洗涤对棉织物保形性影响的研究

陈明辉，郭明奇，蒋 黎，王 波，刘建立，高卫东

(1.江南大学 纺织技术研究所，江苏 无锡 214122；2.无锡小天鹅股份有限公司，江苏 无锡 214028)

纺织品洗护是保证其清洁卫生的主要技术手段，然而不科学的洗涤将损伤织物的服用性能，尤其是影响织物的保形性。织物的保形性是指织物在使用过程中或洗后能保持原有外观特征、便于使用、易于保养的性能[1]。目前保形性并没有特定的相关指标来定义，一般通过测试织物的折皱回复性能和织物的抗皱性能来反映织物的保形性，折皱回复性和抗皱性越好则织物的保形性能越好。近年来，对于织物的保形性，国内外学者进行了一系列的研究。杨书会等[2]分析纯棉织物的折皱回复角和组织结构参数的相关性，发现纱线捻度、线密度对织物的经纬向和总折皱回复角影响最大，可通过提高纱线捻度、降低纱线线密度来改善纯棉织物的抗皱性。Dong X等[3]研究了织物的应变曲线与折皱回复性的关系，建立了两者之间的回归方程。张晓婷等[4-5]研究了织物的折皱回复角与物理力学性能指标间的关系，分别建立了经纬纱线密度、经纬纱密度、组织系数与织物折皱回复角的回归方程和组织系数、经纬纱覆盖系数与织物折皱回复角的回归方程。刘成霞等[6-7]采用三维激光扫描技术，提取不同等级模板的特征参数，同时利用图像处理技术提取特征指标，运用逐步回归分析法建立综合特征指标与平整度等级的模型，结果表明该方法与主观评价的吻合度达90%，能合理反映织物平整度等级。王蕾等[8]研发了一种基于视频序列的JN-l型织物折皱回复性能动态测试仪，该设备可以实现织物试样的动态回复性的科学表征。潘宁[9-10]的研究成果经过美国欣赛宝科技公司转化，研发了PhabrOmeter®织物评价系统，能够方便、快速地测得织物的折皱回复率及织物的各项手感指标。

目前，关于洗涤对织物保形性影响的相关研究尚处于起步阶段。2012年Siroká B等[11]对天丝纤维、黏胶纤维及莫代尔纤维三种再生纤维素纤维进行模拟洗涤实验得出，纤维吸湿后再生纤维素纤维内部结构发生重组，纤维分子能量降低，进而织物易受力变形。2013年Yun C等[12-13]指出织物的厚度、湿重影响棉织物及涤纶织物在洗涤过程中的运动状态，进而影响洗涤时织物折皱的形成。2014年袁建荣等[14]研究了洗涤温度对织物外观平整性的影响，结果表明洗涤温度升高，织物的外观平整性变差；同种纤维织物厚度越大，弯曲、剪切刚度越大，洗涤过程中不易变形，洗后平整度越好。需要指出的是，已有的研究中重点关注了织物组织结构、纱线性能、纤维种类等特性对织物折皱回复性能的影响，以及洗后织物的外观平整度。目前为止，经过连续洗涤对不同规格参数的织物保形性的影响尚不明确，洗涤次数对保形性影响的相关研究报道较少。

本文以市场上用来制作衬衫的棉织物为研究对象，通过评价洗后织物的外观平整度，测试洗后织物的折皱回复率，探讨连续洗涤对不同结构参数的织物保形性的影响，分析不同洗涤次数对织物保形性的影响，为进一步研究洗后织物的保形性及织物保形性测试提供依据。

1 材料与方法

1.1 试样准备

本文选用10种织物规格参数不尽相同、未经染色和无抗皱整理的棉织物为实验材料，织物规格参数如表1所示。

表1 织物规格参数Tab.1 Fabric specification parameters

根据经纬纱线密度由大到小的顺序对10种织物进行编号。1#、3#、5#、8#、9#、10#试样为平纹纯棉织物；2#、4#、6#试样为斜纹纯棉织物；7#试样为涤棉混纺的平纹织物。在外观平整度评价实验中，按照AATCC 124—2018《织物经多次家庭洗涤后的外观平整度测定》要求，每种织物裁取3块试样，试样尺寸为38 cm×38 cm，编号为1#-A，1#-B，1#-C，以此类推，共计30块试样。每次实验洗涤某种织物的三块试样，每种织物进行10次洗涤实验，洗涤后在自然状态下悬挂晾干，在标准环境下评价织物外观平整度。在折皱回复性能测试实验中，将表1所列的每种织物，用取样器各裁取3块100 cm2大小的圆形试样，编号为1#-1，1#-2，1#-3，以此类推，共30块试样。将试样平铺到洗衣袋中共进行10次洗涤，每次洗涤后，将试样自然晾干，采用PhabrOmeter®织物评价系统测试织物折皱回复性能。

