針織物拉伸變形與回復(fù)性研究

王建國(guó)

(上海子瑞佳紡織品有限公司，上海 200235)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)針織服裝的要求不僅局限于外觀美、穿著舒適，耐穿性也逐漸成為人們購(gòu)物的選擇因素。但是由于針織物自身的線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得其在長(zhǎng)期使用過(guò)程中受到外力作用下，會(huì)發(fā)生拉伸變形[1-3]，不僅影響外形美觀程度，而且降低了使用壽命。針織物的拉伸性能是影響其服用性能的重要因素，其中穿著時(shí)最常見(jiàn)的磨損情況即單向拉伸，因此，研究針織物的拉伸變形與回復(fù)性能，是提高服裝質(zhì)量的基礎(chǔ)，也是本文主要的研究目的。目前有關(guān)針織物的單向拉伸研究大多是土工類型和高性能復(fù)合材料，而針對(duì)服裝面料類的研究比較少見(jiàn)。

針織物的拉伸試驗(yàn)分經(jīng)編或緯編織物單獨(dú)進(jìn)行研究。緯編織物的研究中，胡海霞[4]選擇了H-10K-L型臺(tái)式雙立柱電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)3種不同的緯編針織物進(jìn)行了拉伸性能的研究，發(fā)現(xiàn)可以使用拋物線方程來(lái)描述緯編針織物布邊收縮性的變化，針織物組織和原料會(huì)較大地影響針織物的布邊收縮性。李紅霞等[5]使用Stoll公司電腦橫機(jī)和高性能生態(tài)環(huán)保亞麻纖維編織小樣進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其經(jīng)緯向強(qiáng)力均勻并且斷裂強(qiáng)力較大，拉伸變形能力較好，在環(huán)保新材料領(lǐng)域具有一定潛力。孫麗華等[6]對(duì)緯編復(fù)合材料進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)并利用相機(jī)記錄了織物細(xì)微的結(jié)構(gòu)變化，經(jīng)過(guò)分析得出熱塑性緯編復(fù)合材料在拉伸性能的各向異性尤為突出，且采用了平紋結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的變形性能要弱于采用羅紋結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。T.B. BINI, S. RAMAKRISHNA[7]通過(guò)研究測(cè)得針織復(fù)合物的拉伸性能和彈性模量在0°最大，90°最小，適用于單層或多層復(fù)合材料，且測(cè)試得出了針織物的拉伸性能會(huì)隨著線圈數(shù)量的增多而達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，當(dāng)內(nèi)部線圈不發(fā)生滑移和扭曲時(shí)，拉伸性能會(huì)達(dá)到最大值。

在眾多針織物中，緯編平紋針織面料的應(yīng)用面很廣，但其保型效果最差，較容易產(chǎn)生卷邊和脫散現(xiàn)象，并且在拉伸變形后較難恢復(fù)，嚴(yán)重影響了衣物的外形美觀和內(nèi)在質(zhì)量[8]。通過(guò)模擬生活中的實(shí)際情形，利用單向拉伸測(cè)試儀對(duì)不同原料的緯平針織物進(jìn)行了拉伸與回復(fù)性的研究，比較不同種類針織物的變形程度，從而總結(jié)出適用于實(shí)際生產(chǎn)及質(zhì)量控制要求的針織物。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

采用3種緯平針織物，3種織物均含有5%的氨綸，其中B織物與C織物的克重、縱橫密相近，A織物與C織物的厚度相似。針對(duì)試驗(yàn)所采用的緯平針織物進(jìn)行參數(shù)測(cè)定，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)儀器為YG065H型電子織物拉伸儀。

1.2 測(cè)試方法

試驗(yàn)之前，將所準(zhǔn)備好的試樣放在恒溫恒濕的實(shí)驗(yàn)室中靜置24 h，對(duì)試樣進(jìn)行調(diào)濕。按照國(guó)標(biāo)要求，實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)為20±2 ℃，相對(duì)濕度為65%±2%[9]。

表1 緯編針織物參數(shù)

1.2.1織物拉伸斷裂測(cè)試

根據(jù)國(guó)標(biāo)FZ/T 70006-2004《針織物拉伸彈性回復(fù)率試驗(yàn)方法》[10]，測(cè)試儀器是YG065H型電子織物拉伸儀，拉伸速度為100 mm/min，夾具之間的有效長(zhǎng)度為100 mm，試樣的尺寸為20 cm×5 cm，如圖1所示，預(yù)加張力2 N，經(jīng)、緯向各測(cè)得5個(gè)有效數(shù)據(jù)。

1.2.2定伸長(zhǎng)單向拉伸測(cè)試

根據(jù)國(guó)標(biāo)FZ/T 70006-2004《針織物拉伸彈性回復(fù)率試驗(yàn)方法》[10]，利用YG065H型電子織物拉伸儀以100 mm/min的拉伸速度，夾具之間的有效長(zhǎng)度為100 mm，預(yù)加張力1 N，將針織物沿縱向或者橫向拉伸60、80 mm，停置15 s后拉伸儀以原速返回，再停置30 s，反復(fù)拉伸3次，當(dāng)針織物處于外力釋放狀態(tài)時(shí)記錄其在拉伸方向所產(chǎn)生的尺寸變化[3]。試樣的尺寸為20 cm×5 cm，經(jīng)、緯向各測(cè)得5個(gè)有效數(shù)據(jù)。

