服裝拉鏈對典型紡織面料磨損過程的研究及損傷等級評價

黃 益，湯石艷，吳建中，王 趙，孫世元，魏曉英，邵建中

(1. 浙江理工大學生態(tài)染整技術教育部工程研究中心，杭州 310018；2. 嘉興市產品質量檢驗檢測院，國家服裝輔料產品質量監(jiān)督檢驗中心(浙江)，浙江嘉興 314050)

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服裝拉鏈對典型紡織面料磨損過程的研究及損傷等級評價

黃 益1，湯石艷1，吳建中2，王 趙1，孫世元2，魏曉英2，邵建中1

(1. 浙江理工大學生態(tài)染整技術教育部工程研究中心，杭州 310018；2. 嘉興市產品質量檢驗檢測院，國家服裝輔料產品質量監(jiān)督檢驗中心(浙江)，浙江嘉興 314050)

為了建立服裝拉鏈磨損機械安全性的測試評價方法，研究了五種典型服裝面料在常用拉鏈摩擦作用下的損傷過程。研究發(fā)現(xiàn)：平紋棉織物、平紋蠶絲織物、平紋滌綸織物在拉鏈摩擦過程中存在典型的階段性磨損特征，即表面磨損、單向紗線斷裂、雙向紗線斷裂(出現(xiàn)破洞)、破洞變大直至破損嚴重，上述磨損特征可用于拉鏈對于織物磨損等級的制訂；不同材質拉鏈對織物磨損程度的對比實驗和拉鏈微觀機械結構的觀察分析表明，由于拉鏈材質、嚙合方式及銳邊銳角結構的差異，三種拉鏈對于織物磨損程度的排序為：金屬拉鏈、尼龍拉鏈、注塑拉鏈。

拉鏈；服用織物；磨損過程；表面結構；等級評價

0 引 言

拉鏈作為一種重要的服裝輔料，是提升服裝實用性和整體品質的重要部件，已成為服裝產品中不可或缺的一部分。我國是世界上最大的拉鏈生產國和出口國，國內拉鏈企業(yè)逾3000家，產量占世界拉鏈份額的60%，拉鏈銷售額逾400億元[1]。隨著日益增長的市場需求，拉鏈產品的服用安全性日益凸顯。除了拉鏈產品中重金屬釋放對人體的危害外[2]，因拉鏈折斷、爆開、夾持以及銳邊、尖端、毛刺等質量問題而引發(fā)的服用安全事故，引起了生產企業(yè)、政府監(jiān)管部門以及消費者的高度關注[3-4]。

當前服裝安全性技術指標和測試方法主要集中于成衣產品，如服裝機械性安全、可燃性安全和化學性安全等[5-6]，尚無系統(tǒng)的測試方法和評價體系用于服裝輔料的機械安全性評估。我國相關部門已關注到服裝輔料產品的表面機械安全性問題，2008年出臺的GB/T 22704—2008《提高機械安全性的兒童服裝設計和生產實施規(guī)范》、FZ/T 81014—2008《嬰幼兒服裝》標準等均明確指出，應避免拉鏈、鈕扣或裝飾物上的尖銳邊緣對穿著者特別是嬰幼兒造成的傷害，但上述標準尚無具體的技術要求和測試方法。此外，我國作為拉鏈出口大國，如何站在全球貿易的制高點上，切實制定拉鏈產品的技術測試和評價標準來提高拉鏈產品的機械安全性，是規(guī)避貿易風險、加快企業(yè)發(fā)展的重要舉措之一。

本文根據拉鏈在日常使用過程中對衣物等的摩擦力特點，結合國內外摩損測試已有的研究基礎，自制了摩損檢測裝置，研究了五種典型服裝面料在受到拉鏈摩擦后的損傷過程和機理，并優(yōu)選適用于摩擦損傷等級評價的織物磨料，為最終建立一套簡單、快速、完整、準確的拉鏈表面磨損機械安全性的測試和評價方法提供依據。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

