涤/棉起绒针织面料的等离子体亲水整理及其性能表征

陈志鹏，张新斌，周 橙，吴济宏

(1.武汉纺织大学 纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430200；2.台巨纺织(上海)有限公司，上海 510620)

涤/棉起绒针织面料是制作卫衣的主要面料之一，其具有保暖、舒适、耐磨等特点，因此备受人们的喜爱。然而，采用涤/棉混纺纱线织造的起绒针织面料的亲水性能较差，为改善涤/棉起绒针织面料的亲水性能，需对涤/棉起绒针织面料的表面进行亲水性能整理。

然而，现有的研究对等离子体整理技术在涤/棉起绒针织物的亲水性能整理及等离子体的改性机制方面的研究还较少，因此，本文采用大气压辉光等离子体对涤/棉起绒针织物表面进行改性，研究不同等离子体处理时间和功率对涤/棉起绒针织面料表面粗糙度的影响，并对等离子体改性机制进行探讨，分析涤/棉起绒针织物在最优等离子体处理工艺下的亲水性能、织物手感和拉伸性能。

1 实验部分

1.1 实验材料

涤/棉起绒针织面料，该面料由台巨纺织(上海)有限公司提供，其结构参数为：组织结构添纱衬垫组织，面料成分棉53%，涤纶36%，粘胶11%，横向密度60纵行/(5 cm)，纵向密度70横列/(5 cm)，面密度300 g/m2；面料组织图见图1(a)；面料实物图如图1(b)所示。

图1 涤/棉起绒针织面料Fig.1 Polyester/cotton fleece knitted fabric.(a)Fabric stitch image;(b) Physical image of fabric

1.2 实验仪器

PG-10000F型大气压辉光等离子体处理装置(南京苏曼电子有限公司)，其反应装置工作原理图和装置图如图2所示。该装置在工作时，会在电极端产生加速电场，使电极端的电子获得动能并发生离解，从而在电极端形成导电气体，产生辉光放电。YG(B)871型毛细管效应测定仪(温州大荣纺织仪器有限公司);YG065H型电子织物强力仪(莱州市电子仪器有限公司);织物手感仪(澳大利亚AWTA公司);Phenom ProX型扫描电子显微镜(上海市复纳科学仪器有限公司)；SD-100型接触角测试仪(东莞市晟鼎精密仪器有限公司)。

图2 PG-10000F型大气压辉光等离子体处理装置Fig.2 PG-10000F atmospheric pressure glow plasma treatment device.(a) Device working principle;(b) Device image

1.3 等离子体处理

在进行等离子体处理实验前，需要将涤/棉起绒针织面料裁切成3 000mm×200mm的条状样品。将样品放入恒温恒湿实验室进行24 h调湿,并通过等离子体预实验，确定处理实验条件。然后，将调湿后的样品放入大气压辉光等离子体装置中，对涤/棉起绒针织面料进行大气辉光放电等离子体处理。其中，等离子体处理条件分别为：①等离子体处理功率为1.0 kW的条件下,分别对涤/棉起绒针织物进行等离子体处理15、30、45、60和90 s；②等离子体处理时间为15 s的条件下,采用1.0～3.9 kW分别对涤/棉起绒针织面料进行处理。最后将①和②处理好的涤/棉起绒针织面料放入真空密封袋中保存，以备后续测试，其处理流程图如图3所示。

图3 等离子体处理流程图Fig.3 Schematic diagram of plasma treatment.(a) Untreated fabrics;(b) Plasma treated fabrics

1.4 测试方法

1.4.1 织物表面粗糙度和手感测试

采用织物手感仪测量织物表面的粗糙度和手感，将面料裁剪成直径为113mm的圆形试样，并放入恒温恒湿实验室进行24 h调湿处理，每组测试3个试样，结果取平均值。

1.4.2 表面形貌

采用扫描电子显微镜(SEM)观察等离子体处理前后涤/棉起绒针织面料的表面形貌，放大倍数为3 000倍。

1.4.3 毛细效应测试

采用FZ/T 01071—2008《纺织品毛细管效应试验方法》，将面料裁剪成尺寸为200mm×25mm，在仪器的水槽中加入去离子水，设置温度为27 ℃，时间为30min，测量试样的芯吸高度，每组试样的纵向和横向各测试3次，结果取平均值。

1.4.4 接触角测试

将面料裁剪成尺寸为50mm×10mm，选用去离子水作为试液进行测试，采用接触角测试仪读取接触角数据，每组样品在不同位置重复测量3 次，结果取平均值。

1.4.5 织物强力测试

根据GB/T 3923.1—1997《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)》使用电子织物强力仪测试等离子体处理前后面料的断裂强力和断裂伸长。将织物裁剪成尺寸为200mm×50mm，在织物电子强力仪控制软件中设置隔距为100mm，上升速度为100mm/min，下降速度为300mm/min，预加拉力为5 N，每组测试5次，结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 形貌观察

