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棉织物耐静水压测试实验的影响因素

发布日期:2015-12-24 09:19

随着人们生活水平的不断提高 , 对未来服装 已不只是局限于穿衣的需求 , 将更加突出功能方面的要求 , 利用高科技发展功能性纺织品 , 已成为世界纺织品市场的主流方向 .服装的拒水 、拒油整理越来越受到消费者的欢迎 , 尤其是户外装 、运动装和休闲装等 .
本课题对全棉织物用含氟拒水整理剂进行拒水整理 , 用耐静水压指标衡量同结构织物的拒水整理效果 , 以前对织物拒水效果的表征常用拒水等级 , 但我们发现织物的拒水等级相同 , 织物的耐静水压有很大的差距 ,织物拒水效果也不相同 .由于织物表面能与拒水高度存在相关关系 , 因此 , 在影响工艺的因素探讨中 , 我们考虑用织物的耐静水压值作为评价拒水整理效果的主要指标 .

一、实验
1、材料 、药品和仪器
全棉织物 , 规 格为:14 tex ×14 tex , 395 根 /10 cm ×200 根 /10 cm .拒水整理剂:Nuv a TP(由德国科莱恩公司提供)、PM-3622(由 3M 公司提供);交联剂:三聚氰胺和乙二醛(武汉化工市场购买);醋酸 .实验仪器 :S101-3E 电热鼓风干燥箱 ;MP 502B型电子天平 ;SSY-H 不锈钢恒温水浴锅;烧杯;量筒;YG(B)812D-20 型数字式渗水性测试仪 .
2、实验方法
①、拒水整理工艺条件
成品布漂洗 ※二浸二轧(轧余率 75 %)※预烘(100 ~ 110 ℃, 1 ~ 3 min)※焙烘(150 ~ 180 ℃, 1 ~3 min)※成品 .拒水整理最优工艺条件选择实验:影响织物拒水整理效果的因素有很多 ,本次实验选择了整理剂质量浓度 、交联剂质量浓度、醋酸质量浓度、焙烘温度、焙烘时间等几个主要因素 ,设计正交实验方案 ,对经不同实验方法整理后的织物分别进行耐静水压和拒水等级测试, 得出拒水 整理的最优工艺条件 .
②、性能测试方法
拒水等级测试 :用沾水仪测试织物拒水等级 .把试样安装在沾水仪卡环上并与水平成 45°角放置 , 试样中心位于喷嘴下面规定的距离 .用规定体积的蒸馏水或去离子水喷淋试样 .通过试样外观与评定标准及图片的比较 , 确定其沾水等级 .耐静水压测试:以织物承受的静水压来表示水透过织物所遇到的阻力.在标准大气条件下 , 试样的一面承受一个持续上升的水压 , 直到另一面有 3处渗水为止, 并记录此时的水压.根据织物力学平衡原则,液体表面张力作用等于水柱高度的重力作用.因此, 织物的拒水高度 H 符合 Laplace 方程 :H =2Y LG co s θ/rρg式中 :Y LG为液体的表面能, mJ /m2 ;r 为孔隙的等效半径 , cm ;ρ为液体密度, g /cm3 ;g 为重力加速度,m /s2 ;θ为毛细管中上液面内表面的切线与毛细管壁母线的夹角 .当液 体 为 水 时, Y LG =72 .6 mJ /m2 ;ρ=1 g /cm3 ;g =9 .8 m /s2 .θ越大(90°<θ<180°), 则耐水压越高,同样, 减小孔隙的等效半径 ,耐水压也越高 ,织物拒水等级越好 .

