經(jīng)編間隔織物的拉伸特征

楊大偉， 繆旭紅， 孫 婉， 蔣高明

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

經(jīng)編間隔織物的拉伸特征

楊大偉1,2， 繆旭紅1， 孫 婉1， 蔣高明1

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

為探討經(jīng)編間隔織物的拉伸特征，選取4種不同結(jié)構(gòu)的織物進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，分析了各織物及其上下表面層的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)和拉伸曲線特征，解釋了經(jīng)編間隔織物的拉伸機(jī)制和三維尺寸變化規(guī)律，并從織物層角度討論對(duì)拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：間隔織物三維尺寸的變化在拉伸過程中呈現(xiàn)出不同的規(guī)律；斷裂伸長(zhǎng)較小的間隔織物表面在拉伸過程中會(huì)率先發(fā)生斷裂；間隔層對(duì)間隔織物的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)影響較小，但會(huì)延長(zhǎng)間隔織物拉伸斷裂過程；上下表面層的強(qiáng)力和伸長(zhǎng)數(shù)值及其大小關(guān)系共同決定著間隔織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)。

經(jīng)編； 間隔織物； 斷裂強(qiáng)力； 斷裂伸長(zhǎng)； 拉伸曲線

經(jīng)編間隔織物是指在雙針床拉舍爾經(jīng)編機(jī)上生產(chǎn)的織物，具有良好的抗壓縮性、減震性和透氣透濕性[1-2]，被大量應(yīng)用在坐墊、床墊、鞋材等產(chǎn)品上[3]。經(jīng)編間隔織物由于兼具優(yōu)良的挺括性、透氣性與時(shí)尚性，成為近年時(shí)裝界的新寵，是男女外套、裙裝等時(shí)裝的優(yōu)選面料，具有十分巨大的潛在市場(chǎng)與應(yīng)用前景，因此對(duì)經(jīng)編間隔織物進(jìn)行服用性能方面的研究十分必要，其中人體在肘部、肩膀等關(guān)節(jié)處的活動(dòng)會(huì)對(duì)織物產(chǎn)生不同程度的拉伸作用[4-5]，織物拉伸性能的好壞將直接影響服裝外觀風(fēng)格和穿著體驗(yàn)，是重要的測(cè)試指標(biāo)[6-7]，但目前對(duì)經(jīng)編間隔織物拉伸性能的研究還較少。針對(duì)這一狀況，本文通過探討分析間隔織物拉伸機(jī)制和其特征，為間隔織物在服裝上的應(yīng)用提供一定理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試樣準(zhǔn)備

本文所用的經(jīng)編間隔織物在經(jīng)編機(jī)RD6上織造，樣布由常熟市大發(fā)經(jīng)編織造有限公司提供，樣布規(guī)格見表1所示，分別編號(hào)為織物1、2、3、4、2*、3*，其中每種樣布上下表面組織不同，各織物上下面分別編號(hào)為織物面a、b，織物2*是將織物2去掉間隔層后的2表面層直接貼合形成的織物，用同樣的方法得到織物3*。試樣實(shí)物如圖1所示。

1.2 試樣制備和測(cè)試方法

按照GB/T 3923.1—2013 《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》，測(cè)試5種規(guī)格試樣間隔織物及其上下表面層的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)，采用YG0260D型多功能電子織物強(qiáng)力儀，實(shí)驗(yàn)室溫度為18 ℃，濕度為30%，預(yù)張力為2.0 N，夾持距離為100 mm，夾頭移動(dòng)速度為100 mm/min，實(shí)驗(yàn)樣布采用梯形試樣，沿織物經(jīng)向與緯向進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。

表1 樣布規(guī)格Tab.1 Fabric specifications

圖1 試樣實(shí)物圖Fig.1 Sample fabric pictures.(a) Structure 1-a; (b) Structure 1-b; (c)Structure 2-a; (d) Structure 2-b; (e) Structure 3-a; (f) Structure 3-b; (g)Structure 4-a; (h) Structure 4-b

2 結(jié)果與討論

2.1 經(jīng)編間隔織物的拉伸性能

圖2示出樣品織物1、2、3、4的經(jīng)緯向拉伸斷裂曲線。通過測(cè)試結(jié)果可看出，經(jīng)編間隔織物的拉伸斷裂過程分為3個(gè)階段。

