烘干參數對織物烘后性能的影響因素探討

徐潔 丁雪梅

XU Jie DING Xuemei

東華大學服裝與藝術設計學院 上海 200051

College of Fashion and Design, Donghua University Shanghai 200051

1 引言

隨著人們生活品質的提升和外來生活方式的滲透，以及北方霧霾天氣、南方梅雨季節導致的晾衣難問題，干衣機的市場需求逐步提升。中怡康數據顯示，2018年1月到11月，干衣機線下市場零售量同比增長22.5%，洗干一體機線上和線下的零售量同比增長為34.9%和 33.4%。然而，織物在烘干時往往會出現過烘干、外觀折皺不平、熱損、磨損嚴重等現象，給日益關注服裝外觀性能的消費者造成極大困擾。現有研究主要聚焦在溫度、烘干時間、轉速等可變的參數對織物性能的影響，一直沒有對這些規律結論進行全面匯總研究，導致研究中仍存在對織物性能影響因素和水平進行大量摸索實驗，并對影響因素和評價指標考慮不全面的情況。

因此，本文逐一分析干衣機參數優化及織物烘干后性能變化的研究中所得到的現象、規律和結論，旨在為干衣機設備的產品創新提供理論依據和技術支持，為消費者進行紡織品的護理提供更加優化的指導。

2 烘干參數與織物烘后性能

烘干的目的是將水分從烘干對象上去除，并盡可能維持烘干對象烘干前的各項性能。在干燥過程中，織物受到熱、濕和機械力的綜合影響，織物性能變化由織物自身性能以及干衣機硬件參數同時決定，而織物固有屬性不可調節，因此可以通過調節干衣機的參數來保證織物良好的烘后性能。

2.1 烘干參數

干衣機可按照烘干時加熱類型分為燃氣式、電熱式、熱泵式三類。目前國內家庭中最為普及的是電熱式滾筒干衣機，其工作原理即是通過電熱部件對冷空氣進行加熱，然后使高溫氣流流過濕衣物的表面，加熱衣物并帶走蒸發的水分，直至將濕衣物的含水率降低到規定范圍，完成干燥。目前研究干衣機參數的影響多從溫度、時間、機械力入手，探究其對烘干過程和織物性能的影響，轉換為硬件參數即為加熱絲功率、加熱絲工作時間、滾筒轉速、進風速率、進風量、吹冷風時長、負載量等。另外干衣機在控制方式方面，時間控制已逐漸被溫濕度控制取代，現在電熱式滾筒干衣機多通過濕度傳感器測量出風口空氣溫濕度，從而判斷織物當前溫濕度是否達到干燥效果，因此判停溫濕度，尤其是判停濕度已經成為替代加熱絲工作時間和程序階段性控制的重要參數。

2.2 織物烘后性能

2.2.1 最終含水率

織物含水率指規定條件下測得的紡織材料中水的量，以試樣的烘前質量與烘干質量的差數對烘干質量的百分率表示。烘干過程中織物的含水率與織物周圍及滾筒內空氣相對濕度密切相關，與周圍溫度、風速也存在關系。織物烘干至可穿著的含水率在±3%左右，而熨燙干的含水率大約為8%～16%。

2.2.2 外觀性能

織物烘后的性能至關重要，尤其是外觀性能，包含織物外觀平整度、尺寸穩定性、歪斜、起毛起球性、纖維直徑變化和損傷，以及色牢度、印花圖案完好度等等。

外觀平整度表征了紡織品外觀的光滑程度。織物經過家庭滾筒烘干護理后，一個較為直觀的表現是起皺。織物起皺機理是吸濕膨脹，該現象在機織物中較明顯。烘干折皺的生成階段主要在降速烘干階段，該階段織物含水率下降，折皺在舉升筋的作用下進行上升、翻滾下落的運動，織物產生折痕[1]。而負載量大的情況下，織物產生折痕的原因還有衣物之間的互相糾纏。相比于平鋪晾干，羊毛針織物在滾筒烘干后尺寸收縮較大，但織物的烘后平整度得到顯著改善，且不會出現色差[2]；相對于自然懸掛晾干，棉型襯衫在滾筒烘干后平整度明顯下降[3]。

