涂層機、定型機、地毯機專業生成廠家無錫前洲興華機械2022年11月22日訊 聚酯纖維俗稱滌綸，是目前使用量、工業化規模最大的合成纖維，具有一系列的優良性能，也是中國目前使用較多的涂層加工所用紡織基材。紡織品的特殊整理也受到了越來越多的關注，其中硬挺整理成為了一種極其重要的織物風格整理。
作者：吳蝶 秘一芳 程小霞 楊小波 蘭淑仙 曹志海
硬挺整理劑是一種在纖維內部、纖維之間或纖維表面形成薄膜或產生交聯，從而使織物產生硬挺、厚實、豐滿手感的高分子物質，因而廣泛應用于窗簾布、箱包布以及經編織物等的后整理中。但是經過硬挺整理的滌綸織物在受到硬物刮劃時表面會出現較為明顯的白痕，嚴重影響了織物的外觀，也給企業帶來了困擾和損失。
此外，實際生產中常使用手指甲刮劃等非定量破壞方式來制造白痕，且缺乏評價白痕程度的定量方法。
因此，設計統一的硬挺整理織物表面模擬白痕形成的實驗方法及白痕情況評價方法，以此探究滌綸硬挺整理織物表面白痕產生的原因至關重要。
彭志等研究發現，經防水整理的丙綸織物在受到刮劃后會產生較為明顯的白痕，認為白痕的出現表明該種防水劑與織物沒有發生交聯或交聯不徹底，因而積聚在織物表層，在遇到外界劃擦時會破壞沒交聯或交聯不徹底的防水劑，導致白痕的產生，影響織物的防水性能和外觀。
張馮兵在對腈綸進行后整理時發現了“粉筆痕”的產生，經分析認為，這主要是整理劑在織物表面形成的薄膜被刮破所致。要想無刮痕，就必須使整理劑全部滲透入織物內部，或在織物表面只存在極少且韌性較大、不易刮破的薄膜。
盡管白痕現象普遍存在于滌綸的后整理加工中，但目前尚未有定量統一的白痕評價方法，以及對于滌綸織物白痕成因的有效探究，因此建立定量統一且具有普適性的白痕情況評價方法，并闡明滌綸硬挺整理織物刮劃白痕形成的原因，對該領域中滌綸硬挺整理面料的生產和使用具有重要的指導與借鑒意義。
本文首先建立了滌綸織物表面白痕情況的定量破壞及評價方法，并采用該研究手段探究刮劃作用方向、織物類型等對織物自身及硬挺整理后表面白痕情況的影響規律，探討白痕的成因。
1.1 實驗材料與試劑
環保型硬挺劑(TF-639B，傳化智聯股份有限公司，以下簡稱639B)、低密粗纖滌綸機織物(273.2 g/m，纖度303 dtex(273 D)，總緊度 61.7%，傳化智聯股份有限公司，以下簡稱布樣X)、高密細纖滌綸機織物(63.2 g/m，纖度35 dtex(32 D)，總緊度89.4%，傳化智聯股份有限公司，以下簡稱布樣Y)，織物已經過前處理退漿處理，實驗中直接使用。
1.2 實驗儀器
軋車(P-AO，紹興鴻靖紡織機械設備有限公司)、連續式熱定型機(DK-5E，大榮科學精器研究所)、摩擦色牢度儀(Y571C，溫州方圓儀器有限公司)、測色光譜儀(SF600X，美國Datacolor公司)、臺式掃描電鏡(SEM，Phenom Pro，荷蘭飛納公司)、智能風格儀(Nucybertek Phabromet，美國Nucybertek公司)和電子天平(ME204E，梅特勒-托利多(上海)儀器有限公司)。
1.3 實驗方法
1.3.1 滌綸織物硬挺整理
用去離子水將硬挺整理劑639B稀釋至60 g/L。將滌綸布樣X和布樣Y分別裁剪成70 mm × 180 mm 的長方形樣品。然后，將織物樣品浸入硬挺整理劑水分散液中，采用 PA-O 型軋車在0.4 MPa、15 m/s的條件下經一浸一軋處理并去除多余水分散液，保證織物對硬挺整理劑工作液的均勻浸透(其中，布樣X軋液率為86.7%，布樣Y軋液率為57.8%)。隨后，將浸軋有硬挺整理劑分散液的織物樣品在10%擴幅條件下于190 oC熱定型4 min，冷卻后便獲得硬挺整理織物。
