（纺织材料与纺织品设计专业论文）精纺粗花呢织物起毛起球性能研究.pdf

摘要 y 9 3 0 1 9 3 随着国际国内时装甘趋高档化，毛织品向高支、呢面细腻的方向发展，为使中 厚花呢具有呢面细腻、光泽自然、柔和、高档优雅等特点，采用精梳毛纱生产粗 花呢来替代传统粗纺粗花呢。精纺粗花呢具有糨纺与精纺双重优点，既有粗纺毛 呢的丰盈绒面、手感柔糯效果，又有精纺呢绒的轻薄、悬垂、飘逸特点，突破了 精纺、粗纺呢绒的传统风格。然而，精纺粗花呢由于其密度小而导致紧度小，致 使织物结构松散。在穿着过程中易产生起毛起球现象，使织物外观恶化，降低织 物的服用性能。提高精纺粗花昵抗起毛起球性能，改善精纺粗花呢的起毛起球现 象，保持织物特有的风格，成为本课题研究的重点。 本课题通过对精纺粗花呢起毛起球机理、性能、影响因素及后整理工艺的分 析研究，采用理论研究和实际生产相结合方法，对精纺粗花呢织物抗起毛起球进 行分析。 ( 1 ) 精纺粗花呢起毛起球的机理分析。使用扫描电镜观测精纺粗花呢在绒 毛形成、绒毛缠结、毛球的成长、毛球的脱落不同阶段纤维的磨损状态，并用重 复性弯曲疲劳、重复性扭转疲劳、拉伸断裂强度、断裂伸长等影响因素进行分析 探讨。精纺料花呢织物中的纤维在受到重复托伸、弯曲、扭转等作用时，羊毛纤 维较容易疲劳，致使织物起球速度快。起球后的织物，由于精纺粗花呢结构松散 和羊毛纤维鳞片问的咬合作用，使得织物中的纤维抽拔出来参与成球的速度要大 于球中纤维断裂脱落的速度，故毛球数量增多，球体趋于增大，落球速度减慢。 ( 2 ) 采用三维视频显微系统研究精纺粗花呢毛球形成过程，并比较纯毛和 毛涤精纺粗花呢起毛起球性能。在起球初始阶段，纯毛精纺粗花呢起毛起球速度 快，由于涤纶纤维抗重复性弯曲和扭转及耐磨性好，毛涤精纺粗花呢起球速度反 而慢；在落球阶段，由于羊毛纤维较容易疲劳，在经过少量的扭转次数后，在一 定的张力状态下纤维极易发生断裂，从而造成毛球的脱落，所以纯毛精纺粗花呢 较毛涤精纺粗花呢易脱球。 ( 3 ) 探讨不同相对湿度( 巾= 6 5 和巾= 8 0 ) 条件下，纱线混纺比、纤维性 能、纱线捻度、织物组织叫种因素对精纺粗花呢起毛起球性能的影响。采用聚类 分析中意见集中法的b o r d a 数法对混纺比、纤维利，类、纱线捻度、织物组织等4 个影响因子进行优劣排序，得出织物纽织对精纺相1 花昵起毛起球性能影响最为显 著。 ( 4 ) 对织物进行抗起毛起球后整理，采用正交试验没汁优化方法得出影响 织物抗起毛起球整理效果的主要因索以及最佳整理工艺，用最佳整理工艺对精纺 粗花呢进行抗起毛起球整理，整理后的精纺粗花呢无沦在相对湿度( b - 6 5 状态下 还是在士= 8 0 状态下抗起毛起球性能都有了明显的提高。 ( 5 ) 采用b p 神经网络方法，建立织物结构参数与织物起毛起球性之间的 非线性关系。使用神经元网络建立起毛起球模型，丁以较准确地预测精纺粗花呢 起毛起球等级。 关键词：精纺粗花呢、起毛起球性能、相对湿度 r e s e a r c ho np i l l i n go fw o r s t e d t w e e df a b r i c s a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n t e r n a t i o n a lf a s h i o n a b l ed r e s s ，w o r s t e df a b r i cb e c o m e s l i g h t w e i g h t i no r d e rt om a k em i d d l et h i c kt w e e dw i t hg o o dl u s t e r , s o f t ，t o pg r a d e a n de l e g a n c e ，w ep r o d u c e dw o r s t e dt w e e df a b r i c sm a d ef r o mw o r s t e dy a mi n s t e a do f t r a d i t i o n a ls l u bt w e e df a b r i c s i tb r e a k st h et r a d i t i o n a ls t y l eo fw o r s t e da n ds l u b w o o l e n ，i ti sl i g h tb u ti th a st h em e r i to fs l u bt w e e df a b r i c s m e a n w h i l e ，i ti st h i n ，a n d h a st h em e r i to fw o r s t e dt w e e df a b r i c h o w e v e r , w o r s t e dt w e e df a b r i c sh a v el o o s e s t r u c t u r e i ti se a s yt of r o mf u z zb a l l s oi ta f f e c t st h ef a b r i