滌/棉起絨針織面料的等離子體親水整理及其性能表征

陳志鵬，張新斌，周 橙，吳濟宏

(1.武漢紡織大學 紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430200；2.臺巨紡織(上海)有限公司，上海 510620)

滌/棉起絨針織面料是制作衛衣的主要面料之一，其具有保暖、舒適、耐磨等特點，因此備受人們的喜愛。然而，采用滌/棉混紡紗線織造的起絨針織面料的親水性能較差，為改善滌/棉起絨針織面料的親水性能，需對滌/棉起絨針織面料的表面進行親水性能整理。

然而，現有的研究對等離子體整理技術在滌/棉起絨針織物的親水性能整理及等離子體的改性機制方面的研究還較少，因此，本文采用大氣壓輝光等離子體對滌/棉起絨針織物表面進行改性，研究不同等離子體處理時間和功率對滌/棉起絨針織面料表面粗糙度的影響，并對等離子體改性機制進行探討，分析滌/棉起絨針織物在最優等離子體處理工藝下的親水性能、織物手感和拉伸性能。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

滌/棉起絨針織面料，該面料由臺巨紡織(上海)有限公司提供，其結構參數為：組織結構添紗襯墊組織，面料成分棉53%，滌綸36%，粘膠11%，橫向密度60縱行/(5 cm)，縱向密度70橫列/(5 cm)，面密度300 g/m2；面料組織圖見圖1(a)；面料實物圖如圖1(b)所示。

圖1 滌/棉起絨針織面料Fig.1 Polyester/cotton fleece knitted fabric.(a)Fabric stitch image;(b) Physical image of fabric

1.2 實驗儀器

PG-10000F型大氣壓輝光等離子體處理裝置(南京蘇曼電子有限公司)，其反應裝置工作原理圖和裝置圖如圖2所示。該裝置在工作時，會在電極端產生加速電場，使電極端的電子獲得動能并發生離解，從而在電極端形成導電氣體，產生輝光放電。YG(B)871型毛細管效應測定儀(溫州大榮紡織儀器有限公司);YG065H型電子織物強力儀(萊州市電子儀器有限公司);織物手感儀(澳大利亞AWTA公司);Phenom ProX型掃描電子顯微鏡(上海市復納科學儀器有限公司)；SD-100型接觸角測試儀(東莞市晟鼎精密儀器有限公司)。

圖2 PG-10000F型大氣壓輝光等離子體處理裝置Fig.2 PG-10000F atmospheric pressure glow plasma treatment device.(a) Device working principle;(b) Device image

1.3 等離子體處理

在進行等離子體處理實驗前，需要將滌/棉起絨針織面料裁切成3 000mm×200mm的條狀樣品。將樣品放入恒溫恒濕實驗室進行24 h調濕,并通過等離子體預實驗，確定處理實驗條件。然后，將調濕后的樣品放入大氣壓輝光等離子體裝置中，對滌/棉起絨針織面料進行大氣輝光放電等離子體處理。其中，等離子體處理條件分別為：①等離子體處理功率為1.0 kW的條件下,分別對滌/棉起絨針織物進行等離子體處理15、30、45、60和90 s；②等離子體處理時間為15 s的條件下,采用1.0～3.9 kW分別對滌/棉起絨針織面料進行處理。最后將①和②處理好的滌/棉起絨針織面料放入真空密封袋中保存，以備后續測試，其處理流程圖如圖3所示。

圖3 等離子體處理流程圖Fig.3 Schematic diagram of plasma treatment.(a) Untreated fabrics;(b) Plasma treated fabrics

1.4 測試方法

1.4.1 織物表面粗糙度和手感測試

采用織物手感儀測量織物表面的粗糙度和手感，將面料裁剪成直徑為113mm的圓形試樣，并放入恒溫恒濕實驗室進行24 h調濕處理，每組測試3個試樣，結果取平均值。

1.4.2 表面形貌

采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察等離子體處理前后滌/棉起絨針織面料的表面形貌，放大倍數為3 000倍。

1.4.3 毛細效應測試

采用FZ/T 01071—2008《紡織品毛細管效應試驗方法》，將面料裁剪成尺寸為200mm×25mm，在儀器的水槽中加入去離子水，設置溫度為27 ℃，時間為30min，測量試樣的芯吸高度，每組試樣的縱向和橫向各測試3次，結果取平均值。

1.4.4 接觸角測試

將面料裁剪成尺寸為50mm×10mm，選用去離子水作為試液進行測試，采用接觸角測試儀讀取接觸角數據，每組樣品在不同位置重復測量3 次，結果取平均值。

1.4.5 織物強力測試

根據GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》使用電子織物強力儀測試等離子體處理前后面料的斷裂強力和斷裂伸長。將織物裁剪成尺寸為200mm×50mm，在織物電子強力儀控制軟件中設置隔距為100mm，上升速度為100mm/min，下降速度為300mm/min，預加拉力為5 N，每組測試5次，結果取平均值。

2 結果與分析

2.1 形貌觀察

采用SEM對等離子體處理前后滌/棉起絨針織面料進行觀察，結果如圖4所示?？芍鞑急砻婀饣瑹o裂痕(見圖4(a))，而等離子體處理會使滌/棉起絨針織面料表面產生納米顆粒和裂痕(見圖4(b)～(f))，這些裂痕在一定程度上會降低織物的強力，且隨著等離子處理時間延長和處理功率的增大，織物表面的裂痕也會增多。

