服裝熨燙工藝研究綜述

張智勇,陳 健,萬 明

(1.西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安710048;2.浙江紡織服裝職業技術學院,浙江 寧波315211)

在紡織服裝行業中,“三分縫七分燙”的說法可能略顯夸張,但是能夠體現出各種熨燙工藝在紡織品加工生產過程中的重要性。熨燙過程不僅能夠有效地彌補在縫紉過程中存在的缺陷,同時也具有其獨特的作用,例如造型、平整、造褶、黏合等[1]。然而,傳統的熨燙方式和方法對使用者的操作熟練程度依賴性較高,熨燙工藝的難度較大,現有熨燙設備操作強度較高、熨燙效率較低、制造成本較高且控制不便,嚴重制約了服裝熨燙的發展。

隨著紡織服裝行業自動化的要求與發展,新的熨燙工藝仍在不斷出現與完善,服裝的外觀與穿著的舒適度受到熨燙質量與效果的直接影響[2]。熨燙工藝的發展與完善以及熨燙設備的更新,為服裝外形輪廓的穩定性、紡織服裝的質量、外觀和舒適性等提供了技術保障,國內外學者對此已有大量的深入研究,文中以此為基礎,聚焦“服裝熨燙”,從服裝熨燙機理和各種熨燙工藝的研究現狀出發,梳理和分析其研究進展、特點,并指出其存在的問題,展望了發展趨勢。

1 服裝熨燙機理的研究

服裝熨燙是服裝生產中應用最廣泛的后整理工序之一[3]。織物熨燙實際上是紡織材料濕熱定型的過程,它會受到纖維的種類、結構以及織物的厚度等影響,同時會受到熨燙溫度、濕度、壓力與時間的多因素作用。由圖1可以看出,控制好紡織材料的安全熨燙溫度是非常重要的[4]。趙玲珠等[5]指出熨燙機理主要包括紡織纖維的吸濕機理、受熱過程中紡織材料內部結構與性質的變化規律以及熱塑變形與熱塑定型原理,服裝熨燙過程的熨燙溫度、蒸汽濕度、熨燙壓力、熨燙時間與冷卻時間的相互作用,影響著熨燙的效果與質量,是紡織服裝材料熱塑變形與定型的根本條件,對熨燙機理的充分研究有利于新的熨燙工藝的出現。

圖1 纖維的溫度-形變曲線

梁帥童等[6]指出熱和濕是耦合效應影響熨燙效果的關鍵因素,熨燙過程中不論加熱、變形和冷卻,都需要一定的時間來完成,熨燙過程如圖2所示,可分為“松弛”、塑性變形和固定3個階段,對熨燙過程的深入了解,有利于熨燙產品的設計與工藝改進。對紡織材料在熨燙過程中熱、濕作用機理和作用過程的充分了解,為新工藝、新設備的出現奠定了基礎。

圖2 熨燙過程

2 服裝熨燙工藝的研究

按照服裝熨燙方式的不同,目前出現的熨燙工藝主要可分為三大類:手工熨燙工藝(表1)、平面整燙工藝(表2)和立體整燙工藝(表3)。

表1 手工熨燙工藝研究內容

表2 平面整燙工藝研究內容

表3 立體整燙工藝研究內容

2.1 手工熨燙工藝

手工熨燙工藝是不可或缺的基本工藝,操作者往往使用歸拔等工藝來完成熨燙過程[9],然而手工熨燙除了使用輕巧、方便以外,也存在著弊端,如:對服裝的壓力控制不規范、加濕噴蒸汽不夠均勻、定型溫度與冷卻溫度控制不精確等。為解決熨斗容易產生燙黃、燙焦和極光等質量問題,李清連[10]研發的自動蒸汽熨燙裝置,采用蒸汽噴霧吸濕定型的新工藝,徹底解決了普通電熨斗熨燙時容易產生的燙黃和極光等熨燙疵點問題,減輕了羊毛衫熨燙作業的勞動強度。

針對毛針織服裝不耐磨、易起球、易粘塵等問題,張其增[11]通過對目前電熨斗在結構和適用性等普遍存在的問題進行分析,詳情見表4,在此基礎上設計出針對毛針織服裝的手持式多功能電熨斗,將毛針織服裝的熨燙、梳絨和剪絨工序結合在一起,顯著減輕了毛針織服裝的護理工作,進一步提高熨燙的效果與質量。