圖2 織物拉伸斷裂曲線Fig.2 Fabric tensile fracture curves.(a) Warp direction; (b) Weft direction

1)階段Ⅰ，織物處于松弛狀態(tài)，拉伸力作用于線圈，使圈柱伸直、圈弧轉(zhuǎn)動(dòng)和紗線交織點(diǎn)滑移，發(fā)生織物結(jié)構(gòu)伸長(zhǎng)，拉伸特征為小強(qiáng)力大伸長(zhǎng)[8]。

2)階段Ⅱ，隨拉伸的進(jìn)行，織物處于張緊狀態(tài)，拉伸力直接作用于紗線自身，纖維發(fā)生抽拔伸長(zhǎng)[9]，拉伸強(qiáng)力顯著上升，拉伸特征表現(xiàn)為大強(qiáng)力小伸長(zhǎng)。

3)階段Ⅲ，紗線發(fā)生斷裂，裂口逐漸擴(kuò)散，直至間隔織物完全斷裂，拉伸強(qiáng)力逐漸減小。與普通織物的拉伸斷裂曲線[10]相比，經(jīng)編間隔織物在達(dá)到拉伸斷裂峰值前有一小段上下波動(dòng)的曲線，同時(shí)間隔織物拉伸力在達(dá)到斷裂峰值后并不是立即減小為0，而是有個(gè)往復(fù)反彈的緩沖區(qū)間。主要原因是間隔織物被完全拉斷前已經(jīng)出現(xiàn)裂紋，并且裂紋逐漸累積擴(kuò)大，斷裂過程是持續(xù)進(jìn)行的，故而造成拉伸強(qiáng)力的不斷波動(dòng)；而且間隔織物達(dá)到拉伸強(qiáng)力峰值時(shí)，首先斷裂的是直接受力的上下表層，此時(shí)大多數(shù)間隔絲仍然連接著上下表面層并相互纏結(jié)，隨后間隔絲沿織物拉伸方向逐漸伸直，承擔(dān)較大外力，所以間隔織物的拉伸強(qiáng)力在表面層斷裂后并沒有迅速下降變?yōu)?，而是出現(xiàn)反復(fù)上下波動(dòng)的現(xiàn)象[11]。

圖3示出樣品織物4各個(gè)方向的尺寸應(yīng)變圖，其中y方向是拉伸受力方向(即織物經(jīng)向)，x方向垂直于織物拉伸方向(即織物緯向)，z方向是織物厚度方向。從圖中可發(fā)現(xiàn)在拉伸過程中織物3個(gè)方向的尺寸變化規(guī)律。

圖3 樣品織物4各方向應(yīng)變圖Fig.3 Three dimension strain figures of fabric 4

1)間隔織物所做的測(cè)試是定速拉伸，所以y方向的應(yīng)變與拉伸時(shí)間呈線性關(guān)系。

2)z方向的應(yīng)變?cè)诔跏茧A段基本無變化(對(duì)應(yīng)拉伸過程第Ⅰ階段)，隨后呈指數(shù)上升(對(duì)應(yīng)拉伸過程第Ⅱ階段)，最后又趨于平緩。

3)x方向的尺寸變化與z方向相反，初始階段應(yīng)變呈指數(shù)上升，隨后上升趨勢(shì)變慢，最后基本不變。

這主要是因?yàn)椋涸诶斓冖耠A段，整塊間隔織物處于松弛狀態(tài)，拉伸力主要作用于上、下表面織物線圈，引起線圈取向變形，在宏觀上表現(xiàn)為織物y方向的伸長(zhǎng)和x方向的收縮；隨拉伸的進(jìn)行，在第Ⅱ階段間隔織物逐漸張緊，x方向尺寸的收縮變得困難，上下表面織物向中間靠攏，在宏觀上表現(xiàn)為織物z方向即織物厚度方向尺寸的收縮；在織物發(fā)生拉伸斷裂的第Ⅲ階段，所受外力持續(xù)減小，x方向和z方向的尺寸基本不再發(fā)生變化。

