纬编针织物双向拉伸性能探究

纬编针织物由于线圈结构，使其纱线间绑缚水平低，织物受外力作用时，纵、横向之间可以相互转移，构成变形过程中的复杂性、不确定性、多样性等特点。纬编针织物遇到的各种受力变形中，最基本而又重要的是双向拉伸变形，即拉伸同时在 2 个相互垂直方向上进行; 或者是织物只在 1 个方向进行拉伸，而在与拉伸成垂直的方向上迫使织物尺寸保持不变，单向拉伸可以认为是双向拉伸的特例。针织物的双向拉伸性与服装适应性关系密切，首先，不同用途的服装 对 拉 伸 变 形 的 要 求 不 同; 其 次，针 织物双向 拉 伸 性 能 影 响 服 装 对 人 体 的 适 形 性、可 动性［1］以及服装压等; 此 外，双向拉伸性能还与织物的耐久性、风格等有关。生产中，针织物的双向拉伸性能与织物 的 生 产、服 装 的 制 作 有 着 密 切 的 关 系。近年来，采用纬编织物作为骨架的复合材料因其诸多优势，越发引起人们对该类产品的力学性能设计的兴趣［2 － 4］。
针织物力学性能的研究始于 20 世纪，至今已有80 多年的历史，期间不少学者对纬编针织物的双向拉伸 性 能 进 行 了 研 究。 Hepworth［5］， Popper［6］，MacRory［7］等采用 力 学 分 析 的 方 法，选 取 典 型 的 结构，将线圈中的纱线分成几段，分析其受到的作用力和力偶，从而研究处于外力作用下织物的变形，应力和应变的关系等。Jong 等［8］ 在 1977 年首 先 将 能 量分析方法用于针织物。近年来出现的单元分析法比较典型的有文献［9 － 10］提出的六边形线圈模型和A Unit-Cell Approach( 单元细胞) 模型。但对于针织物双向拉伸性能实验的研究较少，主要集中在针对实验仪器的研究以及测试方法条件等的研究［11 － 12］。本文利用国产双向拉伸仪，对常见纬编针织物进行等速双向拉伸测试和分析，为今后相关的研究提供参考。

1 实验部分
1. 1 试 样
选取多块常规参数和典型原料生产的纬编织物。全部试样采用滚筒式洗衣机进行全松弛处理，并在滚筒式烘干机中以 60 ～ 70 ℃ 温度烘30 min，然后在标准温湿度条件下准备，之后进行测试，其参数如表 1 所示。为了便于研究，织物选取分为原料组、组织组、密度组和毛坯净坯对照组。
1. 2 仪器与条件
采用国产 X-Y 型材料双向 电 子 强 力 机［13］。该仪器具有 2 组十字交叉各自独立的波纹夹头，测试时，等 速 双 向 拉 伸，X 向、Y 向 拉 伸 速 度 均为100 mm /min。
X 向、Y 向初张力为1 N; X 向、Y 向夹持距离为100 mm; 试样尺寸为160 mm × 160 mm。测试时温度为20 ℃ ，湿度为 65% ，每 种 织 物 测试 5 次，取平均值。

