几种使用环境对棉织物性能的影响*

江西服装学院，江西 南昌 330201

棉织物以其吸湿、透气、柔软、舒适及染色性能良好而被消费者青睐，是主要的服装用面料[1-3]。棉织物的回潮率与断裂强力直接影响着棉质服装的排汗与耐用性能。目前，很多学者将超声波的空化效应用在棉织物的上退浆与染色处理上，期望通过超声波的使用提高棉织物的上退浆与染色效果。因此，超声波对棉织物吸湿性的影响被提到研究议程上来[4-5]。同时，伴随着棉织物在服装领域的大量使用，如何提高不同使用环境中棉织物的服用性能，扩大棉质服装的使用范围，也成为了研究的热门课题。目前，已有学者模拟出不同的使用环境，分析棉纤维或棉织物在极端环境中性能的变化[6-8]。

本文将模拟海水侵蚀、机洗、日光辐照与超声波处理4种使用环境，研究经不同使用环境侵蚀、损伤后的棉织物的吸湿性能与力学性能，以期为新型舒适棉织物的开发提供参考。

1 试验部分

1.1 试验材料及化学试剂

棉织物(福建翔升纺织有限公司)：经、纬纱线密度均为27.9 tex，捻度均为97捻/(10 cm)，经纱与纬纱密度分别为108、58根/(10 cm)。

AlCl3·6H2O(河南万江环保科技有限公司)、H3PO4(莱阳经济技术开发区精细化工厂)、NH3(济南英出化工科技有限公司)、NaCl(广州博峰化工科技有限公司)、NaSiO3·9H2O(东莞市乔科化学有限公司)、CaCl2(寿光学祥化工有限公司)、MgCl2·6H2O(天津金汇太亚化学试剂有限公司)、NaHCO3(武汉欣荣化工有限公司)、H3BO3(淄博义弘科技化工有限公司)、MgSO4·7H2O(钰祥林化工有限公司)、NaBr(寿光德润化学有限公司)、KCl(济南耀辉化工有限公司)、LiNO3(临沂福德精细化工有限公司)。以上化学试剂均为分析纯。

1.2 试验仪器

PTX-FA210电子天平(常州市亨托电子衡器有限公司)、FR-1204恒温恒湿试验箱(上海发瑞仪器科技有限公司)、DHG-9123A/DHG-9123AD高温烘箱(北京恒泰丰科试验设备有限公司)、LG WD-A12411D滚筒洗衣机(LG集团)、CAC-600-6六光源标准对色灯箱(苏州科晟泰检测仪器有限公司)、YQ-1006A超声波清洗器(上海易净超声波仪器有限公司)、INSTRON 5582万能材料试验机(美国英斯特朗公司)。

1.3 使用环境的模拟

1.3.1 海水侵蚀

依据朱正锋等[9]提出的方案，利用去离子水与化学试剂配置海水，其中AlCl3浓度为0.013 0 g/L、CaCl2浓度为1.153 0 g/L、MgSO4浓度为3.248 0 g/L、NaCl浓度为26.726 0 g/L、LiNO3浓度为0.001 3 g/L、NH3浓度为0.002 0 g/L、KCl浓度为0.721 0 g/L、NaBr浓度为0.058 0 g/L、H3BO3浓度为0.058 0 g/L、NaHCO3浓度为0.198 0 g/L、NaSiO3浓度为0.003 9 g/L、H3PO4浓度为0.002 0 g/L、MgCl2浓度为2.260 0 g/L。

被测棉织物于35 ℃的配置的海水中分别侵蚀10、30、50、100 h。

1.3.2 机洗

被测棉织物与去离子水按照1∶30的浴比置于LG WD-A12411D滚筒洗衣机中，洗衣机转速为600 r/min，清洗时间分别为10、20、30、50 h。

1.3.3 日光辐照

使用CAC-600-6六光源标准对色灯箱，在色温为6 500 K、功率为20 W的D65国际标准人工日光的条件下，对棉织物进行辐照处理，辐照时间分别为50、150、300、500、750、1 000 h。

1.3.4 超声波处理

使用YQ-1006A超声波清洗器对被测棉织物分别超声处理1、3、5、7 h，其中水温35 ℃、超声波频率40 kHz、超声波功率1 200 W。

1.4 织物性能测试

使用环境处理前，需先对棉织物进行退浆处理，然后用去离子水洗净，最后置入105 ℃的高温烘箱中干燥至恒重。

使用环境处理后，先清洗被测棉织物，再置入105 ℃的高温烘箱中干燥至恒重待用，再进行吸湿性能与力学性能的测试。

1.4.1 吸湿性能

参照GB/T 9994—2018《纺织材料公定回潮率》标准，使用PTX-FA210电子天平称取上述使用环境处理后待用的棉织物质量M0(本文取值为3 g)；然后置入FR-1204恒温恒湿试验箱中平衡24 h，称取平衡后的棉织物质量M1(g)；最后，利用式(1)计算出几种使用环境处理后的棉织物的回潮率W(%)。每种使用环境重复测试5次，结果取平均值。