1.3.2 織物表面模擬刮劃實驗
基于摩擦色牢度儀的使用，對儀器進行設計和改造，以模擬指甲刮劃所產生的細痕，并具有定量、定向的刮劃作用力。取相同尺寸、表面整潔無損壞的兩種織物若干塊。用夾緊裝置將織物平整地固定在試驗儀平臺上，使試樣長度方向和摩擦頭運動方向一致，在試驗儀平臺和試樣之間放置一塊砂紙以助于減小試樣在摩擦過程中的移動。作用壓力為 9 N，運行速度為每秒一個往復摩擦循環，共摩擦3個循環。
1.4 測試與表征
1.4.1 K/S值測試
用測色光譜儀分別測定布樣X、布樣Y在未經硬挺整理條件下以及經硬挺整理后未刮劃部位與刮劃部位的L值、K/S值。采用D65光源在10 °的視角條件下獲取相應的L值、K/S值，每個部位測試4次，取平均值。
1.4.2 織物表面形貌觀察
用Phenom pro臺式掃描電鏡觀察織物表面形貌，加速電壓為5 kV。將未經硬挺整理的布樣X和布樣Y以及經硬挺整理后兩種布樣的未刮劃部位和含有劃痕部位裁成特定尺寸的樣品。將樣品粘貼于導電膠帶上，并在7 mA左右電流條件下噴金 60 s，分別在250、500、1 000和2 000的放大倍率下觀察織物表面情況。
2.1 白痕評價方法的建立
2.1.1 硬挺整理織物光學行為的變化規律
為定量表征織物經硬挺整理后，表面光學行為的變化，使用硬挺劑639B對布樣X、布樣Y進行整理，接著用測色配色儀對其表面L值、K/S值進行表征，結果見圖1。經硬挺整理后，布樣X的L值降低1.22，K/S值增加3.25；布樣Y的L值降低 0.15，K/S值增加0.29。兩種織物呈現不同程度的增深現象。說明測色配色儀可以對織物表面光學行為的變化進行定量的表征。
用SEM對整理前后的布樣X、布樣Y進行微觀形貌觀察，結果見圖2。由圖2可知，經硬挺整理后織物表面覆蓋了一層明顯的膠膜。
結合各布樣硬挺整理前后表面L值和K/S值的變化可知，該結果驗證了硬挺整理劑整理后膠膜在纖維表面的覆蓋對織物表面光學行為產生的影響，即滌綸織物經硬挺整理后，纖維表面覆蓋低折射率的硬挺劑膠膜，會使得織物表面折射率減小，物體對入射光的反射率減少，表現為進入人眼的光亮減少，L值減小；對入射光的吸收增加，K/S值增大。
2.1.2 模擬刮劃條件下織物表面光學性能的變化
為定量評價織物表面白痕的破壞情況，使用 1.3.2 中所述實驗方法對硬挺整理后的布樣X和布樣Y表面進行模擬刮劃，其中作用方向為沿經向刮劃，結果見圖3。由圖3可知，硬挺整理后的兩種布樣經刮劃后表面均會產生較為明顯的白痕。
為定量評價白痕的產生與破壞程度的大小，使用測色配色儀對其表面L值、K/S值進行表征，結果見圖4。由圖4可知，兩種布樣刮劃后L值均增加，相應地K/S值均降低。其中，布樣X的L值增加3.30，布樣Y的L值增加3.35。該結果與人眼所觀察到的布樣表面白痕情況相一致，因此，測色配色儀可以用于定量表征布樣表面刮劃后由于白痕的產生所引起的表面光學行為的變化，且具有一定的普適性。此外，當布樣刮劃前后ΔL值大于3時，人眼可觀察到較為明顯的白痕現象。
進一步采用SEM觀察布樣刮劃前后的徽觀形貌,結果見圖5。由圖5可知,硬挺整理后的布樣X和￥表面均包裹了一層硬挺劑膠膜,且較為光滑，結構完整。而刮劃之后,兩種布樣表面均受到破壞,表面形貌發生改變,但是不同布樣表面的破壞情況不同。由此可見,硬挺整理后的滌綸織物受到刮劃時,表面白痕的產生主要是因為織物表面形貌的改變,導致光學行為的變化,而測色配色儀可半定量的表征人眼所觀察到的光學行為的變化。由此,通過設計定量的破壞方法,并結合測色配色儀以及SEM對織物表面L值、K/S值及形貌進行表征,可以形成一套定量且具有普適性的白痕評價方法。
