針織物拉伸變形與回復性研究

王建國

(上海子瑞佳紡織品有限公司，上海 200235)

隨著社會的發展，人們對針織服裝的要求不僅局限于外觀美、穿著舒適，耐穿性也逐漸成為人們購物的選擇因素。但是由于針織物自身的線圈結構特點，使得其在長期使用過程中受到外力作用下，會發生拉伸變形[1-3]，不僅影響外形美觀程度，而且降低了使用壽命。針織物的拉伸性能是影響其服用性能的重要因素，其中穿著時最常見的磨損情況即單向拉伸，因此，研究針織物的拉伸變形與回復性能，是提高服裝質量的基礎，也是本文主要的研究目的。目前有關針織物的單向拉伸研究大多是土工類型和高性能復合材料，而針對服裝面料類的研究比較少見。

針織物的拉伸試驗分經編或緯編織物單獨進行研究。緯編織物的研究中，胡海霞[4]選擇了H-10K-L型臺式雙立柱電子萬能材料試驗機分別對3種不同的緯編針織物進行了拉伸性能的研究，發現可以使用拋物線方程來描述緯編針織物布邊收縮性的變化，針織物組織和原料會較大地影響針織物的布邊收縮性。李紅霞等[5]使用Stoll公司電腦橫機和高性能生態環保亞麻纖維編織小樣進行了研究，發現其經緯向強力均勻并且斷裂強力較大，拉伸變形能力較好，在環保新材料領域具有一定潛力。孫麗華等[6]對緯編復合材料進行了拉伸試驗并利用相機記錄了織物細微的結構變化，經過分析得出熱塑性緯編復合材料在拉伸性能的各向異性尤為突出，且采用了平紋結構復合材料的變形性能要弱于采用羅紋結構的復合材料。T.B. BINI, S. RAMAKRISHNA[7]通過研究測得針織復合物的拉伸性能和彈性模量在0°最大，90°最小，適用于單層或多層復合材料，且測試得出了針織物的拉伸性能會隨著線圈數量的增多而達到一個穩定值，當內部線圈不發生滑移和扭曲時，拉伸性能會達到最大值。

在眾多針織物中，緯編平紋針織面料的應用面很廣，但其保型效果最差，較容易產生卷邊和脫散現象，并且在拉伸變形后較難恢復，嚴重影響了衣物的外形美觀和內在質量[8]。通過模擬生活中的實際情形，利用單向拉伸測試儀對不同原料的緯平針織物進行了拉伸與回復性的研究，比較不同種類針織物的變形程度，從而總結出適用于實際生產及質量控制要求的針織物。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

采用3種緯平針織物，3種織物均含有5%的氨綸，其中B織物與C織物的克重、縱橫密相近，A織物與C織物的厚度相似。針對試驗所采用的緯平針織物進行參數測定，具體數據見表1。

試驗儀器為YG065H型電子織物拉伸儀。

1.2 測試方法

試驗之前，將所準備好的試樣放在恒溫恒濕的實驗室中靜置24 h，對試樣進行調濕。按照國標要求，實驗室的溫度應為20±2 ℃，相對濕度為65%±2%[9]。

表1 緯編針織物參數

1.2.1織物拉伸斷裂測試

根據國標FZ/T 70006-2004《針織物拉伸彈性回復率試驗方法》[10]，測試儀器是YG065H型電子織物拉伸儀，拉伸速度為100 mm/min，夾具之間的有效長度為100 mm，試樣的尺寸為20 cm×5 cm，如圖1所示，預加張力2 N，經、緯向各測得5個有效數據。

1.2.2定伸長單向拉伸測試

根據國標FZ/T 70006-2004《針織物拉伸彈性回復率試驗方法》[10]，利用YG065H型電子織物拉伸儀以100 mm/min的拉伸速度，夾具之間的有效長度為100 mm，預加張力1 N，將針織物沿縱向或者橫向拉伸60、80 mm，停置15 s后拉伸儀以原速返回，再停置30 s，反復拉伸3次，當針織物處于外力釋放狀態時記錄其在拉伸方向所產生的尺寸變化[3]。試樣的尺寸為20 cm×5 cm，經、緯向各測得5個有效數據。