2.2 各層結(jié)構(gòu)對(duì)拉伸過程的影響

各試樣的拉伸斷裂情況見表2。

表2 試樣拉伸斷裂情況Tab.2 Tensile fracture data of samples

從表中可發(fā)現(xiàn)樣品織物2、2*與織物3、3*的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)基本一致，這說明間隔層對(duì)間隔織物的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)大小基本無影響，織物2和織物2*的拉伸斷裂曲線如圖4所示。由圖可看出，織物2*在完全斷裂后，拉伸強(qiáng)力迅速下降，沒有出現(xiàn)織物2那樣的強(qiáng)力反復(fù)波動(dòng)現(xiàn)象，但間隔層的存在延長(zhǎng)了織物拉伸斷裂過程。這主要是因?yàn)椋涸陂g隔織物拉伸過程中，間隔層受縱向拉伸力作用，間隔絲雖然發(fā)生彎曲，但由于間隔絲彎曲剛度很小[12]，可承擔(dān)的外力很小，所以間隔層對(duì)間隔織物的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)數(shù)值大小并無影響。

圖4 織物2和織物2*拉伸斷裂曲線Fig.4 Tensile curves of fabric 2 and fabric 2*

圖5示出織物1、3的上下表面層的經(jīng)向拉伸斷裂曲線。由圖可見間隔織物上、下面中斷裂伸長(zhǎng)較小的一面會(huì)先發(fā)生斷裂，且拉伸波動(dòng)曲線起始點(diǎn)的斷裂伸長(zhǎng)與斷裂伸長(zhǎng)較小的面相近，而整塊間隔織物的斷裂伸長(zhǎng)又與斷裂伸長(zhǎng)較大的面相近。說明間隔織物在完全斷裂過程中出現(xiàn)的波動(dòng)曲線是由斷裂伸長(zhǎng)較小的一面發(fā)生撕裂引起的，而斷裂伸長(zhǎng)較大的面發(fā)生斷裂則意味著整塊間隔織物的完全斷裂[13]。這主要是因?yàn)殚g隔層在拉伸過程中基本不起作用，間隔織物的拉伸過程可看作是上、下表面2塊織物的拉伸，當(dāng)間隔織物伸長(zhǎng)量增大到某個(gè)表面的斷裂伸長(zhǎng)值時(shí)，此表面承擔(dān)的力超過自身極限，率先發(fā)生斷裂，其承擔(dān)的強(qiáng)力逐漸降低[14]，而另一表面層織物承擔(dān)的強(qiáng)力隨拉伸的繼續(xù)進(jìn)行在不斷變大，所以間隔織物整體承擔(dān)的外力會(huì)發(fā)生小幅上下波動(dòng)變化，反映在間隔織物拉伸曲線上即是出現(xiàn)在斷裂峰值前的波動(dòng)曲線。

圖5 間隔織物及其上下表面層的拉伸斷裂曲線Fig.5 Tensile curves of spacer fabrics and surface layers.(a) Fabric 1; (b) Fabric 3

2.3 表層拉伸性對(duì)整體拉伸性的影響

根據(jù)表2中各試樣拉伸斷裂情況可發(fā)現(xiàn)，間隔織物整體的斷裂強(qiáng)力(F)和斷裂伸長(zhǎng)數(shù)值(l)同時(shí)受上、下表面斷裂強(qiáng)力F1、F2和斷裂伸長(zhǎng)l1、l2的影響，分為3種情況。

1)織物上、下表面斷裂強(qiáng)力相近而斷裂伸長(zhǎng)率差異較大時(shí)，間隔織物整體斷裂強(qiáng)力F≈F1+F2，斷裂伸長(zhǎng)P≈ max(P1，P2)，如織物2、3。這主要是因?yàn)楫?dāng)兩表面斷裂強(qiáng)力相近時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)較小的一面先發(fā)生斷裂，所能承擔(dān)的外力逐漸降低，另一面織物同時(shí)也承擔(dān)部分拉伸強(qiáng)力，直至此面也達(dá)到斷裂伸長(zhǎng)，間隔織物發(fā)生完全斷裂，故整體伸長(zhǎng)等于較大表面層，因?yàn)?個(gè)表面層都參與到拉伸過程并直至斷裂，所以整體強(qiáng)力等于兩表面層之和，織物3拉伸斷裂曲線見圖5(b)。