采用SEM对等离子体处理前后涤/棉起绒针织面料进行观察，结果如图4所示。可知，坯布表面光滑无裂痕(见图4(a))，而等离子体处理会使涤/棉起绒针织面料表面产生纳米颗粒和裂痕(见图4(b)～(f))，这些裂痕在一定程度上会降低织物的强力，且随着等离子处理时间延长和处理功率的增大，织物表面的裂痕也会增多。

图4 等离子体处理前后涤/棉起绒针织面料的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

2.2 织物表面粗糙度分析

图5(a)示出在等离子体处理时间为15 s的条件下，等离子处理功率与涤/棉起绒针织面料表面粗糙度的关系。图5(b)示出在等离子体处理电功率为1.0 kW的条件下，等离子处理时间与涤/棉起绒针织面料表面粗糙度的关系。结果表明：等离子体处理时间一定时，随着处理功率的增大，面料表面粗糙度呈现增长趋势；等离子体处理功率一定时，面料表面粗糙度随时间的延长而增大。结合SEM的表征结果可以得出，等离子体处理会刻蚀纤维表面，使纤维表面产生裂痕，从而增大纤维表面的粗糙度，使面料表面变得粗糙；然而，高的面料粗糙度会对衣物穿着舒适感造成不良影响。综上，本文选择等离子体处理后涤/棉起绒针织面料的粗糙度与坯布相似的处理工艺，即等离子处理功率为1.0 kW，处理时间为15 s处理的面料进行后续测试。

图5 等离子体处理对面料粗糙度的影响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

2.3 织物接触角分析

图6示出坯布和等离子体处理后涤/棉起绒针织面料对水的接触角。坯布对水的接触角为148.1°，涤/棉起绒针织面料对水的接触角为89.2°，与坯布相比减少了39.7%。处理后面料接触角降低主要是由等离子体刻蚀所引起的。该刻蚀会在面料的纤维表面产生裂痕，增大水滴与纤维的接触面积，从而增强纤维对水的运输能力，降低面料对水的接触角。

图6 面料的接触角Fig.6 Contact angle of fabrics.(a) Grey fabric;(b) Plasma treated fabrics

2.4 织物毛细效应分析

表1示出坯布和等离子体处理后涤/棉起绒针织面料的纵向和横向芯吸高度。等离子体处理的涤/棉起绒针织面料的芯吸高度变大，其中处理后面料的纵向和横向芯吸高度相比于坯布的芯吸高度分别提高了23.0%和 19.8%。这是因为等离子体处理的刻蚀作用使纤维产生了裂痕，使得纤维输送水分的能力增加。结合接触角测试结果可以说明，等离子体处理后涤/棉起绒针织面料具有较好的亲水性能。

表1 面料的芯吸高度Tab.1 Wicking height of fabrics cm

2.5 织物表面手感分析

图7和表2示出坯布和等离子体处理后面料的7个手感测试指标的数值及其手感总体评分数值。结果表明，等离子体处理的涤/棉起绒针织面料手感的各项测试指标数值与坯布相比无显著性差异，且等离子体处理的面料的清洁度与坯布相比提高了2.7%，因此，等离子处理的涤/棉起绒针织物可获得与坯布相似的手感。

表2 面料的手感数值Tab.2 Handle index of fabric

图7 涤/棉起绒针织面料手感图Fig.7 Handle images of polyester/cotton fleece knitted fabric

2.6 织物拉伸性能分析

表3示出等离子体处理对涤/棉起绒针织物拉伸性能的影响。结果表明，等离子体处理面料的断裂强力与坯布相比减少了1.9%，断裂伸长与坯布相比减少了11.2%，这是由于等离子体装置的电极在工作时会产生高强度电场，织物长时间置于该电场环境中会刻蚀纤维表面，在一定程度上会使纤维的强力减弱[17]。

表3 面料的拉伸性能Tab.3 Tensile properties of fabric

3 结 论

本文采用等离子体整理技术，在不同处理功率和时间条件下，对涤/棉起绒针织面料表面进行亲水性整理，探讨等离子体处理时间和处理功率对涤/棉起绒针织面料表面粗糙程度的影响和等离子体处理后涤/棉起绒针织面料的亲水性能、手感和拉伸性能。研究结果表明：

①等离子体处理功率为1.0 kW,处理时间为15 s的条件下，处理后涤/棉起绒针织面料的亲水性能得到显著的改善，对水的接触角减少了39.7%，达89.2°；纵向芯吸高度提高了23.0%，达13.9cm；其横向芯吸高度提高了19.8%，达12.1cm。

②等离子体处理功率为1.0 kW,处理时间为15 s条件下处理的涤/棉起绒针织面料，可获得与坯布相似的手感。

③等离子体处理功率为1.0 kW,处理时间为15 s条件下处理的涤/棉起绒针织面料的断裂强力和断裂伸长低于坯布。说明采用大气压辉光等离子体处理的起绒针织面料的耐用性能在一定程度上有所降低，未来仍需对该工艺条件下处理的涤/棉起绒针织面料的耐用性能做进一步改良。