不同參數高強高模針織物拉伸性能研究

文/趙凱敏 劉 夙

高強高模紡織復合材料具備良好的物理及化學穩定性，并且質輕、柔韌，已成功應用于軍事、航空航天、通信、電子和防護等高科技領域。目前這類材料多采用芳綸纖維制成，具有高強高模、耐酸堿性強、密度低、阻燃及熱穩定性好等優異特性。但芳綸纖維價格昂貴，生產成本較高。滌綸網絡絲具有良好的力學性能、尺寸穩定性，以及較強的承載能力和優良的抗疲勞性能，近年來逐漸受到研究者們的關注，并使其在汽車工業、建筑工程等領域逐步開展應用。芳綸纖維與高強滌綸網絡絲都具有高強高模的特點，但兩者價格差距較大，力學性能方面也存在差距。本文采用上述兩種纖維在電腦橫機上編織成不同參數的針織物，探究原料、織造密度及織物組織對針織物拉伸性能的影響規律。本研究將對產業用高強高模針織物的設計開發具有一定的指導意義。

1 試驗

1.1 試驗原料及儀器

試驗原料見表1，試驗所用儀器信息見表2。

表1 紗線基本規格

表2 試驗儀器信息

1.2 影響織物力學性能的指標

影響針織物力學性能的主要指標為：原料、彎紗深度（電腦橫機上，彎紗深度用NP值表示，NP值越大，彎紗深度越大，所形成的線圈長度也相應越大）、組織結構。

原料：芳綸1313、芳綸1313+2根尼龍熱熔絲、5根滌綸網絡絲、5根滌綸網絡絲+2根尼龍熱熔絲。

NP值：12、12.5。

組織結構：平針、變化平針1、變化平針2，編織圖如圖1所示。

圖1 平針及變化平針針織物編織示意圖

1.3 不同參數針織物設計

結合實際生產情況，對針織物的參數進行設計，共設計出24種不同類型的織物，如表3所示。其中，A表示的是由芳綸1313織成的織物，B表示的是由芳綸1313＋2根尼龍熱熔絲織成的織物，C表示的是由5根滌綸網絡絲織成的織物，D表示的是由5根滌綸網絡絲＋2根尼龍熱熔絲織成的織物。

表3 不同參數針織物設計

2 紗線性能測試

2.1 紗線拉伸性能測試

紗線的拉伸性能是衡量織物拉伸性能的一個重要指標，它對織物的加工過程以及織物質量都會造成一定的影響。本文對芳綸1313紗線以及滌綸網絡絲進行了拉伸強力測試。

測試標準：GB/T 14344—2008《化學纖維 長絲拉伸性能試驗方法》。

試驗參數如下：預加張力為0.2 cN/dtex，夾持距離為250 mm，速度為500 mm/min。將這兩種紗線重復測試20次，所測得平均值見表4。

表4 紗線拉伸性能測試結果

從表4中可以看出，細度相同時，芳綸1313的斷裂強度要遠遠高于滌綸網絡絲，而滌綸網絡絲的斷裂伸長率要高于芳綸1313。

2.2 紗線摩擦性能測試

紗線的摩擦性能對織物的加工過程以及成品質量有著重要影響。如果紗線的摩擦系數過大，則會影響織物的上機編織，進而影響織物的質量和外觀效果。

測試標準：ASTM D3108—2001《紗線與固體材料之間摩擦系數的標準試驗方法》。

試驗參數如下：包圍角為180°，速度為100mm/min，時間為15s。每種紗線重復測試3次，測試平均值如表5所示。

表5 紗線摩擦性能測試結果

從表5中可以看出，同樣細度的滌綸網絡絲的摩擦系數低于芳綸1313，紗線的摩擦系數不會影響織物的上機編織。

3 織物拉伸測試及分析

在測試織物拉伸性能之前，先對織物的密度進行測試，測試結果見表6。

表6 織物密度參數

3.1 織物拉伸性能測試方法

參考標準：GB/T 3923.1—2013《紡織品 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》。