圖4 等離子體處理前后滌/棉起絨針織面料的SEM照片(×3 000)Fig.4 SEM images of polyester/cotton fleece knitted fabrics treated by plasma(×3 000).(a) Grey fabric;(b) 1.0 kW，15 s;(c) 2.9 kW，15 s;(d) 3.9 kW， 15 s;(e) 1.0 kW，60 s;(f) 1.0 kW，90 s

2.2 織物表面粗糙度分析

圖5(a)示出在等離子體處理時間為15 s的條件下，等離子處理功率與滌/棉起絨針織面料表面粗糙度的關系。圖5(b)示出在等離子體處理電功率為1.0 kW的條件下，等離子處理時間與滌/棉起絨針織面料表面粗糙度的關系。結果表明：等離子體處理時間一定時，隨著處理功率的增大，面料表面粗糙度呈現增長趨勢；等離子體處理功率一定時，面料表面粗糙度隨時間的延長而增大。結合SEM的表征結果可以得出，等離子體處理會刻蝕纖維表面，使纖維表面產生裂痕，從而增大纖維表面的粗糙度，使面料表面變得粗糙；然而，高的面料粗糙度會對衣物穿著舒適感造成不良影響。綜上，本文選擇等離子體處理后滌/棉起絨針織面料的粗糙度與坯布相似的處理工藝，即等離子處理功率為1.0 kW，處理時間為15 s處理的面料進行后續測試。

圖5 等離子體處理對面料粗糙度的影響Fig.5 Influence of plasma treatment on roughness of fabrics.(a) Influence of treatment power on roughness of fabrics;(b) Influence of treatment time on roughness of fabrics

2.3 織物接觸角分析

圖6示出坯布和等離子體處理后滌/棉起絨針織面料對水的接觸角。坯布對水的接觸角為148.1°，滌/棉起絨針織面料對水的接觸角為89.2°，與坯布相比減少了39.7%。處理后面料接觸角降低主要是由等離子體刻蝕所引起的。該刻蝕會在面料的纖維表面產生裂痕，增大水滴與纖維的接觸面積，從而增強纖維對水的運輸能力，降低面料對水的接觸角。

圖6 面料的接觸角Fig.6 Contact angle of fabrics.(a) Grey fabric;(b) Plasma treated fabrics

2.4 織物毛細效應分析

表1示出坯布和等離子體處理后滌/棉起絨針織面料的縱向和橫向芯吸高度。等離子體處理的滌/棉起絨針織面料的芯吸高度變大，其中處理后面料的縱向和橫向芯吸高度相比于坯布的芯吸高度分別提高了23.0%和 19.8%。這是因為等離子體處理的刻蝕作用使纖維產生了裂痕，使得纖維輸送水分的能力增加。結合接觸角測試結果可以說明，等離子體處理后滌/棉起絨針織面料具有較好的親水性能。

表1 面料的芯吸高度Tab.1 Wicking height of fabrics cm

2.5 織物表面手感分析

圖7和表2示出坯布和等離子體處理后面料的7個手感測試指標的數值及其手感總體評分數值。結果表明，等離子體處理的滌/棉起絨針織面料手感的各項測試指標數值與坯布相比無顯著性差異，且等離子體處理的面料的清潔度與坯布相比提高了2.7%，因此，等離子處理的滌/棉起絨針織物可獲得與坯布相似的手感。

表2 面料的手感數值Tab.2 Handle index of fabric

圖7 滌/棉起絨針織面料手感圖Fig.7 Handle images of polyester/cotton fleece knitted fabric

2.6 織物拉伸性能分析

表3示出等離子體處理對滌/棉起絨針織物拉伸性能的影響。結果表明，等離子體處理面料的斷裂強力與坯布相比減少了1.9%，斷裂伸長與坯布相比減少了11.2%，這是由于等離子體裝置的電極在工作時會產生高強度電場，織物長時間置于該電場環境中會刻蝕纖維表面，在一定程度上會使纖維的強力減弱[17]。

表3 面料的拉伸性能Tab.3 Tensile properties of fabric

3 結 論

本文采用等離子體整理技術，在不同處理功率和時間條件下，對滌/棉起絨針織面料表面進行親水性整理，探討等離子體處理時間和處理功率對滌/棉起絨針織面料表面粗糙程度的影響和等離子體處理后滌/棉起絨針織面料的親水性能、手感和拉伸性能。研究結果表明：

①等離子體處理功率為1.0 kW,處理時間為15 s的條件下，處理后滌/棉起絨針織面料的親水性能得到顯著的改善，對水的接觸角減少了39.7%，達89.2°；縱向芯吸高度提高了23.0%，達13.9cm；其橫向芯吸高度提高了19.8%，達12.1cm。

②等離子體處理功率為1.0 kW,處理時間為15 s條件下處理的滌/棉起絨針織面料，可獲得與坯布相似的手感。

③等離子體處理功率為1.0 kW,處理時間為15 s條件下處理的滌/棉起絨針織面料的斷裂強力和斷裂伸長低于坯布。說明采用大氣壓輝光等離子體處理的起絨針織面料的耐用性能在一定程度上有所降低，未來仍需對該工藝條件下處理的滌/棉起絨針織面料的耐用性能做進一步改良。