材料：平紋全棉織物(14 Tex，160 g/m2，600×380根/10cm)、針織羊毛織物(36 Tex，300 g/m2)、仿牛皮涂層織物(100 %聚酯纖維基底彈力PU皮，300 g/m2)、平紋蠶絲織物(5 Tex，46 g/m2，510×480根/10cm)、平紋滌綸織物(18×3 Tex，137 g/m2，610×1160根/10cm)、金屬拉鏈、尼龍拉鏈、注塑拉鏈(上述織物與拉鏈均由嘉興產品質量檢驗檢測院提供)。

儀器：拉鏈摩擦磨損試驗機(自制)，HIROXKH-7700型三維視頻顯微鏡(美國科斯達公司)。

1.2 實驗方法與表征

織物摩擦損傷測試：剪裁6 cm×6 cm織物試樣，使用固定圈將試樣固定于摩擦頭，根據常規(guī)服用搭配選擇合適的拉鏈材質，采用自制拉鏈摩擦磨損試驗機進行織物摩擦損傷實驗，試驗機結構如圖1所示。設定拉鏈摩擦損傷試驗機運行的基本參數(shù)為：負重5 N，速度250 mm/s，行程150 mm，斜磨和側磨角度0 °，將織物用固定圈套在磨料上進行摩擦實驗。

圖1 拉鏈摩擦磨損試驗機結構及俯視圖

織物摩擦損傷表征：織物在試驗機摩擦過程中出現(xiàn)一定物理破壞時(拉毛、斷紗、破洞等)，采用三維視頻顯微鏡在50倍放大倍數(shù)下觀察織物組織結構和紗線摩擦損傷情況。

2 結果與討論

2.1 拉鏈對典型織物摩擦損傷過程研究

紡織品的摩擦損傷是當織物與固體相接觸并發(fā)生相對移動后，織物發(fā)生壓縮、拉伸、彎折、剪切或切割所致[7]。服用織物的摩擦損傷性能與織物組織結構、纖維自身的模量、斷裂強力、斷裂延伸率和耐磨性等均密切相關，常見纖維物理機械性能如表1所示。故本文選取五種典型服用織物(平紋棉織物、平紋蠶絲織物、平紋滌綸織物、針織純羊毛織物及仿牛皮涂層織物)，在初步試驗的基礎上設定摩擦負重5 N，速度250 mm/s，行程150 mm，研究上述織物試樣在受到拉鏈摩擦后的損傷過程。

表1 常見纖維應力-應變行為的典型特征及耐磨性[8]

棉織物具有柔軟、透氣、吸濕等特點，同時棉型服裝吸汗透氣，耐磨耐洗，不易起毛球，是目前消費者最常用、最受歡迎的服裝面料之一。棉紗的耐磨性與其條干、毛羽及棉纖維的斷裂強度相關[9]。棉纖維本身具有較高的模量和良好的斷裂伸長率，同時其縱向呈不規(guī)則的天然轉曲，使其具有良好的成紗抱合力，因此棉織物擁有良好的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。平紋棉織物與金屬拉鏈經不同摩擦次數(shù)后，織物的表觀形貌如圖2所示。隨著織物與拉鏈摩擦次數(shù)的增大，棉織物表面磨損不斷加劇。當摩擦次數(shù)少于200次時，棉織物表面僅有部分纖維抽出；繼續(xù)摩擦至1500次時，伴隨著拉鏈齒牙對棉纖維的摩擦、切割作用，不斷有纖維從紗線中解聚、抽出，同時纖維表面會發(fā)生物理形變及原纖化過程，直至紗線發(fā)生斷裂[10]。當摩擦次數(shù)達到2150次時，平紋棉織物的緯向出現(xiàn)多根紗線斷裂，繼續(xù)摩擦至2300次時，織物表面發(fā)生雙向紗線的斷裂并出現(xiàn)小破洞。進一步增加磨損次數(shù)，破洞不斷增大，織物磨損加劇。

