線圈長度對針織物頂破和穿刺性能的影響

李孔虎，鄭俞蕾，壽錢英，顧肇文(， )

1 前言

針織衣物的肘、膝等部位，在服用過程中不斷受到集中性負(fù)荷的頂、壓作用而擴(kuò)張直至破壞，這種破壞作用叫頂破[1]。由于針織物服用過程受到頂破的作用，若僅測試針織物的拉伸斷裂強(qiáng)力并不能實際反應(yīng)穿著的情況[2]，而利用HD026N+電子織物強(qiáng)力儀測出針織物在擴(kuò)張時所受的力，稱作針織物的頂破強(qiáng)力。頂破強(qiáng)力是考核針織物質(zhì)量的一個重要物理指標(biāo)[3]。針織物與鋒利刀刃接觸使得部分紗線斷裂而造成脫散，這也是織物的常見破壞形式，線圈中的紗線由于刺物的前行而抽拔滑移，這對織物損傷性能具有重要的作用[4]。織物抵抗刀刃損傷的性能可用準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力進(jìn)行表征。

2 實驗

2.1 實驗材料與儀器

滌綸紗：29.2 tex×2；針織橫機(jī)：機(jī)號9針/英寸；HD026+電子織物強(qiáng)力儀；穿刺刀片；刻度尺。

2.2 試樣編織

橫機(jī)上采用滌綸紗編織3種不同線圈長度的緯平針和雙面集圈組織，編織圖如圖1所示。

拆散法測線圈長度：在光坯織物5個不同位置沿橫列數(shù)出100個縱列，首尾用紅筆標(biāo)注。然后將線圈脫散，用1 g重的張力夾夾在紗線一端給于紗線一定的張力，使其沿刻度尺自然下垂伸直。每一織物取20根紗線，紅色標(biāo)記間的100個線圈長度測試結(jié)果平均值見表1。

圖1 緯平針與雙面集圈組織的編織圖

表1 試樣線圈長度

注：集圈組織的線圈長度取拉長線圈和集圈懸弧長度的平均值。

2.3 頂破試驗

鋼球法測試織物的頂破強(qiáng)力：HD026N+電子織物強(qiáng)力儀；鋼球直徑：20 mm；頂破速度：100 mm/min；隔距：450 mm。測試5次，頂破強(qiáng)力結(jié)果見表2。

2.4 準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺試驗

試驗前，將用于頂破試驗的鋼球換成穿刺刀片。GA68-2003標(biāo)準(zhǔn)刀具[5]材質(zhì)為高速鋼，外形如圖2所示。

表2 頂破強(qiáng)力(N)

圖2 穿刺刀片及準(zhǔn)靜態(tài)試驗刀片裝置

準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺試驗：HD026N+電子織物強(qiáng)力儀，穿刺速度：100 mm/min；隔距：350 mm。試樣測試5次，穿刺角度隨機(jī)安排，每把穿刺力測試一次，試驗結(jié)果見表3。

表3 準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺力(N)

3 結(jié)果分析

3.1 實驗結(jié)果分析

結(jié)合表1～3，可以看出，針織物的線圈長度對于其頂破強(qiáng)力和準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力有明顯影響。對照緯平針樣本1—1與1—3，線圈長度減小24.6%，頂破強(qiáng)力增大40.6%，準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力增大20.0%；對照雙面集圈樣本2—1與2—3，線圈長度減小5.1%，頂破強(qiáng)力增大39.4%，準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力增大20.5%。

表2顯示：頂破強(qiáng)力隨著線圈長度的減小而增大。這是因為線圈長度愈小，在單位受力面積內(nèi)同時承受外力的線圈數(shù)愈多，所以織物整體的頂破強(qiáng)力愈高。其次，紗線在相鄰線圈之間的轉(zhuǎn)移狀況也影響到織物的頂破強(qiáng)力。緯平針織物中的線圈較為均勻，在鋼球的作用下迅速表現(xiàn)出較好的承受外力的各向同性。而雙面集圈組織由拉長線圈和沉降弧組成，在鋼球的作用下沉降弧將向相鄰線圈進(jìn)行轉(zhuǎn)移，而不斷增大的頂破強(qiáng)力使得紗線間的摩擦力不斷增大，成為紗線轉(zhuǎn)移的阻力。因此，集圈組織的結(jié)構(gòu)使得其在外力的作用下難以表現(xiàn)出理想的均勻受力，最終在織物的薄弱處發(fā)生斷裂而造成破壞。此現(xiàn)象隨著集圈組織的線圈長度減小而較快得到改善。故雙面集圈組織的整體強(qiáng)力利用率低于緯平針組織。

