間隔層結構參數對緯編間隔織物壓縮性能的影響

孫香玉,龍海如,*

(1.東華大學 紡織學院,上海 201620;2.東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室,上海 201620)

間隔織物是一種三維立體結構,其上下兩個相互獨立的表層織物由間隔紗連接而成;一般間隔織物的表層紗可采用滌綸或尼龍復絲,而間隔紗采用滌綸或尼龍單絲以獲得較好的支撐和連接作用[1]。針織間隔織物分為緯編和經編兩類,緯編間隔織物可在橫機和圓機上使用不同種類的纖維材料生產,且最先是在橫機上織造,這主要是因為它能夠進行單針選針,可橫移針床[2]。在橫機上生產的間隔織物厚度取決于兩針床間距離,通常厚度范圍在3～12 mm[3]。橫機編織技術最適合于成形織物和多層結構產品的織造,編織普通的全成形服裝[4]。長期以來軟泡沫材料以其經濟耐用、重量輕、手感柔軟豐滿、形態較穩定、回彈性好等特點,在床墊的襯墊材料中占據著重要而穩定的地位[5]。但隨著間隔織物的發展由于間隔織物的三維立體結構,它以良好的抗壓彈性、濕熱舒適性及在衛生環保方面的優勢在坐墊、床墊等應用領域受到了廣泛關注[6]。姚淵鋒等[7]比較了海綿織物座墊和經編間隔織物座墊的壓縮性能,得出了間隔織物不僅環保而且在壓縮性上優于海綿,更適合做汽車座墊;LIU Y等[8]從針織結構、間隔紗和線圈長度方面對緯編間隔織物的壓縮和透氣性能進行了系統研究;趙彤等[9]從間隔方式、間隔絲直徑和密度三方面分析了其對間隔織物的緩沖性能影響;黃薇等[10]對圓型緯編間隔織物的加工和壓縮性能進行了研究。本文設計了12種不同結構參數的緯編間隔織物,包括3種間隔絲集圈方式、2種間隔絲直徑和2種間隔絲密度,探討了間隔層結構與參數對緯編間隔織物的壓縮性能。

1 試驗部分

1.1 試樣制備

1.1.1 織物結構設計與原料配置

為了考察間隔層對間隔織物壓縮性能的影響,設計了圖1所示的6種不同間隔織物,其結構包括第1-4路編織的上下表面層,以及第5路(或5-6路,5-7路)編織的間隔層。上下表面層結構相同均為緯平針組織,原料采用4根16.6 tex(150 D)滌綸低彈絲;間隔層采用0.10、0.12 mm兩種不同直徑的滌綸單絲通過不同的集圈方式連接上下表面層,從而構成三維立體結構。滌綸單絲的規格與主要力學性能參數如表1所示。

圖1 6種間隔織物結構

表1 滌綸單絲的規格與主要力學性能參數

1.1.2 編織設備與工藝

12種緯編間隔織物均在國產龍星LXC-352SCV型機號E14電腦橫機上進行編織,上機工藝參數主要是調整度目值(即彎紗深度)和主羅拉牽拉速度。表面層度目值太大,表面線圈長度較大而對間隔絲的束縛會變弱,導致間隔絲整體傾斜;表面層度目值太小,會使織物出現破洞、撞針等問題。間隔層度目值太大,集圈松散易脫針,間隔絲會刺出表面層;度目值太小,集圈會緊繃斷裂甚至損傷織針。經過反復試織發現,表面層的度目值取85,間隔層的度目值取70較適宜;表面層、間隔層的主羅拉牽拉速度分為18、9。坯布下機后經過熱定型(溫度160℃,時間120 s)測試了其結構參數,結果如表2所示。(A-0.10代表織物間隔絲排列方式為A和單絲直徑為0.10 mm,其他編號類似)。圖2是用0.12 mm滌綸單絲編織的6種間隔織物的橫截面顯微照片。

表2 間隔織物結構參數

圖2 不同間隔絲排列方式的緯編間隔織物截面圖

1.2 測試方法

壓縮性能試驗參照標準FZ/T 01051.2-1998《紡織材料和紡織制品連續壓縮的測定》中的恒定變形法,所有織物剪裁為100 mm×100 mm試樣,測試儀器為Instron 5969電子萬能材料試驗儀,上下壓盤直徑均為150 mm,壓縮速度為5 mm/min;每種織物均壓縮至各織物初始厚度的80%即壓縮應變為80%,然后壓盤再卸載到初始位置,對每種間隔織物進行了5次試驗。壓縮性能測試數據平均值如表3所示,其中壓縮功指應力從0 kPa增加到最大的連續壓縮過程中應力對變形量的積分,在數值上等于應力-應變曲線下的面積所對應的功。壓縮回彈性是指在試樣受壓和回復過程中所產生的回復功對壓縮功的比值。

2 結果和分析

2.1 間隔絲集圈方式

選取間隔織物A-0.12、B-0.12、C-0.12分析間隔絲集圈方式對壓縮性能的影響,其壓縮應力-應變曲線如圖3所示。

由圖3中曲線并結合圖1可看出,集圈隔針距離越小,相同壓縮應變所需要的應力就越大,即具有較小集圈隔針距的試樣體現了更好的抗壓性能。這一方面因為集圈隔針距減少會使間隔絲與織物平面之間的夾角增大(參見圖2),間隔絲在厚度方向上的分力增大,間隔絲的支撐能力變好,抗壓能力增強;另一方面是因為單位面積上同時承受壓力的間隔絲越多(參見表2),織物能夠承載更大的壓力。因此A-0.12在3種織物中具有最大的抗壓能力。

