床上用品耐洗涤性影响因素分析

2024-04-12杨素彬张锦华侯景燕

纺织科技进展 2024年3期

杨素彬,张锦华,侯景燕,孙旸,韩军

(北京市产品质量监督检验研究院,北京 101300)

床上用品是家纺产品的重要组成部分,包括床单、被套、枕套等,是我们日常生活中重复使用的必需品。随着人们生活水平的提高,对家居环境、卫生及舒适度要求的提高,日常清洁洗护频率也随之增高。由于洗涤过程中采用的洗涤剂用量、洗涤方式都会对产品的性能产生一定的影响,从而缩短床上用品的使用寿命。

采用4N、5N、6N 等3种洗涤程序对床上用品循环洗涤后,进行性能测试并讨论,包括水洗尺寸变化率、断裂强力、起毛起球性能等检测项目,分析影响床上用品使用寿命的因素,探索适宜的洗涤条件。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

材料:日常生活中普通的纯棉平纹梭织床单(上海百丽丝家纺有限公司),密度为440根×210根/(10 cm)。

试剂:ECE标准洗涤剂。

仪器:FOM71 CLS A 型洗衣机,Electrolux,瑞典制造,供水温度(20±5)℃;INSTRON 5969电子万能材料试验机,美国英斯特朗公司;M235马丁代尔耐磨仪,SDL Atlas。

1.2 洗涤程序

试样按GB/T 8629进行洗涤、干燥处理。为了更好地讨论洗涤温度与洗涤循环次数对床上用品内在性能的影响,特选取与4N程序(洗涤温度40℃)同等强度但洗涤温度较高的5N(洗涤温度50℃)、6N(洗涤温度60℃)程序做对比,采用上述程序对试样进行循环洗涤。

1.3 试验过程

按照标准GB/T 8628取样方法进行取样、标记与测量,裁出5块550 mm×550 mm 的样品(每个试验条件下5块),将试样锁边以防止在洗涤过程中边缘纱线脱散。采用纯棉陪洗布,每次洗涤完成后悬挂晾干。

1.4 正交试验

洗涤过程中,对试样内在性能产生影响的主要因素有洗涤温度、洗涤剂用量以及洗涤循环次数。试验以上述3个因素分别取4个水平值,选用三因素四水平的正交表L12(43),研究床上用品在循环洗涤条件下的耐洗涤性能。正交试验方案见表1。

表1 正交试验方案

如表1所示,12种试验条件,每种条件下放入5块准备好的试验样品,并加入一定量陪洗物在A 型洗衣机中洗涤。循环洗涤试验完成后,测试试样的水洗尺寸变化率、断裂强力和起毛起球性能。

1.5 测试方法

水洗尺寸变化率按照国家标准GB/T 8630 进行测试,将循环洗涤后的试样干燥后,置于温度20 ℃、相对湿度65%条件下48 h,测试其水洗尺寸变化率,最终测试结果取平均值。

断裂强力按照国家标准GB/T 3923.1进行测试。测试条件:隔距长度为200 mm,拉伸速度为100 mm/min,预加张力为2 N。试样洗涤后,试样尺寸会发生变化,为排除试样宽度内纱线根数增减对试验结果的影响,断裂强力试样按照固定纱线根数进行测试。试验试样密度为440 根×210 根/(10 cm),织物断裂强力取样统一按照经向纱线220根、纬向纱线105根进行测试,最终的测试结果取平均值。

起毛起球按照GB/T 4802.2 进行测试。试样经循环洗涤后,在标准大气条件下,裁取4组直径90 mm的圆形试样,安装在马丁代尔耐磨仪上,摩擦负荷总质量为415 g,以李莎茹(Lissajous)图形轨迹与标准磨料进行摩擦试验,摩擦次数2 000 次,结束后对试样进行起毛起球等级评定,最终测试结果取平均值。

2 结果与讨论

采用正交表L12(43)确定的试验方案进行测试,试验结果见表2。

表2 L 1 2(43)正交试验结果

2.1 洗涤条件对水洗尺寸变化率影响

研究表明,织物在洗涤过程中,处于热湿状态,洗涤剂会促进织物的松弛。故在首次洗涤时,试样的水洗尺寸变化最大,这是因为织物在染整过程中,纤维会受到一定的拉伸作用。在洗涤过程中,热湿状态会减弱纤维分子间的联系,导致纤维表面的摩擦力降低,纤维就会趋于恢复原本的平衡状态。同时,水分子还会进入纤维的内部,使纤维发生膨化,当织物的纬向(或经向)膨化变粗时,织物就会产生收缩[1]。随着洗涤次数的增加,织物趋于稳定状态,不再发生较明显的收缩。而织物经向的变化率大于纬向的变化率,可能是因为织物的经向密度高于纬向密度,经纱在加工过程中受到长时间的张力拉伸影响,引起弹性疲劳,一时难以恢复[2]。

由表2可知,经过12种洗涤条件循环洗涤后,试样经、纬双向尺寸变化率均为负数,即均产生了不同程度的收缩,且经向收缩程度>纬向收缩程度,L1组洗涤条件为洗涤程序4N(温度40 ℃),洗涤5次,洗涤剂20 g,是一组按产品标准规定程序和洗涤剂用量的洗涤条件。日常床品的洗涤周期大多在1到2周一次,L1组洗涤后测试的水洗尺寸变化率,可以代表大概一个季度日常维护下床品的缩水率情况,其经向水洗尺寸变化率为-3.33%,纬向水洗尺寸变化率为-1.60%,尺寸变化率影响最小。在12种洗涤条件中,L12组洗涤条件对织物经向水洗尺寸变化率影响最大。