圖1 單向拉伸試樣規(guī)格示意圖

1.2.3定負(fù)荷單向拉伸測(cè)試

根據(jù)國(guó)標(biāo)FZ/T 70006-2004《針織物拉伸彈性回復(fù)率試驗(yàn)方法》[10]，利用YG065H型電子織物拉伸儀以100 mm/min的拉伸速度，夾具之間的有效長(zhǎng)度為100 mm，預(yù)加張力1 N，25 N為定負(fù)荷力值，將針織物沿經(jīng)向或者緯向拉伸，拉伸停置15 s，返回停置30 s，反復(fù)拉伸3次，當(dāng)針織物處于外力釋放的狀態(tài)時(shí)記錄其在拉伸方向所產(chǎn)生的尺寸變化[11]。試樣的尺寸為20 cm×5 cm，經(jīng)、緯向各測(cè)得5個(gè)有效數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 織物拉伸斷裂測(cè)試與結(jié)果分析

(a)3種織物經(jīng)向/緯向拉伸的強(qiáng)力-伸長(zhǎng)曲線圖

(b)3種織物經(jīng)向拉伸的斷裂強(qiáng)力值和斷裂伸長(zhǎng)

(c)3種織物緯向拉伸的斷裂強(qiáng)力值和斷裂伸長(zhǎng)圖2 3種織物拉伸斷裂測(cè)試結(jié)果

3種織物拉伸斷裂測(cè)試結(jié)果分析見(jiàn)圖2，由圖2(a)所示，3種織物的緯向斷裂伸長(zhǎng)均大于其經(jīng)向斷裂伸長(zhǎng)，3種織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力均大于其緯向斷裂強(qiáng)力。3種織物的拉伸曲線均呈非線性變化關(guān)系，初始階段在伸長(zhǎng)率30%以內(nèi)拉伸曲線較平緩，主要是織物內(nèi)部線圈取向變形及圈弧伸直引起，當(dāng)伸長(zhǎng)率逐漸再增大直到斷裂時(shí)，拉伸曲線斜率呈近似的線性關(guān)系，這部分的變形主要由線圈變形及紗線拉伸綜合作用的影響?？梢?jiàn)作為針織內(nèi)衣時(shí)，織物通常沿著橫向伸長(zhǎng)要求較大，該3種織物均滿足了緯向伸長(zhǎng)率較高的要求，而且初始模量較低，容易變形。由圖2(b)、圖2(c)所示，3種織物的經(jīng)向斷裂伸長(zhǎng)最大的為C棉氨織物，B滌氨織物居中，A黏氨織物最小。3種織物的緯向斷裂伸長(zhǎng)最大的為A黏氨織物，C棉氨織物居中，B滌氨織物最小。三者的經(jīng)向和緯向斷裂伸長(zhǎng)值差異不大，而三者的經(jīng)向和緯向斷裂強(qiáng)力差異較為顯著，其中經(jīng)向和緯向斷裂強(qiáng)力最大的為B滌氨織物，C棉氨織物居中，A黏氨織物的最小，這主要是由于材料的差異造成。

2.2 定伸長(zhǎng)單向拉伸測(cè)試與結(jié)果分析

(a)經(jīng)向定伸長(zhǎng)60 mm拉伸

(b)緯向定伸長(zhǎng)100 mm拉伸圖3 3種織物定伸長(zhǎng)拉伸時(shí)的塑性變形率和彈性回復(fù)率

3種織物定伸長(zhǎng)拉伸時(shí)的塑性變形率和彈性回復(fù)率見(jiàn)圖3，由圖3(a)可知，在經(jīng)向定長(zhǎng)60 mm的定伸長(zhǎng)試驗(yàn)中，C棉氨織物的塑性變形率最小，A黏氨織物居中，B滌氨織物最大；B滌氨織物的彈性回復(fù)率是最小，A黏氨織物居中，C棉氨織物最大。綜上，在60 mm定伸長(zhǎng)小變形作用下，C棉氨織物的經(jīng)向彈力是最好的，B滌氨織物最差，A黏氨織物居中。由圖3(b)可知，在緯向定長(zhǎng)100 mm的定伸長(zhǎng)試驗(yàn)中，A黏氨織物的塑性變形率是最小的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最大；彈性回復(fù)率C棉氨織物最小，B滌氨織物居中，A黏氨織物最大。因此，在100 mm定伸長(zhǎng)大變形作用下，大部分織物在多次往復(fù)拉伸后會(huì)產(chǎn)生塑形變形，A黏氨織物的緯向彈性是最好的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最差。

