經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的性能研究*

李 楠 蔣金華, 邵光偉 陳南梁,

1. 東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620;2. 東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心, 上海 201620

?

經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的性能研究*

李 楠1蔣金華1, 2邵光偉2陳南梁1, 2

1. 東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海 201620;2. 東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心, 上海 201620

介紹幾種經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的組織結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，測(cè)試這幾種織物的面密度、厚度，以及單向拉伸斷裂強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力等力學(xué)性能，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明：不同經(jīng)編組織結(jié)構(gòu)對(duì)織物的物理和力學(xué)性能影響很大，面密度隨牽拉密度的增加而增大，橫向斷裂強(qiáng)力和縱向斷裂伸長率隨牽拉密度的增加而增大，頂破強(qiáng)力與網(wǎng)格邊長大小成反比關(guān)系。

經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物， 編織工藝， 面密度， 織物厚度， 拉伸強(qiáng)力， 頂破強(qiáng)力

近年來經(jīng)編產(chǎn)業(yè)用紡織品發(fā)展很快，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于建筑、廣告、汽車、公路建設(shè)、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療衛(wèi)生和航空航天等領(lǐng)域，并發(fā)揮著重要作用[1]。經(jīng)編織物結(jié)構(gòu)品種繁多、性能各異[2]，網(wǎng)眼的形狀多種多樣，有菱形、三角形、正方形、長方形、六角形等[3]。隨著網(wǎng)格織物在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域應(yīng)用的不斷增加，對(duì)經(jīng)編網(wǎng)格織物各種性能的研究也不斷深入，文獻(xiàn)[4]介紹了不同材料、同種組織結(jié)構(gòu)菱形網(wǎng)片的力學(xué)性能。本文介紹了5種經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的組織結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，每種織物變化3種牽拉密度和送經(jīng)量進(jìn)行編織，并研究經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的物理性能和力學(xué)性能。

1 菱形網(wǎng)格織物的編織

5種經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物全部在E12的RS4-EL型拉舍爾經(jīng)編機(jī)上編織而成，材料都采用直徑為0.1 mm的國產(chǎn)聚丙烯(PP)單絲，其組織結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)見表1。 在編織過程中改變牽拉密度和送經(jīng)量，編織工藝參數(shù)見表2。

表1 組織結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)

表2 編織工藝參數(shù)

從表2可以看出，這5種經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的送經(jīng)量隨牽拉密度的增加而減小，而送經(jīng)比卻隨牽拉密度的增加而增大。隨著經(jīng)編織物牽拉密度的增大，每個(gè)網(wǎng)格單元中的單個(gè)線圈長度減小，所以送經(jīng)量相應(yīng)減小。

2 織物性能測(cè)試

2.1 織物面密度

將以上15種織物自由松弛3 d，然后測(cè)量織物的面密度。裁樣部位應(yīng)在距布邊150 mm以上區(qū)域內(nèi)按階梯形均勻排布，將試樣裁剪成100 mm×100 mm 的正方形，然后在AL104型電子天平上測(cè)量織物的質(zhì)量。裁樣時(shí)應(yīng)避開疵點(diǎn)和折皺以免影響試驗(yàn)結(jié)果，每種試樣測(cè)得5個(gè)有效數(shù)據(jù)，取平均值。

2.2 織物厚度

參照GB/T 3820—1983《機(jī)織物(梭織物)和針織物厚度的測(cè)定》，采用YG141N型數(shù)字式織物厚度儀測(cè)量織物厚度。測(cè)量織物厚度時(shí)，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)隨機(jī)分布在試樣的不同位置，并注意避開織物的疵點(diǎn)、折痕和布邊。每種試樣測(cè)得5個(gè)有效數(shù)據(jù)，取平均值。

2.3 單向拉伸性能

經(jīng)編網(wǎng)格織物的單向拉伸斷裂強(qiáng)力試驗(yàn)一般參照GB/T 4925—2008《漁網(wǎng) 合成纖維網(wǎng)片強(qiáng)力與斷裂伸長率試驗(yàn)方法》，測(cè)試儀器為026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)，拉伸速度為50 mm/min，兩個(gè)夾具之間的有效長度設(shè)定為100 mm，織物縱向試樣和橫向試樣的寬度均為10目(見圖1)。每種試樣的縱、橫向各測(cè)得5個(gè)有效數(shù)據(jù)，取平均值。

