織物基本力學(xué)性能測(cè)試方法的對(duì)比分析

張金秋，韓玉潔，趙 藏，王青玥，趙鳳鑫

(1.山東普惠招標(biāo)有限公司，山東 淄博 255000；2.天紡標(biāo)檢測(cè)認(rèn)證股份有限公司，天津 300193)

紡織品在日常使用過程中，存在著多種損壞形式，如拉伸、壓縮、彎曲與摩擦等機(jī)械外力作用而導(dǎo)致的斷裂、撕破和頂破等，因此紡織品的基本力學(xué)性能既影響了產(chǎn)品的耐用性能，也是紡織品質(zhì)量評(píng)定的主要內(nèi)容。

1 斷裂強(qiáng)力

織物被拉伸斷裂或破裂時(shí)所能承受的最大外力即為織物的斷裂強(qiáng)力。

1.1 破壞機(jī)理

當(dāng)織物受所施加外力拉伸時(shí)，受拉織物中紗線由彎曲逐漸被拉直，同時(shí)開始迫使非受拉紗線承受力的作用，受拉紗線逐漸變細(xì)，織物隨之變薄，橫向的非受拉紗線在切向滑動(dòng)阻力的作用下，兩側(cè)紗線逐步向內(nèi)凹進(jìn)，織物呈現(xiàn)“束腰形”，最終紗線逐根斷裂，織物解體[1]?？椢锢鞌嗔堰^程示意圖見圖1。

圖1 織物拉伸斷裂示意圖

1.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

目前考核織物斷裂強(qiáng)力的測(cè)試方法有條樣法和抓樣法，其中條樣法又分為扯邊紗條樣法和剪切條樣法[2]。一般可拆邊紗的織物采用扯邊紗條樣法，縮絨、毛氈、非織造布、涂層等不易扯邊紗的織物采用剪切條樣法。對(duì)應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)分別是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(條樣法)》和GB/T 3923.2-2013《紡織品 織物拉伸性能 第2部分：斷裂強(qiáng)力的測(cè)定(抓樣法)》。

兩種測(cè)試方法均適用于機(jī)織物，其他織物可參照?qǐng)?zhí)行，但通常不適用于彈性織物、土工布、玻璃纖維織物以及碳纖維和聚烯烴扁絲織物。兩種測(cè)試方法均采用等速伸長(zhǎng)儀進(jìn)行測(cè)試，可測(cè)試織物濕態(tài)和干態(tài)下的斷裂強(qiáng)力。條樣法的測(cè)試原理是以恒定伸長(zhǎng)速度拉伸規(guī)定尺寸的織物試樣，直至其斷脫[3]。抓樣法的測(cè)試原理是使用規(guī)定尺寸的夾持器夾持試樣的中央部位，以恒定的速度拉伸試樣直至其斷脫[4]。

兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別在于測(cè)試時(shí)儀器的隔距、試樣尺寸及拉伸速度，見表1。測(cè)試過程中，條樣法是試樣整個(gè)寬度被夾持器夾持拉伸，抓樣法是試樣寬度方向的中央部位被夾持器夾持拉伸。與抓樣法相比，扯邊條樣法所得結(jié)果的不勻率較小且節(jié)約測(cè)試材料，但抓樣法的織物試樣更易準(zhǔn)備，且其試驗(yàn)測(cè)試過程更趨近于實(shí)際使用過程[2]。

表1 GB/T 3923.1-2013與GB/T 3923.2-2013區(qū)別

2 撕破強(qiáng)力

織物在實(shí)際穿著時(shí)，某些部位會(huì)突然承受集中負(fù)荷，例如某些部位突然被利物勾住或人體下蹲時(shí)褲子臀部、襠部突然受到外力作用等，紗線會(huì)逐根受到最大負(fù)荷，繼而產(chǎn)生斷裂或裂縫[2]。

2.1 破壞機(jī)理

織物撕破過程中會(huì)形成受力三角區(qū)，織物的撕破強(qiáng)力與其紗線單紗強(qiáng)力正相關(guān)，并且紗線的斷裂伸長(zhǎng)率越大，受力三角形愈大，同時(shí)受力紗線數(shù)量越多，因而其撕破強(qiáng)力也會(huì)變大[2]。