表3 壓縮性能測試數據

圖3 0.12 mm間隔絲下3種間隔織物壓縮應力-應變曲線

間隔絲集圈方式對壓縮功和壓縮回彈性的影響如圖4、5所示。圖4表明除D-0.12、E-0.12、F-0.12試樣外,隨著間隔絲集圈隔針距的增加,壓縮功減小。從表2可知,除D-0.12、E-0.12、F-0.12試樣外,隨著間隔絲集圈隔針距增加,織物厚度也會隨之增加。從圖3可知,隨著間隔絲集圈隔針距增加,壓縮應力變小。而壓縮功與壓縮應力和形變有關,在壓縮應變均為80%時,織物越厚壓縮形變越大。壓縮功隨著間隔絲集圈隔針距的增加而減小的原因是壓縮應力減小的幅度大于織物厚度(壓縮形變)增加的幅度。當單絲直徑為0.12 mm時,E結構的壓縮功最大是因為在D、E、F三種結構中E結構厚度最小,但厚度與D、F結構的厚度相差較小;然而它的壓縮應力最大,且遠遠大于D、F結構的壓縮應力。從圖5可看出,除D-0.12、E-0.12、F-0.12試樣外,壓縮回彈性隨著間隔絲集圈隔針距的增加而減小。然而壓縮回彈性差距都較小,有可能是雖然集圈隔針距不同,但是間隔絲編織行數較少,所以差距不是很明顯。而D-0.12、E-0.12、F-0.12的壓縮回彈性先增加再減小,除了間隔絲集圈隔針距的影響外,0.12 mm間隔絲較高的模量也會起作用,致使壓縮回彈性的變化規律較復雜。

圖4 間隔絲集圈方式對壓縮功的影響

圖5 間隔絲集圈方式對壓縮回彈性的影響

2.2 間隔絲直徑

選擇間隔絲橫向跨越2個針距,一個完全組織織1行間隔絲的C結構來分析間隔絲直徑對壓縮性能的影響。C結構的壓縮應力-應變曲線如圖6所示。圖6曲線表明間隔絲直徑越大,織物能承受的壓力越小。一般來說當間隔織物承受壓力時,間隔絲起主要支撐作用,織物的抗壓強度取決于間隔絲的抗彎剛度。紗線的抗彎剛度越大,能承受的壓力就越大。從表1可知,0.12 mm間隔絲的模量明顯大于0.10 mm的模量,因此按照理論來說C-0.12織物的抗壓縮性能應較好。然而對于這6種結構織物表面紗為滌綸低彈絲,織物熱定型之后表面紗收縮較小,而0.12 mm間隔絲具有較高的抗彎剛度,所以織物表面層不能有效捆綁0.12 mm間隔絲,因此C-0.10的抗壓性能較好。間隔絲直徑對壓縮功和壓縮回彈性的影響如圖7、8所示。

圖6 C結構的壓縮應力-應變曲線

圖7 間隔絲直徑對壓縮功的影響

圖8 間隔絲直徑對壓縮回彈性的影響

從圖7、8可看出,隨著間隔絲直徑的增加,壓縮功和壓縮回彈性均減小。壓縮功減小是因為對于這六種結構,織物表面層對0.12 mm間隔絲的束縛力較弱,所以間隔絲直徑增加抗壓能力減小,壓縮功減小。

2.3 間隔絲密度

選取間隔結構C、F來分析間隔絲密度對織物壓縮行為的影響,本文的間隔絲密度是指單位厘米內的間隔絲含量。C結構間隔絲集圈隔針距為3,一個完全組織編織間隔絲1行;F結構的間隔絲集圈隔針距與C結構相同,但一個完全組織編織間隔絲3行。

從圖9可看出,F-0.12的抗壓性能優于C-0.12,這是因為F-0.12、C-0.12每平方厘米間隔絲根數分別為49、18,間隔絲密度越大其抗壓力越大。

圖9 不同間隔絲密度的壓縮應力-應變曲線

選擇間隔絲直徑為0.12 mm的間隔織物來探討間隔絲密度對織物壓縮性能的影響,如圖10、11所示。

圖10 間隔絲密度對壓縮功的影響

圖11 間隔絲密度對壓縮回彈性的影響

圖中 1、2分別代表間隔絲集圈方式相同,但間隔絲密度不同的織物。例如A、D結構代表同種集圈間隔方式(間隔絲集圈隔針距為1),但A結構一個完全組織編織1行間隔絲連接上下表面層,而D結構一個完全組織編織2行間隔絲。從圖10、11可看出,除A-0.12、D-0.12試樣外,隨著間隔絲密度的增大壓縮功增加,壓縮回彈性隨著間隔絲密度的減小而提高。

3 結論

(1)在緯編間隔織物編織中,表面層和間隔層的度目(彎紗深度)及主羅拉牽伸速度是織物能否正常編織的關鍵,要根據實際情況適當地調節這些工藝參數。

(2)對于表面紗為低彈滌綸絲的間隔織物,在一定范圍內間隔絲集圈隔針距及直徑的減小和間隔絲密度的增加可以使織物具有更好的抗壓能力;壓縮功和壓縮回彈性基本上隨著間隔絲集圈隔針距及間隔絲直徑的增加而降低,而間隔絲密度的增加大都使織物的壓縮功提高及壓縮回彈性降低。