圖1 單向拉伸試樣規格示意圖

1.2.3定負荷單向拉伸測試

根據國標FZ/T 70006-2004《針織物拉伸彈性回復率試驗方法》[10]，利用YG065H型電子織物拉伸儀以100 mm/min的拉伸速度，夾具之間的有效長度為100 mm，預加張力1 N，25 N為定負荷力值，將針織物沿經向或者緯向拉伸，拉伸停置15 s，返回停置30 s，反復拉伸3次，當針織物處于外力釋放的狀態時記錄其在拉伸方向所產生的尺寸變化[11]。試樣的尺寸為20 cm×5 cm，經、緯向各測得5個有效數據。

2 結果與討論

2.1 織物拉伸斷裂測試與結果分析

(a)3種織物經向/緯向拉伸的強力-伸長曲線圖

(b)3種織物經向拉伸的斷裂強力值和斷裂伸長

(c)3種織物緯向拉伸的斷裂強力值和斷裂伸長圖2 3種織物拉伸斷裂測試結果

3種織物拉伸斷裂測試結果分析見圖2，由圖2(a)所示，3種織物的緯向斷裂伸長均大于其經向斷裂伸長，3種織物的經向斷裂強力均大于其緯向斷裂強力。3種織物的拉伸曲線均呈非線性變化關系，初始階段在伸長率30%以內拉伸曲線較平緩，主要是織物內部線圈取向變形及圈弧伸直引起，當伸長率逐漸再增大直到斷裂時，拉伸曲線斜率呈近似的線性關系，這部分的變形主要由線圈變形及紗線拉伸綜合作用的影響。可見作為針織內衣時，織物通常沿著橫向伸長要求較大，該3種織物均滿足了緯向伸長率較高的要求，而且初始模量較低，容易變形。由圖2(b)、圖2(c)所示，3種織物的經向斷裂伸長最大的為C棉氨織物，B滌氨織物居中，A黏氨織物最小。3種織物的緯向斷裂伸長最大的為A黏氨織物，C棉氨織物居中，B滌氨織物最小。三者的經向和緯向斷裂伸長值差異不大，而三者的經向和緯向斷裂強力差異較為顯著，其中經向和緯向斷裂強力最大的為B滌氨織物，C棉氨織物居中，A黏氨織物的最小，這主要是由于材料的差異造成。

2.2 定伸長單向拉伸測試與結果分析

(a)經向定伸長60 mm拉伸

(b)緯向定伸長100 mm拉伸圖3 3種織物定伸長拉伸時的塑性變形率和彈性回復率

3種織物定伸長拉伸時的塑性變形率和彈性回復率見圖3，由圖3(a)可知，在經向定長60 mm的定伸長試驗中，C棉氨織物的塑性變形率最小，A黏氨織物居中，B滌氨織物最大；B滌氨織物的彈性回復率是最小，A黏氨織物居中，C棉氨織物最大。綜上，在60 mm定伸長小變形作用下，C棉氨織物的經向彈力是最好的，B滌氨織物最差，A黏氨織物居中。由圖3(b)可知，在緯向定長100 mm的定伸長試驗中，A黏氨織物的塑性變形率是最小的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最大；彈性回復率C棉氨織物最小，B滌氨織物居中，A黏氨織物最大。因此，在100 mm定伸長大變形作用下，大部分織物在多次往復拉伸后會產生塑形變形，A黏氨織物的緯向彈性是最好的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最差。

