近年来,随着户外活动的风行,消费者对具备防水、防泼性能纺织品的需求大大增加。现今主流工艺是通过涂层或覆膜整理来实现防水、防泼性能,但存在工艺复杂、加工流程长的缺点。在高紧密度面料上加工无氟防水整理可实现高耐静水压,流程短、工艺简便,更具有低成本的优势;虽然耐静水压性能不及涂层或覆膜法,但经过工艺优化后,耐静水压仍可达到 5200Pa以上,并具有一定的透气性,适用于手术衣、冲锋衣、登山服以及帐篷布等特殊功能性面料。
本研究选用苏州致远新科化学有限公司无氟防水剂,采用高温焙烘方法对高紧密度纯棉面料进行防水整理,探讨组织规格、焙烘温度、焙烘时间等因素对纯棉面料耐静水压性能的影响,最终形成有利于大生产的完整解决方案!
一、试验材料
织物:纯棉面料(29.2 tex×29.2 tex,472×315,平纹,单位面积质量 220 g/m2);
试剂:无氟防水剂
仪器:连续式定形烘干机、热风焙烘机(德国门富士),DHG-9140A 型电热鼓风干燥箱,SDLATLAS VortexM6 型洗衣机,YB813 型面料沾水性测试仪,YG461E型静水压数字式透气量仪。
二、工艺流程
冷轧堆→退煮→丝光→染色→防水→焙烘。
三、结果测试方法简介
防水性:按照 AATCC 22—2010《拒水性:喷淋实验》测定。剪取3块(17.78 cm×17.78 cm)试样,放置于标准大气压下调湿4h,将250mL、(27±1)℃的蒸馏水注入测试仪漏斗对试样正面进行喷淋,对正面的润湿或斑点图案与评级图片比较评级,记录每个测试样的评级结果。
耐洗性:家庭洗涤按照 GB/T 8629—2017《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》操作,使用 1g/L 的标准洗涤剂(AATCC 1993)配制成溶液,浴比 1∶30,40 ℃下洗涤8min 后脱水,为 1 次洗涤。洗涤程序完成后在温度为100 ℃的烘箱内烘干。
工业洗涤程式为:预洗(纯净水50L,洗3min,水温50℃)→主洗洗涤(纯净水80 L,洗15 min,水温60℃,氧漂剂300g,洗衣粉400g)→漂洗(纯净水50L,洗涤5min)→中和洗(纯净水50 L,中和酸200g)→清水洗(纯净水50 L,洗5min)。
耐静水压:按照 AATCC 127—2018《流体静压试验》进行测定。剪取 3 块 200 mm×200 mm 无折叠和污染的试样,放置于标准大气压下调湿 4 h,将与试样接触水的温度控制在(21±2)℃,擦干夹持面,使测试面朝着水面,夹持后启动电机,当试样上 3 个位置出现渗透时记下此时的静水压,重复 3 次,取平均值即为此试样的耐静水压。
四、防水工艺流程对防水效果的影响
实验探讨拉幅焙烘一步法、拉幅→焙烘两步法对防水效果的影响。 一步法中使用拉幅定形机,面料轧料后进入定形机烘房,烘干与焙烘过程一起进行生产效率高,适用于大多数防水整理。拉幅→焙烘两步法使用拉幅定形机轧料烘干后,再进行焙烘,此工艺流程的稳定性高。拉幅焙烘一步法工艺:拉幅机浸轧助剂,无氟防水剂 80g/L,温度170℃,时间3.5min。 拉幅→焙烘两步法工艺:拉幅机浸轧助剂(无氟防水剂 80g/L,烘干温度120℃,烘干时间60s)→焙烘(温度170℃,时间3min)。 使用不同的防水工艺流程对纯棉面料进行防水整理,结果如表 1所示。
