反復(fù)拉伸下真絲/氨綸織物的塑性積累

張慶 徐國(guó)平 吳定武

摘 要：通過(guò)對(duì)真絲/氨綸織物實(shí)施定伸長(zhǎng)多次循環(huán)處理，對(duì)其進(jìn)行人體穿著模擬實(shí)驗(yàn)，考察其耐疲勞性能，探討其塑性形變的積累和演化。結(jié)果表明：伸長(zhǎng)率超過(guò)19%時(shí)，塑性形變急劇增加；定伸長(zhǎng)循環(huán)拉伸作用下，當(dāng)循環(huán)拉伸120次以?xún)?nèi)時(shí)疲勞結(jié)果符合2次多項(xiàng)式回歸；120～600次，符合3次多項(xiàng)式回歸。

關(guān)鍵詞：定伸長(zhǎng)；循環(huán)拉伸；塑性形變；多項(xiàng)式回歸

中圖分類(lèi)號(hào)：TS146

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2018）02-0034-04

Plastic Accumulation of Silk/spandex Fabric Under Process of Repeated Stretch

ZHANG Qing1， XU Guoping1， WU Dingwu2

（1.College of Materials and Textiles， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China；2.Mengshan County， Hui Ming Silk Product Co.， Ltd.， Mengshan 546700， China）

Abstract：To carry out the simulations of human wear trial， the Silk/Spandex fabrics were treated with specified elongation for many times in this study. The fatigue performance was discussed. The accumulation and evolution of plastic deformation were discussed. The results show that the plastic deformation increases dramatically when the elongation is more than 19%. Under the action of repeated tensile with specified elongation， the fatigue result conforms to quadratic polynomial regression when the times of repeated tensile is 120. When the times of repeated tensile is 120～600， the fatigue result conforms to third-degree polynomial regression.

Key words：specified elongation； repeated tensile； plastic deformation； polynomial regression

真絲織物具有質(zhì)地柔軟光滑、手感柔和、輕盈、滑爽飄逸等特性，是春、夏服裝以及內(nèi)衣的首選面料。隨著人們消費(fèi)水平的提高，由真絲織物制成的服裝，在未來(lái)的生活中將更受消費(fèi)者的青睞[1-2]。氨綸彈力織物以其貼身、舒適、美化體型等特性贏得了消費(fèi)者的青睞，適量加入氨綸的紡織品，能大大提高其服用性能。

真絲/氨綸彈性織物結(jié)合了兩者的特性，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)此做了眾多探討，主要側(cè)重研究其染色性能、應(yīng)用及包覆工藝[3-7]。然而，真絲/氨綸彈性織物在長(zhǎng)期穿著使用以及洗滌過(guò)程中會(huì)不可避免的發(fā)生形變，并且逐漸產(chǎn)生累積，失去美觀性和舒適性。基于此，本文對(duì)真絲/氨綸織物進(jìn)行模擬人體穿著實(shí)驗(yàn)[8]，通過(guò)對(duì)織物定伸長(zhǎng)多次循環(huán)處理，考察其耐疲勞性能，從而為合理使用提供一定的參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材 料

實(shí)驗(yàn)中采用真絲/氨綸緯向彈力織物，規(guī)格如下：經(jīng)紗原料為桑蠶絲；緯紗原料為桑蠶絲+氨綸；經(jīng)絲纖度22.2/24.4×2 dtex；緯絲纖度（22.2/24.4×2+30.3）dtex，其中氨綸的30.3 dtex指原始纖度，牽伸倍數(shù)為2.6倍；經(jīng)向密度1 200根/10 cm；緯向密度460根/10 cm；織物組織緞紋；平方米質(zhì)量91 g/m2。

1.2 測(cè) 試

采用美國(guó)Instron3369電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試織物的定伸長(zhǎng)、斷裂強(qiáng)力以及斷裂伸長(zhǎng)。參考GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能》。

a）拉伸測(cè)試：試樣規(guī)格300 mm×5 mm；拉伸速度100 mm/min，試樣夾距200 mm。

b）定伸長(zhǎng)：參考人體運(yùn)動(dòng)拉伸量結(jié)合實(shí)際，選擇定伸長(zhǎng)動(dòng)程位移分別為20、26、32、38、44 mm，各循環(huán)拉伸600次。上升下降拉伸速度均100 mm/min，試樣夾距200 mm。

以上實(shí)驗(yàn)均在環(huán)境溫度為（20±1）℃、相對(duì)濕度為（65±2）%的恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)的處理

