織物組織結構對機織物力學性能的影響

R. B. Patil， R. Turukmane

MPSTME SVKM’S NMIMS大學 紡織功能中心(印度)

紡織材料的性能取決于其力學性能、拉伸張力及負載應用方法。力學性能是設計不同品質織物時需考慮的重要因素?？椢锏慕Y構和性能決定了產品的抗應力和后期的抗應變性能。為制備特定的機織產品，必須充分了解產品的力學性能?？椢飶姸群蜕扉L率是其力學性能的最佳表現，決定了織物的性能及其最終用途。本研究旨在通過比較平紋、斜紋和方平組織織物的力學性能，確定其最終應用。試驗測試了這3種不同類型織物的拉伸強度、撕裂強度、耐磨性及抗起球性。 測試用平紋、斜紋和方平組織織物如圖1所示。

a) 平紋

b) 斜紋

c) 方平

根據最終用途，可按要求對所織造的機織物進行分類?？椢锏奈锢?、力學和化學性能決定了其在受控條件下的表現。

1 試驗

1.1 材料

采用滌/棉混紡紗在噴氣無梭織機上織制平紋、斜紋和方平組織織物試樣。測試用試樣均在標準大氣中進行受控條件下的測試，以避免試驗參數變化的影響?？椢锏男阅苋缈蛊鹎蛐?、摩擦性能及強度等，是重要的織物品質參數，經后整理工藝，這些性能參數可能會發(fā)生改變。

1.2 織物規(guī)格

織物試樣的規(guī)格參數如下所述。

平紋織物：幅寬為152.4 cm，經、緯紗均為36.4 tex雙股線，經、緯密為252根/10 cm×118 根/10 cm；

斜紋織物：幅寬為152.4 cm，經、緯紗均為36.4 tex雙股線，經、緯密為252根/10 cm×110 根/10 cm；

方平織物：幅寬為152.4 cm，經、緯紗均為36.4 tex雙股線，經、緯密為252根/10 cm×220 根/10 cm。

1.3 試樣準備

制備好織物試樣后，將所有試樣放在相對濕度為65%，溫度為(20±2)℃的標準環(huán)境中預調濕，以進行后續(xù)的力學性能測試。所得織物試樣的面密度及抗起球性如表1所示。

表1 試樣的面密度及抗起球性

2 織物性能測試方法

2.1 拉伸測試

按照ISO 13934-1-1999測試織物的拉伸性能，并用拉伸法測定織物的最大強力。試驗采用Tinius Olsen型拉伸強度測試儀進行測試。試樣大小為50 mm×300 mm，在平紋、斜紋和方平組織織物的經紗方向和緯紗方向上各取5塊試樣。夾具距離設置為(75 ±1) mm，負載率(速度)為(300±10) mm/min，調整夾頭速度，使試樣在(20±3) s內斷裂。

2.2 撕裂測試

按照ISO 13937-1-2000測定織物的撕裂強度。使用的測試儀器為Elmendorf落錘儀(德國)。試樣尺寸為10.16 cm(4 in)×7.62 cm (3 in)，面積約為77 cm2。在平紋、斜紋和方平組織織物的經紗方向和緯紗方向上各取3塊試樣。

2.3 耐磨性

磨損屬于纖維、紗線和織物的物理破壞，是由織物表面與另一表面摩擦導致的。紡織材料在穿著、清潔或洗滌過程中會產生摩擦，這可能會使織物變形，導致纖維或紗線被拉出織物或在織物表面露出纖維末端。磨損導致的最終結果是織物特定性能的喪失，如織物的強度和外觀，而這與材料的使用性能直接相關。

試驗使用馬丁代爾磨損測試儀(SDL Atlas公司， 英國)，試樣尺寸為38 mm × 140 mm。在平紋、斜紋和方平組織織物的經紗方向和緯紗方向上各取3塊試樣。

3 結果與討論

3.1 拉伸斷裂強力和斷裂伸長率

拉伸應力-應變性能測試是最常見的織物力學性能測試。它可用于確定織物在軸向拉伸載荷下的性能，包括斷裂強力和斷裂伸長率。拉伸強度測試的原理非常簡單，即將測試試樣兩端固定并拉伸直至其斷裂。

通常拉伸性能的測量結果是隨機的，且測量結果取決于試樣的幾何形狀、纖維類型及其在織物結構中的排列。紗線或織物的拉伸強度定義為在承受單軸拉伸載荷作用時其不被拉伸至斷裂而承受的最大載荷。機織物的拉伸強度與非織造布和針織物相比相對較高，這使其在許多應用中具有優(yōu)越性。圖2和圖3分別對比了平紋、斜紋和方平3種不同組織織物的拉伸斷裂強力和斷裂伸長率。

圖2 3種織物的經、緯向拉伸斷裂強力對比

圖3 3種織物的經、緯向拉伸斷裂伸長率對比

由圖2和圖3可知，總體而言，織物的經向拉伸強力高于緯向。平紋織物的經、緯紗交織次數多，拉伸斷裂強力較高。與其他組織結構類型的織物相比，平紋的交織點數多，因此具有更高的經向強度。

3.2 撕裂強度

撕裂強度是織物抵抗撕裂或自撕裂開始擴展時所需的力。織物的撕裂可能發(fā)生在多種產品使用場合中，并涉及疲勞和磨損過程，以及施加力時裂口的不斷增長。撕裂強力指啟動撕裂所需的力。對用于軍服、帳篷、帆、傘和吊床等領域的機織物，通常需進行撕裂強度的測試。

撕裂強度也可用于評估涂層織物的脆性和適用性。3種組織結構織物的撕裂強力測試結果如圖4所示。由圖4可知，在平紋、斜紋和方平3種組織結構織物中，平紋織物的撕裂強力較小，經向撕裂強力僅為34.93 N，斜紋和方平組織織物的撕裂強力較高，經向撕裂強力分別為139.44 N和142.38 N。

圖4 3種織物的經、緯向撕裂強力對比

3.3 耐磨性測試

摩擦僅屬于磨損的一個方面，是指織物組分中纖維之間及紗線之間的摩擦損耗。這種磨損為一種平面摩損，常通過多次旋轉磨損引起紗線的斷裂來測試。紗線耐斷裂是其測試的主要指標，通過測試可觀察到何種組織結構織物更耐磨損，何種組織結構織物的磨損性能較差。測試結果表明，經50 000次摩擦，平紋、斜紋和方平組織織物的紗線都未斷裂，表明3種織物的耐磨性均較好。

4 結語

本文重點研究了平紋、斜紋和方平3種組織織物的力學性能，包括拉伸性能、撕裂性能、耐磨性及抗起球性。研究結果表明，織物的組織結構和織物參數(紗線排列密度、紗線線密度及幅寬)決定了織物的力學性能。

根據織物的普遍規(guī)律，交織點數越多，其拉伸斷裂強力越大。因此，平紋織物表現出比斜紋織物和方平織物更高的拉伸斷裂強力，但其撕裂強力、斷裂伸長率及耐磨性則相對較差。