圖1 單向拉伸試樣示意圖

2.4 頂破性能

參照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力測(cè)定 鋼球法》，采用HD026N+型電子織物強(qiáng)力儀進(jìn)行彈子式頂破試驗(yàn)。試樣取直徑為60 mm 的圓形，同時(shí)避開織物的疵點(diǎn)、折痕和布邊處。頂破速度為100 mm/min，每種試樣測(cè)得5個(gè)有效數(shù)據(jù)，取平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 織物面密度

5種不同經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物在不同牽拉密度下的面密度測(cè)量結(jié)果見圖2。由圖2可知，這5種織物的面密度受織物組織結(jié)構(gòu)的影響較大，不同組織結(jié)構(gòu)織物的面密度差異較為明顯，且隨牽拉密度的增加而增大。C組織結(jié)構(gòu)較為緊密，網(wǎng)格邊長明顯小于其他組織，單位面積內(nèi)含有的重復(fù)單元網(wǎng)格數(shù)量明顯多于其他4種組織，所以C組織的送經(jīng)量比其他組織大，織物面密度也較大；D組織為2把梳櫛滿穿織物[5]，故其織物面密度也較大；雖然E組織也是2把梳櫛滿穿織物，但是其為缺墊組織結(jié)構(gòu)，因此其織物面密度隨牽拉密度變化較為明顯。

3.2 織物厚度

圖2 織物面密度與牽拉密度的關(guān)系

5種不同經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物在不同牽拉密度下的厚度測(cè)量結(jié)果見圖3。由圖3可知：這5種織物的厚度受織物組織結(jié)構(gòu)的影響較大，不同組織結(jié)構(gòu)織物的厚度差異很大，但是其厚度隨工藝參數(shù)變化的規(guī)律卻不相同；B、C、D組織織物的厚度隨牽拉密度的增加而略微增大，A組織織物的厚度卻隨牽拉密度的增加而減小，E組織織物的厚度隨牽掛密度的增加先減小后增大。E組織織物的2把梳櫛均輪流隔一橫列缺墊，每個(gè)單元中的延展線和圈柱重疊數(shù)量要少于其他組織結(jié)構(gòu)，故其厚度最小。同密度下B組織結(jié)構(gòu)中重復(fù)單元的網(wǎng)格明顯大于其他組織，其網(wǎng)格中的線圈較為松散，紗線在三維空間內(nèi)形成的彎曲更加明顯，故其厚度最大。A組織結(jié)構(gòu)在牽拉密度較小時(shí)，線圈松散且紗線在三維空間內(nèi)彎曲較大，隨著牽拉密度的增加，織物變得緊密，紗線從三維向二維伸展，所以厚度逐漸減小。

圖3 織物厚度與牽拉密度的關(guān)系

3.3 單向拉伸性能

5種不同經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物在不同牽拉密度下的縱、橫向斷裂強(qiáng)力和縱、橫向斷裂伸長率測(cè)試結(jié)果見圖4和圖5。

圖4 單向拉伸斷裂強(qiáng)力與牽拉密度的關(guān)系

圖5 單向拉伸斷裂伸長率與牽拉密度的關(guān)系

組織結(jié)構(gòu)是影響織物力學(xué)性能的主要因素。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這5種經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物在單向拉伸時(shí)，先是試樣中心菱形網(wǎng)格向受力方向聚集縮小變形，并從試樣中心向試樣夾頭兩邊同時(shí)擴(kuò)展，出現(xiàn)明顯的“束腰”現(xiàn)象。經(jīng)編網(wǎng)格織物的重復(fù)線圈結(jié)構(gòu)中的紗線是在三維空間中編織成圈的，當(dāng)試樣受力拉伸時(shí)，紗線先從三維空間向二維平面伸直，再出現(xiàn)紗線的伸長直至斷裂[6]。圖6為菱形網(wǎng)格織物的拉伸斷裂過程。