2.2 模擬刮劃條件下布樣X的破壞情況研究
2.2.1 模擬刮劃條件下原布樣X的破壞情況研究
由于布樣X和布樣Y纖度、織造緊度等不同，且刮劃后表面的破壞形式不同。因此，首先以未經硬挺整理的纖度較大、織造緊度較小的滌綸布樣X為對象，單獨考察了其刮劃后表面白痕的情況。其中，布樣X的基本數據見下表1。由表1可知，布樣X的經緯向密度、緊度、拉伸強力及伸長率不同。緯向的密度、緊度以及伸長強力、伸長率均較經向更小。因此，不同方向的刮劃作用可能對布樣表面破壞情況的影響不同，導致最終白痕產生的情況不同。
為驗證刮劃方向對織物表面纖維的破壞方式及表面白痕的影響情況，將未經硬挺整理的布樣X在模擬刮劃條件下分別沿經向和緯向進行刮劃，刮劃后的布樣見圖6。
由圖6可知，未經硬挺整理的滌綸機織物布樣X在分別沿經緯向刮劃后均未產生明顯的白痕。為定量分析刮劃前后織物表面L值、K/S值的變化，分別測定了織物表面未刮劃及沿經緯向刮劃后的L值、K/S值，并計算了刮劃前后的ΔL值，結果見圖7。
圖7 布樣X分別沿經、緯向刮劃前后表面的L、K/S及ΔL值
由圖7可知，未經硬挺整理的布樣X沿經向或緯向刮劃后，ΔL值分別為0.03和0.01，均未出現明顯光學行為的變化。因此，當布樣刮劃前后ΔL值小于1時，表面未產生明顯的白痕現象。進一步利用SEM對織物未刮劃及刮劃部位進行微觀形貌觀察(見圖8)。由圖8可知，未經刮劃的原布樣X纖維呈現均一的圓柱形，表面較為光潔。沿經向刮劃后，布樣X表面的纖維部分壓扁變形；而沿緯向刮劃后，布樣X表面的纖維有部分形變甚至少量斷裂。但是不管是經向刮劃還是緯向刮劃，經向和緯向紗線均未出現明顯的壓平壓實現象，紗線內纖維處于相對獨立和自由的狀態。
雖然兩種刮劃方向下，布樣X均未出現明顯的白痕情況，但是從表面纖維的變化形態看，該兩種作用方向下布樣表面纖維的受力情況不同，因此表面破壞形式不同。對兩種刮劃方向下織物表面的受力情況進行分析，如圖9所示。圖9中，直線代表經向紗線，曲線代表緯向紗線，箭頭代表刮劃作用力的方向及大小。需指出的是，兩種刮劃方向下，由于經向紗線密度較大，經浮點也較大，且經浮長的凸起程度高，所占空間相對較大，因此該類織物受到刮劃作用力的主要是經向的纖維和紗線。
如圖9(a)中所示，沿經向刮劃時，由于緯向紗線的密度較小，紗線間的空隙較大，使得有效的受力面積減少，且來回往復的作用力主要作用在特定的幾根經向紗線上，使得這幾根經向紗線不斷地受到與纖維同向的作用力，從圖8(b)中可看出，經向的紗線中纖維呈現部分變形的狀態。進一步結合經向刮劃時織物表面光學行為的變化情況可知(見 圖6(b) 及圖7(c))，布樣X表面纖維的部分壓扁變形不會引起較為明顯的白痕現象。
圖9(b)中，沿緯向刮劃時，由于經向紗線的密度較大，紗線間的空隙相對更小，使得有效的受力面積相對增大，往復的刮劃作用力不斷地在多根經向紗線及小部分緯向紗線上來回作用。而由于凸起的經向紗線受到與紗線方向正交的力，因此經向紗線側邊的纖維呈現部分變形，甚至少量斷裂狀，如 圖8(c) 中所示。但結合圖6(c)及圖7(c)可知，沿緯向刮劃后，原布樣X未發生明顯的光學行為的變化，因此推測少量纖維的變形及斷裂不會引起較為明顯的白痕現象。
綜上，未經硬挺整理的布樣X自身在受到刮劃作用時不易產生明顯白痕。
2.2.2 模擬刮劃條件下硬挺整理布樣X的破壞情況研究
選用市售環保型硬挺劑639B來探究硬挺整理布樣X刮劃后表面的破壞情況。使用定量統一的模擬刮劃裝置分別沿經向和緯向對硬挺整理后的織物進行刮劃，如圖10所示，硬挺整理后的布樣X沿經向刮劃后會產生明顯的白痕現象，而沿緯向刮劃后，表面僅產生了輕微的白痕現象。