2)織物上、下表面斷裂強(qiáng)力相差較大且2塊表面織物拉伸性為小強(qiáng)力大伸長(zhǎng)(或大強(qiáng)力小伸長(zhǎng))特征時(shí)，間隔織物整體斷裂強(qiáng)力F≈ max(F1，F(xiàn)2)，斷裂伸長(zhǎng)P≈ min(P1，P2)，如織物1。這主要是因?yàn)閷?duì)于斷裂伸長(zhǎng)較小、斷裂強(qiáng)力較大的表面層，在拉伸過程中會(huì)先發(fā)生斷裂，不能承擔(dān)拉伸外力，而另一面織物由于本身承擔(dān)的外力很小，則會(huì)導(dǎo)致間隔織物整體承擔(dān)的外力值大幅下降，此時(shí)間隔織物整體雖未完全斷裂，但由于其拉伸強(qiáng)力已經(jīng)很小，織物的拉伸性已經(jīng)失效，可等價(jià)為完全斷裂，所以在拉伸過程中基本只有小伸長(zhǎng)大強(qiáng)力的表面層參與拉伸過程，另一表面層不起作用，所以整體拉伸性與此表面層相近，織物1拉伸斷裂曲線見圖5(a)。

3)織物上、下表面斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長(zhǎng)均相近，間隔織物整體斷裂強(qiáng)力F≈F1+F2，斷裂伸長(zhǎng)P≈P1(或P2)，如織物4。此種情況一般發(fā)生在上下表面層結(jié)構(gòu)、原料等完全相同的情況下，整塊織物的受力由上下表面層分別平均承擔(dān)，同時(shí)達(dá)到拉伸斷裂極限，所以兩表面層同時(shí)斷裂，整體伸長(zhǎng)等于2個(gè)表面層的伸長(zhǎng)，2個(gè)表層參與到拉伸過程并直至斷裂，拉伸性能得到了充分利用，整體強(qiáng)力等于表面層之和。

3 結(jié) 論

1)間隔織物三維尺寸的變化在拉伸過程中呈現(xiàn)不同的規(guī)律：經(jīng)向伸長(zhǎng)率呈線性變化；厚度方向伸長(zhǎng)率在初始階段基本無變化，隨后呈指數(shù)上升，最后又趨于平緩；緯向伸長(zhǎng)率初始階段指數(shù)呈上升趨勢(shì)，隨后上升趨勢(shì)變慢，最后基本不變。

2)間隔織物3層結(jié)構(gòu)在拉伸過程中起著不同作用：間隔層對(duì)間隔織物的拉伸強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)大小基本無影響，但延長(zhǎng)了織物拉伸斷裂過程；上下表面層強(qiáng)力和伸長(zhǎng)之間的大小關(guān)系共同決定著間隔織物的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)。

3)在應(yīng)用經(jīng)編間隔織物時(shí)，為獲得較好的拉伸性能，使上下表層織物的拉伸性能得到充分利用，應(yīng)盡量選擇兩表面層斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)均接近的間隔織物。

FZXB

[1] 劉蕭.間隔織物的壓縮性能研究[D].上海:東華大學(xué)，2013:1-3. LIU Xiao. Study on the compression property of spacer fabric[D]. Shanghai: Donghua University,2013:1-3.

[2] 夏風(fēng)林. 經(jīng)編間隔織物的抗壓回彈性研究[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2003，24(4):338-340. XIA Fenglin. Crush resistance rebound resilience of warp-knitted spacer fabric [J]. Journal of Textile Research, 2003，24(4):338-340.

[3] 繆旭紅,李筱一.我國(guó)雙針床經(jīng)編技術(shù)及產(chǎn)品最新進(jìn)展[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2015(7):30-34. MIAO Xuhong, LI Xiaoyi. Latest development of double needle bar warp-knitting technology and related products in China [J]. China Textile Leader, 2015(7):30-34.

[4] LU Qianshu, SUN Lanhui, YANG Zhenguo. Optimization on the thermal and tensile influencing factors of polyurethane-matrix polyester fabric compo-sites[J]. Composites Part A, 2010, 41(8): 997-1005.

[5] VELOSA J C，RANA S，F(xiàn)ANGUERO R. Mechanical behavior of novel sandwich composite panels based on 3D knitted spacer fabrics[J]. Reinforced Plastics and Composites，2011，31(2):95-105.