通過(guò)圖3可觀察到，在小變形定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸作用時(shí)，織物可以保持較高的彈性回復(fù)性，特別是沿經(jīng)向拉伸時(shí)；而針織物雖然緯向一般有較高的延伸率，但在大變形的定伸長(zhǎng)反復(fù)拉伸時(shí)，會(huì)造成線圈結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變形，從而引起塑形變形的機(jī)會(huì)增加，織物回復(fù)到初始狀態(tài)的可能性降低，這對(duì)于不同穿著部位織物設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意防止大變形引起服裝的塑形變形。

2.3 定負(fù)荷單向拉伸測(cè)試與結(jié)果分析

(a)經(jīng)向定負(fù)荷25 N拉伸

(b)緯向定負(fù)荷25 N拉伸圖4 3種織物定負(fù)荷25 N拉伸時(shí)的塑性變形率和彈性回復(fù)率

圖4為3種織物定負(fù)荷25 N拉伸時(shí)的塑性變形率和彈性回復(fù)率，由圖4(a)可知，在經(jīng)向定負(fù)荷25 N的定負(fù)荷試驗(yàn)中，C棉氨織物的塑性變形率最小，A黏氨織物居中，B滌氨織物最大；B滌氨織物的彈性回復(fù)率是最小，A黏氨織物居中，C棉氨織物最大。綜上，在25 N定負(fù)荷作用下，C棉氨織物的經(jīng)向彈力是最好的，B滌氨織物最差，A黏氨織物居中。從圖4(b)可以得出，在緯向定負(fù)荷25 N的定負(fù)荷試驗(yàn)中，A黏氨織物的塑性變形率是最小的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最大；彈性回復(fù)率C棉氨織物最小，B滌氨織物居中，A黏氨織物最大。因此，25 N定負(fù)荷的作用下，A黏氨織物的緯向彈性是最好的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最差。

圖5 3種織物定負(fù)荷25 N拉伸時(shí)經(jīng)緯向?qū)嶋H伸長(zhǎng)值

圖5為3種織物定負(fù)荷25 N拉伸時(shí)經(jīng)緯向?qū)嶋H伸長(zhǎng)值，可以得出，3種織物經(jīng)緯向定負(fù)荷拉伸實(shí)際伸長(zhǎng)最大的試樣為A黏氨織物，最小的為B滌氨織物，并且，A黏氨織物和C棉氨織物的伸長(zhǎng)值相差不大。這是由于黏膠纖維與棉的性能極為相似，兩者都易變形，彈性相似，伸長(zhǎng)相似。此外，經(jīng)過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)3種織物的緯向伸長(zhǎng)值均大于其經(jīng)向伸長(zhǎng)值，這一結(jié)果是由于織物的線圈結(jié)構(gòu)引起的。3種織物均為緯平針組織，緯平針組織的經(jīng)向?yàn)橐粋€(gè)個(gè)豎立的圈干組成，而緯向是沉降弧和針邊弧組成，因此當(dāng)拉伸時(shí)經(jīng)向圈干的伸長(zhǎng)較小，而緯向彎曲的2個(gè)沉降弧和針編弧的伸長(zhǎng)較顯著。

在定負(fù)荷反復(fù)拉伸特別是經(jīng)向拉伸時(shí)，織物可以保持較高的彈性回復(fù)性，織物的緯向有較高的延伸率，織物的緯向伸長(zhǎng)值均大于經(jīng)向伸長(zhǎng)值，因此定負(fù)荷反復(fù)拉伸會(huì)造成線圈結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變形，從而引起塑形變形的機(jī)會(huì)增加，織物回復(fù)到初始狀態(tài)的可能性降低，這對(duì)于不同穿著部位織物設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意防止大變形引起服裝的塑形變形。

3 結(jié)論

使用模擬單向拉伸測(cè)試儀對(duì)3種不同成分的緯平針織物進(jìn)行了拉伸斷裂、定伸長(zhǎng)拉伸和定負(fù)荷拉伸試驗(yàn)，通過(guò)這些試驗(yàn)得到：(1)3種織物的緯向斷裂伸長(zhǎng)均大于其經(jīng)向斷裂伸長(zhǎng)，3種織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力均大于其緯向斷裂強(qiáng)力。作為針織內(nèi)衣時(shí)，織物通常沿著橫向伸長(zhǎng)要求較大，3種織物均滿足了緯向伸長(zhǎng)率較高的要求，而且初始模量較低，容易變形。(2)對(duì)于每種織物自身的經(jīng)緯向強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果表明，各類織物的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力比緯向高約10%～45%，這主要由于織物的線圈結(jié)構(gòu)造成，沿著經(jīng)向拉伸時(shí)圈干主要承力比緯向拉伸時(shí)的圈弧承力作用更強(qiáng)。(3)在小變形定伸長(zhǎng)、定負(fù)荷反復(fù)拉伸作用，特別是沿經(jīng)向拉伸時(shí)，織物可以保持較高的彈性回復(fù)性。而針織物雖然緯向一般有較高的延伸率，但在大變形的定伸長(zhǎng)、定負(fù)荷反復(fù)拉伸時(shí)，會(huì)造成線圈結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變形，從而引起塑形變形的機(jī)會(huì)增加，織物回復(fù)到初始狀態(tài)的可能性降低，這對(duì)于不同穿著部位織物設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意防止大變形引起服裝的塑形變形。