cp e r f o r m a n c e t h em a i n p u r p o s eo ft h et h e s i si s t oi m p r o v et h ea n t i p i l l i n gp e r f o r m a n c eo fw o r s t e dt w e e d f a b r i c a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u s t s ，t h ec o n c l u s i o n sw e r eg o t ( 1 ) t h ef u z z i n ga n dp i l l i n gm e c h a n i s m o f w o r s t e dt w e e df a b r i c sw a si n v e s t i g a t e d t h ef i b e ra b r a s i o nd u r i n gd i f f e r e n tp r o c e s so ff u z zf o r m a t i o n ，f u z ze n t a n g l e m e n t ，f u z z g r o w t ha n dp i l lw e a ro f fw e r eo b s e r v e db yu s i n gs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e a n d t h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so fr e p e a t e db e n d i n gf a t i g u e ，b r e a k i n gt e n s i l ee l o n g a t i o n ， r e p e a t e db e n d i n gf a t i g u ea n dt e n s i l ef r a c t u r es t r e n g t hw e r ea n a l y s e d w h e nt h ef i b e r s o fw o r s t e dt w e e df a b r i c su n d e r g o er e p e a t i n gb e n da n dt o r s i o n ，w o o lf i b e r sa r ee a s yt o w e a ro u ta n di n c r e a s et h es p e e do fp i l l i n g a f t e rt h ef a b r i cp i l l i n g s ，t h es p e e do ft h e f i b e r st a k i n go u tf r o mf a b r i ci sh i g h e rt h a nt h es p e e do ft h ef i b e rb r e a k i n go f fi nt h e p i l lb e c a u s eo fl o o s es t r u c t u r ea n dt h ei n t e r l o c k i n go fs c a l e l i k es t r u c t u r eo fw o o l e n f i b e r s ot h eq u a n t i t ya n ds p h e r eo fp i l lb e c o m eb i g ，a n dt h es p e e do fw e a r i n go f fi s 1 0 w ( 2 ) t h ep r o c e s so fp i l lf o r m a t i o ni nw o r s t e dt w e e df a b r i c sw e r ea n a l y s e db y u s i n gs t e r e ov i s u a lm i c r os y s t e m t h ep i l l i n gp e r f o r m a n c e so f t h ep u r ew o o la n dw o o l p o l y e s t e ro f w o r s t e dt w e e d f a b r i c sw e r ec o m p a r e d i nt h eb e g i n n i n gc o u r s eo f p i l l i n g ， t h ep i l l i n gs p e e do fp u r ew 0 0 1f a b r i ci sh i g h e rw h i l et h es p e e do fw o o l p o l y e s t e r f a b r i ci sl o wb e c a u s et h ep o l y e s t e rf i b e r sa r eg o o dp r a p e r i t e sf