2.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

各種織物在不同場(chǎng)景的使用過程中，存在著多種撕裂破壞形式。目前關(guān)于織物撕破強(qiáng)力的測(cè)試方法主要有沖擊擺錘法(GB/T 3917.1)、褲形試樣(單縫)法(GB/T 3917.2)、梯形試樣法(GB/T 3917.3)、舌形試樣(雙縫)法(GB/T 3917.4)和翼形試樣(單縫)法(GB/T 3917.5)，其中前三種是國(guó)內(nèi)常用的測(cè)試方法。

沖擊擺錘法和褲形試樣(單縫)法主要適用于機(jī)織物，其他如非織造物等也可參照?qǐng)?zhí)行這兩種測(cè)試方法，但不適用于針織物、機(jī)織彈性織物、可能產(chǎn)生撕裂轉(zhuǎn)移的稀疏織物以及具有較高各向異性的織物；梯形試樣法主要適用于各種機(jī)織物和非織造布。沖擊擺錘法的原理是利用重錘被釋放過程中自身所貯存的能量，將織物試樣沿切口方向撕裂，再將撕破一定長(zhǎng)度織物需要做的功換算成撕破力[5]。褲形試樣(單縫)法的原理是沿夾持褲型試樣的切口方向進(jìn)行拉伸，記錄撕裂到規(guī)定長(zhǎng)度時(shí)的撕破強(qiáng)力，由所繪制曲線的峰值計(jì)算出撕破強(qiáng)力[6]。梯形法是利用強(qiáng)力試驗(yàn)儀沿試樣上梯形形狀的一對(duì)不平行邊進(jìn)行拉伸，令撕破沿試樣織物的寬度方向傳播，測(cè)量平均最大撕破力[7]。

上述三種測(cè)試方法原理不同，所形成的三角區(qū)有明顯差異，所得結(jié)果無可比性。沖擊擺錘法一般更適用于撕破強(qiáng)力較大的斜紋織物，如牛仔面料等；褲形試樣(單縫)法一般更適用于各種機(jī)織物(純棉印染布、精梳毛織品)和撕裂方向規(guī)則的非織造布等；梯形法一般更適用于燈芯絨面料等機(jī)織物和某些輕薄非織造織布[2]。

3 頂破強(qiáng)力/脹破強(qiáng)力

織物在一定的垂直于平面的負(fù)荷作用下，出現(xiàn)頂起或鼓起擴(kuò)張而破裂的現(xiàn)象，此時(shí)的作用力稱為頂破強(qiáng)力或脹破強(qiáng)力。頂破試驗(yàn)與服裝在人體肘部、膝蓋等處受力情況相似，能夠模擬穿著時(shí)的真實(shí)情況。頂破試驗(yàn)可以描繪織物多向強(qiáng)伸特征，尤其適合針織物、三向織物、非織造布及降落傘用面料等。目前我國(guó)已把頂破性能作為考核部分針織物內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)。

3.1 破壞機(jī)理

織物在頂力的作用下各向伸長(zhǎng)，沿著經(jīng)緯兩個(gè)方向張力復(fù)合的剪應(yīng)力首先在織物變形最大、強(qiáng)力最弱的一點(diǎn)，迫使紗線斷裂，然后沿經(jīng)向或緯向撕裂，呈現(xiàn)直角或者直線形的破口[2]。

3.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1頂破強(qiáng)力

頂破強(qiáng)力測(cè)定主要采用鋼球法(GB/T 19976-2006)，可測(cè)試織物干態(tài)和濕態(tài)下的頂破強(qiáng)力。測(cè)試原理是將圓球性頂桿恒速垂直頂向固定在圓環(huán)試樣夾內(nèi)的織物，迫使織物變形直至破裂，此時(shí)測(cè)得的力即頂破強(qiáng)力[8]。

3.2.2脹破強(qiáng)力

測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 7742.1-2015(液壓法)和GB/T 7742.2-2015(氣壓法)。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均適用于針織物、機(jī)織物、非織造布和層壓織物，也適用于由其他工藝制造的各種織物。