定伸長(zhǎng)：在拉伸強(qiáng)力零值附近找兩個(gè)點(diǎn)，令拉伸位移分別為x1，x2，拉伸強(qiáng)力分別與之對(duì)應(yīng)為y1，y2，根據(jù)式x-x1x2-x1=y-y1y2-y1……，求得方程，令y=0，此時(shí)求得的拉伸位移即為塑性積累量。

2 結(jié)果與討論

2.1 真絲/氨綸織物的拉伸性能

選取5組真絲/氨綸織物的緯向試樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)得出平均斷裂伸長(zhǎng)為121 mm，斷裂強(qiáng)力為273 N，其拉伸曲線(xiàn)如圖1示。

氨綸的初始模量很小，表明氨綸在小負(fù)荷作用下容易變形，剛性差，真絲/氨綸織物質(zhì)地相對(duì)柔軟[9]。由圖1可知，真絲/氨綸織物在拉伸過(guò)程中產(chǎn)生了明顯的不同程度的形變，呈現(xiàn)了3個(gè)變化區(qū)域。第1區(qū)域（拉伸位移0～65 mm）稱(chēng)為胡克區(qū)，此區(qū)域真絲/氨綸織物的彈性情況類(lèi)似于彈簧，其變形主要是纖維大分子鏈本身鍵長(zhǎng)、鍵角的伸長(zhǎng)和分子鍵間次價(jià)鍵的剪切，橫向次價(jià)鍵沒(méi)有被破壞，大分子之間不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以產(chǎn)生急彈性形變，其變形可回復(fù)，隨著拉伸位移的增加，拉伸強(qiáng)力增加緩慢，此時(shí)真絲/氨綸織物的彈性回復(fù)率較好；第2區(qū)域（拉伸位移65～75 mm）稱(chēng)為屈服區(qū)，此區(qū)域真絲/氨綸織物變形顯著且不可完全回復(fù)，氨綸中氫鍵等次價(jià)鍵斷裂及重新生成，分子鏈伸展，大分子質(zhì)心發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，65 mm處為屈服點(diǎn)；第3區(qū)域（拉伸位移75～121 mm）稱(chēng)為增強(qiáng)區(qū)，曲線(xiàn)斜率增大，此區(qū)域氨綸大分子主鏈?zhǔn)芰?，有一部分是鏈段間相互滑移而產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性形變。75 mm處為強(qiáng)化點(diǎn)，121 mm處為斷裂點(diǎn)。在該區(qū)域內(nèi)，除發(fā)生急彈性形變外還產(chǎn)生緩彈性形變，隨著拉伸位移的不斷增加，拉伸強(qiáng)力迅速增加直至斷裂，模量迅速增大，其變化近似線(xiàn)性變化，此時(shí)真絲/氨綸織物的彈性被嚴(yán)重破壞，產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形。同時(shí)真絲/氨綸織物緯紗受力處于張緊狀態(tài)，緯紗之間的摩擦力增加[10]，以及拉伸過(guò)程中真絲為拉伸強(qiáng)力貢獻(xiàn)了一部分力。

2.2 真絲/氨綸織物的定伸長(zhǎng)塑性積累

模擬穿著規(guī)律，設(shè)定對(duì)試樣分別進(jìn)行拉伸動(dòng)程為20、26、32、38、44 mm（處在胡克區(qū)內(nèi)）的定伸長(zhǎng)循環(huán)多次拉伸，拉伸次數(shù)分別為1、120、240、360、480、600次。圖2為上述方法試驗(yàn)后所產(chǎn)生的塑性積累隨拉伸動(dòng)程變化的多項(xiàng)式回歸曲線(xiàn)。可以看出，循環(huán)拉伸120次以?xún)?nèi)疲勞結(jié)果符合2次多項(xiàng)式回歸；120～600次，符合3次多項(xiàng)式回歸。

第1次拉伸線(xiàn)性回歸式：y=13.145 95-1.004 88x+0.020 13x2，相關(guān)系數(shù)0.929 14；第120次拉伸線(xiàn)性回歸式：y=19.501 26-1.515 24x+0.032 1x2，相關(guān)系數(shù)0.918 09；第240次拉伸線(xiàn)性回歸式：y=-145.427 22+16.172 54x-0.578 04x2+0.006 81x3，相關(guān)系數(shù)0.978 21；第360次拉伸線(xiàn)性回歸式：y=-139.293 34+15.499 63x-0.554 98x2+0.006 56x3，相關(guān)系數(shù)0.983 08；第480次拉伸線(xiàn)性回歸式：y=-167.522 69+18.374 91x-0.645 61x2+0.007 47x3，相關(guān)系數(shù)0.996 32；第600次拉伸線(xiàn)性回歸式：y=-168.409 9+18.473 77x-0.648 31x2+0.007 49x3，相關(guān)系數(shù)0.994 71。