二、实验结果与讨论
1、采用 PM-3622 拒水整理剂进行拒水整理
①、交联剂品种的选择
交联剂与氟素整理剂反应, 在纤维表面形成三维网状结构.常用的交联剂有三聚氰胺 、乙二醛等,本次实验选择三聚氰胺和乙二醛作交联剂 ,将两者进行比较实验 .在整理剂质量浓度为 60 g /L , 醋酸质量浓度为 2 g /L , 烘干温度及时间和焙烘温度及时间为 110 ℃×3 min , 150 ℃×3 min 时, 分别改变各交联剂的质量浓度.由实验得出 :三聚氰胺作交联剂的拒水效果优于乙二醛作交联剂的拒水效果.因此 ,在后续实验中采用三聚氰胺作为交联剂.
②、正交实验
水平正交表进行实验 .其因子-水平注 :所有实验的浴比均为 20 ∶1).
③、结果分析
对 PM-3622 的正交实验结果运用 SPSS 进行方差分析, 分析结果见图 1 所示(由 SPSS 软件
计算出的结果截图).
因为修正模型的总平方和 ST =29 232 694 .0 ,误差平方和 SE =6.750 ,则 SA =ST -SE =29 232 687.3 ,ST 远大于SE ,因素对指标的影响是显著的,则应该拒绝H0A(假设不同水平下的指标值没有显著差异).
因素 A (整理 剂质量 浓度)离差平 方和 为3 626 .581 ,自由度为 2 , 均方差为 1 813 .290 , F 比为 268 .638 , 接受假设 H0A 的显著性概率为 0 .043 <0 .05 ,从而应拒绝 H0A , 即认为因素 A 对织物耐静水压值有显著的影响 .而因素 B , C , D , E 的显著性概率都大于 0 .05 , 即认为因素 B , C , D , E 对织物耐静水压的影响没有 A 显著 .
④、耐水洗性分析
将所有试样在常温下用清水洗涤 5 , 10 , 15 次后, 测其耐静水压值 ,结果见表 3 .从表 3 可以看出 , 织物经过水洗后, 耐静水压值都有不同程度的下降, 下降值的多少随着工艺参数和条件的不同而有差异.通过 R 值就可以直接看出织物耐水洗性能的高低 , R 值越大越不耐水洗,越小则耐水洗性越强.
⑤、PM-3622 拒水整理剂的最佳工艺
通过对实验结果进行极差分析,得出对织物拒水整理效果影响程度大小依次为:整理剂质量浓度(A 显著性概率Sig 值0.043)※烘干和焙烘温度及时间(E 显著性概率Sig 值0.051)※交联剂质量浓度(B 显著性概率Sig 值0.104)※醋酸质量浓度(C 显著性概率 Sig 值0.166)※整理液温度(D 显著性概率Sig 值0 .591).因为只有在较高温度焙烘才能使交联剂与拒水整理剂和纤维之间产生较牢固的结合 ,在纤维表面形成三维网状结构.所以焙烘温度的高低对拒水整理的效果影响十分显著 , 当焙烘温度达不到时 ,
整理效果较差.
由耐水洗性分析得出, 拒水整理的耐洗涤性能与交联剂的质量浓度及焙烘温度有很大的关系, 从表 4 知 , 4 , 7 , 10 , 14 试样的交联剂质量浓度依次为80 , 60 , 40 , 20 ,洗涤 10 次后的耐静水压值下降依次为 939 , 1 157 , 1 412 , 1 588 Pa .醋酸质量浓度(C)和整理液温度(D)对实验效果影响较小.
实验表明, 试样 4 经整理后获得很好的拒水效果,耐静水压值达到 14 661 Pa .水洗 15 次后的耐静水压值达到 14 131 Pa.因此,选择 PM-3622 拒水整理剂的最佳工艺条件是:整理剂的质量浓度为80 g /L ,交联剂的质量浓度为 80 g /L ,醋酸质量浓度为 1 .5 g/L ,整理液温度为 40 ℃, 烘干温度为 110 ℃,时间 3min ,焙烘温度 160 ℃,时间 2 min .
2、采用 Nuva TP 拒水整理剂进行拒水整理
①、正交实验
德国科莱恩公司的 Nuv a TP 拒水整理剂中包含有交联剂 , 醋酸起醋酸和调节 pH 值的作用 , 因此,选择 4 因素 4 水平正交表进行实验 .其因子-水平见表 4(注 :所有实验的浴比均为 20 ∶1).
②、结果分析
