溫濕度對滌/棉漿紗力學性能的影響

張希文， 武海良， 沈艷琴， 毛寧濤,2

( 1. 西安工程大學 紡織與材料學院， 陜西 西安 710048； 2. 英國利茲大學 設計學院， 英國 利茲 LS2 9JT)

漿紗回潮率對節約能源、漿紗機的生產效率以及織造效率有重要影響，因此，漿紗回潮率的設置與控制一直是漿紗、織造工作者研究的重點。早在1926年，Peirce等研究了濕度對棉紗強力、伸長等性能的影響[1]，20世紀 80—90 年代，Hari等就對濕度與純棉漿紗性能的關系進行了研究[2-3]，給出了漿紗應力-應變特性與相對濕度的關系。濕度對漿紗力學性能的影響也一直是國內漿紗研究者關注的重點：黃大缽等就溫濕度對織造工人身體健康、織造效率的影響進行了深入探討[4-5]；趙堅等探討了滌/棉漿紗的適宜回潮率與漿紗力學性能的關系[6-7]。這些研究對漿紗回潮率的設置有著重要作用，但都是基于當時的特定條件，如Hari 的研究對象是14.6 tex純棉紗，漿料采用淀粉 100%、牛油和樹膠各 3%(相對于淀粉質量)，漿液含固量為18%，上漿率為22%，在有梭織機上以 172 r/min的速度進行研究。

當今，織機、漿紗機、漿料以及漿紗工藝都發生了很大變化，新的設備、新的漿料、新的工藝得以普遍使用，早期的研究結論已經不能滿足目前的需要。織造車間普遍采用高溫高濕織造環境(28 ℃以上，78%左右)，既不利于工人身體健康，又不利于節能，所以對漿紗回潮率與漿紗力學性能的關系研究重新引起了研究者的注意[8-9]，目前這些研究大都集中在純棉漿紗與回潮率的關系[10]上，鮮有關于滌棉/漿紗性能與溫濕度關系的研究報道。為此，本文系統研究了滌/棉漿紗性能與溫濕度的關系，以期為織造車間溫濕度的設置提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

滌/棉(65/35)原紗(13 tex)及漿紗，由寶雞昌新布業有限公司提供。

聚乙烯醇(PVA)1799(上海匯滬實業有限公司)，PVA205(北京安特普鈉科貿有限公司)，變性淀粉(后滿生物科技有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1滌/棉紗線上漿配方

漿料配方1：PVA1799質量分數為32%，PVA205質量分數為11%，變性淀粉質量分數為57%。

漿料配方2：PVA1799質量分數為26%，PVA205質量分數為26%，變性淀粉質量分數為48%。

1.2.2滌/棉漿紗性能測試

依據GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定》，采用恒溫恒濕箱來測定滌/棉漿紗的回潮率；依據GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力與斷裂伸長率的測定》，測試漿紗的斷裂強力。將滌/棉漿紗分別在相對濕度為60%、65%、70%、74%、78%，溫度為22、25、28 ℃的條件下恒溫恒濕24 h，然后測試其耐磨、斷裂強力，測試方法參見文獻[11]。

1.2.3漿紗應力-應變測試

分別在22 ℃、不同相對濕度下測試滌/棉原紗及其漿紗的應力-應變曲線，參數設定為：等速拉伸，紗線夾持隔距250 mm,拉伸速度250 mm/min，預加張力0.02～0.1 N，滑塊重力10 N；測試時將原紗及漿紗在不同濕度條件下平衡24 h。

1.2.4漿紗結晶度測試

采用X射線衍射儀對滌/棉漿紗進行結晶度測試，測試時漿紗在濕度為60%和78%的恒溫恒濕箱中恒濕24 h。測試條件為：電壓40 kV，電流30 mA，步長0.02°，掃描速率0.08(°)/s，掃描范圍5°～90°，根據掃描得到的圖譜來分析滌/棉漿紗結晶度的變化；采用MDI Jade 6.0軟件進行結晶度計算，方法見文獻[12]。

1.2.5溫濕度與漿紗性能相關性分析

利用SPSS軟件對溫濕度與漿紗斷裂強力和耐磨次數的相關性進行分析，采用相關性非參數假設檢驗，判斷溫濕度對漿紗性能影響是否顯著。相關系數表示檢驗值的相關程度，P值是顯著水平。當顯著水平小于0.05時，表示二者無顯著性相關的可能性小于0.05；當顯著水平大于0.05時，表示二者有顯著性的可能性小于0.05。

