織物基本力學(xué)性能測試方法的對比分析

張金秋，韓玉潔，趙 藏，王青玥，趙鳳鑫

(1.山東普惠招標(biāo)有限公司，山東 淄博 255000；2.天紡標(biāo)檢測認(rèn)證股份有限公司，天津 300193)

紡織品在日常使用過程中，存在著多種損壞形式，如拉伸、壓縮、彎曲與摩擦等機械外力作用而導(dǎo)致的斷裂、撕破和頂破等，因此紡織品的基本力學(xué)性能既影響了產(chǎn)品的耐用性能，也是紡織品質(zhì)量評定的主要內(nèi)容。

1 斷裂強力

織物被拉伸斷裂或破裂時所能承受的最大外力即為織物的斷裂強力。

1.1 破壞機理

當(dāng)織物受所施加外力拉伸時，受拉織物中紗線由彎曲逐漸被拉直，同時開始迫使非受拉紗線承受力的作用，受拉紗線逐漸變細，織物隨之變薄，橫向的非受拉紗線在切向滑動阻力的作用下，兩側(cè)紗線逐步向內(nèi)凹進，織物呈現(xiàn)“束腰形”，最終紗線逐根斷裂，織物解體[1]。織物拉伸斷裂過程示意圖見圖1。

圖1 織物拉伸斷裂示意圖

1.2 測試標(biāo)準(zhǔn)

目前考核織物斷裂強力的測試方法有條樣法和抓樣法，其中條樣法又分為扯邊紗條樣法和剪切條樣法[2]。一般可拆邊紗的織物采用扯邊紗條樣法，縮絨、毛氈、非織造布、涂層等不易扯邊紗的織物采用剪切條樣法。對應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)分別是GB/T 3923.1-2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》和GB/T 3923.2-2013《紡織品 織物拉伸性能 第2部分：斷裂強力的測定(抓樣法)》。

兩種測試方法均適用于機織物，其他織物可參照執(zhí)行，但通常不適用于彈性織物、土工布、玻璃纖維織物以及碳纖維和聚烯烴扁絲織物。兩種測試方法均采用等速伸長儀進行測試，可測試織物濕態(tài)和干態(tài)下的斷裂強力。條樣法的測試原理是以恒定伸長速度拉伸規(guī)定尺寸的織物試樣，直至其斷脫[3]。抓樣法的測試原理是使用規(guī)定尺寸的夾持器夾持試樣的中央部位，以恒定的速度拉伸試樣直至其斷脫[4]。

兩個標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別在于測試時儀器的隔距、試樣尺寸及拉伸速度，見表1。測試過程中，條樣法是試樣整個寬度被夾持器夾持拉伸，抓樣法是試樣寬度方向的中央部位被夾持器夾持拉伸。與抓樣法相比，扯邊條樣法所得結(jié)果的不勻率較小且節(jié)約測試材料，但抓樣法的織物試樣更易準(zhǔn)備，且其試驗測試過程更趨近于實際使用過程[2]。

表1 GB/T 3923.1-2013與GB/T 3923.2-2013區(qū)別

2 撕破強力

織物在實際穿著時，某些部位會突然承受集中負荷，例如某些部位突然被利物勾住或人體下蹲時褲子臀部、襠部突然受到外力作用等，紗線會逐根受到最大負荷，繼而產(chǎn)生斷裂或裂縫[2]。

2.1 破壞機理

織物撕破過程中會形成受力三角區(qū)，織物的撕破強力與其紗線單紗強力正相關(guān)，并且紗線的斷裂伸長率越大，受力三角形愈大，同時受力紗線數(shù)量越多，因而其撕破強力也會變大[2]。

2.2 測試標(biāo)準(zhǔn)

各種織物在不同場景的使用過程中，存在著多種撕裂破壞形式。目前關(guān)于織物撕破強力的測試方法主要有沖擊擺錘法(GB/T 3917.1)、褲形試樣(單縫)法(GB/T 3917.2)、梯形試樣法(GB/T 3917.3)、舌形試樣(雙縫)法(GB/T 3917.4)和翼形試樣(單縫)法(GB/T 3917.5)，其中前三種是國內(nèi)常用的測試方法。

沖擊擺錘法和褲形試樣(單縫)法主要適用于機織物，其他如非織造物等也可參照執(zhí)行這兩種測試方法，但不適用于針織物、機織彈性織物、可能產(chǎn)生撕裂轉(zhuǎn)移的稀疏織物以及具有較高各向異性的織物；梯形試樣法主要適用于各種機織物和非織造布。沖擊擺錘法的原理是利用重錘被釋放過程中自身所貯存的能量，將織物試樣沿切口方向撕裂，再將撕破一定長度織物需要做的功換算成撕破力[5]。褲形試樣(單縫)法的原理是沿夾持褲型試樣的切口方向進行拉伸，記錄撕裂到規(guī)定長度時的撕破強力，由所繪制曲線的峰值計算出撕破強力[6]。梯形法是利用強力試驗儀沿試樣上梯形形狀的一對不平行邊進行拉伸，令撕破沿試樣織物的寬度方向傳播，測量平均最大撕破力[7]。

