聚對(duì)苯二甲酸丙二酯及彈力復(fù)合纖維T400緯向彈力交織物的彈性回復(fù)性評(píng)價(jià)

孫浪濤，李楚涵，成欣毓，張嘉燁

(泉州師范學(xué)院 紡織與服裝學(xué)院，福建 泉州 362000)

彈性作為服裝面料重要的性能指標(biāo)之一，一直被研究者所關(guān)注。織物受到較小外力作用后產(chǎn)生伸長，當(dāng)外力去除后又能回復(fù)至原狀的這一性能稱為彈性，根據(jù)織物彈力大小可以將其分為高彈力織物、中彈力織物和低彈織物3種[1]。制備彈力織物的方法主要有混入彈力纖維、紗線彈性處理及特殊加工工藝等[2-4]。彈力織物具有較好的穿著舒適性、保形性和折皺回復(fù)性，主要應(yīng)用范圍有針織服裝、內(nèi)衣、家紡產(chǎn)品、醫(yī)護(hù)用品等方面，在紡織品市場占據(jù)重要地位。

氨綸具有優(yōu)異的彈性回復(fù)能力，常被用來織造彈力織物，但氨綸織造復(fù)雜，須與其他纖維形成包覆紗、包芯紗及合捻線等才能上機(jī)織造，紗線成本高，且存在不易染色、彈力過剩、面料尺寸不穩(wěn)定及制品使用易老化等問題[5-6]。目前，可直接織造的彈力纖維品種有聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、彈力復(fù)合纖維(T400)及PA66高彈絲(聚酰胺66)等[7]，其中：PTT是由1，3—PDO與對(duì)苯二甲酸縮聚而得到的，屬于聚酯體系，在其分子鏈中同時(shí)包含了具有剛性的鏈苯環(huán)和具有柔性甲基—CH2—，并且由醇基—CO—O—相互連接而成，成為一種剛?cè)嵝曰ハ喙泊娴木€型大分子結(jié)構(gòu)。因此，PTT纖維具有優(yōu)異的強(qiáng)度、彈性、柔韌性、尺寸穩(wěn)定性及染色性等性能。T400是由PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)和PTT并列復(fù)合而成，將PET、PTT 2種原料按一定計(jì)量在復(fù)合噴絲組件中加工復(fù)合，再經(jīng)過拉伸、熱定形得到最終產(chǎn)品，其具有較大的彈性伸長率和良好的彈性回復(fù)性，彈性優(yōu)于PTT和PET纖維，且拉伸強(qiáng)度高，手感柔軟，吸濕排汗，抗皺性好，染色性優(yōu)良[8]。

目前，關(guān)于彈力織物的研究主要集中在針織物方面，包括織物彈性影響因素、生產(chǎn)工藝及染色技術(shù)等[9-11]，彈力紗線以氨綸包芯紗為主[12-13]，而采用可直接織造的彈力纖維進(jìn)行緯向彈力機(jī)織物的研究相對(duì)較少。因此，本文以可直接織造的PTT及T400網(wǎng)絡(luò)絲為彈力紗，進(jìn)行緯向彈力機(jī)織物的設(shè)計(jì)與試織，分析其彈性變化規(guī)律，并采用模糊物元綜合評(píng)價(jià)法對(duì)試樣彈性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可為緯向彈力機(jī)織產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用提供理論參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 試樣準(zhǔn)備

以24 tex×2滌綸紗為經(jīng)紗，分別以8.3 tex/(48 f) PTT長絲及8.3 tex/(32 f) T400長絲為緯紗，在全自動(dòng)劍桿織機(jī)上進(jìn)行試織，織物下機(jī)后經(jīng)煮練、水洗、定形整理，得到8款試樣。織物規(guī)格參數(shù)如表1所示。

1.2 儀器與設(shè)備

SGA598型全自動(dòng)劍桿織樣機(jī)(江陰市通源紡機(jī)有限公司)，YG065H型電子織物強(qiáng)力儀(泉州市美邦儀器有限公司)，YG141D型數(shù)字式織物厚度儀(泉州市美邦儀器有限公司)。

表1 織物規(guī)格參數(shù)Tab.1 Parameters of fabric specifications

1.3 織物性能測試

選取織物的彈性回復(fù)率和塑性變形率進(jìn)行測試，彈性回復(fù)率和塑性變形率計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