1.2 仪 器

仪器主要包括美的MFC100型滚筒洗衣机、美的MDS70型烘干机(无锡小天鹅股份有限公司)，AATCC 124—2018平整度等级评价用标准模板(美国纺织化学师与印染师协会)，PhabrOmeter®织物评价系统(美国欣赛宝科技公司)，100 cm2织物圆形取样器(新汇仪器设备有限公司)。

本次实验选用洗涤参数：一次洗涤节拍内，滚筒正转10 s停10 s，反转10 s停10 s，正反转速均45 r/min，控制洗衣机的进水量20 L、主洗时间45 min、脱水转速600 r/min，洗涤温度50 ℃。在保形性评价时，试样平整度等级参照AATCC 124—2018规定方法进行评价，试样折皱回复率采用PhabrOmeter®织物评价系统进行测试。

1.3 织物外观平整度评价

按照标准AATCC 124—2018《织物经多次家庭洗涤后的外观平整度测定》，洗涤时选用与洗涤试样规格参数相同，尺寸为(92±3) cm×(92±3) cm的负载织物作为陪洗材料以满足AATCC 124—2018规定的洗涤总质量要求。每次洗涤时，三块织物试样和负载织物质量要达到(1.8±0.06) kg。为了减少负载对测试试样折皱的影响，参照标准BSEN 60456—2016《家庭用洗衣机：性能测量方法》，将负载布中心顶起四角下垂，进行一次折叠，负载和试样交错重叠放入洗衣机滚筒中进行洗涤。洗涤后，以织物经纱为垂直方向将每个试样两角夹紧挂起自然悬挂晾干。试样在标准大气环境中静置4 h，在平整度标准评级环境下，将试样固定在可见板上，与AATCC 124立体标准模板进行对比，确定每块织物平整度等级。在本实验中，计算同种织物3块试样的平整度等级的平均值，作为该试样一次洗涤实验的外观平整度等级。

1.4 织物折皱回复性能测试

将尺寸为100 cm2的三块圆形试样装入洗衣袋，并与尺寸为(92±3) cm×(92±3) cm负载织物同时放入洗衣机中进行洗涤，洗后试样平铺自然晾干。按照标准AATCC TM 202—2014《纺织品相对手感值：仪器法》，将待测试样放在温度20 ℃、相对湿度65%恒温恒湿条件下平衡12 h后，采用PhabrOmeter®织物评价系统进行折皱回复率测试。按照测试要求，同种织物的三块试样依次放入测试台，每块试样进行两次测试，第一次测试结束后将所测试样静置5 min，然后试样按第一次测试顺序再次进行测试，系统根据两次测试织物折皱差异，计算试样的折皱回复率。

2 结果与分析

2.1 洗涤后织物外观平整度评价

为保证测试结果具有可比性，每次洗涤前对试样进行蒸汽熨烫，保证所有织物外观平整度在4级以上。10次洗涤实验，试样对应的外观平整度等级如表2所示，表2中数据是3块织物平整度的平均值，γ表示第1次洗涤与第10洗涤后平整度等级差值。

表2 洗涤后织物平整度等级评价结果Tab.2 Flatness grade evaluation result after washing

为了更好地分析洗涤次数对保形性的影响，将第1洗涤与第10次洗涤后试样的外观平整度进行对比，如表3所示。

1)由表2可知，第一次洗涤之后5#、6#、7#试样平整度较好，其中6#最好，7#次之，其他试样平整度较小且等级相近。随着洗涤次数的增加，经过前5次洗涤，10种试样的外观平整度等级相对稳定，略有减小的趋势。第6次洗涤后织物的平整度结果显示，平整度等级较前5次洗涤的平整度等级显著降低，继续进行洗涤实验，10种试样的平整度等级都在逐渐减小。这是因为试样经过连续地洗涤、晾晒、熨烫、洗涤多次循环之后织物在机械外力的反复作用下频繁地弯曲折叠，织物力学性能逐渐下降，织物抵抗外力变形能力减弱，导致织物保形性降低，外观产生折皱明显。