圖2 平紋棉織物在金屬拉鏈摩擦不同次數(shù)后的表觀磨損照片

真絲被譽為“纖維皇后”，其面料手感柔軟，有絲鳴感，光澤優(yōu)雅，穿著舒適，是一類極受歡迎的高檔服用面料。真絲織物與尼龍拉鏈經不同摩擦次數(shù)后織物的表觀形貌如圖3所示。在摩擦初期，真絲織物僅出現(xiàn)表面磨損，表現(xiàn)為表面“毛纖”不斷增加。表面“毛纖”的產生主要歸因于蠶絲纖維的原纖化損傷過程。蠶絲纖維表面存在一層連續(xù)的外表層，厚度為150～250 nm，該連續(xù)外表層將絲纖維內部的微結構單元(也稱原纖)通過無序的粘連而包覆集合成纖維整體[11-13]。在拉鏈摩擦應力的作用下，蠶絲纖維表面的連續(xù)外表層被逐漸破壞而導致蠶絲原纖化程度加劇。隨著摩擦次數(shù)的不斷增加，蠶絲纖維在周期性摩擦應力下發(fā)生疲勞損傷而斷裂，分別在摩擦2550次和2750次后出現(xiàn)單向紗線斷裂和雙向紗線的斷裂(即出現(xiàn)破洞)。進一步增加摩擦次數(shù)，蠶絲織物表面破洞不斷增大，織物破損嚴重。

圖3 平紋蠶絲織物在尼龍拉鏈摩擦不同次數(shù)后的表觀磨損照片

滌綸是世界上產量最大、應用最廣泛的合成纖維品種，具有斷裂強力好，初始模量高及彈性恢復力優(yōu)良等特點，其作為服裝面料同樣具有堅牢耐磨、挺括抗皺等優(yōu)點，因此被廣泛用于服裝面料。平紋滌綸織物與金屬拉鏈經不同摩擦次數(shù)后織物的表觀形貌如圖4所示。由于滌綸本身斷裂強力高、彈性好，因此在初始摩擦過程中僅表現(xiàn)出織物組織結構的扭曲。當摩擦次數(shù)超過300次后，逐漸有部分纖維發(fā)生斷裂而從織物組織結構中抽出，直至摩擦次數(shù)達到1300次時產生單向紗線的斷裂。進一步增加摩擦次數(shù)，滌綸纖維會因反復摩擦而累積產生高溫，并發(fā)生部分塑性或熔融變形，從而影響纖維的結構和力學強度。因此，在摩擦2470～2710次過程中，滌綸織物的摩擦損傷加劇，在發(fā)生雙向紗線的斷裂后隨即出現(xiàn)嚴重的摩擦損傷情況。

圖4 平紋滌綸織物在金屬拉鏈摩擦不同次數(shù)后的表觀磨損照片

羊毛作為一種重要的紡織原料具有彈性好、吸濕性強等特點，而羊毛織物具有保暖性好、不易沾污、光澤柔和等特性，是一種具有獨特的風格和使用功能的高級服用面料。羊毛針織面料與金屬拉鏈經不同摩擦次數(shù)后織物的表觀形貌如圖5所示。由于羊毛纖維本身具有獨特的鱗片層結構，且斷裂強力和模量較低，因此羊毛織物原有的表面絨毛在摩擦初期即被摩擦斷裂而脫落。紗線外層羊毛纖維在進一步的摩擦作用下不斷被解聚、抽拔，隨后由于纖維間表面鱗片層結構的纏結、氈化作用，纖維起絨并形成絨簇后脫落[14]。正是由于羊毛纖維獨特的鱗片層結構和物理機械性能特點，在上述磨損過程中羊毛紗線逐漸變細，羊毛織物逐漸變薄，并未出現(xiàn)顯著的階段性磨損特征。當摩擦次數(shù)達到8000次時，羊毛織物在反復摩擦損傷后出現(xiàn)破洞，隨后破洞逐漸增大。