式中：L0為試樣初始長度，mm；L1為試樣拉伸后長度，mm；L2為外力取消后長度，mm。

根據(jù) GB/T 3923.1—2013 《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，對(duì)試樣斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率進(jìn)行測試。試驗(yàn)條件為預(yù)加張力2 N，隔距長度100 mm，拉伸速度100 mm/min，每種試樣測試5次，取平均值。

根據(jù)FZ/T 01034—2008 《紡織品 機(jī)織物拉伸彈性試驗(yàn)方法》，對(duì)試樣緯向進(jìn)行定伸長反復(fù)拉伸測試，試驗(yàn)條件為預(yù)加張力2 N，隔距長度100 mm，拉伸速度100 mm/min，定伸長20%條件下循環(huán)10次，拉伸停置時(shí)間1 min，回復(fù)停置時(shí)間3 min，每種試樣測試3次，取平均值。

根據(jù)FZ/T 01034—2008 《紡織品 機(jī)織物拉伸彈性試驗(yàn)方法》，對(duì)試樣緯向進(jìn)行定負(fù)荷反復(fù)拉伸測試，試驗(yàn)條件為預(yù)加張力2 N，隔距長度100 mm，拉伸速度100 mm/min，定負(fù)荷25 N條件下循環(huán)5次，拉伸停置時(shí)間1 min，回復(fù)停置時(shí)間3 min，每種試樣測試3次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 織物緯向拉伸斷裂測試結(jié)果及分析

織物緯向拉伸斷裂測試結(jié)果如表2所示。由表2可知，試樣的緯向斷裂伸長率均高于30%，屬于緯向高彈織物；滌綸/T400交織物的斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長率優(yōu)于滌綸/PTT交織物，主要原因是T400纖維相較于PTT纖維斷裂強(qiáng)度及延伸性更好；就織物斷裂強(qiáng)力而言，平紋>緯重平>斜紋>緞紋，分析原因主要為織物組織不同，緯紗在織物中的交錯(cuò)情況及紗線間的摩擦阻力大小也不同，結(jié)構(gòu)越緊密的織物斷裂強(qiáng)度越好；就織物斷裂伸長率而言，平紋<緯重平<斜紋<緞紋，分析原因主要為織物緯向浮長線不同，浮長線越長，織物伸長能力越好。

表2 織物緯向拉伸斷裂測試結(jié)果Tab.2 Test results of weft tensile fracture of fabrics

2.2 定伸長反復(fù)拉伸測試結(jié)果及分析

織物緯向定伸長反復(fù)拉伸測試結(jié)果如表3所示。由表3可知，在織物緯向定伸長反復(fù)拉伸作用下，滌綸/PTT交織物的彈性回復(fù)率低于滌綸/T400交織物,而塑性變形率高于滌綸/T400交織物。分析原因主要為T400纖維特殊的雙組分復(fù)合結(jié)構(gòu)，以及纖維熱定形時(shí)的卷取形態(tài)，使得其延伸性優(yōu)于PTT纖維，表現(xiàn)出良好的彈性回復(fù)能力。織物彈性回復(fù)率：平紋<緯重平<斜紋<緞紋，塑性變形率：平紋>緯重平>斜紋>緞紋，表明織物結(jié)構(gòu)越緊密，經(jīng)緯紗交錯(cuò)次數(shù)越多，織物彈性越差。除此之外，相較于平衡組織而言，不平衡組織更有利于表現(xiàn)織物的彈性性能。

表3 織物定伸長反復(fù)拉伸測試結(jié)果Tab.3 Test results of constant elongation and repeated stretching of fabrics

2.3 定負(fù)荷反復(fù)拉伸測試結(jié)果及分析

織物緯向定負(fù)荷反復(fù)拉伸測試結(jié)果如表4所示。由表4可知，在織物緯向定負(fù)荷反復(fù)拉伸作用下，滌綸/PTT交織物的彈性回復(fù)率低于滌綸/T400交織物，而塑性變形率高于滌綸/T400交織物。分析原因主要是T400的延伸性較PTT更優(yōu)異，當(dāng)PTT纖維受小應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生的形變主要為彈力絲中纖維卷曲的伸直，而大應(yīng)力作用時(shí)，產(chǎn)生的形變主要為大分子鏈的伸直，因此，在定負(fù)荷的反復(fù)作用下，纖維產(chǎn)生疲勞，致使塑性變形率增加，而彈性回復(fù)率減少。

表4 織物定負(fù)荷反復(fù)拉伸測試結(jié)果Tab.4 Test results of constant load and repeated stretching of fabrics