对 Nuva TP 的正交实验结果运用 SPSS 进行方差分析 , 分析结果见图 2 .
因为总平方和 ST =38 027 225 .0 , 误差平方和SE =52 .114 ,则S A =ST -SE =38 027 172 .9, SA 远大于 SE ,因素对指标的影响是显著的, 则应该拒绝 H0A(假设不同水平下的指标值没有显著的差异).因素 A (整 理 剂 质 量 浓 度)离 差 平 方 和5 669 .150 ,自由度为 3 ,均方差为 1 889 .717 , F 比为 108 .784 ,接受假设 H0A 的显著性概率为 0 .001 <0 .05 ,从而应拒绝 H0A , 即认为因素 A 对织物耐静水压值有显著性的影响.同理, 因素 C 和因素 D 对织物耐静水压值都有显著性的影响 .而因素 B 则没有显著的影响 .
③、耐水洗性分析
将试样在常温下用清水洗涤 5 , 10 , 15 次后, 测其耐静水压值, 结果.
从表 6 可以看出 , 织物经过水洗后, 耐静水压
值都有不同程度的下降, 下降值的多少随着工艺参
数和条件的不同而有差异 .通过 R 值就可以直接看
出织物耐水洗性能的高低 ,R 值越大说明织物越不
耐水洗,反之,则耐水洗性越强 .
④、最佳工艺
通过对实验结果进行极差分析 ,得出对织物拒水整理效果影响程度大小依次为:整理剂质量浓度(A 显著性概率 Sig 值 0 .001)※焙烘温度(D 显著性概率Sig 值 0 .008)※烘干温度(C 显著性概率Sig 值 0 .042)※醋酸体积分数(B 显著性概率 S ig值 0 .166).
焙烘温度与织物耐洗涤性能也有很大的关系 .从表 4 知, 试样 4 , 16 , 8 , 7 分别下降了 490 , 696 ,774 , 1 098 Pa , 而焙烘温度和时间分别为 180 ℃×2 min , 180 ℃×1 min , 170 ℃×2 min , 150 ℃×3 min .由此可知, 焙烘温度越高, 织物越耐水洗 , 但焙烘温度太高时 , 织物有些泛 黄及色泽变深的现象 .
实验中,醋酸起中和调节 pH 值的作用, 对实验结果有一定的影响.由实验表明,试样 4 经整理后的织物可获得很好的拒水效果 ,耐静水压值可达到 15 985 Pa.水洗20 次后的耐静水压值达到 14 906 Pa .因此 , 选择Nuva TP 整理剂的最佳工艺条件是:整理剂的质量浓度为 80 g /L ;醋酸体积分数为 1 mL /L ;烘干温度为 120 ℃×2 min ,焙烘温度 180 ℃×2 min .
但考虑到成本因素 , 由于整理剂质量浓度为80 g /L时与整理剂质量浓度为 60 g /L 时的耐静水压值相差不大 , 因此一般情况下 , 如果对耐静水压值要求不太大 , 可以选择整理剂质量浓度为60 g /L .

三、结论
(1)实验表明未经整理的棉织物拒水性均为 0级, 经整理后棉织物可获得良好的拒水性能 , 这有助于提高织物的防水拒水能力.
(2)通过对两种不同的拒水整理剂的实验比较, 笔者得出棉织物经 Nuva TP 整理后可获得优良的拒水性及优良的耐水洗效果 ,标准水洗 15 次后,耐静水压为 15 494 Pa ,即使标准水洗 20 次后, 耐静水压仍有 14 906 Pa .因此, 对洗涤要求较高的产品建议使用 Nuva TP 作为整理剂.但 Nuva TP 产品的成本较 PM-3622 高, 当对产品的洗涤要求不高时, 用PM-3622 整理即可.
(3)含氟整理剂质量浓度对棉织物拒水性能影响极为显著,交联剂用量对整理效果的耐久性影响很大 ,两者都是主要的工艺参数;焙烘温度和时间对整理效果也有显著影响,在实验中应注意控制 .
(4)对织物拒水效果的表征常用拒水等级, 但实验表明当织物的拒水等级相同时, 织物的耐静水压值相差很大 ,拒水效果大不相同 .因此 ,用耐静水压值来表征同类型织物拒水整理的效果较常规的拒水等级的方法更为精确.

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