a r a n t i b e n d i n g ，t o r s i o n a n dw e a l r e s i s t a n c e i nt h ec o u r s eo fw e a r i n go f f , t h ef i b e rb r e a k so u tu n d e rc e r t a i n t e n s i o na f t e rs e v e r a lt o r s i o n sa n dl e a dt ot h ep i l lw e a r so f fb e c a u s ew o o lf i b e ri se a s y t ow e a ro u t a sar e s u l t t h ep i l lo fp u r ew 0 0 1w o r s t e dt w e e df a b r i c si se a s i e rt ow e a r o f f t h a nt h ew o o jp o l y e s t e rf a b r i c ， ( 3 ) f h ei n f l u e n c eo fy a r nb l e n dr a t i o ，f i b e rp e r f o r m a n c e ，t w i s ta n df a b r i cw e a v e o np i l l i n gw a sd i s c u s s e du n d e rd i f f e r e n tr e l a t i v eh u m i d i t y ( 0 2 6 5 a n d0 2 8 0 ) b y u s i n gc o n c e n t r a t i n gw a y sb o r d ao fc l u s t e r i n ga n a l y s i s ，i tw a sg o tt h a tf a b r i cw e a v e w a st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o ri nt h ep i l l i n go f w o r s t e dt w e e df a b r i c s ( 4 ) t h r o u g hf i n i s h i n ga n t i p i l l i n go ff a b r i c ，t h em a i nf a c t o ri n f l u c i n gf a b r i c a n t i p i l l i n gf i n i s h i n ga n dt h eb e s tf i n i s h i n gt e c h n o l o g yw e r eg o tb yu s i n go r t h o g o n a l e x p e r i m e n t sd e s i g n t h ea n t i f u z z i n ga n da n t i p i l l i n gp e r f o r m a n c eo fw o r s t e dt w e e d f a b r i c sh a dg r e a t i m p r o v e m e n tu n d e rt h ec o n d i t i o n sr e l a t i v eh u m i d i t y6 5 a n d f o r e c a s t e dr e l a t i v eh u m i d i t y8 0 ， ( 5 ) t h en o n l i n e a rr e l a t i o nb e t w e e nf a b r i cp a r a m e t e ra n dp i l l i n gp e r f o r m a n c ew a s g o tt h r o u g hu s i n gb pn e u r a ln e t w o r k a n dt h ef u z z i n ga n dp i l l i n go fw o r s t e dt w e e d f a b r i c sw a sf o r e c a s t eb yu s i n gn e u r a ln e t w o r k a ih o n g l i n g ( t e x t i l em a t e r i a l & t e x t i l ef a b r i cd e s i g n 、 d i r e c t e db yp r o f e s s o rl il o n g k e yw o r d s ：w o r s t e dt w e e df a b r i c s ，f u z z i n ga n dp i l l i n gp e r f o r m a n c e ，r e l a t i v e h u m i d i t y 引言 1引言 11 精纺粗花呢概况 11 1 粗纺呢绒轻薄化发展 粗纺呢绒由于其特有的厚实、温暖的感觉，在寒冷的季节和北部地区，被广 大的消费者所接受。