圖10 布樣X經639B硬挺整理后分別沿經、緯向刮劃后的白痕照片
測定相應部位的ΔL值，結果見圖11。由圖11可知，經硬挺整理后的布樣X分別沿經向和緯向刮劃前后ΔL值為3.30和1.08，較未經硬挺整理的布樣均大大增加，且沿經向刮劃產生的ΔL值更大。
采用SEM對布樣刮劃部位進行形貌觀察，結果見圖12。由圖12可知，沿經向刮劃后，與未經硬挺整理的布樣(見圖8(b))相比，硬挺整理后的布樣X(見圖12(a)-(b))經緯向紗線變形程度增加，且表面粗糙程度明顯增大。從SEM結果初步判斷，纖維表面粗糙度的顯著增加可歸咎于硬挺劑膠膜層以及纖維表面的破壞。從受力角度來看，沿經向刮劃時，由于受到刮劃的主要是經向的紗線，而受到的力與經向紗線方向平行，因此紗線產生部分變形，纖維表面受到來回的磨損，使得織物表面粗糙程度增大，散射光增強，刮劃產生的白痕情況相對更嚴重，ΔL值更大。
沿緯向刮劃后(見圖12(c)-(d))，經向纖維產生了明顯的斷裂及變形，緯向的纖維則呈現部分壓扁變形狀。而外力作用下，主要受到刮劃的仍然是經向紗線，且經向紗線的密度更大、彈性更大，在該刮劃方向下，多根經向紗線不斷受到與紗線正交的來回刮劃作用力，使得經向纖維向受力方向形變。但由于硬挺整理劑膠膜對纖維的束縛作用使得布樣在刮劃作用下卸力受阻，因此，在較大的來回刮劃作用力下，側邊的經向纖維和膠膜發生部分斷裂。而緯向纖維由于受到同向的作用力，且彈性較小，主要呈現部分壓扁變形狀。需指出的是，雖然該布樣的纖維斷裂和變形情況相對經向刮劃時較為嚴重，但是并未對織物表面光學行為產生顯著的影響，ΔL值為1.08，肉眼觀察只出現了淡淡的劃痕，與未刮劃部位相比，L值和K/S值變化也不大，說明緯向刮劃引起的纖維變形以及斷裂并不是產生顯著白痕問題的主要原因。
由此可知,布樣X自身經過刮劃后不易產生白痕,而經過硬挺整理后會產生較為明顯的白痕。白痕的形成原因包括:a)膠膜的破損和脫落導致散射光的增加;b)膠膜脫落引起的總體折射率的變大;c）纖維壓扁變形導致鏡面反射的增加等,其中原因a)為主要原因。
2.3 織物類型的影響
為探究織物類型對表面白痕情況的影響，以高密細纖的布樣Y為對象，探究模擬刮劃條件下原布樣及硬挺整理后的布樣Y表面破壞形式以及相對應的白痕情況。其中，布樣Y的結構和性能參數如表2所示。對比表1可知，相對于布樣X，布樣Y的纖度較小，經緯密度和緊度較大，拉伸強力及伸長率較低。
由于布樣Y的經緯向密度、緊度、拉伸強力及伸長率不同，為驗證刮劃方向對該類織物表面纖維破壞方式及表面白痕的影響情況，將未經硬挺整理及經過639B整理的布樣Y在模擬刮劃條件下分別沿經向、緯向進行刮劃，得到的刮劃結果如圖13所示。由圖13可知，未經硬挺整理的布樣Y自身刮劃后即會產生白痕，經過硬挺整理后白痕情況更為明顯，且為亮白色白痕。與布樣X相同的是，沿經向刮劃產生的白痕情況均較緯向更明顯。
為定量分析硬挺整理前后兩種刮劃方向下織物表面L值的變化情況,分別測定了其整理前后未刮劃及沿經緯向刮劃前后的△L值,結果如圖14所示。由圖14可以看出,與肉眼觀察到的規律一樣，未經硬挺整理及硬挺整理后的布樣￥沿經向刮劃后表面△L值為3.35相對沿緯向刮劃的AL值1.35更大,當△L值大于1時,可觀察到輕徽的白痕現象,而△L值大于3時,白痕現象更為明顯印染八
進一步利用SEM對刮劃前后未經硬挺整理的布樣￥進行微觀形貌觀察,得到的結果如圖15所示。由圖15可知,組成布樣￥的纖維纖度小,織造緊度較大,纖維排列整齊,未刮劃時纖維呈現均一的圓柱形。而沿經向或緯向刮劃后,在刮劃的軌跡上，經向和緯向的纖維均部分壓扁變形,可能是因為布樣￥的纖度較小,表面結晶度低,紗線在受力后抵抗外力變形的能力較差,因而易產生形戀。:印染八