由表 1 可以看出,拉幅焙烘一步法的防水性与拉幅→焙烘两步法差异不大,但耐静水压性能明显低于拉幅→焙烘两步法。这是因为一步法直接高温焙烘,即使降低车速、延长工作液的渗透时间,但工作液仍无法完全渗透织物,无氟防水剂在织物表面交联,影响面料的耐静水压。因此确定采用拉幅→焙烘两步法加工纯棉高耐静水压面料。
五、面料不同组织规格对防水效果的影响
考虑到高耐静水压面料一般用于外部穿着及功能性用途,面料单位面积质量限制在(200±20)g/m2,规格选取纯棉 29.2 tex×纯棉 29.2 tex、472×315,设计组织为平纹、2/1 斜纹、纬重平、方平。采用拉幅→焙烘两步法加工工艺,防水工作液无氟防水剂 80g/L,两浸两轧,轧余率 65%;120 ℃烘干后再170℃焙烘3min。面料不同组织对防水性能的影响如表2所示。
由表 2 可以看出,在面料纱支和经纬密度不变的情况下,只改变组织花型,面料的防水性和耐静水压变化明显。按性能优异性从大到小依次排序为:平纹、2/1 斜纹、纬重平、3/1 斜纹、方平,平纹面料的耐静水压可以达到5200 Pa 的标准,其他组织面料都未达到5200Pa,这说明面料组织对耐静水压的影响非常明显,平纹组织因为组织交织点最多,孔隙少,所以耐静水压最好。为进一步研究组织规格与面料耐静水压的关系,在纱支和组织不变的前提下改变经纬密度,分别测试面料的防水性和耐静水压,结果如表 3所示。
由表 3 可以看出,对于 29.2 tex×29.2 tex 的平纹组织,随着组织密度的提升,面料的耐静水压也相应提高,当密度达到 472×315 时,耐静水压在 5 200 Pa 以上。在此基础上再增加面料密度,织造难度直线上升,而耐静水压提升不明显。综合考虑,最终选用纯棉 29.2 tex×纯棉 29.2 tex、472×315 的平纹面料,作为此高耐静水压面料的标准规格。
六、 焙烘温度和时间对防水效果的影响
焙烘时间与焙烘温度对防水效果有着重要的影响,采用拉幅→焙烘两步法加工工艺,拉幅机浸轧助剂,无氟防水剂80g/L,烘干温度120℃,烘干时间60s,研究焙烘温度与时间对防水性和耐静水压的影响,结果如表4所示。
由表4可以看出,随着焙烘温度的升高,面料的耐静水压和防水性随之升高。因为进行焙烘时,温度越高,疏水基团在纤维表面排列越规整;高温条件还有利于交联剂释放异氰酸酯基团,提高了异氰酸酯基团和疏水基团与—OH 的交联程度,使耐静水压提升。当焙烘温度为170 ℃时,继续升高温度,耐静水压与防水性增大幅度有限。因此确定焙烘温度为170℃。在以上实验确定焙烘温度为 170 ℃的基础上,研究焙烘时间对防水性和耐静水压的影响,结果如表 5所示。
由表 5 可以看出,随着焙烘时间的延长,防水性不断提升,这是因为焙烘时间延长,异氰酸酯基团与疏水基团在纤维表面的交联更充分,长时间焙烘也给疏水基团在纤维表面的有序排列提供了充足的时间。当焙烘时间为3min 时,防水性达到100分,耐静水压达到5200Pa以上;继续延长时间,防水性与耐静水压提升有限。因此确定焙烘时间为3min。
七、结论
(1)对防水工作液配方进行研究,在充分焙烘后,纯棉面料耐静水压可达到5200Pa,并具备良好的耐洗性,家庭洗涤条件下30次水洗后仍具有优异的耐静水压与防水性。
(2)拉幅→焙烘工艺为:拉幅机浸轧助剂(无氟防水剂80g/L,烘干温度120 ℃,烘干时间60s)→焙烘(温度170℃,时间3min)。