毛型制服面料彈性測試對比與分析

張艷茹,王鳳霖,陳 敏,姜愛娟,肖 紅,李 穎,王 妮

(1.東華大學 紡織面料技術教育部重點實驗室,上海 201620; 2.江蘇箭鹿毛紡股份有限公司,江蘇 宿遷 223800;3.軍事科學院系統工程研究院 軍需工程技術研究所,北京 100082; 4.新型環保復合面料湖北省重點實驗室,湖北 武漢 441002)

彈性面料是指由氨綸等彈性纖維織成或是將彈性纖維同棉、麻、絲、毛等纖維進行混紡而成的織物。由于彈性面料具有一定的彈性且穿著較舒適,因此備受消費者的喜愛[1]。彈性纖維及面料在紡織行業占據著非常重要的地位,在GB/T 4146.1—2020《紡織品 化學纖維 第1部分:屬名》中明確規定的彈性纖維共有4種,包括聚氨酯彈性纖維(氨綸)、二烯類彈性纖維、聚烯烴彈性纖維和聚酯復合彈性纖維,而目前彈性面料的生產主要是通過加入氨綸或聚酯復合彈性纖維[2]。

氨綸是目前面料中使用最廣泛的彈性纖維[3],在常溫下處于高彈態,在很小的應力下就能發生很大的形變,彈性伸長性優異[4],但是氨綸存在耐熱性和強力較差、在面料中較易發生斷裂、染色困難等問題。聚酯復合彈性纖維是利用聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或聚對苯二甲酸丁二醇酯纖維(PBT)與聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的熱收縮率差異,經過復合紡絲得到的具有自卷曲性能的復合纖維[5],高度卷曲使其具有巨大的延伸性和彈性回復率。雖然這一類新型的聚酯復合彈性纖維彈性伸長率不如氨綸纖維,但彈性穩定性和持久性、染色性能較好[6-7],因而也受到廣泛關注。

行業制服領域常使用毛型面料作為制服外衣面料以體現其良好的服裝造型和挺闊版型[8-9],但毛型面料易產生折皺和鼓包等現象,因此一般會對其進行彈性處理[10]。面料彈性處理過程比較復雜,且由于織物是黏彈體,其伸長后回復受許多因素(如彈性纖維的種類、線密度、混紡比例、組織結構等)的影響和制約[11-13]。為了生產出合適的面料,從原料的選用、紡紗、織造到染整工藝的選擇都需要經過不斷的試驗與選擇。

本文參照FZ/T 01034—2008《紡織品 機織物拉伸彈性試驗方法》、FZ/T 70005—2006《毛紡織品伸長和回復性試驗方法》2種面料彈性測試標準,通過對含氨綸和含聚對苯二甲酸丁二酯纖維/聚對苯二甲酸乙二醇酯(PBT/PET)雙組分復合彈性纖維毛型制服面料進行彈性測試,對比探究2類面料的彈性耐久性差異、面料組分對彈性的影響規律以及不同彈性測試方法之間的差異,為開發更加優良的彈性制服面料提供相關參考。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料:含氨綸或PET/PBT雙組分復合彈性纖維的毛型制服面料(江蘇箭鹿毛紡股份有限公司),其中AX-1和SX-1、SC-1和SC-2分別是2組彈性纖維不同,織物組織、紗線線密度和面密度相同的毛型制服面料,面料具體規格見表1。

表1 試驗材料規格

試驗面料均為緯彈織物,因此僅測試面料緯向彈性。本文主要對比含不同彈性纖維毛型制服面料的彈性耐久性,所以經過大量預試驗后選擇初始彈性接近的面料進行試驗。氨綸或雙組分復合彈性纖維長絲作為芯紗,羊毛、滌綸和Lyocell等短纖維作為外包纖維構成混紡包芯紗為緯紗。雙組分彈性纖維以賽絡菲爾紡復合為長絲,賽絡菲爾紡為改進形式的環錠紡,因此紡紗方式無明顯差異,對面料的彈性耐久性也并無影響。

