染色織物質量缺陷成因分析中的顯微技術

　　摘要：紡織品從纖維到染色的加工過程中，會受到機械、化學和熱學的作用，從而導致纖維損傷。每一種損傷引起的質量缺陷都會對產品的質量產生很大的影響，這些質量缺陷往往在生產過程中不易發現，而在最后染色加工中反映出來，而此時質量缺陷已無法彌補。利用顯微技術觀察纖維損傷，并結合生產實踐經驗，對質量缺陷成因作出準確的判斷，能夠搞清許多產品質量的疑難問題，追溯質量缺陷產生工序，控制產品質量缺陷，化解商貿質量糾紛。

　　關鍵詞：染色織物；質量缺陷；成因分析；顯微技術　

　　引言

　　利用簡便而有效的方法檢測紡織品的質量，并通過檢測結果的分析，推斷產生質量缺陷的主要原因，一直是生產企業控制產品質量、商貿企業明確質量糾紛責任、科研機構攻克質量難關的重要手段。

　　在紡織品的生產和使用過程中，如果處理不當，可能會產生化學的、機械的、熱學的或者由微生物引起的損傷，而每一種損傷都會對產品的質量產生很大的影響。例由于羊毛酸性或堿性損傷，毛條出現染色不勻；由于機械損傷，染色后出現光痕和色斑；棉纖維由于受擠壓而使織物產生深色斑紋；由于纖維擦傷、開裂使染黑織物出現條紋；絲織物由于纖維開裂導致織物局部變灰或者形成淺色斑紋；錦綸織物由于抗靜電整理纖維熔融形成硬塊等等。在通常情況下，這樣的損傷在生產過程中不易發現，而在最后染色加工中反映出來，而此時質量缺陷已無法彌補，給生產企業造成不可挽回的損失，也極易引起商貿質量糾紛。

　　由纖維原料到紗線、坯布和染色加工過程中，纖維經受機械外力、熱學和化學試劑的反復作用，這一過程中引起的纖維損傷，可歸為機械損傷、熱學損傷和化學損傷三大類?！　　　?/p>

　　紡織品在整個加工過程中的機械損傷常常由磨損帶來，并且往往在織物后整理階段才顯示出來，導致的灰印、光痕等染色疵點已無法彌補。天然纖維和再生纖維素纖維較合成纖維更易產生機械磨損，原因是合成纖維的耐磨性一般優于天然纖維及再生纖維素纖維，如圖1所示，在錦綸與羊毛混紡制成的織物中，取出羊毛和錦綸，在顯微鏡下放大100倍觀察，發現許多羊毛開裂，而錦綸則完好無損。

　　（1）羊毛纖維的機械性損傷：羊毛纖維的機械性損傷來自剪毛、洗毛及梳毛等加工過程及蟲蛀，使纖維開裂露出紡錘形細胞或毛束狀[1]，如圖2和圖3所示。

　　
　　原毛在洗毛過程中，由于洗槽與洗槽之間的輸送設備有缺陷，可能使羊毛纖維受氈化或撕扯而導致機械損傷。這種損傷在整理后的織物上不易發覺，而在羊毛紡紗過程形成機械破損或回收毛中出現的毛刷狀開裂則較為明顯。
　　羊毛纖維易被織物蛾、毛皮甲蟲及地毯甲蟲蠶食，在纖維邊緣出現新月形缺口，而在大多數情況下，纖維的一頭會被咬掉[2]，如圖4、圖5所示?！?/p>

　　
　　羊毛纖維的開裂，被染成深色后易出現光痕和色斑，如圖6和圖7分別為羊毛纖維開裂織物染色后出現亮紋和色斑。

　?。?）蠶絲的機械性損傷
　　天然桑蠶絲和柞蠶絲在從脫膠到染整的整個生產過程中的擠壓摩擦等機構作用都非常敏感，尤其是染色和脫膠的濕態下，更易磨損。
　　蠶絲織物的纖維磨損導致織物局部灰化（也稱為白化）或形成淺色斑，原因是纖維被刮傷或開裂后，織物對入射光產生漫反射，破壞了真絲優美的光澤。
　　從織物灰化處取出纖維，放在顯微鏡下，可清晰地觀察到纖維開裂、外層剝落或被溶解的現象，如圖8所示。