表4 電熨斗普遍存在的問題

為解決熨燙過程中所需要的熱源問題,Xie Zhibin等[12]認為蒸汽核心裝置的散熱分布對整機的結構布局有著顯著的影響,并從與產品質量密切相關的結構出發,設計出新型的加熱鍋與蒸鍋,不僅減少了蒸汽熱量的損耗,而且有效地提高了蒸汽工作的穩定性,從根本上解決了蒸鍋在結構上存在的弊端。在此基礎上,Stefano Bracco等[13]開發出數學模型,來評估描述熨燙過程中的主要熱力學參數,并通過使用MATLAB/Simulink軟件實現了數學模型,開發的模擬器用于分析各種熨燙操作,其特點是具有靈活的結構,可以測試不同的鍋爐控制系統。與毛織物相比,棉織物在消除褶皺的過程中,往往需要更大的蒸汽量以及較高的溫度[14]。熨燙所需的蒸汽由蒸汽發生器提供,該蒸汽發生器可以產生特定溫度的蒸汽以模擬實際應用。此外,在熨燙過程中,蒸汽不僅凝結成液態水,而且導致材料屬性的改變,并通過改變多孔材料的濕度來影響熨燙過程[15]。

操作者執行熨燙任務的方式可能不是最佳的方式,J.S.Dai等[16]通過研究機器人自動化熨燙過程、熨燙軌跡和方向的數學建模,指出手動熨燙的研究對于機器人自動化熨燙過程的優化是至關重要的。然而,該研究尚處于初始階段,采用的服裝是最容易熨燙的T恤,而且在試驗中獲得的熨斗取向只是熨燙時熨斗的眾多取向可能性之一,存在著很大的局限性。在自動化熨燙的進一步研究中,要想提高自動化程度,服裝上褶皺和折痕的數量以及熨斗的取向仍然是必須考慮的問題。此外,新熨燙系統的電熨斗(包含熨燙系統和集成熨燙板)正逐漸成為市場發展的趨勢,電熨斗系列產品逐步向高端化發展。

2.2 平面整燙工藝

手工熨燙工藝有其輕巧方便的優勢,但是對使用者有一定的要求,在使用電熨斗時,雖能除去衣物上的褶皺,但勞動強度較大,操作者往往感到腰酸背痛,同時極易造成燙傷。平面整燙工藝和立體整燙工藝的出現,對操作者熟練程度的依賴性和熨燙工藝的難度要求有所下降。平面整燙工藝是指利用上下燙模或者燙板的相互作用來完成熨燙的過程,主要包括壓燙工藝、壓褶工藝以及粘合工藝等。

2.2.1 壓燙工藝

壓燙工藝是指利用上、下燙模之間的相互作用來完成熨燙的過程。針對手動熨燙裝置壓板面積大、功率大、耗電多、勞動強度大、生產效率低以及容易受到手工操作影響的缺點,王文學[17]改進設計了一款針織服裝標志自動熨燙裝置,不僅解決了原熨燙設備存在的缺陷,還可通過電路控制實現以上加熱或下加熱或上下同時加熱的方式滿足對不同服裝面料進行熨燙的要求。徐紹劍等[18]將單片機系統嵌入熨燙設備中,使熨燙過程中的上下板控制、加熱加濕以及抽濕冷卻等工作自動進行,使工人從危險、高強度和枯燥重復的體力勞動中解脫出來,在更關鍵和更具有創造性的崗位中工作。針對企業在壓燙襯衣襯時使用的連續式壓燙機現象,張慧芳等[19]指出該生產方式與行業的標準不符,進一步通過試驗詳細研究了襯衣襯干熱尺寸的變化率,結果表明襯衣襯在平板式和連續式壓燙機上壓燙后,尺寸變化效果相似且符合國際規定的要求,該研究對行業標準的修訂具有重要的意義,同時對紡織服裝的生產工作具有實際的指導作用。在粘合襯布的壓燙過程中,曹蓓等[20]指出選擇合適的熱熔膠尤其重要,必須滿足粘合的要求,在這個前提下,再考慮壓燙工藝才能更好地保證服裝的質量,進而改善服裝的品質及外觀性能。