尺寸變化率是指織物或服裝在緯向及經向上的長度變化的比例。烘干過程中，不同材質和組織結構的織物受到熱濕的作用會發生收縮，在機械力作用下亦會受到拉伸、摩擦，從而導致尺寸的變化。

起毛起球性也是用戶著重關注的外觀性能，烘干過程中織物不斷的濕、干摩擦會造成織物的起毛起球現象，織物的運動方式是決定起毛起球程度的一個關鍵性因素，滾筒的運轉方向、轉停比等則對織物的起毛起球影響最大。正反交替旋轉有利于緩解起毛起球現象，但市面上的干衣機基本采用單向順時針且速率固定為45～50r/min的旋轉方式。

織物在烘干后出現變色現象是由于烘干過程中織物受到反復摩擦作用導致了表面部分染色纖維斷裂；還有就是部分染料的穩定性隨著滾筒內溫度的上升而下降，色素因子隨水蒸汽一起蒸發，從而導致色素因子損失，影響織物整體美觀。2.2.3 力學性能

織物在滾筒烘干的過程中會受到溫度和機械力的雙重作用。隨著烘干溫度的升高和機械力作用時間的延長，織物會產生內應力與變形，這種變化隨著機械力的增大而增大，突破織物纖維彈性形變閾值后，纖維受損，各項力學性能下降。織物力學性能的變化還會間接影響織物外觀性能的變化，例如縮水、折皺等。

相比于懸掛晾干，棉織物在滾筒烘干后拉伸強力下降較為明顯。此外織物的彎曲剛度主要是由纖維間的摩擦力和彈力決定的，懸掛晾干有利于纖維間氫鍵的形成，可以增加抗彎的摩擦力；而滾筒烘干會阻礙氫鍵的形成，織物摩擦力及彈性下降，導致彎曲剛度下降[4]。

3 烘干參數對織物烘后性能的影響規律

干衣機烘干參數組合即為烘干程序，以電加熱滾筒干衣機為例，則涉及到的干衣機參數有織物初始含水率、加熱絲功率、加熱時間、進風速率、進風量、溫濕度判停點、滾筒運轉速度及頻率、吹冷風時間、負載量、蒸汽應用等。有研究者通過調節不同的干衣機參數來研究熱、濕、機械力對織物烘后性能的影響及規律。調節干衣機的某一個參數，分析織物的烘后性能；增加某一步驟，如蒸汽的應用，觀察織物的性能變化；替換某一參數，如將時間判停改為溫濕度判停，再觀察織物的烘后性能。

3.1 干衣機對織物烘后性能影響顯著的參數

3.1.1 加熱絲功率

織物烘干有四個階段，升溫階段：在不同的加熱絲功率下，織物所能達到的溫度不同，損失水分也有差異，功率越大，溫度越高，損失水分越多；恒速烘干階段：溫度基本維持不變，直至織物含水率到6%～10%左右時進入降速烘干階段；降速烘干階段：加熱絲保持工作，織物溫度發生一定程度升高，直至織物達到規定的濕度后斷開加熱絲；吹冷風階段：加熱絲不工作，織物溫度下降，濕度基本不再降低。

（1）對織物最終含水率、烘干速率和能耗的影響

加熱絲的溫度是水分散失的能量動力源，失去水分的質量大小取決于加熱絲提供的能量的多少，因此加熱絲溫度越高，即烘干溫度越高，會導致織物的最終含水率降低[5]。在一定范圍內，織物的最終含水率隨著恒速烘干階段和降速烘干階段的功率的增大而減小，但當降速烘干階段的功率升高至接近2500W時，恒速烘干階段的功率就對最終含水率的影響不明顯[1]。當烘干織物負載和滾筒大小等因素相同，且滾筒轉速一致的情況下，烘干時長與加熱絲溫度成反比，即溫度越高烘干速率越快[4]，但就升溫階段而言，當加熱絲達到3500W和4000W時，升到最高溫度所需的時間一致[6]。