試驗參數：設定隔距長度為200mm，拉伸速度為100mm/min。在夾鉗中心位置夾持試樣，啟動試驗儀，將試樣拉伸至斷脫，記錄斷裂強度與斷裂伸長。

3.2 測試結果分析

將含有不同參數的織物進行拉伸測試，測試所得的經緯向斷裂強度與斷裂伸長率平均值。由測試結果可以看出：芳綸1313的強度大概是滌綸網絡絲所織成織物的1.6～2.6倍。當組織結構、紗線相同時，NP值越小，織物強度越大，斷裂伸長越小。這是由于NP值越小（即針織物縱橫密越密），織物中紗線間的接觸點越多，這時紗線間的切向滑動阻力會增大，從而導致織物的斷裂強度增大，斷裂伸長減小。此外，NP值為12.5時的織物拉伸規律與NP值為12時的織物拉伸規律大致相同，為此，本文只對NP值為12時的織物拉伸規律進行分析。

3.2.1 原料對織物強力的影響

不同原料對織物強力的影響見圖2。

圖2 原料對織物強力的影響

由圖2可見，當NP=12，組織結構為緯平針時，經向斷裂強度：A1＞B1＞C1＞D1，緯向斷裂強度：A1＞B1＞C1＞D1；經向斷裂伸長：A1＞D1＞B1＞C1，緯向斷裂伸長：A1＞B1＞C1＞D1。當組織結構為1隔1變化平針及2隔2變化平針時，經緯向斷裂強度和伸長與緯平針相同，即經向斷裂強度：A＞B＞C＞D，緯向斷裂強度：A＞B＞C＞D；經向斷裂伸長：A＞D＞B＞C，緯向斷裂伸長：A＞B＞C＞D。與C和D相比，A和B強度較高的原因在于：A、B中含有芳綸1313，芳綸1313強度要比滌綸網絡絲強度高。在A與B中，A強度更高的原因在于：B中除了含有芳綸1313外，還增加了兩根尼龍熱熔絲，而尼龍熱熔絲的強度遠低于芳綸1313，尼龍熱熔絲的加入降低了整體的斷裂強度。在C和D中，C強度更高的原因在于：尼龍熱熔絲的加入降低了整體的斷裂強度。對于經向斷裂伸長，A大于D的原因在于，A1織物中紗線根數較少，紗線間摩擦阻力較小，斷裂伸長較大。D大于B的原因在于:滌綸網絡絲紗線本身的斷裂伸長要高于芳綸1313。而B大于C的原因在于：B中紗線根數較少。對于緯向斷裂伸長，A＞B＞C＞D的主要原因在于紗線根數。紗線根數越少，摩擦阻力越小，斷裂伸長越大。

3.2.2 織物組織對織物強力的影響

不同織物組織對織物強力的影響見圖3。

圖3 織物組織對織物強力的影響

由圖3可見，當NP=12，紗線原料為芳綸1313時，經向斷裂強度：緯平針＞變化平針1＞變化平針2，緯向斷裂強度：變化平針2＞變化平針1＞緯平針；經向斷裂伸長：變化平針2＞變化平針1＞緯平針，緯向斷裂伸長：緯平針＞變化平針1＞2變化平針2。當紗線原料分別為芳綸1313＋2根尼龍熱熔絲、5根滌綸網絡絲、5根滌綸網絡絲＋2根尼龍熱熔絲時，經緯向斷裂強度和斷裂伸長規律與芳綸1313的拉伸規律相似。在經向上，緯平針織物橫密最大，變化平針1次之，變化平針2最稀疏。在織物拉伸時，織物橫密越大，織物在拉伸過程中承受拉力的紗線根數越多，織物斷裂強度越大。同時橫密的增加會使得紗線間的阻力增大，斷裂伸長減小。故經向斷裂強度：緯平針＞變化平針1＞變化平針2，經向斷裂伸長：變化平針2＞變化平針1＞緯平針。在緯向上，由于變化平針中增加了浮線組織，使得針織物的橫向延伸性減小，尺寸穩定性提高。故緯向斷裂強度：變化平針2＞變化平針1＞緯平針。同時在緯向上，變化平針2的縱密最大，變化平針1次之，緯平針最差，故緯向斷裂伸長：緯平針＞變化平針1＞變化平針2。

4 結論

芳綸1313的斷裂強度遠大于滌綸網絡絲的斷裂強度，因此本研究中滌綸網絡絲織物的強度大概是芳綸1313所織成織物的38.5%～62.5%；芳綸1313的摩擦系數也大于滌綸網絡絲，可根據產品開發實際情況對原料進行選擇。

織物組織和紗線原料相同時，NP值越小，織物強度就越大，斷裂伸長就越小；變化平針中由于添加了浮線，使得針織物的橫向延伸性減小，尺寸穩定性提高，因此變化平針織物的緯向斷裂強度相對于平針組織來說更高。