2.2.2 壓褶工藝

壓褶工藝指的是服裝經過壓褶制作來形成具有褶皺效果的工藝,處理后的服裝會更加美觀和時尚,一般把褶皺的效果和留存時間的長短作為參考。濕度對織物的老化有強烈的影響,高濕度條件下褶皺的展開速度非常快,在高濕度的環境下,用熨燙的方法使布料展開褶皺會更有效[21]。針對真絲面料存在褶皺易消失、熱塑性差和壓褶效率低的問題,羅曉菊等[22]采用了壓褶新工藝,將牛皮紙制成簡易的壓褶模具,該工藝讓褶間距變得更均勻且美觀,而且解決了一直以來企業生產中的“瓶頸”難題。傳統的壓褶工藝存在壓褶時間過長、效果不佳以及效率不高的缺陷,曾歆嵐[23]提出了豎向、橫向和圖形拼接壓縫固定工藝3種壓褶工藝,達到了真絲面料的褶皺效果明顯和留存時間保持長久的效果。為了進一步研究多孔蒸汽熨燙過程中的耦合因素,梁帥童[24]等介紹了一種簡單的蒸汽多孔熨燙原型系統的設計和測試,對棉織物進行了測試,測試前后效果如圖3、圖4所示,驗證了平臺的可靠性,結果顯示蒸汽量對折皺回復有極顯著的影響,而底板溫度對最終的光滑外觀貢獻不大,此研究為后續梭織物蒸汽垂直熨燙折痕回復效果的評價方法和行業標準的統一提供了思路[25]。

圖3 棉織物熨燙前狀態

圖4 棉織物熨燙后狀態

2.2.3 粘合工藝

粘合強力好、耐洗滌性和耐酸堿性是粘合工藝的特點,針對服裝用襯在蒸汽熨燙之后尺寸的變化情況,張寶慶等[26]使用不同的熨燙設備進行試驗,為測定尺寸變化率提供了參考依據,使試驗方法更加標準化,為穩定和提高粘合襯布的質量起到了積極的推進作用。武英敏等[27-28]對滌綸織物和毛織物在未粘襯和粘襯時的尺寸變化分別進行了研究,特別指出應盡可能地使用較低的溫度,當然必須保證剝離強度符合要求的重要前提。

2.3 立體整燙工藝

2.3.1 人像蒸汽熨燙

人像蒸汽熨燙的出現,突破了傳統夾壓熨燙的概念,冷紹玉通過比較意大利和美國的人像機,分析了各自的優缺點,指出熨燙時壓力只占次要地位,而溫度與時間是最重要的參數。當時我國服裝熨燙溫度的測定沒有專門的儀器,在此背景下進行了測溫儀器的開發與研究,并配了顯示與記錄(繪圖)裝置,為人像蒸汽熨燙機的國產化提供了有價值的參考意見。人體模熨燙機等高科技的熨燙設備能提高熨燙的質量,劉麗敏[9]指出熨燙設備對服裝生產作業的順利完成以及對男西服的內在質量和外觀造型都有很大影響,未來紡織服裝行業將進一步出現密集型的生產形勢,成衣加工制作的智能化和高效化時代已經到來。

2.3.2 去皺掛燙工藝

去皺掛燙工藝利用蒸汽發生器產生的蒸汽,作用于服裝的表面,能夠很好地消除服裝上的輕微褶皺,掛燙機有手持式和立體式2種,在一定程度上降低了操作者的勞動強度,但是,該熨燙方式需要操作者始終手持熨燙頭,并對懸掛的衣物反復進行熨燙,也會使操作者手臂感到酸痛,且熨燙效率較低。李孟沂[29]指出在掛燙機產品中通過設計元素的使用滿足用戶的心理預期,贏得用戶的青睞,不僅能夠提高國內設計相關從業者對用戶需求設計理論的認知,還能通過這一理論有效促進我國掛燙機產品設計的進步,打造滿足用戶需求、體驗好、高質量的掛燙機產品,從而提高我國掛燙機產品的市場競爭力。蒸汽掛燙機在鍋爐、噴頭和支撐桿等結構上做了大量創新,極大地提高了熨燙效果與質量,促進了大量新型產品的問世,滿足了市場的需求。