过去一提起粗纺呢绒，人们便会想到麦尔登、海军呢、拷花 呢、立绒大衣呢、粗花呢等一些厚重、色调低沉的御寒毛织物。但随着人们生活 质量和消费水平的提高，服装市场需求正发生一场巨大的变革。粗纺呢绒的保暖 功能逐渐淡化，而是要求其具有美观、轻便、舒适等多方面功能，粗纺呢绒的轻 薄化和功能化成为发展必然趋势。粗纺呢绒的轻薄化不仅满足了消费者的需求， 而且对粗纺产品提升有着积极的意义。 1 1 2 精纺粗花呢研制及发展 近年来，粗纺花呢产量下降2 0 ，传统的粗纺花呢已满足不了人们求新、求 异的需要，纺织品品种规格轻薄化，花色多样化、新潮化已成为发展的必然趋势。 近来精纺粗做的毛花呢产品受到市场欢迎。所谓精纺粗做，即精纺厂生产仿粗纺 花呢产品，使之兼具粗纺与精纺的优点。精纺粗做是一种创新，既可减轻织物重 量，又可改善外观，因纱支均匀度改善，且能降低成本，因此，能与传统粗纺花 呢产品竞争。精纺粗花呢的开发顺应了市场的需要，其产品兼具粗纺与精纺的 优点。既有粗纺毛呢的丰盈绒面、手感柔糯效果，又有精纺呢绒的轻薄、悬垂、 飘逸特点，突破了精纺、粗纺呢绒的传统风格。精纺花昵作为粗纺花呢的换代产 品面世，顺应了当今时装面料时尚化、个性化的需求特点。3 。该产品由于纱支较 粗，使用原料范围较广，成本可降低，而且集精纺、粗纷特色为一体，很适合制 作时装、套装、套裙、休闲服等高档服装。 如今，新- 4 - t ：精纺粗花呢与昔同粗花呢大不相同，发生了很大变化。原料向 多元化纤维方向发展，产品随着科技的发展，品种花色多样化、轻薄化、新潮化， 已成为发展的必然趋势。但是，精纺粗花呢由于其密度小而导致紧度小，致使织 物结构松散。在穿着过程中易产生起毛起球现象，使织物外观恶化，降低织物的 服用性能。因此，改善精纺粗花呢的起毛起球现象，保持织物特有的风格，成为 本课题研讨的重点。 1 2 织物起毛起球的测试及评价方法 为了在生产实际和科研中快速评价织物的起毛起球性能，国内外相继研究了 很多模拟和实际穿着的织物起球方法，并根据织物起球情况进行等级评定。 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ ，- _ _ _ _ - _ 一 12 1 织物起毛起球的测试方法 尽管各种起球方法的具体装置有所区别，但目的都是为了模拟织物的实际穿 着状况，月，在同等条件下比较各种不同织物试样的抗起毛起球性能，目前国际上 应用的织物起毛起球方法大约有以下几种： a 随机翻滚起球仪测试法“”织物试样在装有搅拌棒的圆筒内翻滚，与另 一试样或与圆筒壁摩擦，产生起毛起球现象。织物的运行方式是随机、无规则的， 织物表面受到的外来压力很大。由于织物试样有时会被卡在搅拌棒后面，这种起 球测试可重复性较差。 b 织物起球箱测试法“1 将织物试样套在橡胶试样管上，放进衬有橡胶软 木的方形木箱内，在转动的木箱内翻滚，使试样起球。织物的运动是随即的，所 受到的压力很小，这种起球测试的可重复性较好，但影响起球测试的因素较多， 如橡胶软木和橡胶管的表面情况等。这种测试方法适用于毛织物及其它易起球织 物。 c 马丁代尔耐磨仪测试法“”织物试样装在夹头上，在规定的压力下与 装在磨台上的同种织物进行摩擦起毛起球。试样能绕轴心转动，夹头与磨台的相 对运动轨迹是预先设定的李沙茹( l i s s a j o u s ) 图形。后来又有改进的马丁代尔耐 磨仪。这种测试方法适用于毛织物及其它易起球织物，特别是机织物。 d 圆轨迹起球仪测试法“1 在一定压力下以圆周运动的轨迹使织物试样先 与尼龙毛刷起毛，再与标准织物作相对摩擦起球，或将织物在织物磨料上直接起 球。这种测试方法适用于化纤长丝织物和化纤短纤织物，只用织物作磨料时，可 用于毛织物和其它易起球织物。 e 其它起球测试法其它的起球方法有电子填塞法、膨胀振动法、刷式起球 仪法、表面保持法和h a t r a 起球仪等。 所有的起球方法都是尽量地模拟织物实际穿着状态下的起球过程。织物通过 实际穿着或起球试验形成毛球以后，则需要对试样的起球程度进行评估。 1 2 2 织物起毛起球的评定方法 a 起毛起球的主观评定方法“1 “”对织物起毛起球等级的评定方法很多， 如对织物单位面积上的毛球个数、毛球重量进行计量，与标准样照对照评级，用 文字描述起球特征、起球曲线等。 ( 1 ) 样照法在标准光照条件下，由评估者将起球试样与标准等级样照加 以比较后进行等级评定。样照法是目前应用最为广泛的主观评定方法，但这种方 法由于评估者经验不同导致评定的结果离散性大，另外由于织物种类不同，起毛 起球方法不同，各个机构制定的标准等级样照不同，也会引起评定结果的差异。 ( 2 ) 描述法描述法是将织物的起球试样用文字的描述分为五个等级，分 一一! ! ! ! i 一 _ j _ 一 别为无变化；起毛；毛球开始形成；毛球形成；严重起球。但这种方 法对织物起球程度的评定结果具有一定的模糊性。 ( 3 ) 起球曲线为了了解织物起毛起球至脱落的整个过程，可用起球曲线 来评定织物的起球程度。起球曲线反映了试样所承受的摩擦作用时间和试样单位 面积上起球的关系。此法虽能反映起球的整个过程，但所化时间多，仅在科研中 有一定的价值。 ( 4 ) 切割称重法将起球试样表面的毛球剪下，数毛球个数并称重。这种 方法似乎能定量反映织物起球程度，但由于不问大小的毛球给予同等计数就不合 理，即使同一重量的毛球在外观影响是未必一致。这种方法操作复杂费时，且易 受主观因素影响，因此一般只有在产品开发或研究中会使用。 虽然织物起球等级的主观评定方法很多，但评定结果容易受到人为因素和决 策过程的影响而变化。因此，需要寻求一种客观可靠的起球等级评定方法。 b 起毛起球的客观评定方法o “侧随着计算机技术的发展，采用较为先 进的计算机数字图像分析技术，将计算机技术应用在纺织测试中，代替人工目测， 可以实现快速、简便、客观的织物起球等级评定。织物起球等级客观评定大体可 分为两类，一类是基于起球织物灰度图像的织物起球等级的计算机视觉评估，另 一类是基于起球织物表面形态高低起伏信息( 距离图像) 的织物起球等级的计算 机视觉评估。 ( 1 ) 基于起球织物灰度图像的分析方法织物灰度图像的分析方法是一种 客观的自动获得织物的图像并对其起毛起球性能进行评定的方法。图像是在一个 精密的校准过的图像设备上获得的。起毛起球性能的评定是通过计算一个评定特 性而得到的，这个评定特性采用了专门为织物设计的傅立叶掩模的傅立叶变换而 获得的。这种掩模可以将图像上的针织物组织背景与绒毛和小球有效地分开。通 过表征图像的机织物背景的功率谱的峰点自动获得傅立叶掩模。基于起球织物灰 度图像的分析方法容易受到织物纹理、色彩、图案对毛球信息的影响。 ( 2 ) 基于起球织物距离图像的分析方法 图像数据能反映物体表面的高度 变化情况，即图像的像素值能反映物体表面在该点处的高度，这样的图像称为距 离图像。获取距离图像的方法有两种：一种是利用激光二三角测量法直接得到图像； 另一种是利用序列图像拼接问接得到图像。基于起球织物距离图像的分析方法虽 可避免织物组织和纹理对分析结果的影响，但由于激光逐点扫描，速度慢，且价 格贵，应用性有待于提升。 1 弓j 言 1 3 本课题研究的目的与主要内容 1 3 1 本课题研究目的及意义 随着生活水平的日益提高，精纺粗花昵的市场需求越来越大。人们现在所关 注的不再是织物的保暖性和坚牢性，而是织物的服用性能和流行性。消费观念的 改变和物质生活水平的提高，人们对纺织品的消费已由必要消费变为选择消费， 服饰的需求也不断趋丁高档化、舒适化、轻薄花的精纺粗花呢受到广大消费者的 青睐。精纺粗花呢具有绒毛整齐细腻、混色均匀、手感柔软、光泽柔和、富有弹 性、外表美观大方、新奇的特点，它既有精纺织物的细洁、匀净呢面，又有粗纺呢 绒的豪爽、粗犷风格，经缩绒整理后具有较好的服用性能，是高档服装的首选面料。 然而，由于精纺粗花呢结构松散且表面粗糙，在穿着时受到摩擦或磨损的部位易 发生起毛起球，这不仅影响织物的外观，还严重影响了精纺粗花呢的服用性能， 甚至影响到精纺粗花呢成为高档面料的问题，将严重影响生产厂家的经济效益。 为此，本课题研讨精纺粗花呢的起毛起球机理、性能、影响因素及后整理工艺， 寻找改善方法。这对精纺粗花昵的开发、推广有着重要的影响作用。 起球是影响织物手感和外观以及服用性能的重要因素之一。2 0 世纪5 0 年代 就有织物起毛起球的研究报道，直至今日它还是一个研究的课题“”。纤维、纱线、 织物结构的许多物理参数都影响起毛起球。织物表面毛球的形成分四个阶段：毛 茸的形成：毛茸的纠缠；毛球形成以及由于摩擦、洗涤等作用使毛球脱落“。由 于服装与服装之间以及服装与其它物体之间的摩擦不可避免，因此在织物表面产 生毛球不可避免。多年来，人们研究了控制纱线与织物的参数可以较好解决针织 物起球，对毛织物起球问题研究较少，尤其是精纺粗花呢，由于其是近年来开发 的新产品，有关精纺粗花呢的起毛起球问题研究更少，为此，将改善精纺粗花呢 起毛起球现象研究作为本课题研究内容，积极与生产企业联系，和企业研发人员 就出口日本面料起球严重的问题进行研讨。与本人合作企业在向日本出口面料 中，由于日方企业提出起毛起球等级不符标准出现退货问题。问题的焦点主要集 中在测试方法不同。合作企业深处西北内陆，气候干燥，对织物起毛起球等级的 测试采用干起球测试法；而日本是一个岛国，相对湿度较高，在春秋两季相对湿 度大致在8 0 以上，日方企业对织物起毛起球等级的测试采用湿起球测试法，两 种不同的测试方法其结果是织物起毛起球等级相差14 2 级。为此，在本课题的 研究中，首先提出在不同相对湿度( ( b = 6 5 、由= 8 0 ) 环境下研究精纺粗花呢 起毛起球性能。本课题首先从分析研究精纺粗花呢机理和性能入手，探究织物起 毛起球的四个阶段；其次通过系统的实验与理沦研究全面分析影响精纺粗花呢起 毛起球的因素；再次通过对后整理工艺参数的最优选择，寻找最佳工艺条件；最 引言 后引入神经元网络来建立起毛起球预测模型，达到根据各种影响因素的变化来预 测精纺粗花呢起毛起球等级的目的。本课题的研究对人们进一步了解和掌握精纺 粗花呢的起毛起球性能，在高湿环境下改善织物的起毛起球性能，开发出理想的 新产品具有明显的理论价值和积极的现实意义。 1 3 2 研究的主要内容 本课题主要进行了以下四个方面内容的研究工作： ( 1 ) 分析织物起毛起球机理；参照标准取样，设计不同的刷、磨时i l l ( 次数) 来测试织物起毛起球等级；通过使用三维视频显微系统，观测精纺粗花呢起毛起 球过程。 ( 2 ) 分析影响精纺粗花呢起毛起球的主要因素。通过调整混纺比、纱线捻 度、织物组织结构等工艺参数，研究其对精纺粗花呢起毛起球性能的影响。使用 在不同相对湿度的实验条件下，进行织物起毛起球对比性分析。并采用模糊决策 分析对影响精纺粗花呢起毛起球因素进行优劣排序。 ( 3 ) 采用q u e e n s e t e rp - 1 0 0 抗起毛起球整理剂对精纺粗花呢进行整理，研究 整理后精纺粗花呢起毛起球性能。并采用正交试验设计优化方法分析影响整理效 果主要指标，寻找精纺粗花呢抗起毛起球整理最佳工艺。 ( 4 ) 用神经网络来建立抗起毛起球模型，达到根据各种影响因素的变化来 预测精纺粗花呢起毛起球等级的目的。 2 精纺粗花呢起毛起球形成过程 2 精纺粗花呢起毛起球形成过程 前人的大量研究已经阐明织物表面起毛起球的发展和积累是织物在不断揉 搓和摩擦过程中形成的。摩擦后织物表面的纤维端由于摩擦滑动而松散，从而露 出在织物表面称之“起毛”。这些起毛的纤维又经摩擦、弯曲而互相纠缠在一起 形成小球体，即“起球”“。当纤维继续受到重复拉伸、弯曲、扭转等作用，某 些纤维被纱线中抽拔出来使球粒脱落，球粒脱落主要是重复扭转疲劳和重复弯曲 疲劳造成的。 在本文中，通过扫描电镜分析精纺粗花呢起毛起球的机理，通过三维视频显 微镜研究精纺粗花呢起毛起球过程，采用不同相对湿度( 审= 6 5 、巾= 8 0 ) 研 究精纺粗花呢起毛起球性能。 2 1 精纺粗花呢起毛起球机理 2 1 1 织物起毛起球机理分析 a 绒毛形成 起毛过程是织物在服用过程中，织物表面的纤维端由于摩擦滑动而松散，从 而露出织物表面的过程。整个起球的过程是以绒毛突出为前提的。国外研究工作 者对起毛过程进行了大量的分析。g i n t i s 和m e a d 应用快速连续摄影的方法，观 察了短纤织物的起毛过程，发现参与绒毛形成的是那些原先两头都连在织物中的 纤维，这些纤维开始时先被拉成小圈环，接着圈环增大，直至纤维的一端从织物 中拉出形成绒毛。如图2 1 所示。g i n t i s 和m e a d 详细地说明了这个过程，并且 表明绒毛形成一定接着形成一个极限绒毛高度，在绒毛形成以前，这主要由纤维 的性质决定。原先一头伸出于织物表面的毛利纤维，在承受反复摩擦时，可顺应 摩擦力作用方向躺下，拉出变长的可能性很小。绒毛产生数量与摩擦力是成正比 例的增加。绒毛拉出的条件是外部的摩擦力要大于纤维在纱内的抱合力9 1 7 , 2 2 ) o 图2 1 绒毛形成 b 绒毛缠结 当绒毛露出一+ 定长度后，在定距离间的绒毛因揉搓摩擦，反复伸长和回缩 而纠缠成球，生成的毛球并不大，也不形成死结，它的。端埋植在织物的纤维中， 2 精纺籼花e 起毛起球形成过程 并连接于布面。起球过程是绒毛及丝环不断缠绕成球的过程。成球可细分为球粒 引发和成熟两个阶段。日本学者用伙速连续摄影方法发现，短纤纱织物上的某一 纤维绒毛，本身先产生一个结头或更复杂的纠缠，再与近旁纤维缠绕，从而完成 球粒引发。并非所有的绒毛都缠绕成球。b a r i d 等人分析了绒毛密度和高度对起 球的影响。6 i n t is l l m e a dl 进一步研究了这个问题，并提出了“临界高度”的概 念。所谓临界高度就是在。定的毛茸密度下，如果毛茸高度低于此值，则无论试 验持续多久，毛茸不会纠缠成球。他们得出了几种纤维临界高度的排列顺序，按 从大n d 的顺序为“醋酯一羊毛一腈纶锦纶一涤纶一棉花”。近年来，国外通 过穿着试验，就纤维疲劳对起球的影响进行了研究，提出了一些新的观点。 g a s w a m i 用扫描电镜观察了涤棉织物上的球粒，发现球粒内纤维存在许多扭转裂 纹，因而认为这些裂纹相互交错导致了球粒的形成和缠结。c o o k e 也用扫描电镜 观察了起毛起球的各个阶段，发现有的绒毛在纠缠前己经产生了疲劳现象，他认 为疲劳使弯曲模量下降，绒毛变得易于弯曲和扭转，促使毛茸缠结成球。因此说 形成毛球的主要因素是取决于纤维的弯曲性，只有易弯曲的纤维才能相互缠绕乃 至成球。较粗硬的纤维对起球的阻力大，不易成球，而较细的纤维对起球的阻力 小，容易成球“5 ”2 “2 “。 对于羊毛纤维等动物的毛纤维，一般纤维表面具有特殊的鳞片结构，这种鳞 片结构使得羊毛纤维沿着纤维长度方向存在顺逆摩擦差异，所以羊毛纤维在染色 及后整理的湿热或化学药剂存在时，受外力作用，纤维始终保持根部向前蠕动， 导致织物表面毛纤维一端易滑出形成绒毛。这些绒毛经摩擦作用，鳞片之间易相 互咬合，缠结成球，而且一旦成球之后，不易解缠。 c 毛球的成长 c o o k e 提出了纤维拉出卷入机理，解释了球的增长过程。随着纤维的进一一 步缠结，球体逐渐变紧。构成球的这些纤维一端在纱线终，另一端牢固的所在球 体结构中，称为“固定纤维( a n c h o r f i b e r ) ”。当磨料磨过织物时，球体提高了研 磨的支点，球随着摩擦力滑动或滚动，直到受到加在最紧的固定纤维上张力的限 制。固定纤维则由于不能调整自己的方向与摩擦力的方向一致，所以固定纤维所 受的负荷增加。