圖6 菱形網(wǎng)格織物的拉伸斷裂過程

由圖4可知：A、B、C、D 4種組織織物的橫向斷裂強(qiáng)力隨牽拉密度的增加明顯增大，而E組織織物的橫向斷裂強(qiáng)力無明顯變化；這5種組織織物的縱向斷裂強(qiáng)力變化沒有一致的規(guī)律。由圖5可知：C、D、E組織織物的橫向斷裂伸長率隨牽拉密度的增加而降低，而A、B組織織物的橫向斷裂伸長率隨牽拉密度的增加而先增大后降低；但是縱向斷裂伸長率卻隨牽拉密度的增加而增大。由于隨牽拉密度的增加，織物中的線圈變得較為緊密，使得線圈對(duì)延展線的束縛增加[7]，延展線和線圈之間的摩擦力也隨之增大，所以A、B、C、D 4種組織織物的橫向斷裂強(qiáng)力隨牽拉密度的增加而明顯增大，而橫向斷裂伸長率都降低。D組織織物的橫向斷裂伸長率遠(yuǎn)大于其他組織織物，這是因?yàn)橐r緯紗在受到橫向拉伸時(shí)很容易擺脫延展線和線圈的束縛而發(fā)生滑移[8]，而GB1每個(gè)循環(huán)中有局部編鏈，所以縱向斷裂伸長率要小于其他組織織物，縱、橫向斷裂伸長率差異很大。E組織屬于缺墊組織，其延展線受線圈束縛較小，且線圈與延展線之間的摩擦力較小，所以其斷裂強(qiáng)力小于其他組織織物。

3.4 頂破性能

圖7為5種不同經(jīng)編菱形網(wǎng)格組織織物的頂破強(qiáng)力及菱形網(wǎng)格邊長與牽拉密度的關(guān)系。

圖7 頂破強(qiáng)力及網(wǎng)格邊長與牽拉密度的關(guān)系

經(jīng)編網(wǎng)格織物的頂破由兩個(gè)階段構(gòu)成：第一階段是線圈的轉(zhuǎn)移，這包括線圈圈柱與圈弧的轉(zhuǎn)移，同時(shí)伴隨著網(wǎng)面在垂直頂破方向上的收縮，這一階段起作用的主要是紗線之間的摩擦力，很小的力就能產(chǎn)生較大的形變；第二階段是線圈的變形，當(dāng)形變達(dá)到一定程度后，頂破力轉(zhuǎn)化為重復(fù)單元格的張力，隨著重復(fù)單元格受力的增加，形變達(dá)到一定程度后張力超過紗線所能承受的內(nèi)應(yīng)力，紗線發(fā)生斷裂形成小缺口，小缺口沿著強(qiáng)力較弱的網(wǎng)格邊上開始撕裂，最終網(wǎng)格被頂破[9]。

由圖7可以看出，5種組織織物的頂破強(qiáng)力隨牽拉密度的增加而增大，各組織織物的頂破強(qiáng)力與網(wǎng)格邊長的大小成反比關(guān)系。C組織織物的頂破強(qiáng)力明顯大于其他4種組織織物，這是由于C組織織物的網(wǎng)格邊長最小，使得單位面積內(nèi)網(wǎng)格單元數(shù)量增加，能夠承載頂破力的紗線根數(shù)增加，故頂破強(qiáng)力較大。而B組織織物的網(wǎng)格邊長最大，單位面積內(nèi)能夠承載頂破力的網(wǎng)格單元數(shù)量少于其他組織，所以其頂破強(qiáng)力最小。當(dāng)網(wǎng)格邊長大小相近時(shí)，單位面積內(nèi)的網(wǎng)格單元數(shù)量和能夠承載頂破力的紗線根數(shù)相近，各組織織物的頂破強(qiáng)力差別較小。當(dāng)牽拉密度增加時(shí)，織物線圈變得較為緊密，單位面積內(nèi)的網(wǎng)格單元數(shù)量和能夠承載頂破力的紗線根數(shù)增加，圈柱和圈弧之間的轉(zhuǎn)移量也變小，故頂破強(qiáng)力隨牽拉密度的增加而增大。