上述三種測試方法原理不同，所形成的三角區(qū)有明顯差異，所得結(jié)果無可比性。沖擊擺錘法一般更適用于撕破強力較大的斜紋織物，如牛仔面料等；褲形試樣(單縫)法一般更適用于各種機織物(純棉印染布、精梳毛織品)和撕裂方向規(guī)則的非織造布等；梯形法一般更適用于燈芯絨面料等機織物和某些輕薄非織造織布[2]。

3 頂破強力/脹破強力

織物在一定的垂直于平面的負荷作用下，出現(xiàn)頂起或鼓起擴張而破裂的現(xiàn)象，此時的作用力稱為頂破強力或脹破強力。頂破試驗與服裝在人體肘部、膝蓋等處受力情況相似，能夠模擬穿著時的真實情況。頂破試驗可以描繪織物多向強伸特征，尤其適合針織物、三向織物、非織造布及降落傘用面料等。目前我國已把頂破性能作為考核部分針織物內(nèi)在質(zhì)量的重要指標(biāo)。

3.1 破壞機理

織物在頂力的作用下各向伸長，沿著經(jīng)緯兩個方向張力復(fù)合的剪應(yīng)力首先在織物變形最大、強力最弱的一點，迫使紗線斷裂，然后沿經(jīng)向或緯向撕裂，呈現(xiàn)直角或者直線形的破口[2]。

3.2 測試標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1頂破強力

頂破強力測定主要采用鋼球法(GB/T 19976-2006)，可測試織物干態(tài)和濕態(tài)下的頂破強力。測試原理是將圓球性頂桿恒速垂直頂向固定在圓環(huán)試樣夾內(nèi)的織物，迫使織物變形直至破裂，此時測得的力即頂破強力[8]。

3.2.2脹破強力

測試方法標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 7742.1-2015(液壓法)和GB/T 7742.2-2015(氣壓法)。兩個標(biāo)準(zhǔn)均適用于針織物、機織物、非織造布和層壓織物，也適用于由其他工藝制造的各種織物。

液壓法測試原理：將試樣夾持在可延伸的膜片上，在膜片下方施加液體壓力，迫使膜片和試樣膨脹，以恒定速度增加液體體積，直到試樣脹裂，測得脹破強力[9]。氣壓法測試原理與液壓法基本相同，只是在膜片下面施加壓縮氣體，迫使膜片和試樣膨脹。

對于上述兩種脹破強力測試方法，一般當(dāng)壓力不超過800 kPa時，采用液壓和氣壓兩種脹破儀器得到的脹破強力結(jié)果沒有明顯差異，這個壓力范圍涵蓋了大多數(shù)普通服裝的性能水平。對于脹破壓力較高的特殊紡織品，液壓法更為適用。

4 接縫性能

服裝一般由多片面料拼接而成，片狀面料之間相互結(jié)合的位置稱為接縫，接縫質(zhì)量對織物的質(zhì)量及服用性能產(chǎn)生直接影響，接縫處紗線強力及紗線滑移性會嚴(yán)重影響紡織服裝面料的適用性，因此接縫性能是衡量接縫質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。針織物主要考核接縫強力；機織物考核接縫強力和接縫處紗線的抗滑移(紕裂程度)。

4.1 接縫強力

針織物與機織物由于編織方法不同，致使織物在組織結(jié)構(gòu)、服用性能和風(fēng)格方面差別很大，其接縫強力的測試方法也不同。

4.1.1針織物和彈性織物

針織物和彈性織物的接縫強力采用FZ/T 01030-2016(頂破法)和FZ/T 01031-2016(抓樣法)兩種方法，前者適用于針織物和彈性織物的直線接縫，不適用于較大彎曲的接縫，后者適用于針織物和彈性織物。

(1)頂破法

頂破法的測試原理是使用一個球面體向被圓環(huán)夾持器夾持且接縫在夾持器圓心的試樣施加垂直的壓力，直至試樣破裂[10]。測試方法包括彈子頂破法和膜片頂破法，試驗參數(shù)見表2。

表2 FZ/T 01030-2016試驗參數(shù)

