滌綸仿毛織物拉伸狀態(tài)紗線變化過程的研究

孟少妮，張才前，祁晨燁

(1.蘇州大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院, 江蘇 蘇州 215006； 2. 紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院, 浙江 紹興 312000)

織物力學(xué)性能研究涵蓋拉伸、彎曲、頂破、撕裂、摩擦等，其中拉伸性能研究的發(fā)展階段利用織物力學(xué)性能參數(shù)，如斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、拉伸模量和斷裂功以及拉伸曲線作為評(píng)價(jià)織物綜合性能的指標(biāo)。對(duì)織物拉伸性能的研究包含實(shí)驗(yàn)測(cè)試和理論分析。理論分析部分如陳國華[1]結(jié)合紗線強(qiáng)度、紗線和機(jī)織物結(jié)構(gòu)等參數(shù)建立機(jī)織物拉伸斷裂束鏈模型，預(yù)測(cè)機(jī)織物拉伸斷裂強(qiáng)度；杜鳳霞[2]建立織物結(jié)構(gòu)參數(shù)與其力學(xué)性能之間數(shù)學(xué)關(guān)系，建立織物拉伸-伸長(zhǎng)模型。相關(guān)研究[3-4]采用有限元法對(duì)材料進(jìn)行疲勞損傷分析，基于均質(zhì)紗線或纖維層力學(xué)性能建立細(xì)觀漸進(jìn)損傷模型。實(shí)驗(yàn)部分如李焰等[5]從多個(gè)方向測(cè)試分析機(jī)織物力學(xué)性能，得到同一機(jī)織物不同方向上拉伸性能的差異；白剛等[6]對(duì)不同規(guī)格參數(shù)的機(jī)織物進(jìn)行撕裂破壞和拉伸破壞實(shí)驗(yàn)，建立斷裂強(qiáng)力和撕裂強(qiáng)力之間的關(guān)系；潘月等[7]將機(jī)織物和針織物沿不同方向角度進(jìn)行拉伸，探究服用織物在低應(yīng)力作用下拉伸各向異性變化規(guī)律。文獻(xiàn)[8-10]研究了后處理技術(shù)對(duì)紗線或織物的力學(xué)影響。

綜上可得，織物拉伸過程中主要與織物結(jié)構(gòu)及紗線本身性能相關(guān)，由于織物拉伸破壞過程中涉及紗線形變和紗線斷裂等破壞過程，本文通過高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控織物拉伸過程中紗線變化過程，分析織物拉伸過程中紗線細(xì)度變化及其紗線斷裂持續(xù)時(shí)間對(duì)織物強(qiáng)力的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

選擇4塊常規(guī)滌綸仿毛織物，具體織物規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 織物規(guī)格參數(shù)表Tab.1 Fabric specification parameters

儀器：YG(B)026H-500型電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮儀器有限公司)，2F01型高速攝影機(jī)(沈陽星邁科技有限公司)，YG(B)021A-Ⅱ型電子單紗強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮儀器有限公司)，F(xiàn)A2104型電子天平(上海精密儀器儀表有限公司)。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 經(jīng)緯紗線拉伸性能測(cè)試

依據(jù)GB/T 3916—2013 《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(CRE法)》 ，采用扯紗法將4種滌綸機(jī)織物沿經(jīng)向和緯向分別抽取20根紗線，并對(duì)各紗線進(jìn)行拉伸斷裂實(shí)驗(yàn)，計(jì)算各紗線斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

1.2.2 織物拉伸性能測(cè)試

依據(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(zhǎng)率的測(cè)定(條樣法)》，使用YG(B)026 H-500型電子織物強(qiáng)力機(jī)分別測(cè)試各織物經(jīng)緯向拉伸性能，每個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試5次，取平均值。

