摘要: 羊毛织物发生尺寸收缩变化的原因一般来说有三种：松弛收缩、由含水率变化引起的收缩和毡缩。其中，由含水率变化引起的收缩是可恢复的，而“毡缩”引起的尺寸变化是不可恢复的，其发生机制与羊毛纤维鳞片的定向摩擦效应有关。羊毛织物在干衣机滚筒烘干... 展开 羊毛织物发生尺寸收缩变化的原因一般来说有三种：松弛收缩、由含水率变化引起的收缩和毡缩。其中，由含水率变化引起的收缩是可恢复的，而“毡缩”引起的尺寸变化是不可恢复的，其发生机制与羊毛纤维鳞片的定向摩擦效应有关。羊毛织物在干衣机滚筒烘干过程中容易发生毡缩，这是人们使用干衣机护理羊毛产品的一大痛点。然而，在干衣机热、湿、机械作用下的羊毛织物毡缩规律、原因以及机理问题鲜有研究。 本文基于课题组搭建的参数可调控的织物烘干动态测控平台，探究了干衣机中织物温度、含水率以及机械作用对羊毛织物尺寸收缩（尤其是毡缩）的影响规律以及原因，深入分析并完善了羊毛织物在干衣机环境条件下的毡缩机理。主要研究内容与结果如下： （1）探究了滚筒烘干过程中织物密度与防缩整理方式对羊毛针织物尺寸收缩变化的影响。采用改变不同烘干周期烘干时间的方法，研究不同密度以及不同防缩整理羊毛针织物在滚筒烘干不同阶段的尺寸收缩变化规律；采用多次累积烘干的方法，探究不同防缩整理羊毛针织物尺寸收缩的规律及原因。结果表明，干衣机中未经防缩整理羊毛针织物纵横向尺寸收缩均随纵横向密度的增大而减小，且基本呈线性趋势。这是因为在干衣机相同热、湿和机械作用条件下织物越松散，纤维越容易发生相对位移，从而促进毡缩。未经防缩整理羊毛针织物在烘干前期尺寸收缩持续增大，在烘干后期含水率较低时尺寸收缩较小；而经过防缩整理羊毛针织物在烘干过程中的尺寸收缩主要发生在织物含水率低于30%时，随着进一步干燥，尺寸收缩进一步增大。多次累积烘干实验中，未经防缩整理羊毛针织物每次烘干均会发生尺寸收缩，呈现毡化现象；而经过防缩整理羊毛针织物随着烘干次数的增加尺寸收缩率无显著增大，甚至有所降低，这是因为经过防缩整理羊毛纤维表面的鳞片结构被破坏，其尺寸收缩并非由毡化引起，而是主要与滚筒烘干过程中织物含水率变化有关。研究结论为差异化设计未经防缩整理和经过防缩整理羊毛织物的烘干方法提供了依据。 （2）探究了织物含水率和温度对羊毛针织物尺寸收缩的影响及原因。改变织物初始含水率和干衣机加热丝功率，探究干衣机中织物含水率和温度对羊毛针织物尺寸收缩的影响；测试了干、湿羊毛纤维的定向摩擦效应，并分析了水分影响羊毛纤维性能进而影响毡缩的机理。结果表明，在20℃温度条件下，当织物初始含水率小于15%时，未经防缩整理羊毛针织物的毡缩随含水率的提高而快速增大；当织物含水率大于15%，随着织物含水率的提高，毡缩无显著增加。羊毛湿纤维的定向摩擦效应低于干纤维定向摩擦效应。分析得出，在一定范围内随着织物含水率的增加，羊毛纤维容易发生玻璃化转变，纤维刚度、初始模量降低，加速了织物毡缩。温度升高时，羊毛纤维吸附较少的水即发生玻璃化转变，因而温度和含水率共同影响羊毛织物的毡缩。 （3）探究了滚筒干衣机中机械作用方式和强度对羊毛针织物毡缩的影响及原因。变化滚筒转速使得羊毛织物在干衣机中产生不同的运动方式，采用织物运动追踪系统记录示踪织物几何中心点位置分布，测量脱线布的脱线率表征不同转速下总的机械作用强度，进而分析机械作用方式和强度对羊毛织物毡缩的影响和原因。结果表明，在干衣机滚筒转动过程中，机械作用强度越大，羊毛织物的毡缩越大。依据动量定理、动能定理并结合织物运动轨迹，当织物做抛落运动时，织物受到的撞击力随滚筒转速的增大而增大；根据织物运动轨迹面积大小，判断织物间摩擦作用强度随滚筒转速的增大而减小。织物间的摩擦作用比织物与筒壁之间的撞击作用对羊毛织物毡缩的影响（贡献）显著。毡缩主要发生在机械作用力施加的方向，而垂直于织物面的机械作用对羊毛织物毡缩的贡献很小。 （4）基于温度、含水率以及机械作用方式和强度对羊毛针织物尺寸收缩影响的研究结果，兼顾烘干速率、单位能耗除湿量、烘干均匀度以及织物外观平整度等性能指标，从织物运动的角度分别提出了不可机洗羊毛产品（以未经防缩整理羊毛针织物为代表）和机可洗羊毛产品（以氯化-赫克塞特整理羊毛针织物为代表）的烘干方案，即在烘干过程中，对于不可机洗羊毛产品，要求避免与接触物之间发生表面切向的机械作用；对于机可洗羊毛产品，优选抛落高度较大且偶尔伴有翻滚的运动方式。上述烘干方案与现有羊毛织物“平铺烘干”或“贴壁烘干”的方法相比，能耗可大大降低。 本文的创新点主要有以下四点： （1）揭示出滚筒烘干过程中未经防缩整理和经过防缩整理羊毛表面结构的差异造成不同的尺寸收缩变化和机理。即，未经防缩整理羊毛针织物发生的尺寸收缩主要由毡化引起；而经过防缩整理羊毛针织物的尺寸收缩主要由含水率降低引起。 （2）揭示了滚筒烘干过程中未经防缩整理羊毛针织物含水对其毡缩的影响机理。即，吸附水影响羊毛纤维弯曲性能、弹性等机械性能，在一定范围内含水较多的羊毛纤维，其刚度、初始模量较低，在机械作用下更容易发生缠结及拉紧，从而加剧羊毛织物毡缩。 （3）基于干衣机平台中示踪织物运动过程的位置分布以及脱线布的脱线率，研究发现滚筒转动过程中机械作用方式和强度均对羊毛织物毡缩程度有显著影响。相同机械强度下，滚筒转动过程中织物间摩擦作用比织物与筒壁间的撞击作用对羊毛织物毡缩的影响（贡献）显著。羊毛织物的毡缩主要发生在机械作用力施加的方向。 （4）提出了不可机洗羊毛织物和机可洗羊毛织物的烘干新方案。即，在烘干过程中，对于不可机洗羊毛织物，重点要避免毡缩，要求避免与接触物之间发生表面切向的机械作用；对于机可洗羊毛织物，重点要提高烘干效果和降低能耗，优选抛落高度较大且偶尔伴有翻滚的运动方式。上述烘干方案与现有羊毛织物“平铺烘干”或“贴壁烘干”的方法相比，能耗可大大降低。 从理论意义来讲，探究滚筒干衣机中热、湿、机械作用对羊毛针织物收缩的影响规律及其原因，有利于丰富和深化羊毛织物毡缩机理。从实际意义来讲，优化设计的羊毛织物滚筒干衣机程序不仅达到了降低未经防缩整理羊毛织物毡缩的目的，而且总体烘干能耗大大降低。 收起