大，预定形及染色工序中织物结构较松散，随着织物轧液定形后，液氨处理前后织物纬向密度及织物规格基本一致，此时液氨对于织物强力的提升作用才得以充分体现。

表2数据表明，液氨处理后织物经纬向撕破强力在染整各工序都高于未处理的织物。这主要是因为撕破强力的测试采用了梯形撕破法，其大小取决于撕裂三角区的大小与纱线的结构与性能、织物结构与组织[11]。一般而言，单纱强力越大，或三角区的纱线根数越多，则撕破强力越高。在织物结构、组织相同的情况下，液氨处理对撕裂三角区影响很小，但是纱线的均匀度和强力均有所上升，表现在混纺织物整体撕破强力均有明显提高。

表2 染整过程中织物撕破强力变化Tab.2 Tear strength change after liquid ammonia treatment N

2.2 折皱回复角

表3示出织物染整过程中折皱回复角(经+纬)的变化。可见，锦纶/棉混纺织物不论是否经过液氨处理，其折皱回复角均随着染整过程总体上呈升高趋势，其中液氨处理对于织物折皱回复角的提升更为明显，成品折皱回复角从218°提升至252.3°。分析认为这主要是由于2方面的作用：一是液氨处理改变了棉纤维的结构与形态，液氨小分子使得棉纤维充分溶胀，纤维结晶度降低，晶型由纤维素I型转变为纤维素III型，除氨后棉纤维晶型再由纤维素III型回到纤维素I型[12]，但棉纤维的外层网状外鞘部分会略有收缩，中间纤维素会发生化学反应膨胀，棉纤维横截面变圆，中空部分变小，纤维内部的扭曲应力减小，纤维间的滑爽感增加，纤维表面变得平滑[13-14]，故而提升了棉纤维抗皱性，在织物折皱回复角上表现为明显上升趋势。二是液氨处理降低了锦纶的剪切模量与弯曲模量，尽管纤维结晶度有所增加，但锦纶织物手感变软，抗皱性亦得到明显改善[10]。综合锦纶和棉2种纤维原料来说，液氨处理均有利于提升抗皱性，故而相较于未经液氨处理的锦纶/棉织物，其抗皱性能改善得更为明显。

表3 染整过程中织物折皱回复角变化Tab.3 Wrinkle change on process of dyeing and finishing

2.3 织物风格

液氨作为一种传统高效的整理剂，其对织物的风格及手感改善显著，特别是对纤维素纤维织物的功能整理更是应用广泛。但是，手感作为一种更偏向于主观感知的性能指标，其测试与量化表征方法一直以来是织物风格研究者们重点攻关的方向及难点，而FTTM293型织物触感测试仪则为织物风格研究提供了一种新的表征手段。采用该仪器测得的液氨处理前后锦纶/棉混纺织物手感特性指标变化如表4所示。

表4 液氨处理前后织物手感特性指标变化Tab.4 Surface characteristics change after liquid ammonia treatment

液氨处理后锦纶/棉混纺织物的挠曲力功及压缩功均小于未处理织物，表明要完成相同的形变，液氨处理后织物的挠曲及压缩所需的能量较少，但是液氨处理充分溶胀棉纤维，硬挺度和刚度提高，表现在手感上柔软度并无明显变化。

液氨处理后锦纶/棉混纺织物在压缩和恢复过程中的热导率和最大热导率均有所下降，表明其表面导热性有所下降，增加了人体肌肤触碰时的温暖感，手感更加充盈丰满。

一般而言，表面形貌包括3种状态：波长与振幅之比小于50属于表面粗糙度范围；比值介于50～1 000 之间属于表面波纹度；比例大于1 000属于形状误差。数值越大，织物表面越粗糙。表4中织物经纬向的表面平均粗糙度是描述织物表面纱线纹理具有的小间距和波峰谷的不平度，波长越小，则表面越平滑。由表4可知，液氨处理后织物表面粗糙度振幅和摩擦因数几乎没有变化，但表面粗糙度波长明显减少，且未经液氨处理织物的粗糙度波长与振幅之比为50.46,而液氨处理后波长与振幅之比仅为44.87，表明液氨处理后锦纶/棉混纺织物的平滑度得到显著改善。

2.4 综合手感

表5示出液氨处理前后锦纶/棉混纺织物平滑感、温暖感、柔软感数值，以及在此3个主观指标基础上，采用仪器内置数学模型自动汇总形成的综合手感值。可以看出，液氨处理前后，织物柔软感基本无变化。分析认为这是由2个原因造成的：一是液氨处理后，棉纤维内部小孔穴增多，而大孔穴减少，棉纤维内部微孔数有所增加，孔穴分布范围变窄，趋于均匀，因此纤维大分子链的排列更为致密[12]，造成纤维模量有所提升，这会使织物整体柔软感下降；二是液氨也有一定的消晶作用，液氨处理后，棉结晶度下降约20%[14]，且去氨方式不同，其消晶程度也有所不同[15]，结晶度的降低也使棉纤维的模量有所下降，变得更加柔软。

表5 液氨处理前后织物综合手感值Tab.5 Subjective characteristics change after liquid ammonia treatment

液氨整理后，织物的平滑感和温暖感均有所提升，这是由于棉纤维有天然的扁平带状卷曲，横截面为中空腰圆形，在液氨整理过程中会发生膨胀，横截面变得圆润，胞腔收缩，胞壁增厚，纤维表面裂痕明显减少，变得平滑[14]。而且，棉纤维溶胀后，纤维间相互挤压使锦纶/棉混纺纱线变得相对紧致，这一作用与丝光类似，在宏观上表现为手感的平滑感上升。与此同时，纱线充盈的形态结构也使织物变得相对丰满，提高了温暖的触感。

3 结 论

本文通过对液氨处理前后锦纶/棉混纺织物宏观性能检测，分析研究了液氨整理对其风格影响情况，得到如下结论。

1)液氨处理通过改变棉纤维的表观结构，提升纱线和织物的强力，从而使锦纶/棉混纺织物的力学性能有所提升，表现为拉伸断裂强力和撕破强力均有所提高，其中撕破强力提高明显，达10%以上。

2)液氨处理改变了棉纤维的结构与形态，使棉纤维横截面变圆，中空部分变小，纤维内部的扭曲应力减小，同时降低了锦纶的剪切模量与弯曲模量，从而使液氨处理后锦纶/棉混纺织物的折皱回复角从218°提升至252.3°，表明液氨整理有利于提高锦纶/棉混纺织物的抗皱性能。

3) 液氨处理后，锦纶/棉混纺织物的手感发生改变，其平滑感、温暖感有所提升，柔软感变化不明显，综合手感值有所提升，表明液氨处理有利于改善锦纶/棉混纺织物的手感。