對比圖15中兩種刮劃方向下表面纖維的變化形態可知，沿經向刮劃時(見圖15(b)-(e))，經向纖維受到與纖維平行的作用力，表現為纖維的壓扁和紗線的壓實壓平。且與作用力正交的緯向纖維也表現為壓扁，緯向紗線表現為壓實壓平。相對于原布而言，由于部分纖維被壓扁，紗線被壓實壓平，織物刮劃部位變得更加平整，鏡面反射光增強，因而L值有所增大(見圖14)。
沿緯向刮劃時(見圖15(d)—(f)),緯向的紗線受到與纖維方向平行的作用力,整體表現為纖維被壓扁以及紗線被壓實壓平,變得較為平整。而與經向刮劃不同的是,沿緯向刮劃時,經向紗線受到正交的作用力,使得經向纖維出現較為明顯的變形,但紗線并未被壓扁壓實,紗線內纖維處于相對松散的狀態。因此,經向刮劃后的刮劃部位整體相對于緯向刮劃變得更加平整,反射光更強,因而△L值相對更大(見圖14)。
接著對經過硬挺整理的織物刮劃前后表面形貌進行觀察，如圖16所示。由圖16可知，硬挺整理布樣刮劃后表面破壞程度相較于圖15中未整理的布樣有所增加，但其基本規律相似。其中，沿經向刮劃后(見圖16(a)-(b))，經向和緯向的纖維和膠膜均主要表現為壓扁，紗線主要表現為壓平壓實，織物表面總體的平整程度增加。與整理后的布樣X不同，整理后的布樣Y纖維表面的硬挺劑膠膜被壓扁壓平，但未出現明顯因破碎而產生的碎屑。因此，整理后的布樣Y經刮劃后，表面變得更平整，鏡面反射光增強，但由小碎屑引起的光散射不明顯，總體表現為L值增大、K/S值減小，白痕呈現亮白色。
由圖16((c)-(d))可知，沿緯向刮劃后，經向纖維出現較為明顯的變形，甚至出現少量斷裂，經向紗線并未被完全壓平壓實，而緯向纖維表面被壓扁，緯向紗線被壓平壓實。相對而言，經向刮劃后織物表面的平整程度更高。此外，經緯向纖維表面的硬挺劑膠膜只是被壓變形，但并未出現明顯的破損現象。因此硬挺整理布樣Y在經向刮劃后，表面變得更平整，鏡面反射增加幅度更大，從而出現了比緯向刮劃時更為明顯的亮白色白痕(見圖16)。
由此可知，未經硬挺整理的布樣Y自身經過刮劃后會產生輕微的白痕現象，而經過硬挺整理后表面白痕情況加劇。
本文通過模擬刮劃條件，建立了一套定量統一且具有普適性的白痕評價方法，以此探究了不同類型織物自身及經過硬挺整理后在不同刮劃方向下的表面破壞情況。主要結論如下：
1、通過設計定量的破壞方法，并結合測色配色儀以及SEM對織物表面L值、K/S值及形貌進行表征，形成的白痕評價方法可以定量地評價和分析白痕情況。其中，色光測試結果可定量表征白痕程度，當布樣刮劃前后ΔL值小于1時，白痕現象不明顯；ΔL值大于1小于3時，可觀察到輕微的白痕現象；而ΔL值大于3時，白痕情況較明顯。
2、白痕的形成對織物具有選擇性，織物的纖度、緊度等不同，則白痕產生的機理不同：纖度較大、織造緊度較小的織物自身不易形成白痕，經硬挺整理后形成的白痕主要受膠膜的破損和脫落導致的散射光增加的影響；而纖度較小、織造緊度較大的織物自身經刮劃后即易產生白痕，經硬挺整理后白痕情況加劇，其形成的亮白色白痕主要受纖維和膠膜的壓扁變形導致的鏡面反射光增加的影響。
3、刮劃作用方向的不同會導致布樣表面經緯紗線和纖維的受力情況不同，使得表面破壞形式不同。總體上，沿著密度、彈性較大的紗線方向進行刮劃產生的白痕情況相對于沿著密度、彈性較小的紗線方向刮劃產生的白痕情況更嚴重。
來源：2022年 5月《現代紡織技術》第 3期
整理：印染人
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