滌綸仿毛織物拉伸狀態紗線變化過程的研究

孟少妮，張才前，祁晨燁

(1.蘇州大學 藝術學院, 江蘇 蘇州 215006； 2. 紹興文理學院 元培學院, 浙江 紹興 312000)

織物力學性能研究涵蓋拉伸、彎曲、頂破、撕裂、摩擦等，其中拉伸性能研究的發展階段利用織物力學性能參數，如斷裂強度、伸長率、拉伸模量和斷裂功以及拉伸曲線作為評價織物綜合性能的指標。對織物拉伸性能的研究包含實驗測試和理論分析。理論分析部分如陳國華[1]結合紗線強度、紗線和機織物結構等參數建立機織物拉伸斷裂束鏈模型，預測機織物拉伸斷裂強度；杜鳳霞[2]建立織物結構參數與其力學性能之間數學關系，建立織物拉伸-伸長模型。相關研究[3-4]采用有限元法對材料進行疲勞損傷分析，基于均質紗線或纖維層力學性能建立細觀漸進損傷模型。實驗部分如李焰等[5]從多個方向測試分析機織物力學性能，得到同一機織物不同方向上拉伸性能的差異；白剛等[6]對不同規格參數的機織物進行撕裂破壞和拉伸破壞實驗，建立斷裂強力和撕裂強力之間的關系；潘月等[7]將機織物和針織物沿不同方向角度進行拉伸，探究服用織物在低應力作用下拉伸各向異性變化規律。文獻[8-10]研究了后處理技術對紗線或織物的力學影響。

綜上可得，織物拉伸過程中主要與織物結構及紗線本身性能相關，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實時監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度變化及其紗線斷裂持續時間對織物強力的影響。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

選擇4塊常規滌綸仿毛織物，具體織物規格參數如表1所示。

表1 織物規格參數表Tab.1 Fabric specification parameters

儀器：YG(B)026H-500型電子織物強力機(溫州大榮儀器有限公司)，2F01型高速攝影機(沈陽星邁科技有限公司)，YG(B)021A-Ⅱ型電子單紗強力機(溫州大榮儀器有限公司)，FA2104型電子天平(上海精密儀器儀表有限公司)。

1.2 測試方法

1.2.1 經緯紗線拉伸性能測試

依據GB/T 3916—2013 《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定(CRE法)》 ，采用扯紗法將4種滌綸機織物沿經向和緯向分別抽取20根紗線，并對各紗線進行拉伸斷裂實驗，計算各紗線斷裂強力、斷裂伸長率的平均值及標準差。

1.2.2 織物拉伸性能測試

依據 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)》，使用YG(B)026 H-500型電子織物強力機分別測試各織物經緯向拉伸性能，每個實驗測試5次，取平均值。

1.2.3 織物拉伸后經緯紗線動態變化

紗線細度變化測試：在織物拉伸性能測試中，將2F01高速攝影機固定在距離織物1 m處，強力機拉伸速度設定為50 mm/min，調整高速攝像機光源及焦距，保證采集到的圖像足夠清晰；拍攝采用延時攝影模式，按下儀器啟動按鈕的同時開始攝像，直至試樣完全斷裂停止拍攝。采用2F01高速攝像機自帶軟件分析紗線直徑變化規律。

織物中紗線斷裂持續時間測試：通過2F01高速攝影機觀察，以織物中出現第1根紗線斷裂時刻為起始時間，至織物中所有紗線全部斷裂為最終時間，分析織物中紗線斷裂的持續時間。

2 結果與討論

2.1 經緯紗線拉伸性能

將4款織物經緯向紗線仔細扯下后，用YG(B)021A-Ⅱ型電子單紗強力機分別測試各織物的經緯紗斷裂強力及斷裂伸長率，測試結果如表2所示。

由表2示出，除2#織物外，其他織物經緯紗斷裂強度接近，拉伸斷裂伸長率誤差都在2%以內，故認為1#、3#、4#織物經緯向紗線力學性能接近，2#織物經紗力學性能好于緯紗。