(2)抓樣法

抓樣法的測試原理是沿試樣接縫的水平方向或垂直方向施加恒定速率的拉伸力，直至試樣斷裂，包括平行拉伸法和垂直拉伸法[11]。

采用頂破法能夠真實體現(xiàn)人體的突出點對接縫造成的影響，抓樣法反映的是垂直于接縫的斷裂強力或平行于接縫的斷裂強力。與抓樣法相比，頂破法能夠有效地避免試樣從鉗口處破壞的現(xiàn)象，測試效率相比等速拉伸法要高，所需試樣尺寸更小，可節(jié)省測試面料，但頂破法測試對試驗人員操作水平要求較高，測試時要保證力作用在接縫處，避免發(fā)生滑脫而影響試驗結(jié)果。在采用頂破法測試針織物的接縫強力時，彈子頂破法能夠直接得到試驗結(jié)果，測試效率較高。

4.1.2機織物

機織物的接縫強力依據(jù)GB/T 13773.1—2008(條樣法)和GB/T 13773.2—2008(抓樣法)進行測試。這兩種測試方法均適用于機織物的直線接縫，不適用于彈性機織物、土工合成材料、非織造布、涂層織物、玻璃纖維織物以及碳纖維和聚烯烴扁絲生產(chǎn)的織物，兩種測試方法的主要試驗參數(shù)見表3。

表3 GB/T 13773.1-2008和GB/T 13773.2-2008主要試驗參數(shù)

4.2 接縫處紗線的抗滑移(紕裂程度)

當(dāng)接縫處的紗線受到拉伸、摩擦作用時會發(fā)生滑移，即機織物中的經(jīng)(緯)紗在緯(經(jīng))紗上產(chǎn)生移動，并且滑移存在不可逆性，紗線的滑移量即為縫子紕裂程度，主要用于衡量機織物的接縫性能。機織物抵抗產(chǎn)生滑移破壞的能力稱為抗滑移，其對織物的服用性能會產(chǎn)生直接影響。

機織物接縫處抗滑移的測試方法標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 13772《紡織品 機織物接縫處紗線抗滑移的測定》的4個系列標(biāo)準(zhǔn)，第1部分：定滑移量法、第2部分：定負荷法、第3部分：針夾法和第4部分：摩擦法。檢測中常用定負荷法，其測試原理是把試樣剪成矩形，再將試樣折疊后沿寬度方向進行縫合，縫合后沿折痕開剪，對垂直于接縫方向的試樣施以拉伸負荷，測定其在施加規(guī)定負荷時產(chǎn)生的滑移量。該方法適用于所有的服裝、裝飾用以及彈性機織物(包括彈力紗的織物)，不適用于織帶類等產(chǎn)業(yè)用紡織品。

5 測試中應(yīng)注意的問題

5.1 調(diào)濕和試驗大氣環(huán)境

織物強力主要受纖維強力的影響。試驗環(huán)境溫濕度將會影響到纖維的溫度和回潮率，進而影響到纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和拉伸性能。在纖維回潮率一定時，溫度升高，纖維內(nèi)部大分子熱運動將加劇，大分子柔曲性提高，分子間結(jié)合力便被削弱，造成單纖維強力下降；在溫度不變的條件下，相對濕度越大，纖維分子間結(jié)合力減弱，結(jié)晶區(qū)松散，造成纖維強度降低。因此試驗中要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)大氣下進行調(diào)濕和試驗。

5.2 試驗儀器

儀器的靈敏度和穩(wěn)定性會對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定影響，測試過程中需要對織物施加預(yù)加張力。當(dāng)儀器靈敏度低時，會使預(yù)加張力不準(zhǔn)確，若織物強力較小時將會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響；當(dāng)織物強力較大時，儀器的不穩(wěn)定性會造成測試結(jié)果的CV值較大，影響到試驗的準(zhǔn)確性。此外儀器夾鉗的位置及夾鉗面的狀態(tài)也會對測試結(jié)果造成一定影響，若兩夾鉗不在同一平面、夾鉗握持打滑或夾鉗面不平整，會造成試樣在夾鉗附近斷裂，從而影響到試驗結(jié)果的真實性。

5.3 預(yù)加張力

織物強力的測試中大多需要施加預(yù)加張力，預(yù)加張力的目的是使織物伸直但不會伸長，預(yù)加張力過大會導(dǎo)致纖維損傷，進而影響織物強力；預(yù)加張力過小會造成纖維未充分伸直，從而影響最終試驗結(jié)果。

5.4 取樣細節(jié)

取樣要按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，所取樣品應(yīng)具有代表性，須避開褶痕、褶皺和布邊等，不得存在影響試驗結(jié)果的疵點。

5.5 試驗人員的操作

樣品的制備過程要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，操作時保持雙手干燥和干凈，避免手上的汗液影響試驗結(jié)果。

6 結(jié)語

本文對織物基本力學(xué)性能的測試標(biāo)準(zhǔn)進行了對比分析總結(jié)，并指出相關(guān)測試方法的適用范圍，測試時試驗環(huán)境、儀器、預(yù)加張力、取樣細節(jié)、規(guī)范操作對試驗結(jié)果的影響，以期提高實驗室的測試精確程度，指導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)有效改善產(chǎn)品質(zhì)量。