液壓法測(cè)試原理：將試樣夾持在可延伸的膜片上，在膜片下方施加液體壓力，迫使膜片和試樣膨脹，以恒定速度增加液體體積，直到試樣脹裂，測(cè)得脹破強(qiáng)力[9]。氣壓法測(cè)試原理與液壓法基本相同，只是在膜片下面施加壓縮氣體，迫使膜片和試樣膨脹。

對(duì)于上述兩種脹破強(qiáng)力測(cè)試方法，一般當(dāng)壓力不超過800 kPa時(shí)，采用液壓和氣壓兩種脹破儀器得到的脹破強(qiáng)力結(jié)果沒有明顯差異，這個(gè)壓力范圍涵蓋了大多數(shù)普通服裝的性能水平。對(duì)于脹破壓力較高的特殊紡織品，液壓法更為適用。

4 接縫性能

服裝一般由多片面料拼接而成，片狀面料之間相互結(jié)合的位置稱為接縫，接縫質(zhì)量對(duì)織物的質(zhì)量及服用性能產(chǎn)生直接影響，接縫處紗線強(qiáng)力及紗線滑移性會(huì)嚴(yán)重影響紡織服裝面料的適用性，因此接縫性能是衡量接縫質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。針織物主要考核接縫強(qiáng)力；機(jī)織物考核接縫強(qiáng)力和接縫處紗線的抗滑移(紕裂程度)。

4.1 接縫強(qiáng)力

針織物與機(jī)織物由于編織方法不同，致使織物在組織結(jié)構(gòu)、服用性能和風(fēng)格方面差別很大，其接縫強(qiáng)力的測(cè)試方法也不同。

4.1.1針織物和彈性織物

針織物和彈性織物的接縫強(qiáng)力采用FZ/T 01030-2016(頂破法)和FZ/T 01031-2016(抓樣法)兩種方法，前者適用于針織物和彈性織物的直線接縫，不適用于較大彎曲的接縫，后者適用于針織物和彈性織物。

(1)頂破法

頂破法的測(cè)試原理是使用一個(gè)球面體向被圓環(huán)夾持器夾持且接縫在夾持器圓心的試樣施加垂直的壓力，直至試樣破裂[10]。測(cè)試方法包括彈子頂破法和膜片頂破法，試驗(yàn)參數(shù)見表2。

表2 FZ/T 01030-2016試驗(yàn)參數(shù)

(2)抓樣法

抓樣法的測(cè)試原理是沿試樣接縫的水平方向或垂直方向施加恒定速率的拉伸力，直至試樣斷裂，包括平行拉伸法和垂直拉伸法[11]。

采用頂破法能夠真實(shí)體現(xiàn)人體的突出點(diǎn)對(duì)接縫造成的影響，抓樣法反映的是垂直于接縫的斷裂強(qiáng)力或平行于接縫的斷裂強(qiáng)力。與抓樣法相比，頂破法能夠有效地避免試樣從鉗口處破壞的現(xiàn)象，測(cè)試效率相比等速拉伸法要高，所需試樣尺寸更小，可節(jié)省測(cè)試面料，但頂破法測(cè)試對(duì)試驗(yàn)人員操作水平要求較高，測(cè)試時(shí)要保證力作用在接縫處，避免發(fā)生滑脫而影響試驗(yàn)結(jié)果。在采用頂破法測(cè)試針織物的接縫強(qiáng)力時(shí)，彈子頂破法能夠直接得到試驗(yàn)結(jié)果，測(cè)試效率較高。

4.1.2機(jī)織物

機(jī)織物的接縫強(qiáng)力依據(jù)GB/T 13773.1—2008(條樣法)和GB/T 13773.2—2008(抓樣法)進(jìn)行測(cè)試。這兩種測(cè)試方法均適用于機(jī)織物的直線接縫，不適用于彈性機(jī)織物、土工合成材料、非織造布、涂層織物、玻璃纖維織物以及碳纖維和聚烯烴扁絲生產(chǎn)的織物，兩種測(cè)試方法的主要試驗(yàn)參數(shù)見表3。

表3 GB/T 13773.1-2008和GB/T 13773.2-2008主要試驗(yàn)參數(shù)

4.2 接縫處紗線的抗滑移(紕裂程度)