各織物經緯紗拉伸斷裂強力及伸長率的標準差都在3%以內，說明各織物的紗線力學性能差異較小，可不考慮紗線本身力學性能偏差對后續織物力學性能測試分析的影響。

2.2 織物拉伸過程紗線直徑變化趨勢

在織物拉伸過程中，采用2F01高速攝影機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與時間t的關系如圖1所示。

圖1 各織物紗線直徑隨時間變化趨勢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緯紗細度隨時間呈遞減趨勢，對各紗線拉伸過程中其直徑d與時間t作線性回歸分析，得到各回歸曲線的相關系數R2值都在0.96以上，相關系數較高。

從各織物經緯紗細度隨時間變化趨勢看，除4#織物經紗直徑隨時間變化的斜率比緯紗略大外，其他試樣緯紗直徑隨時間變化的斜率都比經紗的大，同時由于織物緯向織縮率普遍大于經向，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，且相同寬度織物中，緯紗根數較經紗少，相同拉力下，單根紗線平均受力相對經紗大，這也是緯紗更易變形的主要原因。

結合表1中經緯向緊度數值，1#～3#織物為經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向緊度，經紗拉伸變形速率快，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關系。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時間

由于織物拉伸過程中紗線斷裂具有不同時性，斷裂持續時間越長，對織物斷裂強力測試值影響也越大。以織物拉伸過程中出現紗線斷裂作為初始時間，織物中所有拉伸方向紗線全部斷裂作為最終時間，用2個時間的差作為織物拉伸過程紗線斷裂持續時間，紗線斷裂持續時間測試結果如表3所示。

表3 紗線斷裂持續時間Tab.3 Duration of yarns breaking s

分別計算5次測試的持續時間，取平均值，可得各織物拉伸紗線斷裂情況，將表1中各紗線強力乘以織物5 cm寬度的紗線根數可得織物理論強力，用織物測試強力平均值除理論強力值，計算織物強力利用系數。

以織物強力利用系數為橫坐標，織物拉伸過程紗線斷裂持續時間為縱坐標，織物強力利用系數隨斷裂持續時間變化趨勢如圖2所示。由圖2示出，織物強力利用系數與其斷裂持續時間呈負相關關系，即織物中紗線斷裂持續時間越短，織物強力利用系數越高。因此同等情況下，減少紗線斷裂持續時間，有助于提升織物斷裂強力值。1#～3#平紋織物的紗線斷裂持續時間范圍為0.22～0.28 s，而4#斜紋織物的紗線斷裂持續時間分別是1.02 s和1.24 s，說明織物組織顯著影響其斷裂持續時間，即交織次數少，結構相對疏松的織物紗線斷裂持續時間偏長。

圖2 織物強力利用系數隨斷裂持續時間變化趨勢Fig.2 Fabric coefficient of strength utilization with duration of yarns breaking

3 結 論

結合滌綸仿毛織物的基本參數及其經緯紗的力學性能，利用高速攝像機監測并分析了滌綸仿毛織物拉伸過程中紗線直徑變化趨勢、紗線持續斷裂時間、織物強力利用系數等指標及各指標相互關系，得到結論如下：

①織物拉伸過程中，經緯紗直徑與拉伸時間都呈線性遞減趨勢，由于未拉伸方向紗線對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，因此紗線直徑隨時間呈遞減趨勢與織物未拉伸方向緊度顯著相關，即經向緊度大的織物與緯紗直徑變化速率相對快，緯向緊度大的織物與經紗直徑變化速率相對快。

②織物拉伸過程中紗線斷裂持續時間與織物強力利用系數呈負相關趨勢，即紗線斷裂持續時間越短，則織物強力利用系數越高，這也符合織物中紗線斷裂同時斷裂根數越多，其織物強力值相對越大的基本規律。