儀器:YG026 MB-250多功能電子織物強力機(溫州方圓儀器有限公司)。

1.2 測試方法與標準

1.2.1 彈性伸長與非回復性伸長測試

參考FZ/T 70005—2006進行彈性伸長試驗和非回復性伸長試驗,測試指標分別為彈性伸長率和非回復性伸長率。

1.2.2 彈性回復測試

參考FZ/T 01034—2008進行彈性回復試驗,拉伸速度設置為100 mm/min,隔距為200 mm,寬度為50 mm,施加定負荷或定伸長停頓時間為1 min,回復時間為3 min,預加張力按照面料的面密度選擇。

FZ/T 01034—2008標準中推薦可使用的定伸長比例為3%、5%和10%,FZ/T 24006—2015《彈性毛織品》中所推薦的混用彈性纖維的單向精紡毛織物彈性伸長率16%、18%和20%為合格,因此綜合考慮測試定伸長分別為10%(單次)和18%(10次)條件下的定伸長(反復)彈性回復率和定伸長(反復)塑性變形率以及定負荷為30 N(單次和10次)條件下的定力(反復)彈性回復率和定力(反復)塑性變形率。試樣在測試前均在標準溫濕度環境條件下平衡24 h,試驗均在標準溫濕度條件下進行。

2 結果與討論

2.1 彈性伸長率和非回復性伸長率對比與分析

4種面料的彈性伸長率和非回復性伸長率的對比如圖1所示。

圖1 彈性面料FZ/T 70005標準測試對比

SX-1含雙組分復合彈性纖維面料的彈性伸長率和非回復性伸長率均相對AX-1含氨綸面料更小,說明氨綸彈性面料相較于雙組分復合彈性纖維面料在相同負荷作用下彈性伸長性能較好,但是回復性能較差。

雙組分復合彈性纖維面料SC-2的彈性伸長率和非回復性伸長率相比較雙組分復合彈性纖維面料SC-1小,造成二者差異的原因可能是SC-1的含毛量高,滌綸含量低,羊毛具有天然卷曲,毛的彈性伸長性也較好[14],在一定負荷拉伸下面料的彈性伸長率比較大,從而使得定伸長拉伸率增加,彈性伸長率越大,定伸長拉伸比例也越大,且拉伸時間較長,使得面料的非回復性伸長率更大。

2.2 定伸長彈性回復對比與分析

圖2為4種面料分別在定伸長為10%和18%條件下測得的單次拉伸測試結果。

圖2 不同定伸長單次拉伸彈性回復率和塑性變形率

在不同定伸長下進行單次拉伸時,AX-1和SX-1相比,雖然氨綸含量和雙組分復合彈性纖維比例不同,但二者在2種定伸長下進行單次拉伸的彈性回復性接近。SC-1和SC-2的彈性回復率和塑性變形率數值也比較接近,SC-1較好,可能是因為面料的彈性主要來源于雙組分復合彈性纖維,但2種面料的雙組分復合彈性纖維比例相同,其余纖維組分的影響則較小,且單次拉伸產生的塑性變形積累較少,在單次拉伸下回復性接近。此外對于同一種面料,在10%和18%定伸長拉伸下,由于定伸長比例的增加,面料在拉伸過程中產生更多難以回復的變形即塑性變形,因此面料的彈性回復率減小,塑性變形率增大。

圖3是4種面料分別在定伸長為10%和18%下測得的反復10次拉伸測試結果。

圖3 不同定伸長10次拉伸彈性回復率和塑性變形率

在2種定伸長下,經過反復10次拉伸后,含雙組分復合彈性纖維的面料SX-1的彈性回復性明顯優于含氨綸彈性面料AX-1。SC-1和SC-2含雙組分復合彈性纖維面料相比較,SC-1回復性更好,究其原因是2種面料彈性纖維含量相同,但SC-1的組成中毛含量高,由于毛纖維具有較好的彈性,SC-1相對來說彈性回復性更好。

與單次拉伸下相比,面料經過10次拉伸后彈性回復率和塑性變形率都有較大程度的變化,尤其是在18%定伸長下,10次拉伸使得面料產生了更多的塑性變形積累,塑性變形率相對于10%定伸長10次拉伸增加顯著。AX-1和SX-1在單次拉伸下彈性回復性接近,但經過多次拉伸尤其在18%定伸長下,含氨綸面料AX-1彈性回復率有大幅度降低,從89.00%降到63.10%,彈性回復率值降低了25.90%,而含雙組分復合彈性纖維面料的彈性回復率仍維持在74.50%,表明其彈性耐久性更好,用于制服面料的優勢凸顯。