烘干過程具有階段性和時變性。升溫階段的目的是使織物快速升溫，因此需要盡可能大的加熱絲功率；恒速烘干階段的目的是增大織物的失水速率，也需要大量熱；降速烘干階段只需遷移少量自由水和結合水，因此只需較小的加熱絲功率；而吹冷風階段的目的是使織物快速降溫，因此不需要加熱[6-7]。研究得出加熱絲功率的分階段控制可以降低能耗21.5%[8]。

（2）對織物外觀性能的影響

加熱絲的功率是織物外觀平整度的顯著性影響因素。隨著加熱絲功率的增大，烘干溫度越高，織物烘干后的外觀平整度減小[5-9]。降速烘干階段功率是影響織物烘后外觀平整度的顯著因素之一，且織物外觀平整度會隨著降速烘干階段功率的減小而提高[1]。對比單一功率烘干，分階段控制加熱絲功率能提高織物烘后平整度約0.9級[8]。

在尺寸穩定性方面，加熱絲溫度過高會導致滌綸織物的收縮，因此對含滌的織物可通過降低加熱絲溫度來改善織物的收縮情況。

（3）對織物力學性能的影響

純棉織物烘干后的抗彎剛度隨著加熱絲功率的增大而增大，且功率越大變化率越大；滌綸織物的抗彎剛度隨著加熱絲功率的增大而減小，減小的幅度隨著功率的增大而增大；棉滌混紡織物烘干后經向抗彎剛度與緯向抗彎剛度的變化趨勢不同，經向抗彎剛度隨著加熱絲功率的增大而減小，緯向抗彎剛度隨著加熱絲功率的增大而略有增加[9]。毛巾類織物的烘后拉伸斷裂強力隨著烘干溫度的升高而損傷越大[3]。

3.1.2 滾筒運轉

相對于懸掛晾干和水平鋪干，滾筒轉動有利于緩解羊毛織物在洗滌過程中產生的折皺，對平整度有一定的改善作用[2]；對于棉型織物，織物在滾筒內有規律的運動，有利于改善濕潤棉織物干燥后的收縮[5-10]。

（1）轉動速率對織物烘后性能的影響

在烘干織物負載和滾筒大小等因素不變且溫度一致的情況下，烘干時長與滾筒轉速成反比，即轉速越高烘干速率越快[4]。實驗發現滾筒轉動速度合理時，可以實現織物與空氣的最有效接觸，排除氣體相對濕度最大，烘干時間最短且烘干均勻性高，能源使用效率最高；織物受到充分拋灑，受力均勻，烘后平整度也最高[6]。研究發現烘干模式是影響烘干效率最關鍵的因素，在烘干過程中應根據烘干所處階段實時調整烘干參數，如升溫階段為了充分拋灑織物，增加織物與烘干氣流交換面積，可采用高轉速（52～58rpm）；恒速烘干階段織物含水率下降，質量變小，采用中等轉速（45～50rpm）；降速烘干階段和吹冷風階段的織物質量更小，因而該兩個階段采用的滾筒轉速應輕微降低（42～48rpm）[6-8]。

（2）轉動頻率對織物烘后性能的影響

轉動頻率即轉動的節奏，例如15/8是轉15s、停8s，若為正反轉，則是正轉15s、停8s，反轉15s、停8s。

研究發現轉動頻率對棉織物最終含水率和平整度的影響較小[5]，但正反交替旋轉可以更大程度地抖散織物，利于提高烘干效率、烘干均勻性和織物烘后的外觀平整度，降低能耗，當負載為1.5kg時，轉停比28/8的烘干效果較好[6]；當負載為4kg時，轉停比為55/5的烘干均勻度越高。