1.2.3 織物拉伸后經(jīng)緯紗線動(dòng)態(tài)變化

紗線細(xì)度變化測(cè)試：在織物拉伸性能測(cè)試中，將2F01高速攝影機(jī)固定在距離織物1 m處，強(qiáng)力機(jī)拉伸速度設(shè)定為50 mm/min，調(diào)整高速攝像機(jī)光源及焦距，保證采集到的圖像足夠清晰；拍攝采用延時(shí)攝影模式，按下儀器啟動(dòng)按鈕的同時(shí)開始攝像，直至試樣完全斷裂停止拍攝。采用2F01高速攝像機(jī)自帶軟件分析紗線直徑變化規(guī)律。

織物中紗線斷裂持續(xù)時(shí)間測(cè)試：通過2F01高速攝影機(jī)觀察，以織物中出現(xiàn)第1根紗線斷裂時(shí)刻為起始時(shí)間，至織物中所有紗線全部斷裂為最終時(shí)間，分析織物中紗線斷裂的持續(xù)時(shí)間。

2 結(jié)果與討論

2.1 經(jīng)緯紗線拉伸性能

將4款織物經(jīng)緯向紗線仔細(xì)扯下后，用YG(B)021A-Ⅱ型電子單紗強(qiáng)力機(jī)分別測(cè)試各織物的經(jīng)緯紗斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)率，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

由表2示出，除2#織物外，其他織物經(jīng)緯紗斷裂強(qiáng)度接近，拉伸斷裂伸長(zhǎng)率誤差都在2%以內(nèi)，故認(rèn)為1#、3#、4#織物經(jīng)緯向紗線力學(xué)性能接近，2#織物經(jīng)紗力學(xué)性能好于緯紗。

各織物經(jīng)緯紗拉伸斷裂強(qiáng)力及伸長(zhǎng)率的標(biāo)準(zhǔn)差都在3%以內(nèi)，說明各織物的紗線力學(xué)性能差異較小，可不考慮紗線本身力學(xué)性能偏差對(duì)后續(xù)織物力學(xué)性能測(cè)試分析的影響。

2.2 織物拉伸過程紗線直徑變化趨勢(shì)

在織物拉伸過程中，采用2F01高速攝影機(jī)采集織物中紗線拉伸過程中直徑變化，在織物不同位置采集10根紗線，取其直徑平均值，紗線直徑平均值d與時(shí)間t的關(guān)系如圖1所示。

圖1 各織物紗線直徑隨時(shí)間變化趨勢(shì)Fig.1 Change trend of fabric yarns diameter value with time

由圖1示出，各織物在拉伸過程中經(jīng)緯紗細(xì)度隨時(shí)間呈遞減趨勢(shì)，對(duì)各紗線拉伸過程中其直徑d與時(shí)間t作線性回歸分析，得到各回歸曲線的相關(guān)系數(shù)R2值都在0.96以上，相關(guān)系數(shù)較高。

從各織物經(jīng)緯紗細(xì)度隨時(shí)間變化趨勢(shì)看，除4#織物經(jīng)紗直徑隨時(shí)間變化的斜率比緯紗略大外，其他試樣緯紗直徑隨時(shí)間變化的斜率都比經(jīng)紗的大，同時(shí)由于織物緯向織縮率普遍大于經(jīng)向，織物受拉伸力作用過程中，相同拉伸力作用下緯向紗線更易伸長(zhǎng)，且相同寬度織物中，緯紗根數(shù)較經(jīng)紗少，相同拉力下，單根紗線平均受力相對(duì)經(jīng)紗大，這也是緯紗更易變形的主要原因。

結(jié)合表1中經(jīng)緯向緊度數(shù)值，1#～3#織物為經(jīng)向緊度大于緯向緊度的織物，其緯紗拉伸變形速率快，而4#織物緯向緊度大于經(jīng)向緊度，經(jīng)紗拉伸變形速率快，可得織物中紗線拉伸直徑變形速率與未拉伸方向緊度成正相關(guān)關(guān)系。主要原因是未拉伸方向織物緊度大，與拉伸紗線接觸面積增大，但拉伸紗線因無拉伸力，會(huì)形成較大的彎曲，更多地包覆拉伸紗線的表面，形成較大的正壓力，使得拉伸方向紗線直徑進(jìn)一步變小，使其紗線表觀直徑變小。