2.3 定負荷彈性回復對比與分析

圖4、5是AX-1和SX-1、SC-1和SC-2這2組面料分別在定負荷為30 N下測得的單次和反復10次拉伸測試結果。

圖4 面料定負荷30 N單次拉伸對比

圖5 面料定負荷30 N 10次拉伸對比

在定負荷30 N下測試得到的結果可知,與AX-1相比,在單次和10次拉伸的情況下都是SX-1的彈性回復性更好,與2.1節彈性測試結果相同;2種含雙組分復合彈性纖維面料SC-1和SC-2相比,在單次和10次拉伸下的彈性回復率都較為接近。

2.4 定伸長與定負荷彈性回復對比與分析

從圖2和圖4測試結果可以看到,4種面料在10%和18%定伸長和30 N定負荷下分別進行單次測試,面料在定伸長為18%時彈性回復性均最差,在定伸長為10%時彈性回復性最好。纖維在拉伸時,在屈服點之后會產生較多不可回復的塑性變形[15]。與纖維的彈性變化機制相似,面料在進入屈服區時,變形會顯著的增加,并產生大量難以回復的變形從而導致面料的彈性回復性變差[16]。因此在測試時設置的拉伸定伸長率或定負荷值越接近屈服點的伸長率或力,面料的彈性回復性就會越差,塑性積累會越多。

由圖6中4種面料的拉伸曲線可以看到,伸長率為18%的位置在拉伸曲線上最靠后,在單次拉伸狀態下,面料的彈性回復性也最差,和試驗測試結果一致。而在3種不同的測試參數條件下進行反復10次拉伸測試,可以看到面料的彈性變化規律同單次拉伸,依舊是在定伸長為18%下10次拉伸彈性回復率下降最多。

圖6 面料拉伸曲線

2.5 測試方法對比

參考FZ/T 70005—2006進行測試,彈性伸長率是在定負荷29 N下反復拉伸3次得到的,且無拉伸停置時間和回復時間;定伸長率則是在得到的彈性伸長率基礎上確定的,各面料的定伸長比例不同,彈性伸長率越大,定伸長的拉伸伸長率也越大。因此若彈性伸長率越大,非回復性伸長率也越大。

參考FZ/T 01034—2008標準進行測試可以對不同的面料設置相同的定伸長或定負荷值,使其處于相同的測試條件。在測試過程中發現進行反復多次拉伸時,在定伸長的測試條件下會發生應力松弛,每次拉伸到定伸長所需要的負荷在不斷增加,作用會更加劇烈,造成其塑性積累越多;而定負荷測試是蠕變過程,每次拉伸到定負荷,塑性積累在增加,但相對來說變化較為緩和。因此在進行面料之間的彈性耐久性對比測試時可以適當選用定伸長彈性測試,更強化面料之間的差異來進行對比,同時在定負荷或定伸長的選擇時,可以參考拉伸曲線。

3 結 論

本文旨在探究含氨綸和聚對苯二甲酸丁二酯纖維/聚對苯二甲酸乙二醇酯(PBT/PET)雙組分復合彈性纖維毛型制服面料的彈性耐久性差異和面料組分、測試條件等對面料彈性的影響,通過多種彈性測試方法對面料進行彈性回復性測試及對比分析,得到結論如下:

①采用定伸長的方法分別對彈性纖維種類和含量不同、單次拉伸時彈性回復率和塑性變形率相近的含氨綸和雙組分復合彈性纖維的毛型制服面料進行測試時,多次拉伸后氨綸面料的彈性回復性下降會更多,雙組分復合彈性纖維面料則在彈性耐久性方面表現出明顯的優勢。

②由于織物為混紡彈性面料,面料中的各種組分如滌綸、毛的比例會對面料的彈性產生一定的影響。對于雙組分復合彈性纖維面料,面料組成中的彈性纖維比例相同,若面料中含毛量更高,在定伸長測試下彈性耐久性會相比較更好。

③彈性測試過程中,選擇的定伸長率或定負荷值越接近屈服點的伸長率或力,面料的彈性回復性越差,塑性積累越多。