當(dāng)接縫處的紗線受到拉伸、摩擦作用時(shí)會(huì)發(fā)生滑移，即機(jī)織物中的經(jīng)(緯)紗在緯(經(jīng))紗上產(chǎn)生移動(dòng)，并且滑移存在不可逆性，紗線的滑移量即為縫子紕裂程度，主要用于衡量機(jī)織物的接縫性能。機(jī)織物抵抗產(chǎn)生滑移破壞的能力稱為抗滑移，其對(duì)織物的服用性能會(huì)產(chǎn)生直接影響。

機(jī)織物接縫處抗滑移的測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 13772《紡織品 機(jī)織物接縫處紗線抗滑移的測(cè)定》的4個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，第1部分：定滑移量法、第2部分：定負(fù)荷法、第3部分：針夾法和第4部分：摩擦法。檢測(cè)中常用定負(fù)荷法，其測(cè)試原理是把試樣剪成矩形，再將試樣折疊后沿寬度方向進(jìn)行縫合，縫合后沿折痕開剪，對(duì)垂直于接縫方向的試樣施以拉伸負(fù)荷，測(cè)定其在施加規(guī)定負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生的滑移量。該方法適用于所有的服裝、裝飾用以及彈性機(jī)織物(包括彈力紗的織物)，不適用于織帶類等產(chǎn)業(yè)用紡織品。

5 測(cè)試中應(yīng)注意的問題

5.1 調(diào)濕和試驗(yàn)大氣環(huán)境

織物強(qiáng)力主要受纖維強(qiáng)力的影響。試驗(yàn)環(huán)境溫濕度將會(huì)影響到纖維的溫度和回潮率，進(jìn)而影響到纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和拉伸性能。在纖維回潮率一定時(shí)，溫度升高，纖維內(nèi)部大分子熱運(yùn)動(dòng)將加劇，大分子柔曲性提高，分子間結(jié)合力便被削弱，造成單纖維強(qiáng)力下降；在溫度不變的條件下，相對(duì)濕度越大，纖維分子間結(jié)合力減弱，結(jié)晶區(qū)松散，造成纖維強(qiáng)度降低。因此試驗(yàn)中要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)大氣下進(jìn)行調(diào)濕和試驗(yàn)。

5.2 試驗(yàn)儀器

儀器的靈敏度和穩(wěn)定性會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定影響，測(cè)試過程中需要對(duì)織物施加預(yù)加張力。當(dāng)儀器靈敏度低時(shí)，會(huì)使預(yù)加張力不準(zhǔn)確，若織物強(qiáng)力較小時(shí)將會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響；當(dāng)織物強(qiáng)力較大時(shí)，儀器的不穩(wěn)定性會(huì)造成測(cè)試結(jié)果的CV值較大，影響到試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。此外儀器夾鉗的位置及夾鉗面的狀態(tài)也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成一定影響，若兩夾鉗不在同一平面、夾鉗握持打滑或夾鉗面不平整，會(huì)造成試樣在夾鉗附近斷裂，從而影響到試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性。

5.3 預(yù)加張力

織物強(qiáng)力的測(cè)試中大多需要施加預(yù)加張力，預(yù)加張力的目的是使織物伸直但不會(huì)伸長(zhǎng)，預(yù)加張力過大會(huì)導(dǎo)致纖維損傷，進(jìn)而影響織物強(qiáng)力；預(yù)加張力過小會(huì)造成纖維未充分伸直，從而影響最終試驗(yàn)結(jié)果。

5.4 取樣細(xì)節(jié)

取樣要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所取樣品應(yīng)具有代表性，須避開褶痕、褶皺和布邊等，不得存在影響試驗(yàn)結(jié)果的疵點(diǎn)。

5.5 試驗(yàn)人員的操作

樣品的制備過程要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，操作時(shí)保持雙手干燥和干凈，避免手上的汗液影響試驗(yàn)結(jié)果。

6 結(jié)語

本文對(duì)織物基本力學(xué)性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比分析總結(jié)，并指出相關(guān)測(cè)試方法的適用范圍，測(cè)試時(shí)試驗(yàn)環(huán)境、儀器、預(yù)加張力、取樣細(xì)節(jié)、規(guī)范操作對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，以期提高實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試精確程度，指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)有效改善產(chǎn)品質(zhì)量。