圖5 針織羊毛在金屬拉鏈摩擦不同次數(shù)后表觀磨損的照片

涂層織物通常由基布和涂層材料復合而成，通過改變涂層材料可賦予織物獨特的手感、風格和功能性。仿牛皮涂層織物可使服裝獲得皮革手感和外觀效果，還具有抗皺、易清潔等優(yōu)點，深受到消費者歡迎。仿牛皮涂層織物與金屬拉鏈經不同摩擦次數(shù)后織物的表觀形貌如圖6所示。仿牛皮涂層織物通常采用聚氨酯(PU)作為涂層材料，服用聚氨酯涂層材料手感柔軟、彈性好，但強度較差。在與拉鏈摩擦過程中，摩擦40次后仿皮涂層隨即發(fā)生部分破損并露出基布。進一步增加磨損次數(shù)，仿皮涂層破損不斷加劇并發(fā)生片狀涂層脫落。當摩擦次數(shù)達到600次時，拉鏈摩擦區(qū)域仿皮涂層表面已全部脫落。

圖6 仿牛皮涂層織物在注塑拉鏈摩擦不同次數(shù)后的表觀磨損照片

2.2 典型織物優(yōu)選及摩擦損傷等級評定

通過對比拉鏈對五種典型服用織物的摩擦損傷過程，發(fā)現(xiàn)針織羊毛織物和仿皮涂層織物的摩擦損傷過程階段性磨損特征不顯著，而平紋棉織物、平紋蠶絲織物、平紋滌綸織物呈現(xiàn)逐漸磨損過程，且摩擦損傷過程中存在顯著的階段性特征，即織物表面磨損、單向紗線斷裂、雙向紗線斷裂(出現(xiàn)破洞)、破洞變大以及破損嚴重五個狀態(tài)。三種平紋織物清晰顯著的階段性磨損特征可用于織物磨損評級的制訂，評定等級及對應的織物損傷情況如表2所示。

表2 典型織物的摩擦磨損等級評定

注：為進一步明晰摩擦損傷等級界限，定義3級時第二向紗線斷裂≤3根，定義5級時第二向紗線斷裂>10根。

2.3 拉鏈類型對織物摩擦損傷情況的影響

不同種類拉鏈由于其材質、結構及表面粗糙程度等差異，在對織物摩擦過程中必然造成織物的損傷程度不同，因此需從上述差異分析對比不同種類拉鏈對織物摩擦損傷程度的影響。選擇2.2節(jié)中典型織物出現(xiàn)顯著磨損狀態(tài)(3級)所需摩擦次數(shù)，并選用對應的摩擦參數(shù)，研究不同拉鏈類型(金屬、尼龍和注塑拉鏈)對優(yōu)選的三種典型織物的摩擦損傷情況的影響，結果如表3所示，并初步分析不同材質拉鏈對織物的損傷程度差異及原因。

表3 不同材質拉鏈與三種典型織物摩擦相同次數(shù)后織物的磨損情況

注：采用不同種類拉鏈對棉、絲和滌綸平紋織物分別進行2550、2750次和2470次測試。

以蠶絲織物為例，選用尼龍拉鏈摩擦平紋蠶絲織物時達到3級磨損所需摩擦次數(shù)(2550次)，分別對比尼龍、注塑和金屬拉鏈摩擦蠶絲織物后織物表觀形貌與磨損評級結果如表2所示。平紋蠶絲織物與金屬拉鏈摩擦2550次后，在織物表面出現(xiàn)了較大面積的破洞，評定磨損等級為5級；與尼龍拉鏈摩擦后出現(xiàn)小破洞，評定磨損等級為3級；而與注塑拉鏈摩擦后織物表面僅出現(xiàn)表面磨損現(xiàn)象，評定磨損等級為1級。此外，平紋棉織物和平紋滌綸織物的摩擦損傷測試結果類似。因此，拉鏈對織物的摩擦損傷程度從重到輕依次為：金屬拉鏈、尼龍拉鏈、注塑拉鏈。