　?。?）棉和粘膠纖維的機械性損傷
　　棉纖維的機械性損傷主要是在濕態下的擦傷和由于折疊受擠壓出現缺口和裂紋，分別如圖9和圖10所示。纖維受擠壓產生的損傷在光學顯微鏡下不易觀察到，而在電子顯微鏡下則十分清晰。擦傷纖維染成黑色后織物表面出現亮紋，如圖11所示。而擠壓受損纖維，由于其結構變化，染色比未受損纖維更深，織物表面會出現深色折痕線，如圖12所示。

　　再生纖維素纖維經受機械外力作用而磨損現象較易發生，例如在染色過程中，由于轉籠的作用導致纖維損傷，同樣引起織物灰化，并且退染和重染都不能消除這種疵點，相反只能加重[3]。

　　2熱學損傷引起的染色疵點顯微分析
　　熱學損傷主要發生在合成纖維織物中，由于合成纖維具有熱塑性，故常利用這一性能進行紡、織、染和服裝加工，如定形和變形加工。在各個工序生產過程中對合成纖維的軟化溫度范圍予以充分考慮，才可避免不可逆的質量變化。合成纖維發生熱損傷可能是直接受熱引起的，如加熱和熨燙；也可能是間接受熱引起的，如摩擦和撞擊使纖維產生熱機械磨損。
　　2.1直接受熱引起的熱損傷疵點
　　合成纖維直接受熱加工的工序有定形、燒毛、熨燙等工序。
　?。?）定形過程的熱損傷：合成纖維為使形態穩定，通常要實施熱定形，保持織物平整和尺寸穩定，這些熱定形經常使纖維出現熱變形和截面結構的變化，如圖13所示和圖14所示。圖13的纖維取自機織物中的經緯紗交叉處的纖維，圖14的纖維取自假捻法形成的滌綸變形絲。定形加工只要定形溫度、張力和時間保持穩定，這些局部輕微的纖維變形不會對染色均勻性帶來影響。但溫度等參數的變化往往不能完全避免，圖14中滌綸纖維變形加工后由于橫截面變化并不相同，變形嚴重的纖維染色更深，利用這一特點可在變形加工中檢測溫度的變化。

　　
　?。?）燒毛過程的熱損傷：合成纖維織物在燒毛時不燃燒，但會形成熔珠，而熔珠的染色特性完全不同于纖維，如圖15和圖16所示。故合成纖維織物燒毛時工藝參數尤其要注意控制，特別是合纖與天然纖維、再生纖維素纖維混紡織物和氨綸包芯紗織物燒毛時，必須充分考慮合成纖維熔融的特性（混紡織物和包芯紗織物中合纖的這一特性容易被忽略），例滌/毛染色織物，在燒毛工藝后，當熔珠還比較柔軟，容易變形時立即進行修剪，以消除熔珠并防止熔珠被壓[4]。否則，纖維在沒有被適當冷卻，而被壓輥碾過，在張力和壓力作用下，便會出現比熔珠更壞的情況，熔珠被壓成薄片。
　?。?）熨燙過程的熱損傷：合成纖維織物對熨燙過程中的過熱特別敏感，熨燙時溫度過高并施以加壓，合成被壓成薄膜，織物上產生似油漆般的光斑。
　　2.2間接受熱引起的熱損傷疵點
　　合成纖維由于摩擦和撞擊導致機械性損傷，不同于天然纖維和再生纖維素纖維的機械性損傷，還伴隨著熱學作用，形成熱機械損傷，使纖維屑從纖維表面剝落或有毛絨感、纖維間粘連或變形，染色后織物出現條紋、光斑等，如圖17和圖18所示。圖17是腈綸針織物上出現與編織方向一致的縱向灰色條紋，此處纖維經顯微鏡檢驗發現纖維被部分磨損并壓扁，進一步分析疵點原因是紗線上油不足而導致紗線過度摩擦，圖18是黑色滌綸織物出現的“梭子印”或稱為“經斑痕”，是經組織點形成的小點亮斑，用顯微鏡對亮斑處取出的經紗中纖維檢驗發現，纖維被壓扁、相互粘合、開裂，是紗線受梭子撞擊導致的熱損傷引起的[5]。