靜置懸掛、滾筒干衣機正反向交替旋轉和單向旋轉三種干燥方式對變羊毛結構和熱穩定性皆沒有改變，只對表觀性能有影響。單向旋轉的烘干所需時間最長，所受的外力最大，對織物的彎曲剛度、抗起毛起球性的損傷最大；靜置懸掛的烘干效率太低；正反向交替旋轉的烘干方式是三種干燥方式當中最佳的[11]。

3.1.3 負載量

負載與織物的烘后外觀平整度存在顯著相關，并且負載越大，織物外觀平整度越差[1]。同時負載量會影響織物烘干所需時長。隨著干衣機桶內的負載量增大，織物在干衣機內越容易出現纏繞和打結的現象，因此將織物烘干到標準含水率程度所需的時間更長。

3.1.4 烘干周期

棉織物和羊毛織物在干衣機內高溫高濕環境中未發生化學變化，但在滾筒機械力的作用下被反復揉搓、彎曲、磨擦、撕扯，發生物理性質上的改變。毛織物的表面平整度、尺寸穩定性及質量損失率在烘干前5個周期會發生顯著變化，而后趨于穩定；頂破強力則會在前8個周期發生明顯變化，而后趨于穩定[12]。烘干使棉織物的抗彎剛度增大，對棉織物尺寸變化的影響很小，并且主要發生在經紗方向；在15個干燥周期內，棉織物平整度隨著周期的增加而降低[13]。且滾筒烘干后的棉織物的拉伸強力較懸掛晾干明顯下降，毛巾類織物在經歷過20個洗滌烘干周期后，拉伸斷裂強力會減少45%且烘干溫度越高損傷越大[3]。

絲織物的外觀平整度隨著烘干周期的增加一直發生顯著性下降，表面損傷不斷加劇，尺寸收縮率持續呈現顯著性變化，白度的下降較輕微，織物斷裂強力降低。所有觀測指標在15周期前下降較快，而后趨于穩定[14]。

3.1.5 階段分界點和判停方式

烘干過程中，棉織物的溫度與進風口、排氣口的溫度變化趨勢基本一致，但是數值上與排氣口處的溫度更為接近。根據溫濕度的變化規律，烘干過程可被分為四個階段，若按照溫濕度信號，階段性調整加熱絲功率、轉速和進風速率，有利于節約烘干時間和能耗，改善織物烘后性能。

降速烘干階段與吹冷風階段濕度分界點是影響織物烘后外觀平整度的顯著因素之一，且織物外觀平整度會隨著降速烘干階段與吹冷風階段濕度分界點的增大而提高[1]，因為織物的最終含水率越高，織物的折皺回復性越好，即最終濕度判停的相對濕度越高，織物的外觀平整度越好[9]。

不同判停方式和判停點得到的織物的烘后性能不同，合理的判停方法可以保護織物。市場上干衣機烘干程序的判停方式有時間判停、溫度判停和濕度判停，然而這三種判停方式不能真正反映織物的干燥程度，過度烘干則會導致織物受損和能源的浪費。韋玉輝等利用排氣口濕度與織物在環境中的平衡含水率相結合的方法，作為干燥程序的判停依據，得到的織物的平整度較干衣機原本程序提高0.7級，纖維損傷較少，且節約時間26.7%，節約能源約25.2%[15]。

3.2 干衣機對織物烘后性能影響較少或不顯著的參數

織物的初始含水率會影響烘干時間和烘干能耗，對織物的外觀平整度的影響不顯著[16]。吹冷風時長對織物烘干后的外觀平整度有一定的影響，進風速率會影響烘干效率，而進風量對烘干后各指標的影響皆不顯著。

胡維維以棉與CVC（80/20）織物為研究對象，得出吹冷風時間對含棉成分較高的織物烘后外觀平整度有影響，并且隨著時間的延長，織物的外觀平整度逐漸提高，但到達一定極限后不再提高[1]。吹冷風期間的能耗主要是用于帶動滾筒和風扇的電機，即使吹冷風時間延長，也因為功率甚微對烘干總能耗的影響極小。

