Усадка текстильных полотен

Ткани, трикотажные, нетканые полотна и другие текстильные материалы обладают способностью изменять размеры при различных воздействиях: стирке, замачивании, глажении в свободном состоянии, химической чистке, обработке химическими препаратами и длительном хранении, особенно в условиях повышенной влажности воздуха. Наибольшее изменение линейных размеров текстильных полотен (усадка) наблюдается при влажно-тепловых обработках, а именно при стирке и замачивании.

В соответствии с ГОСТ 30157.0–95 изменение линейных размеров после мокрой обработки (или химической чистки) λ, %, определяют по формуле

Λ = (L₁ - L₀)·100 / L₀, (3.96)

где L₁ – длина участка после мокрой обработки; L₀ – длина участка материала до мокрой обработки.

На практике процесс, при котором происходит уменьшение размеров изделий, называется усаживанием, а само уменьшение размеров изделий – усадкой, увеличение размеров – притяжкой.

Усадкой называют величину, на которую изменяются линейные размеры изделия, выраженную в процентах от первоначальных его размеров. Она положительна, если размеры изделия уменьшаются, отрицательна, если размеры изделия увеличиваются.

Различают усадку линейную У₁, поверхностную У_S, объемную У_V:

У₁ = 100 (L₁ - L₂ ) /L₁; (3.97)

У_S = 100 (S₁ - S₂) / S₁; (3.98)

У_V = 100 (V₁ - V₂) / V_{1 ,}(3.99)

где L ₁, S₁, V₁ – начальные длина, площадь, объем образца; L₂, S₂, V₂ – линейные размеры, площадь, объем пробы после усаживания. Основных причин усадки две:

1. Протекание обратного релаксационного процесса. В процессе создания и особенно отделки материалы подвергаются значительным растягивающим нагрузкам, под действием которых в их структуре накапливаются эластические деформации, проявляющиеся в удлинении волокон и нитей и перестройке структуры материала. Эти деформации в условиях текстильного производства не успевают полностью исчезнуть и при мокрых обработках и последующих сушках в отделочном производстве частично фиксируются. Под действием влаги и теплоты релаксационный процесс протекает быстрее. Влага, проникающая в структуру волокон, ослабляет межмолекулярные связи, а теплота повышает кинетическую энергию молекул и атомов. Все это способствует снятию внутренних напряжений, возобновлению релаксационного процесса и установлению нового релаксационного состояния. Уменьшению внутренних напряжений в структуре материала способствуют также механические воздействия при носке, стирке и химической чистке изделий. Механические воздействия заставляют волокна и нити преодолевать силы трения в местах их контакта. В результате релаксационного процесса происходят укорочение волокон и нитей и перестройка структуры материала.

Уравнивается степень натяжения нитей. Основная система, которая была сильно натянута, получает изогнутость. Поэтому усадка по основе больше, чем по утку.

2. Набухание волокон и нитей. При увлажнении волокна набухают, поперечник их увеличивается, а длина нити уменьшается, так как волокна в нити расположены по спирали. В большей степени набухают гидрофильные волокна (натуральные и гидратцеллюлозные), поэтому усадка тканей из них больше.

Чем выше крутка нитей, тем сильнее напряжение волокна и тем больше усаживаются нити по длине. Поэтому ткани из нитей креповой крутки имеют значительную усадку. Усадка значительно возрастает с уменьшением плотности.

Изменения линейных размеров после мокрых обработок в значительной степени зависят от волокнистого состава материала. Наиболее склонны к усадке материалы из натуральных и гидратцеллюлозных волокон, так как они хорошо впитывают влагу и сильно набухают. Усадка большинства материалов из химических волокон в меньшей степени зависит от воздействия влаги, но она возможна при действии повышенной температуры (тепловая усадка), особенно если волокна при их изготовлении подвергались значительной вытяжке.

Таким образом, изменение линейных размеров ткани происходит из-за уменьшения длины нитей и перестройки структуры (изменения фазы строения и уменьшения расстояния между нитями), которые являются следствием как релаксационного процесса, так и набухания волокон.

Результаты исследований показывают, что наибольшую долю в изменении линейных размеров ткани составляет структурная усадка, меньшую — укорочение нитей. В связи с этим на усадку оказывает влияние вид переплетения: чем больше связей в структуре и изгибов нитей, тем выше усадка; наибольшую усадку имеют ткани полотняного переплетения. С увеличением длины перекрытий усадка уменьшается, так как увеличивается доля усадки нити. Так как усадка ткани связана в значительной степени с изменением изгиба нитей, то большое значение имеет фаза строения, которая зависит от соотношения линейного заполнения по основе и утку, т. е. от диаметров нитей и расстояний между ними.

