機織松緊帶彈性回復率模型研究

(東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海，201620)

機織松緊帶是由滌綸長絲和乳膠絲包覆紗交織而成的彈性織物，它用途廣泛，是縫制游泳衣褲、內褲、運動褲、玩具以及體育護身和醫療繃扎、工業及家居用品等的必要輔料，國內外市場對各類配套松緊帶產品的需求量較大[1]。例如，減肥衣的四肢、腰部、領口的開口處均采用松緊帶束扣在人體上，為了能滿足人們對減肥衣穿著舒適、緊身和保形性好的要求，要求松緊帶具有優良的彈性回復性；運動眼鏡、軍用眼鏡、激光防護眼鏡、滑雪鏡及摩托車風鏡等的鏡腿用松緊帶則要求彈性相當持久耐用，彈性回復性好，在運動過程中不會脫落，耐用性強，適合于各種極限運動。此外，沙發帶、汽車用安全帶等都對所用松緊帶的彈性有一定要求。但是關于松緊帶的理論研究，特別是有關其彈性回復率的研究很少。本文以普通機織松緊帶為研究對象，試圖建立其彈性回復率模型[2]。

1 機織松緊帶彈性回復率模型

假設機織松緊帶的彈性回復率ρ只與經紗彈性回復率有關，與緯紗無關，即與構成織物組織結構的兩組經紗——乳膠絲包覆紗的彈性回復率ρ1和滌綸長絲的彈性回復率ρ2有關，則機織松緊帶的彈性回復率可表示為：

(1)

式中：k——修正系數；

m——松緊帶中乳膠絲包覆紗經紗根數；

n——松緊帶中滌綸長絲經紗根數。

模擬人體穿著松緊帶的規律，對滌綸長絲和乳膠絲包覆紗進行定伸長拉伸試驗，求得同類性能、不同直徑d1的乳膠絲包覆紗的彈性回復率ρ1和同類性能、不同直徑d2的滌綸長絲的彈性回復率ρ2。通過擬合d1與ρ1、d2與ρ2的關系曲線可得：

(2)

(3)

式中，a1、b1、c1、a2、b2、c2為常數。

將式(2)和式(3)代入式(1)得：

(4)

式(4)即為機織松緊帶彈性回復率的計算式。

以下將確定有關參數并進行實際修正。

2 乳膠絲包覆紗彈性回復率的確定

參照FZ/T 50007—1994《氨綸絲彈性試驗方法》[3]，在XN-1A型氨綸強伸度彈性測試儀上測試乳膠絲包覆紗的彈性回復率。采用循環定伸長彈性測試方法，循環拉伸5次，前4次拉伸循環中沒有停頓，第5次循環拉伸至300%伸長率時停頓30 s，回到原位后再停30 s，然后進行拉伸。根據式(5)計算其彈性回復率，共測3次，取其平均值。

(5)

式中：L0——試樣初始長度，mm；

L1——試樣拉伸至定伸長的長度，mm；

L2——試樣最后一次加載拉伸至預張力時的長度，mm。

不同直徑乳膠絲包覆紗的彈性回復率見表1。

表1 不同直徑乳膠絲包覆紗的彈性回復率

乳膠絲包覆紗的號數是指在25.4 mm內能并排排列的膠絲根數。圓形膠絲的號數可用25.4除以膠絲的直徑而得。

為了建立表1中直徑與彈性回復率之間的關系式，以乳膠絲包覆紗直徑d1為自變量，彈性回復率ρ1為因變量，擬合表1中的樣本點，所得結果如圖1所示。

圖1 乳膠絲包覆紗直徑與彈性回復率的關系

擬合得到乳膠絲包覆紗直徑與彈性回復率的關系如下：

(6)

3 滌綸長絲彈性回復率的確定

本試驗所用滌綸長絲均為33.3 tex。松緊帶在初始拉伸階段，彈性主要由乳膠絲包覆紗貢獻[5]，滌綸長絲的伸長很小。所以人為設定取定伸長2%狀態下測得的滌綸長絲彈性回復率97%作為ρ2。

4 機織松緊帶彈性回復率的確定

4.1 機織松緊帶的組織結構

機織松緊帶的組織結構圖如圖2所示。

圖2 機織松緊帶的組織結構圖

圖2中經紗1、2和緯紗均為33.3 tex滌綸長絲，3為乳膠絲包覆紗經紗。緯紗每次引入2根滌綸長絲，經紗為單根紗線。經紗配量都是按照2根滌綸長絲配置1根乳膠絲包覆紗，每個松緊帶的經紗根數為滌綸長絲84根、乳膠絲包覆紗43根，乳膠絲包覆紗號數分別為32、37、42、52、63號。

4.2 機織松緊帶理論彈性回復率的確定

表2 機織松緊帶的理論彈性回復率

4.3 機織松緊帶實際彈性回復率的確定

本試驗采用定伸長拉伸法來測定松緊帶的彈性回復率[4]。按照FZ/T 60021—2010標準，定伸長50%，反復拉伸5次，根據式(7)計算其彈性回復率，共測3次，取其平均值。

(7)

式中：L0——隔距長度，mm；

L1——試樣拉伸至定伸長的長度，mm；

L2——試樣回復至零位停置3 min再施加預張力后的長度，mm。

機織松緊帶的實測彈性回復率ρ00如表3所示。

表3 機織松緊帶的實測彈性回復率

4.4 修正系數k值的確定

根據以上結果，計算出實際修正系數k值，即：

(8)

式中：ρ00——實測彈性回復率；

ρ0——理論彈性回復率。

k值的計算結果如表4所示。

表4 實際修正系數k值

為了擴大模型的代表性和適用范圍，求得5個不同直徑修正系數的平均值k=3.04。

通過式(9)計算偏差百分率w(%)來驗證這種人為修定的有效性。當w≤5.0%時，即認為模型可以用于實際預測；反之，則要重新對k取值。

(9)

式中：ρk——采用修正k值后，重新計算的理論彈性回復率,%；

ρ00——實測彈性回復率,%。

計算彈性回復率的偏差百分率w(%)，如表5所示。

表5 彈性回復率的偏差百分率

由表5可見，w≤5.0%，即認為彈性回復率的模型可以用于實際預測。

機織松緊帶彈性回復率的修正公式為：

(0.40≤d1≤0.79)

5 結語

[1] 奚志根.松緊帶生產新技術及其效益[J].上海紡織科技,1984,12(6):19-23.

[2] 李星. 粘扣帶剝離強度力學模型研究[J]. 產業用紡織品,2011,29(10):19-22.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局,中國國家標準化管理委員會.FZ/T 50007—1994氨綸絲彈性試驗方法[S].北京:中國標準出版社,1994.

[4] 中國紡織工業協會.FZ/T 60021—2010織帶產品物理機械性能試驗方法[S].北京:中國標準出版社,2010.

[5] 張旭棠.DOWXLA彈性針織物的加工及性能測試與分析[D] .蘇州:蘇州大學,2010.