为了更加直观地呈现不同洗涤条件对床上用品经、纬向水洗尺寸变化率的影响程度,将12种洗涤条件中的3项洗涤因素作为自变量,进行极差分析和方差分析,结果见表3。

表3 水洗尺寸变化率极差分析和方差分析

根据极差分析的结果,可以得到各因素影响的主次顺序。但是因素的主次顺序并不能直接代表因素的显著性,还需要进行多因素方差分析。R值越大,这个因素就越重要,而且各个因素之间还可能存在不可忽略的交互作用。由表3可知,极差分析显示温度的极差值最大,为5.36。因此,洗涤程序(温度)对试样经向水洗尺寸变化率的影响最大。其次是循环次数,洗涤剂用量的影响最小。循环次数对试样纬向水洗尺寸变化率的影响最大,极差值达到了3.59。由表3 可知,经、纬向R2值分别为0.989和0.987,这意味着水洗尺寸经向98.9%、纬向98.7%的变化原因可以由上述3个因素(洗涤程序、循环次数、洗涤剂用量)解释。分析可知,经向洗涤程序和循环次数的P值均<0.05,说明洗涤程序和循环次数均会对经向水洗尺寸变化率产生显著性差异关系。纬向循环次数的P值<0.05,说明循环次数会对纬向水洗尺寸变化率产生显著性差异关系。

洗涤温度对试样产生2种作用,一方面加剧水分子与纤维的结合速度,另一方面减弱纤维间的联系及表面摩擦力,随着温度升高,纤维间力释放得越彻底,进而织物收缩速率越快。

2.2 洗涤条件对床品断裂强力影响

床品在洗涤过程中,会受到高温、洗涤剂等因素的共同作用,经过多次洗涤后,纤维和结构都会受到不同程度的损伤,再加上滚筒洗衣机的外力作用,会增大织物的磨损程度,造成试样强力下降。注意到洗涤后试样经向断裂强力下降百分率大于纬向的,这是因为纺织品在织造过程中,经纱的上机张力是大于纬纱的,再加上受到织造过程中的反复拉伸力,以及经纱间、机件间的摩擦作用,造成经纱的负荷较大[3]。所以洗涤时,经纱的强力损失要比纬纱的大,特别是经多次洗涤后,经向断裂强力下降百分率要大于纬向的。

由表2可知,经过12种洗涤条件循环洗涤后,试验样品经向断裂强力均高于纬向的,试样在未洗涤时,经向断裂强力为515.50 N,纬向断裂强力为411.30 N。试样在12种洗涤条件下,经、纬向断裂强力相较未洗涤时均有所下降,说明洗涤过程会对试样断裂强力造成影响。

为了研究洗涤过程对织物断裂强力的影响程度,将12种洗涤条件中的3项洗涤因素作为自变量进行极差分析与方差分析,结果见表4。

表4 断裂强力极差分析和方差分析

由表4可知,极差分析显示,循环次数的极差值最大,分别为35.00、26.97说明洗涤循环次数对试样断裂强力的影响最大。经向、纬向R2值分别为0.993和0.815,意味着断裂强力经向99.3%、纬向81.5%的变化原因可以由上述3个因素(洗涤程序、循环次数、洗涤剂用量)解释。分析可知,经向循环次数和洗涤剂用量的P值均<0.05,说明循环次数和洗涤剂用量会对经向断裂强力产生显著性差异关系。

2.3 洗涤条件对床品起毛起球性能影响

经循环洗涤后,床品的起毛起球性能试验结果见表2,经洗涤后试样起毛起球性能存在不同程度的下降。分析原因可能是织物在洗涤过程中受力磨损,造成纤维的损伤,导致纤维的强力下降、抱合力变差。试样在进行起毛起球测试时,更容易生成毛球,导致试样抗起毛起球性能等级下降。

由表2可知,经12种洗涤条件洗涤后,试样起毛起球等级均在3级及以上。分析试样的起毛起球性可知,L9~L12洗涤条件下,试样的起毛起球等级较低,说明洗涤温度高,会加速纤维损伤,导致试样的抗起毛起球性能等级下降。

3 综合分析

由分析可见,洗涤条件对床品性能造成的影响程度有所不同。通过对测试的各项性能综合考虑并分析,确定床品最适合的洗涤方式。

将表2中不同性质的数据进行同趋化数据处理,数据均转换成无量纲化指标测评值,通过最小-最大标准化,对原始数据进行线性变换,使结果落在[0,1]区间,转换函数为:

式中:x′表示单个数据的取值,min表示数据所在列的最小值,max表示数据所在列的最大值。

经过上述标准化处理,表2中数据均转换为无量纲化指标测评值,即各个指标值均处在同一数量级别上,以此可以进行综合测评分析。计算结果见表5。

表5 洗涤后织物各项性能多指标差异值标准化

通过改变洗涤程序(温度)、循环次数、洗涤剂用量来进行正交试验,探索不同洗涤条件对纯棉平纹机织床品洗后织物性能的影响。在12种洗涤条件下,对洗后试样的水洗尺寸变化率、断裂强力数据进行极差分析。结果表明,循环次数对织物断裂强力的影响最为显著,洗涤程序(温度)和循环次数对水洗尺寸影响较大,起毛起球性能的主要影响因素为洗涤程序。