2)由表2可知，1#、2#试样在洗涤后平整度等级较9#、10#试样略大，10#试样平整度等级最差。这是因为1#、2#试样线密度大于9#、10#试样，线密度越大，纱线本身的抗弯刚度越大，织物厚实，织物越不易起皱。对比1#、2#试样平整度等级可以看出平纹织物平整度略大于斜纹织物，这是因为平纹组织在三原组织中结构最紧密，抗弯刚度最大，机械力作用下不易形成折皱。随着洗涤次数的不断增加，从5#试样和7#试样的外观平整度等级可以看出，涤棉织物的平整度等级大于纯棉织物。原因是织物的折皱形成主要在无定形区产生，在洗涤过程中水分子进入纤维无定形区，以氢键的形式与纤维中亲水基团羟基、羧基等结合，导致纤维无定形区结构增加，纤维分子链之间变得疏松容易滑移，在外力作用下容易产生变形，在织物外观效果上起皱明显[12]。而棉纤维亲水基团含量高于涤纶纤维、棉纤维的无定形区大于涤纶纤维，洗涤过程中棉织物更易产生折皱。同时因为洗涤温度为50 ℃，加速了水分子与棉纤维无定形区内亲水基团的结合，相反在该洗涤温度下未达到涤纶纤维的玻璃化温度69～81 ℃，对涤纶织物的折皱影响不显著[14]。

表3 第1次和第10次洗涤后织物外观变化Tab.3 Fabric appearance changes after the 1st and 10th times of washing

注：X*表示某一次洗涤实验；SA为织物平整度等级(smoothness appearance)的缩写；SA1#1=2，表示编号为1号的三块中的第一块试样对应的外观平整度，其等级为2级。

3)由表3中试样平整度等级差值γ可知，5#试样平整度等级变化幅度最大为1.4级，洗涤过程对5#试样外观平整度影响最大。同为平纹组织的1#试样γ值为1，平整度等级变化较明显。这是因为平纹组织由于交织点多且薄，在经过连续洗涤后，织物紧度下降明显，纱线内应力降低，抗弯压缩性能变差，导致织物外观平整度等级变化显著。与5#试样相比，3#试样平整度等级变化幅度为0.7级，是因为3#试样所用纱线为股线，相比于单纱。抗弯刚度增加，纱线弹性回复性好，抵抗外作用能力强。10#试样平整度等级变化幅度最小为0.5级，洗涤对其影响最小。这是因为10#试样纱线线密度较小，织物轻薄，第一次洗涤后平整度等级较低，经过反复洗涤后平整度等级变化并不明显。

2.2 洗涤后织物折皱回复率分析

折皱回复率能有效地反映织物的折皱回复性能，是衡量织物保形性的重要指标。10次洗涤后试样折皱回复率随洗涤次数不断增加变化趋势如图1所示，第10洗涤与第1次洗涤后的折皱回复率的变化率δ分布情况如图2所示。

图1 织物折皱回复率的变化趋势Fig.1 Change trend of fabric wrinkle recovery rate

图2 第10洗涤与第1次洗涤后的折皱回复率变化率Fig.2 The variance ratio of wrinkle recovery rate of fabric after the 1st and 10th times of laundering

1)由图1中数据和变化趋势可知，7#试样折皱回复率最好，折皱回复率在一定范围内轻微波动，经过10次连续洗涤后试样的折皱回复率略有减小。8#、10#试样的洗涤后折皱回复率较好，高于3#、5#、6#、9#试样，4#试样的折皱回复率是最低的，这些试样的折皱回复率都随着洗涤次数的增加在逐渐的降低。1#、2#试样在初始洗涤实验中折皱回复率较高，随着洗涤实验继续增加折皱回复率明显降低。由图2可知，洗涤对1#、2#试样的折皱回复率影响最大，对3#、4#、5#、6#、8#、9#、10#试样影响较弱，对7#试样影响最小。

2)平纹棉织物1#、3#、5#、9#、10#试样线密度不同密度基本一致，洗涤后的折皱回复率与纱线线密度的关系如图3所示。

图3 折皱回复率与纱线线密度关系Fig.3 Relationship between crease recovery rate and yarn linear density

由图3可知，随着试样线密度的减小，洗涤后试样的折皱回复率在逐渐增加，3#试样和5#试样线密度相同，3#试样洗涤后的折皱回复率略高于5#试样。这是因为纱线间不易滑移是织物折皱回复性差的本质原因，当纱线线密度小时，纱线之间的摩擦力小，纱线回复移动阻力小，折皱回复时纱线容易回到原来位置，织物折皱回复性好[15]。结合图2和图3可知，纱线线密度越大洗涤对织物的折皱回复率影响越显著，是因为纱线线密度越大，纱线间间距越小，织物经过连续洗涤后纱线间距不断增大，纱线松弛量增大，内应力减小，织物的折皱回复性变差[16]。