2.3 織物拉伸過程紗線斷裂持續(xù)時(shí)間

由于織物拉伸過程中紗線斷裂具有不同時(shí)性，斷裂持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)織物斷裂強(qiáng)力測(cè)試值影響也越大。以織物拉伸過程中出現(xiàn)紗線斷裂作為初始時(shí)間，織物中所有拉伸方向紗線全部斷裂作為最終時(shí)間，用2個(gè)時(shí)間的差作為織物拉伸過程紗線斷裂持續(xù)時(shí)間，紗線斷裂持續(xù)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 紗線斷裂持續(xù)時(shí)間Tab.3 Duration of yarns breaking s

分別計(jì)算5次測(cè)試的持續(xù)時(shí)間，取平均值，可得各織物拉伸紗線斷裂情況，將表1中各紗線強(qiáng)力乘以織物5 cm寬度的紗線根數(shù)可得織物理論強(qiáng)力，用織物測(cè)試強(qiáng)力平均值除理論強(qiáng)力值，計(jì)算織物強(qiáng)力利用系數(shù)。

以織物強(qiáng)力利用系數(shù)為橫坐標(biāo)，織物拉伸過程紗線斷裂持續(xù)時(shí)間為縱坐標(biāo)，織物強(qiáng)力利用系數(shù)隨斷裂持續(xù)時(shí)間變化趨勢(shì)如圖2所示。由圖2示出，織物強(qiáng)力利用系數(shù)與其斷裂持續(xù)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即織物中紗線斷裂持續(xù)時(shí)間越短，織物強(qiáng)力利用系數(shù)越高。因此同等情況下，減少紗線斷裂持續(xù)時(shí)間，有助于提升織物斷裂強(qiáng)力值。1#～3#平紋織物的紗線斷裂持續(xù)時(shí)間范圍為0.22～0.28 s，而4#斜紋織物的紗線斷裂持續(xù)時(shí)間分別是1.02 s和1.24 s，說明織物組織顯著影響其斷裂持續(xù)時(shí)間，即交織次數(shù)少，結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松的織物紗線斷裂持續(xù)時(shí)間偏長(zhǎng)。

圖2 織物強(qiáng)力利用系數(shù)隨斷裂持續(xù)時(shí)間變化趨勢(shì)Fig.2 Fabric coefficient of strength utilization with duration of yarns breaking

3 結(jié) 論

結(jié)合滌綸仿毛織物的基本參數(shù)及其經(jīng)緯紗的力學(xué)性能，利用高速攝像機(jī)監(jiān)測(cè)并分析了滌綸仿毛織物拉伸過程中紗線直徑變化趨勢(shì)、紗線持續(xù)斷裂時(shí)間、織物強(qiáng)力利用系數(shù)等指標(biāo)及各指標(biāo)相互關(guān)系，得到結(jié)論如下：

①織物拉伸過程中，經(jīng)緯紗直徑與拉伸時(shí)間都呈線性遞減趨勢(shì)，由于未拉伸方向紗線對(duì)拉伸方向正壓力作用，而未拉伸方向紗線緊度越大，正壓力越大，紗線表觀直徑越細(xì)，因此紗線直徑隨時(shí)間呈遞減趨勢(shì)與織物未拉伸方向緊度顯著相關(guān)，即經(jīng)向緊度大的織物與緯紗直徑變化速率相對(duì)快，緯向緊度大的織物與經(jīng)紗直徑變化速率相對(duì)快。

②織物拉伸過程中紗線斷裂持續(xù)時(shí)間與織物強(qiáng)力利用系數(shù)呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，即紗線斷裂持續(xù)時(shí)間越短，則織物強(qiáng)力利用系數(shù)越高，這也符合織物中紗線斷裂同時(shí)斷裂根數(shù)越多，其織物強(qiáng)力值相對(duì)越大的基本規(guī)律。