由圖2可以看出，隨著拉伸次數(shù)和拉伸動(dòng)程的增加，塑性積累均呈現(xiàn)先平緩后急劇增加的趨勢(shì)。在定伸長(zhǎng)量20～38 mm即伸長(zhǎng)率在10%～19%之間，塑性積累增加量較緩慢；38 mm以后，呈現(xiàn)急劇增加。據(jù)此可以認(rèn)為：若由此真絲/氨綸織物所制成的服裝，在穿著使用中伸長(zhǎng)率不可超過(guò)19%，否則衣服彈性回復(fù)率將大大下降，衣服將產(chǎn)生不可回復(fù)、具有破壞性的塑性形變，影響美觀效果，失去穿著彈性織物的意義。同時(shí)可知，無(wú)論循環(huán)拉伸次數(shù)的多少，塑性積累突變點(diǎn)均發(fā)生在38 mm（伸長(zhǎng)率19%）處，表明其與循環(huán)拉伸次數(shù)無(wú)關(guān)，而與拉伸動(dòng)程相關(guān)。同時(shí)隨著拉伸次數(shù)的增加塑性積累量隨之增加，第1次及第240次拉伸過(guò)程中塑性積累增量最大，而后隨著拉伸次數(shù)的增加塑性積累增加量逐漸減小，第240次與第600次拉伸過(guò)程中塑性積累量明顯比第1次與第240次拉伸過(guò)程中塑性積累量少很多，可以預(yù)測(cè)在無(wú)限多次循環(huán)拉伸之后塑性變形近似不變，此時(shí)氨綸的耐疲勞性能大大減弱直至消失，真絲/氨綸織物失去彈性。

在拉伸動(dòng)程小于38 mm（伸長(zhǎng)率19%）時(shí)，隨著拉伸次數(shù)的增加塑性積累增加但增量并不大；伸長(zhǎng)率超過(guò)19%后，塑性積累迅速增加但第240次之后增量迅速減少至接近，表明拉伸動(dòng)程超過(guò)19%后彈性回復(fù)率破壞程度嚴(yán)重，拉伸次數(shù)對(duì)其影響較大。由此可見(jiàn)選擇合身的衣服至關(guān)重要，不僅穿著舒適美觀，還能增加穿著次數(shù)。

圖3為真絲/氨綸織物32、44 mm及純真絲32 mm定伸長(zhǎng)拉伸循環(huán)曲線(xiàn)。由圖3（a）可得，在定伸長(zhǎng)為32 mm（斷裂伸長(zhǎng)率為16%）時(shí)，第1次循環(huán)所形成的滯后圈面積最大，而后的第120次、第360次、第600次循環(huán)滯后圈面積逐漸變小。表明真絲/氨綸織物符合發(fā)生在胡克區(qū)且發(fā)生急彈性形變，同時(shí)幾乎不發(fā)生塑性形變，而后所形成滯后圈較小的原因是因?yàn)榘l(fā)生了小的緩彈性形變，外力所做的功以?xún)?nèi)聚能的形式存在其中[10]。由圖3（b）可得，當(dāng)定伸長(zhǎng)44 mm（斷裂伸長(zhǎng)率為22%）時(shí)，除第1次拉伸滯后圈比32 mm大外，而后滯后圈都比32 mm時(shí)小，表明此時(shí)拉伸動(dòng)程對(duì)真絲/氨綸織物產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，塑性積累迅速增加。由此可見(jiàn)，真絲/氨綸織物在胡克區(qū)反復(fù)拉伸過(guò)程中產(chǎn)生塑性積累。

對(duì)比圖3（a）和圖3（c）可知，第一次拉伸時(shí)純真絲比有氨綸形成的滯后圈大很多，之后快速減小，迅速形成塑性積累，而圖3（a）減小相對(duì)緩慢很多，說(shuō)明氨綸起到了主要的作用。

3 結(jié) 論

a）真絲/氨綸織物拉伸過(guò)程中呈現(xiàn)明顯的急彈性形變和緩彈性形變；當(dāng)伸長(zhǎng)率超過(guò)19%時(shí)將發(fā)生急劇塑性形變，織物彈性被嚴(yán)重破壞。

b）當(dāng)伸長(zhǎng)率小于19%時(shí)，反復(fù)拉伸產(chǎn)生塑性積累并不斷增加，織物拉伸動(dòng)程對(duì)真絲/氨綸織物塑性積累的影響比循環(huán)次數(shù)影響大。

c）定伸長(zhǎng)作用下，循環(huán)拉伸120次以?xún)?nèi)疲勞結(jié)果符合2次多項(xiàng)式回歸；120～600次，符合3次多項(xiàng)式回歸。

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