Усадка ткани обычно не проявляется полностью после первой влажно-тепловой обработки (глаженье, стирка, химическая чистка), в большей или меньшей степени она может проявляться при повторении этой обработки. Установлено, что при стирке проявляется 50 —70 % полной усадки, дальнейшая усадка происходит в период от первой до пятой стирки, после чего размеры ткани изменяются незначительно.

Некоторые ткани после стирки дают усадку по основе и несколько увеличиваются по утку, т. е. дают так называемую притяжку. Это происходит в том случае, если основа была сильно натянута и получила при усадке значительную изогнутость, а степень изогнутости утка уменьшилась, уточные нити распрямились, и ширина ткани увеличилась. Притяжка наблюдается в хлопчатобумажных тканях с утком из вискозных комплексных нитей.

Синтетические ткани изготовлены из гидрофобных волокон, имеющих низкую гигроскопичность и намокаемость, поэтому усадка их минимальная.

Особенностью некоторых синтетических волокон является их способность давать тепловую усадку от воздействия температуры, превышающей температуру термофиксации ткани. Например, изделия из поливинилхлоридных (ПВХ) волокон без увлажнения при температуре 70 °С и более дают полную тепловую усадку. Лечебное бельё из хлорина при кипячении превращается в комок (его усадка в кипящей воде составляет 55 %).

Для шерстяных тканей характерна местная усадка, на чём основано формование изделий из этих тканей сутюживанием, т. е. посадкой ткани в определённых участках в процессе влажно-тепловой обработки.

Усадка шерстяных тканей может возникать в процессе постепенного сваливания (сцепления, перепутывания и уплотнения) шерстяных волокон при носке и многократных стирках. Усадка и притяжка трикотажа при мокрых обработках происходят в основном вследствие изменения петельной структуры, а изменение в структуре нитей и волокон в результате набухания имеет второстепенное значение. Трикотажные полотна имеют более высокую растяжимость, чем ткани, а потому и более подвижную структуру, чувствительную даже к небольшим приложенным усилиям. С увеличением длины нити в петле усадка по длине полотна обычно увеличивается, а по ширине уменьшается. Трикотажные полотна наиболее значительно изменяют свои размеры после первой стирки.

На усадку трикотажных полотен при мокрых обработках существенное влияние оказывает их структура. Основовязаные полотна обычно усаживаются по длине и ширине, поперечновязаные (кулирные) полотна при усадке по длине чаще всего имеют притяжку по ширине.

Усадка нетканых полотен зависит от структуры и способа изготовления. Усадка вязально-прошивных полотен обусловлена обратным релаксационным процессом и набуханием волокон. Холстопрошивные полотна при заключительной отделке сплющиваются и утоняются, а петли прошивных нитей приобретают овальную форму.

При замачивании и особенно при стирке толщина полотна увеличивается вследствие набухания волокон холста и, главным образом, релаксации петель прошивных нитей, восстанавливающих свою начальную форму. Расширяясь, петли сокращаются в длину и стягивают нетканое полотно. Увеличение размеров полотна по ширине объясняется выскальзыванием волокон из расширившихся петель. Усадка нитепрошивных полотен происходит в основном из-за изменения конфигурации петель скрепляющих нитей и частично из-за усадки каркасных нитей. Усадка тканепрошивных полотен определяется в основном усадкой каркасного полотна. В клееных нетканых полотнах свободно лежащие и скрепленные связующим волокна почти не релаксируют, и усадка полотна практически не происходит.

Кинетика усадки материалов имеет довольно сложный характер. Исследования процесса усадки шерстяных тканей при замачивании, проведенные О.В. Исаевой, показали, что можно выделить две фазы проявления усадки (рис. 3.36). При погружении в воду, особенно нагретую, ткань сразу начинает сокращаться в размерах; однако дальнейшему повышению усадки препятствует увеличение объема волокон из-за их набухания, поэтому процесс перестройки структуры замедляется. В первые минуты сушки, пока ткань насыщена влагой, ее размеры остаются неизменными. При высыхании процесс перестройки структуры возобновляется. По мере сокращения влаги в ткани релаксационные процессы в структуре материала замедляются, и усадка прекращается. Таким образом, процесс усадки протекает как на этапе увлажнения, так и на этапе сушки материала, причем на последнем этапе доля усадки превышает 50–60 % общей величины усадки. В условиях стирки на величину усадки ткани при сушке существенное влияние оказывает остаточное влагосодержание после отжима: чем выше влажность, тем больше усадка. При этом после высыхания ткани до влагосодержания 20 % ее линейные размеры практически больше не меняются.