　　3化學損傷引起的染色疵點顯微分析
　　纖維在前處理和染整加工中會遇到酸、堿或含氯化學試劑等的作用而引起損傷。
　　3.1酸性損傷引起的染色疵點顯微分析
　?。?）羊毛纖維酸性損傷：羊毛纖維耐酸性較強，但在羊毛炭化時工藝不合理或者在強酸性染浴中長時間沸騰，羊毛纖維仍然有相當嚴重的損傷，而且損傷后的羊毛纖維耐酸性下降，纖維變脆，對摩擦和受壓等機械作用變得非常敏感。羊毛纖維如果酸性損傷較為輕微，直接用顯微鏡檢驗較難判定，因為纖維內部結構破壞，其鱗片還能基本完好地保留。在羊毛纖維酸性損傷初期，可結合KV膨潤反應檢測羊毛纖維的酸性受損，具體做法是：將幾根羊毛纖維放在顯微鏡載玻片上，滴上氫氧化鉀胺（將20g苛性鉀加入50mL濃氨水，小心搖動和冷卻配置而成）蓋上蓋玻片，放在顯微鏡下觀察泡狀物形成時間，若1min～2min形成，則受酸性損傷，如圖19所示；10min后形成，泡狀物數量較少，則為完好羊毛；若約30min后形成則受堿性損傷[6]。
　?。?）錦綸纖維酸性損傷：合成纖維一般都有較強的耐化學腐蝕性，因此合纖出現化學損傷的可能性比天然纖維要少得多。合纖中最常見的化學損傷是錦綸的酸性損傷，經常出現在錦綸織物染色時，在染浴中加入未經稀釋的濃甲酸而導致的酸性損傷。受酸性損傷的錦綸織物上有光斑、發脆、發硬甚至于破洞。
　　3.2堿性損傷引起的染色疵點顯微分析
　　含硫蛋白質纖維對于堿性物質是非常敏感的，尤其是在加熱處理情況下更明顯。因此，羊毛的堿性損傷情況特別常見。羊毛堿性損傷導致毛條染色不勻，織物出現染斑，纖維強度下降。蠶絲與羊毛相同也是蛋白質纖維，與羊毛不同的是繭絲的外層是絲膠而非鱗片。絲膠與絲素相比，質脆且沒有彈性，但絲膠覆蓋著絲素具有漂亮的光澤，作為紡織材料的蠶絲是絲素部分，絲膠要在弱堿性液中接近沸騰的溫度處理與絲素分離，故蠶絲的化學損傷中，堿性損傷最常見。羊毛與蠶絲的堿性損傷，可用Pauly（對氨基苯磺酸）試劑染色后顯微鏡觀察鑒別。堿性損傷羊毛纖維用Pauly著色后染成橙色，并且產生劇烈的膨潤反應，還會出現鱗片被破壞或者被掀開，纖維呈現卷曲狀，如圖20所示。堿性損傷的蠶絲，同羊毛的情況相同，也可用Pauly試劑，脫膠后受損傷的蠶絲Pauly反應變成橙紅色，而完好纖維呈現黃色。但是，絲膠的Pauly反應也呈現橙紅色，如圖21所示，所以呈現橙紅色的蠶絲，必須用顯微鏡觀察其是否已脫膠，只有在沒有絲膠的情況下的橙紅色蠶絲，才能確定是堿損傷。