3 綜合分析

為探究機(jī)織彈力織物的緯向彈性性能，采用模糊物元綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析。物元分析是將事物、特征及相應(yīng)量值放在一起研究，可更加貼切地反映事物的變化規(guī)律，其結(jié)果采用歐式貼近度值表示[14]。

選定指標(biāo)分別為緯向定伸長彈性回復(fù)率、緯向定伸長塑性變形率、緯向定負(fù)荷彈性回復(fù)率和緯向定負(fù)荷塑性變形率，分別對(duì)應(yīng)C1、C2、C3和C4來表示上述4項(xiàng)指標(biāo)。

各評(píng)價(jià)指標(biāo)的從優(yōu)隸屬度采用式(3)(4)計(jì)算。在分析中發(fā)現(xiàn)，織物彈性回復(fù)率為正向指標(biāo)，而塑性變形率為逆向指標(biāo)，故采用式(3)計(jì)算織物彈性回復(fù)率，式(4)計(jì)算織物塑性變形率。

(3)

(4)

式中：rij為從優(yōu)隸屬度；xmax為各評(píng)價(jià)指標(biāo)中的最大值；xmin為各評(píng)價(jià)指標(biāo)中的最小值。

在織物彈性綜合性能評(píng)價(jià)中，采用變異系數(shù)客觀賦值法對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。式(5)計(jì)算織物各項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)，式(6)計(jì)算織物各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

(5)

(6)

表5 各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值Tab.5 Weights value of various properties

選取各項(xiàng)指標(biāo)中的最大值來構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)模糊物元r0，其表達(dá)式為：

(7)

差平方復(fù)合模糊物元矩陣Δij，為標(biāo)準(zhǔn)模糊物元r0和復(fù)合模糊物元rij中對(duì)應(yīng)各項(xiàng)的差平方，其計(jì)算公式為：

Δij=(ri0-rij)2

(8)

式中：i=1,2,…,n；j=1,2,…,m。

采用式(9)計(jì)算歐式貼近度值ρHj，評(píng)價(jià)樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本之間的差異，歐式貼近度值越大，則表示樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本之間的差異越小。

(9)

8種織物的歐式貼近度值計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 試樣的歐式貼近度值Tab.6 European closeness value of the sample

由表6可知，滌綸/T400交織物的緯向彈性均高于滌綸/PTT交織物，其中試樣6#的彈性綜合性能最好。對(duì)滌綸/PTT交織物而言，試樣5#的歐式貼近度優(yōu)于試樣1#、試樣3#及試樣7#，對(duì)滌綸/T400交織物而言，試樣6#的歐式貼近度優(yōu)于試樣2#、試樣4#及試樣8#，表明織物組織采用斜紋組織時(shí)的織物彈性綜合性能優(yōu)于平紋、緯重平及緞紋組織。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)緯向彈力交織物的彈性回復(fù)性進(jìn)行研究，并結(jié)合PTT及T400 2種彈力紗線，采用4種織物組織結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并試織了8種試樣，研究了織物的緯向定伸長彈性回復(fù)率、緯向定伸長塑性變形率、緯向定負(fù)荷彈性回復(fù)率和緯向定負(fù)荷塑性變形率的變化規(guī)律，并采用模糊物元綜合評(píng)價(jià)法對(duì)其彈性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，得到以下結(jié)論：

①制備的滌綸/PTT及滌綸/T400交織物均屬緯向高彈織物，且滌綸/T400交織物的斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長率優(yōu)于滌綸/PTT交織物；就織物斷裂強(qiáng)力而言，平紋>緯重平>斜紋>緞紋，就織物斷裂伸長率而言，平紋<緯重平<斜紋<緞紋。

②在緯向定伸長反復(fù)拉伸及定負(fù)荷反復(fù)拉伸作用下，滌綸/T400交織物的彈性回復(fù)率高于滌綸/PTT交織物，而塑性變形率低于滌綸/PTT交織物。在定伸長反復(fù)拉伸作用下，織物彈性回復(fù)率：平紋<緯重平<斜紋<緞紋，塑性變形率：平紋>緯重平>斜紋>緞紋。

③采用模糊綜合評(píng)價(jià)得到的彈性綜合性能最佳的品種為試樣6#，即經(jīng)紗為24 tex×2的滌綸股線，緯紗為8.3 tex/(32 f)的T400長絲，采用斜紋組織制得。