[6] 張一平.緯編針織物雙向拉伸性能研究[D].上海：東華大學(xué)，2011:7-8. ZHANG Yiping. Research on biaxial tensile properties of weft-knitted fabric[D]. Shanghai: Donghua University, 2011: 7-8.

[7] 王伶俐.彈性針織物拉伸性能與服裝壓力關(guān)系的研究[D].北京:北京服裝學(xué)院,2013:1-2. WANG Lingli. Research on the relationship between tensile properties of the elastic knitted fabric with the clothing pressure [D]. Beijing: Beijing Institute of Fashion Technology, 2013:1-2.

[8] 于偉東. 紡織材料學(xué)[M]. 北京：中國(guó)紡織出版社, 2006:301. YU Weidong. Textile Materials[M]. Beijing: China Textile & Apparel Press, 2006:301.

[9] TEEMONIA Y. Puncture resistance of fibrous struc-tures[J]. International Journal of Impact Engineering.2006，32(9):1512-1520.

[10] 袁新林,徐艷華,胡紅.機(jī)織針織復(fù)合織物的拉伸性能[J].紡織學(xué)報(bào), 2011, 32(11): 33-36. YUAN Xinlin, XU Yanhua, HU Hong. Tensile properties of co-woven-knitted fabrics [J]. Journal of Textile Research, 2011, 32(11): 33-36.

[11] 劉蕭.間隔織物的壓縮性能研究[D].上海:東華大學(xué), 2013:19-20. LIU Xiao.Study on the compression property of spacer fabric [D].Shanghai: Donghua University, 2013:19-20.

[12] 冷黎霞.立體經(jīng)編間隔織物壓縮性能的實(shí)驗(yàn)研究[D].杭州:浙江理工大學(xué),2012:6-8. LENG Lixia. Research on the compression properties of 3D warp-knitted spacer fabric[D].Hangzhou: Zhejiang Sci-Tech University,2012:6-8.

[13] 韓俊霞,夏風(fēng)林,張琦.經(jīng)編提花間隔汽車座椅套的接縫性能[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2016, 37(2): 67-72. HAN Junxia, XIA Fenglin, ZHANG Qi.Seam tensile properties of warp knitting jacquard spacer fabric used on car seat cover [J]. Journal of Textile Research, 2016，37(2)：67-72.

[14] 馬雷雷,董洋,田偉, 等. 碳纖維/滌綸三維機(jī)織復(fù)合材料的拉伸性能[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2010, 31(6): 66-70. MA Leilei, DONG Yang, TIAN Wei, et al. Tensile properties of carbon fiber/polyester hybrid 3-D woven composite plates[J]. Journal of Textile Research, 2010, 31(6): 66-70.

Tensile characteristics of warp knitted spacer fabrics

YANG Dawei1,2, MIAO Xuhong1, SUN Wan1, JIANG Gaoming1

(1. Engineering Research Center for Knitting Technology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214122, China; 2. Key Laboratory of Eco-Textiles(Jiangnan University), Ministry of Education, Wuxi, Jiangsu 214122, China)

In order to investigate the tensile characteristics of warp knitted spacer fabrics, four fabric samples with different structures were subjected to tensile performance testing. The breaking strength, breaking elongation and tensile curve characteristics of the fabric samples and the upper and lower surface layers thereof were analyzed, and the tensile mechanism and three dimensional scale change law of the warp knitted spacer fabrics were explained. The influence of tensile strength and breaking elongation were discussed in terms of fabric layers. The results show that three dimension change laws of the spacer fabric has different regular patterns, and the spacer fabric with lower breaking elongation would break up firstly. The spacer layer has no influence on tensile strength and breaking elongation but extendes the tensile progress. The tensile strength and breaking elongation of the surface layer decide the spacer fabric tensile property.

warp knitting; spacer fabric; breaking strength; breaking elongation; tensile curve

10.13475/j.fzxb.20160604206

2016-06-17

2017-01-05

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(JUSRP51404A)；江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金-前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2015019-31)

楊大偉(1991—)，男，碩士生。研究方向?yàn)榧彶呐c紡織品設(shè)計(jì)?？娦窦t，通信作者，E-mail：miaoxuhong@163.com。

TS 186.1

A