表3顯示：準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力同樣隨著線圈長度的減小而增大，但線圈長度對穿刺力的影響明顯小于其對頂破強(qiáng)力的影響。這是因為在穿刺過程中，穿刺刀作用于針織物時兼有頂破與剪切的雙重作用。一方面，線圈長度越小，刀刃周邊集聚的紗線越多，紗線的抗剪切強(qiáng)度利用率越高；另一方面，一定的線圈長度對于包裹和束縛刀刃，起到很好的阻尼吸能效果。過小的線圈長度將不利于線圈對穿刺刀的束縛，并增大了刀尖刺斷紗線而直接導(dǎo)致破壞的幾率。這是線圈長度對穿刺力的影響小于頂破強(qiáng)力的根本原因。

對照表2與表3，集圈組織的頂破強(qiáng)力小于緯平針，但其準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺力卻大于緯平針，說明二者的破壞機(jī)理不同。在準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺破壞中，包含織物的拉伸破壞和剪切破壞，刀刃周邊集聚的紗線量對于抗剪切起到了重要作用。

3.2 相關(guān)性分析

將兩種組織各15個樣本的頂破強(qiáng)力進(jìn)行線性回歸分析，所得的回歸曲線如圖3、圖4所示。緯平針組織的回歸方程為Y=1300.76-10X，相關(guān)系數(shù)R=-0.94635，顯著性水平α=0.001；集圈組織的回歸方程為Y=957.53-7.35X,相關(guān)系數(shù)R=-0.6056，顯著性水平α=0.05。結(jié)果顯示，兩種組織測得的頂破強(qiáng)力與線圈長度均具有顯著的負(fù)相關(guān)，而緯平針組織更優(yōu)。

圖3 緯平針組織頂破強(qiáng)力-線圈長度測試回歸曲線

圖4 集圈組織頂破強(qiáng)力-線圈長度測試回歸曲線

將兩種組織各15個樣本的準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺力進(jìn)行線性回歸分析，所得的回歸曲線如圖5、圖6所示。緯平針組織的回歸方程為Y=60.63-0.345X，相關(guān)系數(shù)R=-0.87279，顯著性水平α=0.001；集圈組織的回歸方程為Y=117.57-1.164X，相關(guān)系數(shù)R=-0.68958，顯著性水平α=0.05。結(jié)果顯示，兩種組織測得的準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力與線圈長度均具有顯著的負(fù)相關(guān)，而緯平針組織更加顯著。

圖5 緯平針組織穿刺力-線圈長度測試回歸曲線

將兩種組織各15個試樣的頂破強(qiáng)力與穿刺力進(jìn)行線性回歸分析，所得的回歸曲線如圖7、8所示，緯平針組織的回歸方程為Y=0.035X+15.25，相關(guān)系數(shù)分別為R=0.92773，顯著性水平α=0.001；集圈組織的回歸方程Y=0.124X-15.7，相關(guān)系數(shù)分別R=0.6611，顯著性水平α=0.05。結(jié)果顯示，兩種組織測得的準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力與頂破強(qiáng)力均具有顯著的正相關(guān)，而緯平針組織的顯著性更大。

圖6 集圈組織穿刺力-線圈長度測試回歸曲線

圖7 緯平針組織穿刺力-頂破強(qiáng)力測試回歸曲線

圖8 集圈組織穿刺力-頂破強(qiáng)力測試回歸曲線

4 結(jié)論

4.1針織物的線圈長度對于其頂破強(qiáng)力和準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力有明顯影響。線圈長度對準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺力的影響明顯小于其對頂破強(qiáng)力的影響。一定的線圈長度對于包裹和束縛刀刃，起到很好的阻尼吸能效果。在實驗樣本中，緯平針試樣線圈長度減小24.6%，頂破強(qiáng)力增大40.6%，準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力增大20.0%；集圈組織樣本線圈長度減小5.1%，頂破強(qiáng)力增大39.4%，準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力增大20.5%。

4.2頂破強(qiáng)力與準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺力的破壞機(jī)理不同。在準(zhǔn)靜態(tài)抗穿刺破壞中，包含織物的拉伸破壞和剪切破壞，刀刃周邊集聚的紗線量對于抗剪切起到重要作用。

4.3緯平針和集圈組織的頂破強(qiáng)力、準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力與線圈長度之間具有顯著的線性負(fù)相關(guān)性；準(zhǔn)靜態(tài)穿刺力與頂破強(qiáng)力之間具有顯著的線性正相關(guān)性。緯平針組織的線性相關(guān)性更明顯。

[1] 繆秋菊，王海燕. 針織面料與服裝[M].上海：東華大學(xué)出版社，2009.

[2] 王敏，溫箐，謝火勝.針織物頂破強(qiáng)力測試方法對比分析[J].中國纖檢，2010，(12)：40—42.

[3] 姚曉林，姜亞明，邱冠雄，等.緯編針織物刺物準(zhǔn)靜態(tài)侵徹線圈擴(kuò)張長度分析[J].針織工業(yè)，2006,(1):8—10.

[4] 王永欣，王萍，馬倩. 不同組織結(jié)構(gòu)滌綸織物的刺破試驗分析及破壞形態(tài)[J].纖維復(fù)合材料，2010,(2):30—35.

[5] 中華人名共和國公共行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：GA68—2003防刺服測試標(biāo)準(zhǔn)[S].