　　　　
　　Pauly反應不僅用來檢驗堿性損傷，還可用在酸性損傷和剝鱗羊毛的檢驗中，反應后纖維呈現的顏色也相互交叉，在實際應用中需要分清情況和一定的經驗，才能作出正確的判斷。
　　Pauly反應原理：羊毛中的芳香族氨基酸與重氮對氨基苯磺酸反應生成紅色染料。羊毛中的這種氨基酸只在鱗片下的紡錘形細胞層中發現，所以只有鱗片受損或剝鱗后的羊毛纖維，這種染色反應才能發生[7]?！　　?br /> 　　Pauly反應試劑的配置：2g對氨基苯磺酸（分析純）加入3mL蒸餾水，再加入2mL濃鹽酸，然后慢慢滴入亞硝酸鈉溶液（1g亞硝酸鈉加入2mL蒸餾水）讓其慢慢重氮化（10～15min）制得重氮對氨苯磺酸，將沉淀的重氮對氨苯磺酸用玻璃過濾器過濾，加入50mL10%的碳酸鈉溶液，當其完全溶液，加入50mL水和冰塊。由于重氮化合物溶液不穩定，溶液溫度不能超過5℃，而且溶液在制備后要立即使用，用于制備重氮化合物的蒸餾水、亞硝酸鈉溶液及碳酸鈉溶液都應冷藏。
　　羊毛與Pauly試劑反應操作要點：羊毛樣品必須保持濕潤，樣品在反應前先浸在蒸餾水中，經過離心脫水或擠壓脫水以后，樣品放入冷藏的重氮化合物中處理10min后，用冷藏蒸餾水沖洗干凈，再經過離心脫水或擠壓脫水后，放在空氣中或60℃的干燥箱中干燥。
　　蠶絲與Pauly試劑反應操作要點：與羊毛纖維操作要點基本相同，但反應時間不能多于1～2min。這是因為蠶絲不同于羊毛，它沒有鱗片層，只有較薄的絲蛋白皮層，如果反應時間較長，特別是如果溫度太高，試劑將穿透表層，進入纖維內層。
　　如果經驗不足，為了保證結果正確，可用已知完好的纖維和受損纖維樣品進行平行試驗。受損羊毛制備，可把羊毛放入1～2g/L的碳酸溶液中煮沸；受損脫膠蠶絲制備，可把生絲放入pH值大于10的皂液中脫膠取得[8]。

　　4綜述
　　紡織品在加工過程中動態與累積的損傷和結構不勻，引起的隱蔽性質量缺陷，可利用顯微技術和顯微+化學顯色技術，把隱性的質量疵點轉化成顯性結構特征。并從實際發生的疵點中取出紗線和纖維對其結構和生產工藝分析，建立疵點與結構特征間的關系，使隱性質量缺陷在織物形成不可彌補的疵點之前得以控制。需要特別說明的是，在實際生產中，質量缺陷引起的原因是多方面的，在利用顯微技術同時，還需分析人員對原料性能、結構和生產工藝有透徹的了解和豐富的檢測經驗，甚至有時還需要分析靈感。
　　利用顯微技術觀察纖維結構的缺陷，并結合生產實踐經驗，對質量缺陷成因作出準確的判斷，能夠搞清許多產品質量的疑難問題。利用顯微技術判別質量缺陷成因，這一探索有四方面意義：一是操作方法準確方便，儀器設備成本低，可推廣性強；二是對于隱蔽性缺陷成因的分析具有無可替代性；三是對于多工序紡織品生產質量缺陷的追溯成為可能，化解商貿質量糾分；四是能把企業生產中典型的質量缺陷案例挖掘提煉出來，為紡織品生產、貿易的工程技術人員和質量控制專業人員提供技術支持?！?/p>

　　參考文獻：
　　[1]KarlMahall著，張嘉紅譯.紡織品質量缺陷及成因分析——顯微技術法[M].北京：中國紡織出版社，2008：26.

　　[2]KarlMahall著，張嘉紅譯.紡織品質量缺陷及成因分析——顯微技術法[M].北京：中國紡織出版社，2008：27.

　　[3]KarlMahall著，張嘉紅譯.紡織品質量缺陷及成因分析——顯微技術法[M].北京：中國紡織出版社，2008：31.

　　[4]KarlMahall著，張嘉紅譯.紡織品質量缺陷及成因分析——顯微技術法[M].北京：中國紡織出版社，2008：34.

　　[5]KarlMahall著，張嘉紅譯.紡織品質量缺陷及成因分析——顯微技術法[M].北京：中國紡織出版社，2008：37.

　　[6]KraisP,ViertelO.UntersuchungenüberdieVer?nderungdesWollhaaresw?hrendseinerVerarbeitungbiszumfertigenStreichgarntuch[R].Forschungshefte14und15,DeutschesForschungsinstitutTextilndustreiDresden,1933.

　　[7]AgsterA.F?rberei-undTexilchemischceUntersuchungen[M].BerlinHeidelbergNewYork:Springer-Verlag,1967:383.

　　[8]MahallK.Silkanditstreatment[J].TextileAsia,1985,October:95-101.

　?。ㄗ髡邌挝唬簵顦贩?，浙江紡織服裝職業技術學院，寧波市先進紡織技術與服裝CAD重點實驗室；龐冬花，浙江紡織服裝職業技術學院）