(1)

1.4.2 力学性能

几种使用环境处理后待用的棉织物置于标准大气环境中再次调湿24 h；然后沿经纱方向剪取长250 mm、宽50 mm的布条试样，利用INSTRON 5582万能材料试验机进行断裂强力测试。测试时，夹持长度为200 mm，拉伸速度为20 mm/min。每种使用环境各测试30块棉织物，测试结果在剔除异常数据后取平均值。

2 结果与讨论

2.1 海水侵蚀

图1和图2反映了棉织物的回潮率与断裂强力随海水侵蚀时间的变化情况，可以看出：棉织物的回潮率随着海水侵蚀时间的增加而不断上升，而断裂强力则随着海水侵蚀时间的增加而不断下降。究其原因主要是棉织物在海水的侵蚀作用下：(1)纤维的结晶度不断下降，无定形区比例上升，故吸湿能力增强；(2)纱线上的毛羽量降低，纱线细度也在一定程度上减小，织物紧度下降，致使织物中纱线交织点处阻力减小，纱线捻度降低，故吸湿能力提高；(3)织物紧度下降，孔隙率增加，吸湿性上升。

图1 棉织物回潮率随海水侵蚀时间的变化曲线

图2 棉织物断裂强力随海水侵蚀时间的变化曲线

2.2 机洗

图3和图4反映了棉织物的回潮率与断裂强力随机洗时间的变化情况，可以看出：(1)当机洗处理在0～10 h时，棉织物的回潮率随机洗时间的增加而增加，当机洗时间超过10 h后，棉织物的回潮率随机洗时间的增加而降低；(2)棉织物的断裂强力随着机洗时间的增加而下降。

图3 棉织物回潮率随机洗时间的变化曲线

图4 棉织物断裂强力随机洗时间的变化曲线

回潮率方面的原因：0～10 h内，机洗时间增加，则棉织物紧度降低，纱线捻度下降，纱线毛羽增加，棉织物的回潮率上升；继续增加机洗时间，则纱线中的毛羽量不断减小，棉织物的回潮率下降，且降幅大于因纱线捻度及织物紧度降低而导致的回潮率的升幅。

断裂强力方面的原因：纱线捻度下降导致纤维间抱合力减小，同时受水的作用，纤维内部大分子链段发生滑移，故棉织物的力学性能下降。

测试还发现，机洗后的棉织物手感发硬，舒适性变差，故棉质服装应避免长时间的水洗。

2.3 日光辐照

图5和图6反映了棉织物的回潮率与断裂强力随日光辐照时间的变化情况，可以看出：随着日光辐照时间的增加，棉织物的回潮率不断增加，断裂强力不断下降。这是由于在氧气媒介的作用下，日光中的紫外光使棉纤维发生了光氧降解行为，棉纤维结晶度降低，无定形区增加，同时棉纤维细度变小，纱线上强力弱环增加，纱线捻度与织物紧度降低，纤维抱合力下降，织物组织交织点滑移，故而棉织物的回潮率增加、断裂强力下降。

图5 棉织物回潮率随日光辐照时间的变化曲线

图6 棉织物断裂强力随日光辐照时间的变化曲线

2.4 超声波处理

图7和图8为棉织物的回潮率与断裂强力随超声波处理时间的变化情况，可以看出：随着超声波处理时间的增加，棉织物的回潮率增加，而断裂强力下降。这一方面是由于棉纤维的大分子链段在超声波的空化作用下发生了断裂，导致纤维结晶度下降，无定形区增多，棉织物的回潮率增加；另一方面棉织物中的纱线捻度与织物紧度降低，故棉织物的回潮率提高。

图7 棉织物回潮率随超声波处理时间的变化曲线

图8 棉织物断裂强力随超声波处理时间的变化曲线

3 结论

(1) 棉织物的回潮率随着海水侵蚀、日光辐照、超声波处理时间的增加而不断增加，而机洗时间在0～10 h时，棉织物的回潮率随机洗时间的增加而增加，超过10 h后，棉织物的回潮率随机洗时间的增加而降低；

(2) 棉织物的断裂强力随海水侵蚀、机洗、日光辐照、超声波处理的时间增加而持续降低。

因此，棉质服装在穿着过程中应注重使用环境及养护，以延长服装的使用寿命。