c o o k e 通过观察发现，固定纤维的损伤或者开始于紧靠纱线的位 置，或者开始于被迫绕着另一根纤维的损伤或者开始于紧靠纱线的位置，或者开 始于被迫绕着另一根纤维弯曲的地方开始。损伤区域通常是一段一段的，而且损 伤区域要小于卷绕的区域这样沿着固定纤维一直深入到球体内。n 此可以到出 结论，固定纤维所受的张力足以使其从纱线中拉出，多出的长度被卷入球体中， 这样球逐渐增大起来，并伴随产生一个新的损坏区。当某根固定纤维被完全抽拔 出来或断裂时，会有新的纤维卷入，即固定纤维铍替换，这样球体继续增长- ”，。 2 精纺粗花呢起毛起球形成过程 d 毛球脱落 当织物继续受到摩擦时，连接毛球的纤维会因反复拉伸、弯曲、扭转疲劳丽 断裂，自布面脱落。人们感觉织物是否容易起球常常与真实情况不符，和容易起 毛起球的织物因毛球的寿命短往往给人以1 i 易起球的感觉。固定纤维的断裂与否 以及其断裂速度直接影响织物表面的毛球数。g o s w a m i 根据球粒脱落的纤维断端 形态观察指出，大部分纤维是被扭断的。c o o k e 研究表明在离织物表面较近的固 定纤维部位，主要受到反复的扭转作用。当断裂源首先发生在弯曲疲劳区时，纤 维就产生弯曲疲劳断裂：而当断裂源首先发生在扭转疲劳区时，纤维就产生扭转 疲劳断裂。因此纤维的弯曲疲劳强度和扭转疲劳强度越低，毛球的寿命越短，球 粒就可迅速脱落。固定点断裂引起毛球脱落，固定点断裂是由疲劳或其它损坏或 是固定点的纤维被拉出，成这两个因素共同作用引起的。疏松的纺织结构中，固 定点拉出发生的比较多，在紧密地结构中，固定点疲劳断裂占主导“6 ”1 。 g o s w a m i 和d u c k e r 通过研究扭转疲劳，分析在应变扭转变形下表层和本体 分离或剥离可被把它看作一种剪切应力在纤维上的分布来解释。如果我们认为纤 维表面有一个单元体，如图2 2 所示，如果纤维的捻回角为0 ，假设单元体只受剪 切应力，则单元体每条边的剪切应力是t = g rb ，t 剪切应力，g 剪切刚度，r - 单元体到纤维中心轴线的距离，0 一捻回角。 这个方程式表明剪切应力的大小与单冗体到纤维中心轴线距离r 成正比。，该 应力在纤维表面最大。如果在纵向应力比横向应力弱的材料中，在纤维表面的裂 纹将会发展成纵向裂纹，纯剪切应力状态是由拉伸和压缩组成的。因而，纤维表 面的单元体受到和纤维轴成0 角的拉伸和压缩应力。如图2 2 所示，拉伸应力将 产生螺旋形裂纹。如果在相邻两层中，剪切应力足以超过弱的范德华力，表层就 会合本体的次表层分离( 在应变扭转变形过程中) 。然而，一旦表层发生裂纹， 应力分布和裂纹向前移动，逐步深入纤维结构，一层结一层，直到发展彻底性的 断裂1 7 。 2 精纺羊l 花昵起毛起球形成过程 ，一一r 、 、上_ 畿 图2 - 2 纤维在扭转作用下剪切应力的分布。 2 1 2 起球过程的总结 c o o k e 通过对扭转疲劳和起毛起球机理分析，认为纤维间摩擦和纤维强度之 间，固定疲劳和固定点拉出比率之问的关系可以改变纤维之间、织物之间的结构。 由于起球过程将改变纱线结构中纤维的数量，且织物结构的最终断损，因此，起 球过程应该被认为是一个磨损过程。 假设绒毛磨损率最小；( 1 ) 绒毛生长率掣( m g c m e h o u r ) ，( 2 ) 绒毛 缠结率d ( e n t a j n g _ l e m e n t ) ( m 眺m 2 l l 。u r ) ，( 3 ) 毛球形成率 堕笺业型c m 岫 ( 4 ) 固定点拉出率塑等型( 咄m 2 h 。) ， ( 5 ) 毛球磨损率堕竺竺箬二塑( p i l l s c m 2 h o u r ) 。 c o o k e 使用这5 个参数可以详细说明标准的起球状况，推断它们对织物性能 的影响。 当纤维问的作用力减小，织物表而的绒毛拉出量增加，在这种情况下，毛球 的平均量随之增加，且毛球变大。 ! 竖堕塑垄生墼墨塑堡兰堕塾堡 一 r d ( f u z z ) f = 。d ( p u l l o u t ) j ：。万j ：o 。历 甲均毛球量= 石i 冠焉荔夏焉历万一 j ：。i 厂一一 如果纤维强度和纤维间作用力的比率增大，织物在整个使用过程中，绒毛量 将继续增加，这样将导致毛球密度的增加”。 毛球密度：1 d ( f o 百r m a t i o n ) e 1 d ( w e 百a r - 一o f f ) 由起球的整个过程可知，纤维的弯曲疲劳强度、扭转疲劳强度、固定纤维的 断裂强度、纤维之间的摩擦力、织物表面的绒毛状态和外界作用力决定了织物起 球的程度。纤维的弯曲疲劳和扭转疲劳主要与外界施加的重复弯曲作用力和重复 扭转作用力有关。当相同的外界作用力施加在织物上时，纤维的初始弯曲性能和 扭转性能决定了纤维的缠绕、疲劳的断裂情况，因此也决定了织物起球的趋势。 纤维的初始弯曲性能和扭转性能、固定纤维的断裂强度和纤维间摩擦力由纱线中 纤维的性质决定，而织物表面的绒毛状态是由纱线结构和织物缩绒等后整理工艺 控制的。所以分析了织物起球的过程后认为，要解决织物起球问题应该主要从织 物结构参数和后整理工艺两个方面着手。 