進風速率會影響烘干氣流在腔體內的滯留時間，從而對織物烘干的效率存在一定影響。干熱空氣滯留在滾筒內的時間等于滾筒容積與吹入空氣的速度相除之商。干熱空氣應在滾筒內滯留適宜的時長，風速過大或過小都不利于提高烘干效率。因此應階段性調整風速，升溫階段和降速烘干階段可采用低風速，保證干熱空氣與織物有充分的接觸，保證排出氣體的高含濕量，提高能源使用效率；恒速烘干階段和吹冷風階段可采用較高風速，以及時排出較為濕潤氣體，節省烘干時間[6-8]。

進風量對織物烘干后的最終含水率、各項外觀性能以及干衣機能耗的影響均不顯著[1]。

3.3 搭載蒸汽的影響

蒸汽干衣機可以實現干衣熨衣的一步完成，即在服裝烘干的基礎上再附加蒸汽熨燙過程，改善服裝在烘干后的理化性能，特別是織物的表面平整性和柔軟性，同時實現烘干衣物的殺菌和除臭。

市面上此類產品陸續出現，2006年韓國LG公司推出了一種帶有蒸汽發生器的蒸汽干衣機，目的是除去衣服的折痕或折皺，或者用于防止衣服在烘干過程中形成折痕或折皺，后為蒸汽發生器程序和位置的合理設置付出較多努力。2007年伊萊克斯推出了具有抗皺階段的干燥程序的干衣機，2015年海爾推出了一體式加熱且具有蒸汽發生器的干衣機，2016年小天鵝推出了具有蒸汽發生器的干衣機。

胡維維[1]嘗試在織物結束降速烘干階段時，即排氣口空氣相對濕度達到31%時，斷開加熱絲，同時改為向滾筒中噴入7min或14min、21min的蒸汽，一旦噴足時間又立即打開700w加熱絲再次對織物烘干至排氣口達到31%的相對濕度，再關閉加熱絲，并吹15min冷風后結束干燥。對比各實驗組織物烘后的平整度，發現隨著噴蒸汽時間的延長，織物的外觀平整度在干衣機優化程序（無蒸汽應用）的基礎上還再提高了0.5級，但通入蒸汽達到一定時長后平整度不再提升。

4 結語

干衣機烘干過程受到干衣機參數的控制，其中包括加熱絲功率、加熱絲工作時間、吹冷風時間、滾筒轉速、進風量、負載量，還有溫濕度判停點，這些參數直接影響織物的烘后性能。

加熱絲功率，特別是降速烘干階段的功率，和判停濕度決定了織物烘干的最終含水率。織物最終含水率越高，外觀平整度越大；加熱絲功率越高，織物外觀平整度越小，織物的抗彎剛度和拉升斷裂強力都受到損傷，且含滌織物應當采用相對低溫，以防高溫收縮而發生尺寸變化。

滾筒運轉有利于緩解毛織物起皺和棉織物的收縮，且運轉的方式和速率對烘干效率有影響，正反交替旋轉還有利于提高織物烘后外觀平整度和減少織物磨損。

吹冷風時長和烘干后階段通入蒸汽時間的延長對織物烘后平整度都有提高，但也都有一定極限。

烘干周期對織物的外觀以及力學性能都有一定的損傷，但此損傷存在極限且不可逆；負載對織物烘后平整度和烘干效率呈負相關。進風量對烘干的各指標的影響都不顯著。

織物固有屬性不可調節，因此僅可通過尋找干衣機參數與織物烘后性能之間的關系，妥善調節干衣機的參數和程序，盡可能地保證織物良好的烘后性能。如在提高烘干效率方面，可以從加熱絲功率、滾筒轉速和進風速率的階段性控制入手，實現節約能耗。在織物的力學性能方面，加熱絲溫度和滾筒運轉方式是兩個主要的影響因素。在提高織物的外觀性能方面，應該考慮加熱絲功率和判停濕度的設置，同時改變滾筒的運轉方式和延長吹冷風時間、添加蒸汽等手段，來提高織物的烘后平整度，減少起毛起球現象。