3)由图1、图2可知，7#试样涤棉混纺织物在所有试样中的折皱回复性能是最好的。从纤维本身的性能来分析，是因为棉纤维初始模量小，纱线间相对移动的摩擦系数大，在拉伸变形后恢复能力差，导致织物的折皱回复性降低；涤纶纤维的初始模量高，弹性回复率高，纱线间相对移动的摩擦系数小，在外力作用下不易变形，产生折皱后也能很好地回复[17]。从纤维的结构特征分析，是因为棉纤维分子结构为氧六环结构，在无定形区呈自由弯曲状态，环与环之间夹角可以改变，在外力作用下易发生变形且难以回复；涤纶分子结构是由一个苯环、两个酯基和两个亚甲基构成，酯基增加纤维柔韧性，苯环增加纤维刚度，涤纶织物折皱回复性更好。从纤维的形态结构分析，是因为棉纤维截面呈腰圆形带中腔，涤纶具有一定程度的皮芯结构，涤纶纤维的剪切形变小于棉纤维，剪切形变越大，纤维越容易疲劳破坏，洗涤过程对棉纤维影响更大。

4)纯棉1#、2#试样和纯棉5#、6#试样是纱线线密度和织物密度基本一致，而组织结构不同的两组织物。由图4可知，在洗涤次数相同时，斜纹棉织物较平纹棉织物折皱回复率略大。这是因为平纹棉织物组织系数是最小的、最为紧密，洗涤时在机械力作用下织物不容易折皱变形，但是当外力撤去时，折皱处的纱线不容易回复到原来的位置，所以平纹棉织物折皱回复性较差[18]。随着洗涤次数的不断增加，不同组织试样折皱回复率差距并不明显，这说明组织结构对洗涤后织物折皱回复性变化影响较小。

图4 试样组织对折皱回复率的影响Fig.4 Effect of fabric weave on wrinkle recovery rate

2.3 评价指标的相关性

在本实验中，分别选择外观平整度等级和折皱回复率对织物试样洗涤后的保形性进行评价，两者分别从织物折皱程度和折皱恢复性对织物保形性进行刻画，两者之间是否存在线性相关性值得研究。为此，在置信度为0.90的情况下，计算织物外观平整度等级与折皱回复率之间的Pearson相关系数为0.491 9，说明洗涤对两种指标的影响具有一致性，两种指标的变化趋势存在相同规律，数据之间存在一定的相关性。

3 结 论

1)试样经过连续反复洗涤后，采用主观评价与客观测试结合的方式，通过不同的测试方法研究洗涤后织物的保形性，结果表明：随洗涤次数的不断增加，试样的平整度等级先保持基本稳定，等级差值在0.5级以内，然后随着洗涤次数的增加平整度等级逐渐下降。试样的折皱回复率随着洗涤次数的增加逐渐降低。因此，织物在经过连续多次洗涤后其保形性在逐渐减弱。

2)根据洗涤后试样的外观平整度可知，涤棉混纺织物比纯棉织物的平整度要好，是因为织物折皱主要在无定型区产生，棉纤维的无定形区大于涤纶纤维；升温洗涤加速了水分子与棉纤维中的亲水基团结合，在外力作用下更易形成折皱。初始洗涤实验结果显示平纹织物平整度略高于斜纹织物，连续洗涤后平纹织物平整度等级下降变明显。试样经过连续地洗涤之后，平整度等级降低是因为织物纱线在外力的反复作用下，织物相关物理力学性能减弱，导致织物外观折皱明显。

3)根据洗涤后试样的折皱回复率可知，涤棉混纺织物比纯棉织物的折皱回复性能要好，是因为涤纶纤维具有较好的弹性回复性。随着织物纱线线密度减小，洗后织物的折皱回复率增加，是因为织物线密度越大，纱线间不易滑移，产生的折皱不易回复，洗涤对织物的折皱回复率影响越大。相比于斜纹棉织物，平纹棉织物折皱回复性略差；洗涤次数相同时，不同组织试样折皱回复率差距并不明显，组织结构对洗涤后织物折皱回复性变化影响较小。

4)由两种测试方法的实验数据的相关性可知，洗涤对织物的外观平整度与织物的折皱回复率的影响具有一致性，即随着洗涤次数的增加，织物的两种性能在逐渐减弱，表现出织物洗后的保形性逐渐变差。