基于浮長線分析組織變化與織物厚度的關(guān)系

黃錦波，李啟正，葛彩虹，范麗霞，張紅霞

(浙江理工大學(xué) a.材料與紡織學(xué)院;b.先進(jìn)紡織材料與制備技術(shù)教育部重點實驗室;c.雜志社，杭州310018)

在服用織物的生產(chǎn)織造過程中，厚度是重要指標(biāo)之一。它直接影響著織物的外觀、手感及保暖性能，同時也會造成某些織物物理機(jī)械性能的改變［1-2］。依據(jù)客戶對產(chǎn)品要求的不同，織造工藝有所差別，織物的厚度會發(fā)生變化。在實際生產(chǎn)過程中織物組織的變化同樣也會對厚度產(chǎn)生影響。合理調(diào)配經(jīng)緯密度及組織可以達(dá)到節(jié)約原料降低成本的目的，因此，本研究擬對組織結(jié)構(gòu)對織物厚度的影響展開探討。

織物厚度的影響因素很復(fù)雜［3］，很難做到系統(tǒng)的描述和預(yù)測，Peirce最早利用幾何學(xué)的方法對機(jī)織物結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述［4-5］。織物結(jié)構(gòu)即為織物中經(jīng)、緯紗線交織的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)。因其描述結(jié)構(gòu)模型對紗線的性能都有特殊的要求，難以應(yīng)用于實際織物厚度的測試。而后人們利用織物的結(jié)構(gòu)相對織物幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，這是近代比較常用的方法。但因其假設(shè)的紗線是不可壓縮與變形的圓柱體，同樣無法對織物的厚度做出合理的分析［6-7］。本研究避開了經(jīng)緯紗交織而造成的紗線形態(tài)的不可預(yù)測性，從織物交織點對浮長的控制著手，對單位面積內(nèi)織物組織交叉點數(shù)的不同而帶來的厚度變化進(jìn)行理論分析和探究。

1 試驗

1.1 試樣準(zhǔn)備

所選試樣皆是以98.4 dtex×2(60S/2)棉紗為經(jīng)紗，184.5 dtex(32S)咖啡色滌綸短纖紗為緯紗。織造機(jī)上經(jīng)密為 400根/10 cm，機(jī)上緯密為 320根/10 cm。試樣織造張力設(shè)定一致，制得了組織不同的4塊樣品。試樣組織結(jié)構(gòu)分別為平紋斜紋和五枚緞紋。

1.2 厚度測試

試樣均在溫度(20±2)℃、相對濕度(65±2)%的條件下進(jìn)行厚度和顯微鏡浮長測試。

織物厚度測試參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》進(jìn)行。試驗儀器選用YG(B)141D數(shù)字式織物厚度儀。測試時加壓壓力為1 kPa，加壓時間為10 s，通過多次測量獲得織物的厚度平均值。

1.3 紗線直徑與浮長測定

織物中經(jīng)緯紗線直徑與浮長測試試驗選用Leicam165c顯微鏡，采集在計算機(jī)上觀察到的一定放大倍數(shù)下的紗線圖像［8］，觀察試樣經(jīng)緯紗交織規(guī)律和經(jīng)緯紗直徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物厚度測試

厚度測試結(jié)果見表1。

表1 不同組織結(jié)構(gòu)的織物試樣Tab.1 Fabric samples with different weaves

在原料與加工工藝相同的情況下，織物的組織變化直接影響著織物的厚度。如表1所示，組織為平紋的織物厚度僅0.37 mm，而隨著織物交織點數(shù)的減少，織物的厚度也逐漸遞增。當(dāng)織物為五枚緞紋時，織物的厚度達(dá)到了0.47 mm。這是因為組織的變化，直接對單位面積內(nèi)織物的交織點數(shù)量產(chǎn)生了影響。平紋組織單位面積內(nèi)交織點個數(shù)最多，交織點個數(shù)多達(dá)320個/cm2，是緞紋組織的6倍多。織物中紗線浮長是交織點數(shù)和經(jīng)緯密的共同作用，由于設(shè)定的經(jīng)緯密參數(shù)一致，所以表1的浮長長度與經(jīng)緯向交織點數(shù)呈反比關(guān)系。文中浮長長度皆指織物中一個交織點同下一個交織點間的距離L，如圖1所示。

圖1 經(jīng)緯紗交織浮長示意Fig.1 Schematic diagram of weaving floating length of warp and weft yarns