通過圖3可觀察到，在小變形定伸長反復拉伸作用時，織物可以保持較高的彈性回復性，特別是沿經向拉伸時；而針織物雖然緯向一般有較高的延伸率，但在大變形的定伸長反復拉伸時，會造成線圈結構內部的變形，從而引起塑形變形的機會增加，織物回復到初始狀態的可能性降低，這對于不同穿著部位織物設計時要特別注意防止大變形引起服裝的塑形變形。

2.3 定負荷單向拉伸測試與結果分析

(a)經向定負荷25 N拉伸

(b)緯向定負荷25 N拉伸圖4 3種織物定負荷25 N拉伸時的塑性變形率和彈性回復率

圖4為3種織物定負荷25 N拉伸時的塑性變形率和彈性回復率，由圖4(a)可知，在經向定負荷25 N的定負荷試驗中，C棉氨織物的塑性變形率最小，A黏氨織物居中，B滌氨織物最大；B滌氨織物的彈性回復率是最小，A黏氨織物居中，C棉氨織物最大。綜上，在25 N定負荷作用下，C棉氨織物的經向彈力是最好的，B滌氨織物最差，A黏氨織物居中。從圖4(b)可以得出，在緯向定負荷25 N的定負荷試驗中，A黏氨織物的塑性變形率是最小的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最大；彈性回復率C棉氨織物最小，B滌氨織物居中，A黏氨織物最大。因此，25 N定負荷的作用下，A黏氨織物的緯向彈性是最好的，B滌氨織物居中，C棉氨織物最差。

圖5 3種織物定負荷25 N拉伸時經緯向實際伸長值

圖5為3種織物定負荷25 N拉伸時經緯向實際伸長值，可以得出，3種織物經緯向定負荷拉伸實際伸長最大的試樣為A黏氨織物，最小的為B滌氨織物，并且，A黏氨織物和C棉氨織物的伸長值相差不大。這是由于黏膠纖維與棉的性能極為相似，兩者都易變形，彈性相似，伸長相似。此外，經過對比可以發現3種織物的緯向伸長值均大于其經向伸長值，這一結果是由于織物的線圈結構引起的。3種織物均為緯平針組織，緯平針組織的經向為一個個豎立的圈干組成，而緯向是沉降弧和針邊弧組成，因此當拉伸時經向圈干的伸長較小，而緯向彎曲的2個沉降弧和針編弧的伸長較顯著。

在定負荷反復拉伸特別是經向拉伸時，織物可以保持較高的彈性回復性，織物的緯向有較高的延伸率，織物的緯向伸長值均大于經向伸長值，因此定負荷反復拉伸會造成線圈結構內部的變形，從而引起塑形變形的機會增加，織物回復到初始狀態的可能性降低，這對于不同穿著部位織物設計時要特別注意防止大變形引起服裝的塑形變形。

3 結論

使用模擬單向拉伸測試儀對3種不同成分的緯平針織物進行了拉伸斷裂、定伸長拉伸和定負荷拉伸試驗，通過這些試驗得到：(1)3種織物的緯向斷裂伸長均大于其經向斷裂伸長，3種織物的經向斷裂強力均大于其緯向斷裂強力。作為針織內衣時，織物通常沿著橫向伸長要求較大，3種織物均滿足了緯向伸長率較高的要求，而且初始模量較低，容易變形。(2)對于每種織物自身的經緯向強力測試結果表明，各類織物的經向斷裂強力比緯向高約10%～45%，這主要由于織物的線圈結構造成，沿著經向拉伸時圈干主要承力比緯向拉伸時的圈弧承力作用更強。(3)在小變形定伸長、定負荷反復拉伸作用，特別是沿經向拉伸時，織物可以保持較高的彈性回復性。而針織物雖然緯向一般有較高的延伸率，但在大變形的定伸長、定負荷反復拉伸時，會造成線圈結構內部的變形，從而引起塑形變形的機會增加，織物回復到初始狀態的可能性降低，這對于不同穿著部位織物設計時要特別注意防止大變形引起服裝的塑形變形。