2 结果与讨论
2. 1 原料对拉伸曲线的影响
相同织物组 织( 平 针 组 织) 的不同原料织物的拉伸曲线如图 1 所 示。图 中 1#、2#、3#、4#试 样 采 用的原料分别是苎麻纱、棉纱、涤纶纱与羊毛纱。从图中可以看出: 原料不同的平针组织，拉伸曲线不同，但非常类似，这说明平针织物的变形原理接近。这是因为形成针织物的每一单元线圈是由同根纱线组成，织物受到拉伸时，首先变形的是线圈结构，包括线圈柱段与弧段的转移、纱线沿拉伸方向的配置等，变形较为容易。在拉伸曲线上表现为: 初始阶段，较小应力的变化就会产生较大的变形量，初始摸量值较小; 之后变形速度随应力增大变缓; 到了最后阶段，织物变形主要由纱线提供，而不同原料的织物，由于组成织物的原料的拉伸性能不同，最终应力、应变值差异较大，如 苎 麻 表 现 出 较 小 的 断 裂 应 变; 涤纶织物断裂时，表现出比苎麻织物较大的应力和应变; 羊毛纱较粗，加上纱线本身变形较大，表现出较大的变形和应力值。
2. 2 组织对双向拉伸性能的影响
在形成织物的原料和纱支不变的情况下，得到平针、罗纹、双罗纹组织的织物，测试得到的应力 应变曲线如图 2 所示。
由曲线可见，相同原料，不同组织的织物拉伸性能不同。横向拉伸时，最终变形是罗纹 ＞ 棉毛 ＞ 平针。这是因为 1 + 1 罗纹组织存在着纵行覆盖的情况，横向拉伸时，首先隐藏的线圈被露出，之后线圈结构等开始变化，因此，罗纹组织表现出容易变形的特性，初始模量较小，最终变形较大; 而平针与双罗纹组织的初始模量类似，双罗纹组织比单面平针的断裂应力和断裂应变大; 相同变形时的应力大小依次是平针 ＞ 棉毛 ＞ 罗纹。纵向拉伸时，最终变形是罗纹 ＞ 棉毛 ＞ 平针，这是因为罗纹容易变形，而平针变 形 小。 最 终 断 裂 应 力 值 差 异 也 较 大，罗纹 ＞棉毛 ＞ 平针。由于是同种原料相等纱支，双面织物的断裂应力值大于单面的，相同变形时应力的大小依次是平针 ＞ 棉毛 ＞ 罗纹。
2. 3 密度对双向拉伸性能的影响
采用相同的原料( 棉纤维) 和组织( 平针组织) ，在相同的机器上编织不同密度的织物，得到的织物拉伸曲线如图 3 所示。
可看出，不同的织物密度对双向拉伸应力 应变曲线有一定的影响，特别是对横向拉伸曲线。如图3( a) 所示，随着织物密度的变化，横 向 拉 伸 曲 线 呈现出系列曲线，这一曲线系列除断裂应变相似外，断裂应力和初 始 模 量 都 与 密 度 紧 密 相 关。如 图 4( a)所示，随着线圈长度的增加，即织物密度减小，横向断裂应力和初试模量均随之减少。
从图 3( b) 可看出，密度对织物纵向拉伸性能的影响较横向小。密度变化时，织物纵向各拉伸曲线较为接近，除最终变形接近外，织物纵向断裂应力及初始模量随密度增加有一定增大，如图 4 ( b) 所示。这是因为线圈长度减少，则织物密度增加，使织物受拉的同时其受 力 根 数 增 加，则 最 终 应 力 增 加; 密 度的变化导致织物最初变形能力的不同，即初始模量随密度的提高而增大; 而同样变形条件下的应力随织物密度的增大而增大。因此在开发产品时，通过改变织物密度，可有效地调整纬编针织物的横向拉伸性能。
2. 4 染整对双向拉伸性能的影响
染整工序是成品坯布必须经过的最后工序，为了研究染整工序对纬编织物双向拉伸性能的影响，对棉平针织物采用常规的染整工艺处理( 活性染料染中性色和 深 性 色) ，得到处理前后织物拉伸应力与应变的曲线，如图 5 所示。
曲线中成组的试样 12#与 13#，14#与 15#分别是毛坯和对应净坯，由图 5 中曲线可看出，经过整理后的棉纬平织物的断裂应力增大，而变形减少。这是因为，经过染整处理，线圈长度减少，织物结构更为规整紧密，这样表现为织物尺寸稳定性提高，变形减少，强度提高。

3 结 论
纬编针织物的双向拉伸性能与织物的多种因素有关。
1) 平针组 织 的 织 物，形 成 织 物 的 原 料 变 化，其应力 应变 曲 线 非 常 类 似，说 明 平 针 织 物 变 形 机 制类似。
2) 采用同种原料生产的不同组织织物，其拉伸曲线不同。其中双罗纹组织比平针组织的断裂应力和变形都大，罗纹组织表现出容易变形的特性，特别是横向，其初始模量较小，最终变形较大。
3) 密度对织物的拉伸应力 应变曲线有一定影响，特别是对横向影响显著。
4) 染整工 序 使 织 物 的 应 力 增 加，伸 长 减 少，使织物结构更稳定。

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