為了進(jìn)一步分析交織點數(shù)與織物厚度的關(guān)系，試驗計算出4個試樣組織循環(huán)倍數(shù)的最小公倍數(shù)60×60的組織循環(huán)內(nèi)經(jīng)緯紗交織點次數(shù)，并與織物厚度作出關(guān)系曲線，如圖2所示。

圖2 60×60組織循環(huán)內(nèi)經(jīng)緯交織點數(shù)與厚度的關(guān)系Fig.2 Relationship between fabric interwoven points and thickness

從圖2可以看出，織物單位面積內(nèi)交織點的多少與織物的厚度大致呈反比趨勢，織物中的交織點數(shù)多，則織物厚度小，隨著交織點數(shù)量的減少，織物厚度增加。交織點的多少同織物經(jīng)緯紗的浮長有著直接的關(guān)系，為了觀察不同組織的浮長，在顯微鏡下觀察了試樣表面平面圖(圖3)。

從圖3可以發(fā)現(xiàn)，平紋織物交叉點數(shù)最多，紗線類似于波浪線在經(jīng)緯紗之間交錯，經(jīng)緯紗的浮長受到有效控制;斜紋次之，緞紋受到經(jīng)緯紗交錯控制最少。

圖3 顯微鏡下不同組織試樣Fig.3 Samples with different weaves under the microscope

從圖3的幾種基礎(chǔ)組織中紗線的屈曲狀態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，織物經(jīng)緯紗線交織過程中，紗線的幾何結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，這與紗線浮長受到有效控制的多少有關(guān)。平紋織物交叉點最多，交叉點間不受控或控制較小的浮長約為1個經(jīng)紗直徑的長度，其紗線的壓扁系數(shù)e(e=b/a)較小，其中b為交叉紗線變形后的短軸長，a為交叉紗線的長軸長。斜紋由于相連兩個交叉點之間浮長大于1，且交叉點的控制范圍沒有得到增強(qiáng)，所以紗線離交叉點較遠(yuǎn)的點壓扁系數(shù)較大，織物較厚。緞紋的浮長更長，交叉點控制能力對整個浮長進(jìn)一步減弱，所以緞紋織物相對于平紋和斜紋織物來說最厚。

在這種情況下，發(fā)現(xiàn)織物密度一定、織物的浮長達(dá)到一定程度時，經(jīng)緯紗受到交織點的控制幾乎為零。此時，織物的厚度將達(dá)到最大，約為經(jīng)緯紗直徑之和(d1+d2=0.498 mm，其中緯紗直徑 d1=0.323 mm;經(jīng)紗直徑 d2=0.175 mm)。此時，即使浮長增加，織物的厚度也不再變化。為此另外設(shè)計了八枚緞與十二枚緞進(jìn)行了驗證分析。

2.2 曲線擬合分析

針對經(jīng)紗與緯紗交織，不同組織產(chǎn)生的不等浮長線與厚度的測試結(jié)果，采用曲線擬合的方法分析浮長對織物厚度的影響。假設(shè)交織處經(jīng)緯紗直徑為一個單位長度1，則自變量x的一個交織點所控制的經(jīng)紗或緯紗到下一個交織點的紗線浮長則為2，同理可知平紋浮長橫跨點數(shù)為斜紋橫跨點數(shù)為3，斜紋橫跨點數(shù)為4，五枚緞紋橫跨點數(shù)為5，八枚緞紋橫跨點數(shù)為8，十二枚緞紋橫跨點數(shù)為12。曲線擬合如圖4所示，擬合方程如下式所示，其中R2=0.9914。

織物厚度為應(yīng)變量y。可以看出該曲線類似于S形態(tài)。在浮長線長度L小于等于5時，曲線近似于一條平直的斜線，此時厚度與浮長呈正比關(guān)系。當(dāng)織物浮長長度L大于8以后，織物厚度曲線趨于平緩，甚至不再變化。這是因為經(jīng)緯紗受交叉點影響較小，紗線壓扁系數(shù)較大，織物厚度趨于經(jīng)緯紗直徑之和，不再變化。

圖4 織物浮長與厚度關(guān)系Fig.4 Relationship between fabric floating length and thickness

3 結(jié)果與討論

織物的組織結(jié)構(gòu)與織物的厚度有著直接的影響。這是由于組織結(jié)構(gòu)造成的浮長線的長短不同，浮長線長時就會很難得到交織點的控制，紗線截面趨于圓形，橫跨于織物表層，因此織物較厚;浮長線短時，經(jīng)緯紗受到有效控制，紗線因交叉壓力而變得趨于扁平，織物厚度較小。在織物密度相同情況下，織物浮長受到有效控制時，織物厚度與浮長趨于正比關(guān)系。

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