為進一步分析不同材質拉鏈表面結構對織物磨損情況的影響，對三種材質拉鏈齒牙的微觀形貌進行了觀察，如圖7所示。

三種材質拉鏈齒牙的微觀形貌表明，金屬拉鏈齒牙間凹凸相間，且表面呈現(xiàn)明顯的銳邊銳角和凸起。當其與織物摩擦時，除了齒牙平面部分對織物的平磨作用外，齒牙的凹凸結構使織物受到剪切作用，加之金屬齒牙銳邊銳角的存在，極易切割損傷纖維，加劇織物的磨損。尼龍拉鏈雖然齒牙圓潤，但其齒牙間凹凸不平，且邊緣有粗糙的纖維包裹，因此對織物具有平磨和一定的剪切作用。而對于注塑拉鏈，其齒牙表面及齒牙間嚙合較為平整，其表面較為平滑，因此與織物摩擦過程中主要以平磨方式為主，因此對織物的摩擦損傷程度最小。

圖7 不同材質拉鏈表觀形貌

3 結 語

五種典型織物的拉鏈摩擦損傷過程表明，平紋棉織物、平紋絲織物、平紋滌綸織物在拉鏈摩擦過程中存在典型的磨損階段和磨損特征，可用于織物磨損評級的制訂。

拉鏈對上述三種典型服用織物摩擦損傷等級定義為：無磨損(0級)，織物表面磨損(1級)，單向紗線斷裂(2級)，雙向紗線斷裂(出現(xiàn)破洞，第二向紗線斷裂≤3根)(3級)，破洞變大(第二向紗線斷裂3～10根)(4級)以及破損嚴重(第二向紗線斷裂>10根)(5級)五個等級。

三種材質拉鏈對典型織物摩擦損傷對比結果表明，由于材質、嚙合方式和銳邊銳角結構的差異，拉鏈對典型織物磨損程度依次為：金屬拉鏈、尼龍拉鏈、注塑拉鏈。

今后將進一步從織物磨料優(yōu)選、摩擦參數(shù)設置和摩擦工藝優(yōu)化等方面入手，研究上述因素對織物摩擦損傷情況的影響，為最終建立拉鏈表面磨損機械安全性測試評價方法提供依據。

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(責任編輯： 唐志榮)

Study and Evaluation on the Damage Process of Typical Apparel Fabrics with Zipper Abrasion

HUANGYi1,TANGShiyan1,WUJianzhong2,WANGZhao1,SUNShiyuan2,WEIXiaoying2,SHAOJianzhong1

(1. Engineering Research Center for Eco-Dyeing and Finishing of Textiles, Ministry of Education, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; Jiaxing Product Quality Supervision Testing Institute, National Quality Supervision and Inspection Center of Garment Accessories(Zhejing), Jiaxing 314000, China)

The frictional abrasion processes of five typical apparel fabrics were studied in order to establish the test and evaluation methods for mechanical safety of apparel zipper abrasion. The results show plain cotton fabrics, plain silk fabrics and plain dacron fabrics have typical abrasion stages in zipper friction process, i.e. surface abrasion, mono-directional yarn breakage, bi-directional yarn breakage (breaking hole), breaking hole enlarging and serious damage. The above abrasion features can be applied to formulate fabric abrasion grade. The contrast experiment of fabric attrition rate resulting from different zippers and analysis of micro mechanical structure of zippers shows that due to the differences of zipper materials, meshing mode and sharp edge structure, the ranking of fabric attrition rate of the three kinds of zippers is as follows: metal zipper, nylon zipper and derlin zipper.

metal zipper; apparel fabrics; damage process; surface structure; grade evaluation

10.3969/j.issn.1673-3851.2017.05.003

2016-08-21 網絡出版日期：2017-01-03

浙江省質量技術監(jiān)督系統(tǒng)科研計劃項目(20150255)

黃 益(1986-)，男，江蘇太倉人，博士，講師，主要從事紡織品數(shù)碼印花技術方面的研究。

邵建中，E-mail：jshao@zstu.edu.cn

TS911

A

1673- 3851 (2017) 03- 0322- 07