2 結果與討論

2.1 22 ℃時濕度與漿紗性能的關系

圖1示出溫度為22 ℃時不同濕度條件下2種配方上漿所得漿紗的性能。滌/棉紗經配方1上漿(漿紗1)，上漿率為11.12%，當相對濕度從60%增大到78%時，漿紗的回潮率從3.10%增大到4.45%，漿紗的斷裂強力變異系數為0.018 4。采用配方2上漿(漿紗2)，上漿率為13.31%，當相對濕度從60%增大到78%時，漿紗的回潮率從3.10%增大到4.45%，漿紗的斷裂強力變異系數為0.011 8。對相對濕度與漿紗斷裂強力的關系進行非參數相關性分析，結果顯示相對濕度與漿紗1、漿紗2斷裂強力的相關系數分別為0.7、0.2，P值分別為0.188(大于0.05)、0.87(大于0.05)，說明相對濕度對漿紗斷裂強力無顯著性影響，漿紗斷裂強力受相對濕度變化影響不顯著；相對濕度對漿紗的耐磨次數影響明顯，2種漿紗耐磨次數變異系數分別為0.240 7、0.208 3。對相對濕度與耐磨次數的關系進行非參數相關性分析，結果顯示相對濕度與漿紗耐磨次數的相關系數分別為0.9、0.9，P值分別為0.037(小于0.05)、0.035(小于0.05)，說明濕度對耐磨性能有顯著性影響，相對濕度對滌棉漿紗的耐磨性能影響大。當相對濕度達到78%左右時，2種漿紗的耐磨性最好。

圖1 22℃時不同濕度條件下漿紗性能Fig.1 Sized yarn performance(22℃) under different humidity. (a) Recipe 1;(b) Recipe 2

2.2 25 ℃時濕度與漿紗性能的關系

圖2示出溫度為25 ℃時不同濕度條件下2種配方上漿所得漿紗的性能。滌/棉紗經配方1上漿后，當相對濕度從60%增大到78%時，漿紗的回潮率從3.25%增大到4.47%，漿紗的斷裂強力變異系數為0.006 7；滌/棉紗采用配方2上漿后，當相對濕度從60%增大到78%時，漿紗的回潮率從3.03%增大到4.62%，漿紗的斷裂強力變異系數為 0.013 7。對相對濕度與漿紗斷裂強力的關系進行非參數相關性分析，結果顯示，相對濕度與漿紗1、漿紗2斷裂強力的相關系數分別為0.65、-0.2，P值分別為0.88(大于0.05)、0.74(大于0.05)，說明相對濕度對漿紗斷裂強力無顯著性影響，漿紗斷裂強力受相對濕度變化影響不大；相對濕度對漿紗的耐磨次數影響明顯，2種漿紗耐磨次數變異系數分別為 0.127 8、0.199 5。對相對濕度與耐磨次數的關系進行非參數相關性分析，結果顯示，相對濕度與漿紗耐磨次數的相關系數分別為0.9、0.9，P值分別為0.037(小于0.05)、0.032(小于0.05)，說明濕度對耐磨性能有顯著性影響，相對濕度對滌/棉漿紗的耐磨性能影響大。當相對濕度達到74%左右時，2種漿紗的耐磨性最好。

圖2 25℃時不同濕度條件下漿紗性能Fig.2 Sized yarn performance(25℃) under different humidity. (a) Recipe 1; (b) Recipe 2

2.3 28 ℃時濕度與漿紗性能的關系

圖3示出溫度為28 ℃時不同濕度條件下2種配方上漿所得漿紗的性能。滌/棉紗經配方1上漿后，當相對濕度從60%增大到78%時，漿紗的回潮率從3.23%增大到4.42%，漿紗的斷裂強力變異系數為0.019 8；采用配方2上漿后，當相對濕度從60%增大到78%時，漿紗的回潮率從3.00%上升到4.51%，漿紗的斷裂強力變異系數為0.011 5。對相對濕度與漿紗斷裂強力的關系進行非參數相關性分析，結果顯示，相對濕度與漿紗1、漿紗2斷裂強力的相關系數分別為0.65、-0.2，P值分別為0.75(大于0.05)、0.285(大于0.05)，說明相對濕度對漿紗斷裂強力無顯著性影響，漿紗斷裂強力受相對濕度變化影響不大；相對濕度對漿紗的耐磨次數影響明顯，2種漿紗耐磨次數變異系數分別為 0.151 5、0.109 2。對相對濕度與耐磨次數的關系進行非參數相關性分析，結果顯示，相對濕度與漿紗耐磨次數的相關系數均為0.9，P值分別為0.000 1(小于0.05)、0.037(小于0.05)，說明相對濕度對耐磨性能有顯著性影響，相對濕度對滌/棉漿紗的耐磨性能影響大。當相對濕度達到78%左右時，2種漿紗的耐磨性最好。