2.3.3 襯衫立體整燙工藝

襯衫立體整燙工藝是襯衫加工過程中的關鍵,主要針對袖口和領口部位,秦東晨等[30]對引進的襯衫整體熨燙機展開了深入研究,使用SOLIDWORKS和ADAMS軟件進行分析與設計,對立體整燙機進行了充分消化與吸收,為國外先進熨燙設備的國產化做出了貢獻,填補了國內市場空白。針對衣服衣領處褶皺過多的現象,李曉茜等[31]研制出一款基于圖像識別的家用自動蒸汽熨燙裝置,利用十字滑臺控制熨燙蒸汽頭反復往返運動,利用攝像頭進行圖片采樣,通過圖像處理判斷衣服衣領處或褶皺過多處,對衣服進行深度熨燙,使衣服平整。此立燙工藝實現了服裝的自動熨燙,解決了手動操作過程中安全性不高、操作難度大、操作費力等缺點,集智能化、人性化、自動化于一體,具有一定現實意義和開發價值。

3 存在問題與展望

國內外研究者對服裝熨燙工藝已做了大量的研究,但仍有許多問題需要解決,主要有:

(1)熨斗參數難以精確控制,受人為因素影響較大。在手工熨燙工藝的發展中,熨斗從笨重、低效到輕巧、方便,再到現在新熨燙系統電熨斗的出現,仍有著很長的道路要走。J.S.Dai等使用的逐點法和輪廓法(區域法)可作為參考,根據熨斗位置和方向的期望精度以及熨燙區域的大小來選擇合適的方法進行熨燙。在此基礎上,將機械手與熨斗結合,通過機械手設置相應的軌跡并進行位姿控制,實現服裝的自動熨燙,消除人為操作因素產生的影響,才能進一步推動手工熨燙工藝的高質量與高效率發展。

(2)缺少溫度控制裝置。除了冷紹玉研制出的鎳鉻康銅快速熱電偶的測溫儀器以外,袁志磊等[32]將傳感器插入到織物中,以此來記錄織物溫度與時間的關系,該方法缺點在于不能記錄織物的開始溫度,需要一定的時間將傳感器插入織物,而且,織物表面吸附水分后的熱量會迅速擴散到周圍環境,進而影響結果的準確性。為改進這一方法,Guocheng Zhu等[33]使用數據采集模塊將熱電偶連接到計算機上,并將熱電偶連接到棉織物上,模擬不同層的熱電偶,來記錄織物(中間層)到人體(內層)和周圍環境(外層)的溫度變化和散熱情況。吳彥君等[34]采用的內置常規PID算法的數字溫控儀,保證了熨燙溫度的傳感靈敏和控制及時有效,既可以防止熨燙溫度過高產生的極光現象,又能夠避免溫度過低造成的定型不足、效果不佳的問題。合理控制好熨燙過程中熨燙的溫度、濕度、壓力和時間等參數,在熨燙工藝未來的發展趨勢中,需要不斷優化各類熨燙工藝、合理配置和選擇最優熨燙參數。

(3)缺少人工操作與自動化結合的模式。為解決人工重復取拿服裝或布片這一問題,浙江工業大學的王昊旭[35]采用氣動手指通過結構設計來模仿人手的揭取動作,實現了布片的成功夾持,提高了服裝整體熨燙的效率。同時,組合式熨燙設備也得到了生產廠家極大的關注,個體工廠將平燙、立燙和部位燙有機結合起來,達到了一機多用的目的。若將服裝或部件通過機械手的夾持與放置,再配合送布與折疊的工序進行大規模生產,將大大提高熨燙的質量與效率,人工操作與自動化生產并存的混合模式,往往是經濟可靠、性價比較高的生產模式。

4 結語

服裝熨燙是一個復雜的過程,除了影響熨燙效果與質量的單因素作用外,更要考慮多因素共同作用的影響。根據熨燙工藝的需要,現代服裝機械行業需要從控制、結構形態、外觀、節省能耗以及提高效率等方面綜合考慮,研制出各種系列、多功能的熨燙機并不斷完善,從而進一步促進新的熨燙工藝的出現與發展。未來在熨斗的智能使用、熨燙參數的合理配置以及生產工序的相互配合方面將會迅速發展,多種熨燙工藝的有機結合成為了可能,為服裝熨燙領域開拓新的發展空間。