2 1 3 精纺粗花呢起毛起球机理分析 a 实验材料及方法 ( 1 ) 实验材料：纯毛精纺粗花呢织物 ( 2 ) 实验方法：用扫描电镜拍摄纯毛精纺粗花呢织物在起毛起球不同阶段 纤维的磨损状态。 1 ) 绒毛形成阶段图23 是织物的原始状态，通过图形我们可以发现在精 纺粗花呢表面，存在一些较为松散的绒毛和两端受到握持作用的线圈。图2 4 是 对精纺粗花呢纯毛织物进行2 0 次摩擦后的织物表面状态，由于精纺粗花呢结构 较为松弛，纱线中纤维的抱合力较小，当织物受到摩擦的时候，表面一端松散的 绒毛很容易从纱线中滑移出来，绒毛变长。两端都受到握持作用的线圈受到摩擦 后，比较松散的线圈端易从纱线中滑移出来形成新的绒毛。此时，织物表面的 绒毛开始彼此缠绕，纤维已经有定程度的损伤，基本上没有断裂的或者被抽拔 的纤维，球粒还未完全形成。 1 0 2 精纺粗花呢起毛起球形成过程 图2 3 精纺粗花呢起毛前的照片 图2 4 精纺粗花昵起毛阶段的照片 2 ) 绒毛缠绕阶段 图2 5 是对精纺粗花呢纯毛织物进行5 0 次摩擦后的织物 表面状态，纤维在受到重复的扭转和弯曲变形使纤维发生疲劳损伤，这时纤维已 经彼此缠绕，球粒已经形成，但是形成的球体中纤维的缠绕较稀，卷入球粒中的 纤维表面鳞片受到一“定程度的损伤，球粒中有剥落的鳞片存在，断裂的和被抽拔 的纤维较，多。 2 精纺粗花呢起毛起球形成过程 图2 5 精纺粗花呢绒毛缠绕阶段的照片 3 ) 毛球成长阶段图2 6 是对精纺粗花呢纯毛织物进行4 0 0 次摩擦后的织 物表面状态，当固定纤维因受到不断的摩擦作用被拉出或断裂，它多出来的长度 就卷入球体中，球体也就不断增大。缠绕进球粒中的纤维鳞片都较明显，鳞片张 开角度都较大，纤维互相缠绕弯曲后，鳞片由紧抱毛干到张开角度逐渐增大，其 边缘呈锯齿形，形状倒刺，这使得纤维鳞片之间更易勾结和粘缠，从而产生球粒。 这时纤维相互缠结加深，球粒也比以前更紧密。卷进球体中的断裂或者被抽拔的 纤维较多，球粒比前面要大，球粒中纤维损伤较严重。 图2 6 精纺粗花呢毛球成长阶段的照片 4 ) 毛球脱落阶段随着起球时间的增长，在继续揉搓和摩擦过程中，纤维 受到重复拉伸、弯曲、扭转等作用，某些纤维被纱线中抽拔出来使球粒脱落，大 部分球粒脱落主要是重复扭转疲劳和重复弯曲疲劳脱落的”“i s j oc o o k e 认为毛球 脱落主要有两大机理：断裂和抽拔”1 。这两种机理相乃：作用，固定纤维断裂和 抽拔会同时发生在个球体上。由于精纺粗花呢结构松散，毛球多以抽拔形式脱 落，同时部分毛球是以固定纤维的断裂而脱落，如图2 7 所示，其断【_ _ 】形态表现 出重复弯曲和扭转疲劳破坏特征。 2 糟纺隼h 花呢起毛起球形成过程 图2 7 纯毛精纺粗花呢毛球脱落后纤维断口照片 本课题在对精纺粗花呢起毛起球机理分析中，使用纤维的重复弯曲疲劳和纤 维的重复扭转疲劳研究精纺粗花昵在起毛起球的不同阶段表征。国内外许多从事 织物起毛起球研究学者，经多年的研究提出影响织物起毛起球性能的各种纤维性 能中，除纤维的几何形态( 线密度、截面形状、长度等) 之外，经过测试研究分 析筛选出来的主要影响因素是纤维的重复弯曲疲劳强度、重复扭转疲劳强度、拉 伸断裂相对强度、拉伸断裂伸氏率和拉伸初始模量“。精纺粗花呢是一种兼有粗 精纺风格的新产品，其风格特点粗犷，织物结构较松散，其产品主要为纯毛类产 品及高比例毛混纺产品。由于羊毛的重复弯曲疲劳、扭转疲劳、拉伸断裂强度、 断裂伸长较化纤很差，所以精纺粗花呢在服用过程中受到反复摩擦，织物中的纤 维受到重复拉伸、弯曲、扭转等作用时，羊毛纤维较容易疲劳，致使织物起球速 度快“3 。起球后的织物，由于织物结构松散和羊毛纤维鳞片间的咬合作用，使 得织物中的纤维抽拔出来参与成球的速度要大于球中纤维断裂脱落的速度，故毛 球数量增多，球体趋于增大，这就是造成精纺粗花呢落球速度减慢的原因。 2 2 精纺粗花呢起毛起球性能分析 精纺粗花呢以其刚柔兼备、外表美观大方以及新奇的特点，成为近年来高档 服装的理想面料。然而，由于精纺粗花昵结构松散且表面粗糙，在穿着时受到摩 擦或磨损的部位易发生起毛起球，为此研究精纺粗花呢起毛起球性能，提出改善 起毛起球的措施方法成为本课题重点研究内容。通过对收集资料分析，关于精纺 粗花呢起毛起球性能研究尚未见报道。本课题选用纯毛、毛涤精纺粗花昵作为对 比织物，首先提出研究精纺粗花呢在不同相对湿度( 巾= 6 5 、由= 8 0 ) 环境一f _ _ 起毛起球性能，并对织物的起毛起球性能进行评价。 22 1 糈纺粗花呢起毛起球过程研究 a 实验材料及方法 1 ) 实验材料：采用精纺粗花呢纯毛织物研究其起毛起球过程，具体参数见 2 精纺相托呢起毛起球形成过程 2 ) 实验方法：利用y g 5 0 2 圆轨迹织物起球测试仪，实验方法参看g b t 4 8 0 2 1 1 9 9 7 。测试方案如下：对精纺粗花呢试样a 依次摩3 0 、1 0 0 、4 0 0 、1 2 0 0 次，然后用三维视频显微系统( m x 一5 0 3 0 r z i i 和a d 一5 0 3 0 h 8 ) 观测起毛起球过程。 三维视频显微系统内部包括c c d 摄像头，外部与电脑连接，本实验选放大倍数为 7 0 1 0 0 倍。 b 实验结果及分析 精纺粗