圖3 28℃時不同濕度條件下漿紗性能Fig.3 Sized yarn performance (28℃) under different humidity. (a) Recipe 1;(b) Recipe 2

上述研究結果表明，雖然漿料配方不同，但相對濕度對漿紗斷裂強力和耐磨性能影響規律一致，即溫濕度對滌/棉漿紗斷裂強力影響不明顯，對漿紗耐磨性能有顯著影響，當溫度為22 ℃、相對濕度為78%時，漿紗耐磨性能好。漿紗強力受溫濕度影響小，可以從溫濕度對紗線的屈服應力點影響和漿紗的結晶度影響得到解釋。圖4示出漿紗及原紗在溫度22 ℃時不同濕度下的應力-應變曲線。可看出，滌/棉原紗及漿紗在相對濕度從56%增大到78%時，原紗屈服點應力約為0.08 MPa、漿紗1屈服點應力約為0.12 MPa、漿紗2屈服點應力約為 0.10 MPa，屈服應力點變化不明顯，在拉伸應變相同時，不同濕度條件下漿紗的應力基本不變，所以濕度對漿紗的強力影響不顯著。

圖4 紗線應力-應變曲線Fig.4 Stress and strain curve of yarn.(a) Grey yarn; (b) Yarn sized with recipe 1; (c) Yarn sized with recipe 2

結晶度和材料的拉伸、彎曲等性能有重要關系。結晶度的變化可引起材料強力的變化。滌/棉漿紗是由滌/棉紗經過漿紗后與漿料形成的一種復合材料。研究不同濕度條件下漿紗結晶度的變化，可以解釋濕度對漿紗強力影響不顯著的原因。圖5示出漿紗在溫度為22 ℃，相對濕度分別為60%、78%時的X衍射圖譜。

a—相對濕度為78%、溫度為22 ℃時漿紗； b—相對濕度為60%、溫度為22 ℃時漿紗。圖5 不同濕度條件下漿紗的X射線衍射圖譜Fig.5 XRD of sized yarn in different humidity.(a) Yarn sized with recipe 1; (b) Yarn sized with recipe 2

漿紗在相對濕度60%時的結晶度為51.42%，在相對濕度為78%時漿紗的結晶度為50.21%。可見濕度對漿紗的結晶度影響較小。由圖5(b)可知：采用配方2上漿后的漿紗在相對濕度為60%時其結晶度為52.34%；在相對濕度為78%時漿紗結晶度為51.52%。對配方1漿紗和配方2漿紗進行相對濕度與結晶度非參數相關性分析可得，P值分別為0.172和0.62，均大于0.05，表明相對濕度對漿紗結晶度沒有顯著影響。這是因為在這種溫濕度環境下，水分子不能進入滌/棉漿紗的結晶區，不能破壞滌/棉漿紗的結晶區，從而漿紗的結晶度變化小，漿紗的強力變化不顯著。

滌/棉漿紗耐磨性能在相對濕度為78%、溫度為22 ℃時比相對濕度為78%、溫度為28 ℃時好。這是因為溫度高時，滌/棉漿紗表面形成的漿膜吸濕率過高，漿膜變軟，耐磨性降低，導致漿紗耐磨性能下降。滌/棉漿紗回潮率在3.0%～3.5%范圍為宜[7]，當溫度為28 ℃、相對濕度為78%時，漿紗的回潮率高達4.5%。這表明織造車間的溫度沒有必要像目前這樣設置得很高，這一結論很好地解釋了紡織廠下雨天織造效率高的現象。

3 結 論

1)滌/棉(65/35)漿紗斷裂強力受溫濕度的影響較小；漿紗耐磨性能受溫濕度影響明顯。相關性非參數假設檢驗證明了溫濕度對漿紗斷裂強力影響不顯著，對漿紗耐磨性能有顯著影響。在溫度為 22 ℃、相對濕度為78%時，漿紗的耐磨性能最好，因此滌/棉漿紗在低溫高濕條件下比高溫高濕條件下具有更好的力學性能。

2)滌/棉(65/35)紗線屈服點應力分析及漿紗結晶度分析表明，溫度在22～28 ℃、相對濕度在 60%～78%時，溫濕度不能明顯改變漿紗屈服點應力和漿紗的結晶度，從理論上解釋了溫濕度對漿紗斷裂強力影響不顯著的機制。

致謝本實驗得到了陜西省三秦學者經費支持，在此表示感謝！

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