4 結(jié)論

(1) 經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的面密度隨牽拉密度的增加而增大；而其厚度受織物組織結(jié)構(gòu)的影響較大，不同組織結(jié)構(gòu)織物的厚度差異很大。

(2) 在單向拉伸時(shí)，經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的橫向斷裂強(qiáng)力和縱向斷裂伸長率隨牽拉密度的增加而增大，但是縱向斷裂強(qiáng)力和橫向斷裂伸長率卻表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。

(3) 經(jīng)編菱形網(wǎng)格織物的頂破強(qiáng)力隨牽拉密度的增加而增大，各組織織物的頂破強(qiáng)力與網(wǎng)格邊長的大小成反比關(guān)系。當(dāng)網(wǎng)格邊長大小相近時(shí)，各組織織物的頂破強(qiáng)力差別較小。

[1] 夏風(fēng)林. 新型經(jīng)編裝備技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2010(9): 55-60.

[2] 張建平，郭俊華，馬丕波，等. 經(jīng)編網(wǎng)眼織物及其應(yīng)用[J]. 紡織科技進(jìn)展，2014(2): 5-9.

[3] 陳南梁. 經(jīng)編網(wǎng)眼織物在高科技紡織品中的應(yīng)用[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2013(9): 68-70.

[4] 石建高，王魯民，徐君卓. 高強(qiáng)度聚乙烯菱形網(wǎng)目經(jīng)編網(wǎng)片的力學(xué)性能初步研究[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006, 36(3): 410-414.

[5] 任恒良. 經(jīng)編滿穿網(wǎng)眼面料的編織工藝[J]. 針織工業(yè), 2010 (6): 22-23.

[6] HADI D, ALI J. Analysis of warp knitted fabric structure, part I :A 3D straight line model for warp knitted fabrics[J]. Journal of the Textile Institute, 2011, 102(12): 1065-1074.

[7] 肖偉發(fā)，張磊，蔣金華，等. 經(jīng)編網(wǎng)眼織物工藝參數(shù)對(duì)力學(xué)性能的影響[J]. 產(chǎn)業(yè)用紡織品, 2013,31(12): 17-19.

[8] 劉曉明，陳南梁，馮勛偉. 經(jīng)編網(wǎng)格織物工藝參數(shù)對(duì)強(qiáng)力的影響[J]. 針織工業(yè), 2007(6): 20-22.

[9] 邵光偉，蔣金華，張磊，等. 柔性經(jīng)編金屬網(wǎng)格材料的頂破性能研究[J]. 針織工業(yè), 2013(11): 27-30.

Research on the performance of warp-knitted diamond mesh fabric

Li Nan1, Jiang Jinhua1,2, Shao Guangwei2, Chen Nanliang1,2

1. College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620, China;2. Engineering Research Center of Technical Textiles, Ministry of Education, Donghua University, Shanghai 201620, China

The structure and performance characteristics of several warp-knitted diamond mesh fabrics were introduced. The weight and thickness of these kinds of fabric， and the mechanical properties such as unidirectional tensile breaking strength and bursting properties were tested and analyzed. The results showed that the structure of warp-knitted diamond fabric had significant effects on the physical and mechanical properties, the grams per square meter increased with the increase of the force density, cross breaking strength and longitudinal elongation at break increased with the increase of the force density and bursting strength was inversely proportional to the size of mesh side length.

warp-knitted diamond mesh fabric, craft of knitting, fabric weight, thickness, tensile strength, bursting strength

*中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2232015D3-01)；東華大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目(EG2015003)

2015-06-25

李楠，男，1989年生，在讀碩士研究生,研究方向?yàn)樘胤N經(jīng)編產(chǎn)業(yè)用紡織品設(shè)計(jì)與開發(fā)

陳南梁，E-mail:nlch@dhu.edu.cn

TS184.3

A

1004-7093(2016)04-0024-05