曹佳玉 沈 為

東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)試驗(yàn)室(中國(guó))

針織物是由織針將紗線彎曲成圈并且相互串套而成的，針織面料質(zhì)地柔軟，彈性、延展性及透氣性都很優(yōu)良，制成的服裝既能帶來舒適貼體的穿著體驗(yàn)又不會(huì)產(chǎn)生束縛感，深受消費(fèi)者的喜愛。但與此同時(shí)，針織面料也存在很大的缺陷，由于自身的結(jié)構(gòu)特性，在編織、縫制、使用或洗滌的過程中，一旦出現(xiàn)斷紗或線圈失去串套聯(lián)系，就會(huì)發(fā)生線圈之間的分離現(xiàn)象，織物沿一定方向發(fā)生脫散，使得斷紗或破洞處越來越大，甚至導(dǎo)致織物的解體，影響產(chǎn)品美觀性的同時(shí)也降低了其使用壽命[1-2]。

目前關(guān)于針織物的脫散性能測(cè)試，只有FZ/T 73055—2016《防脫散襪子》一項(xiàng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，而此標(biāo)準(zhǔn)只適用于FZ/T 73001—2016《襪子》中規(guī)定的彈力無跟襪的脫散性能測(cè)試[3]，并不適用于其他的針織物，這對(duì)于針織物脫散性的評(píng)價(jià)造成一定困難。

本文選用頂破法探究針織物的脫散性能測(cè)試，確定脫散性能表征方法并探討試樣切口的位置與方向以及儀器彈頭的曲率對(duì)測(cè)試的影響，為針織物的脫散性能測(cè)試提供一些參考。

1 織物編織

本文選用77.78 dtex錦綸和22.22 dtex熔紡氨綸裸絲編織平針全添紗織物，織造設(shè)備為SM8-TOP2 MP型無縫內(nèi)衣機(jī)，機(jī)號(hào)為E28。采用活性染料進(jìn)行織物染色，染色后織物的物理參數(shù)如表1所示。

表1 織物物理參數(shù)

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)儀器：YG026MB-250型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)。

儀器參數(shù)：初始隔距為100 mm，下降速度為100 mm/min。

試驗(yàn)步驟：在直徑為115 mm的圓形織物試樣上裁剪出一個(gè)2 mm長(zhǎng)度的切口，然后做頂破測(cè)試，記錄試樣切口發(fā)生脫散時(shí)強(qiáng)力機(jī)彈頭下降的高度。

試驗(yàn)采用的織物強(qiáng)力機(jī)存在一定限制，無法設(shè)置固定的下降高度值，只有當(dāng)織物被頂破或者儀器的彈頭到達(dá)最低點(diǎn)(儀器下限位保護(hù))時(shí)試驗(yàn)才會(huì)停止，這導(dǎo)致了不同織物在測(cè)試時(shí)彈頭的最大下降高度不統(tǒng)一，其高度值取決于織物自身的力學(xué)性能，因此不能通過定下降距離的方法測(cè)試試樣表面脫散的長(zhǎng)度來衡量織物的脫散性。所以本試驗(yàn)將試樣切口開始發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率作為脫散性能表征指標(biāo)。由于儀器不能直接輸出對(duì)應(yīng)的織物延伸率，故通過試樣切口發(fā)生脫散時(shí)儀器彈頭下降的高度換算，換算公式如下。

(1)

式中：δ——試樣開始發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率，%；

ΔR——試樣開始脫散時(shí)有效頂破區(qū)域試樣半徑的變化量，mm；

R——試樣有效頂破區(qū)域的半徑，mm；

h——試樣切口開始發(fā)生脫散時(shí)彈頭下降的高度，mm；

r——織物強(qiáng)力機(jī)彈頭半徑，mm。

圖1 頂破試驗(yàn)示意圖

2.2 試驗(yàn)方案

考慮到切口的位置和裁剪方向以及彈頭曲率等因素會(huì)對(duì)織物脫散性能的測(cè)試造成影響，為探討最佳測(cè)試條件，做出以下試驗(yàn)方案。

2.2.1 切口位置

首先探討切口位置對(duì)測(cè)試的影響，以選取最佳切口位置。由于強(qiáng)力機(jī)的有效頂破區(qū)域是一個(gè)直徑為45 mm的圓，因此選取試樣圓心處及距離圓心5、10、15和20 mm處5種位置裁剪，且切口都在圓心位置所在的線圈縱行上，裁剪時(shí)切口與線圈縱行垂直，即垂直于切口的半徑與切口所在線圈縱行的夾角為0°。

先將織物在160 ℃條件下分別定型30 s和90 s，再把定型前后的三種織物置于標(biāo)準(zhǔn)大氣條件中調(diào)濕平衡，然后根據(jù)上述要求裁剪試樣并在不同位置剪開一個(gè)切口后進(jìn)行頂破測(cè)試。

2.2.2 切口方向

確定切口與試樣圓心的距離后，探討切口方向?qū)y(cè)試的影響，選取最佳切口方向。切口方向以試樣上垂直于切口的半徑與線圈縱行的夾角表示，即圖2所示的角度α。若切口在圓心處，則選取0°、45°和90°三種角度；若切口不在圓心處，考慮到織物的編織方向，選取0°、45°、90°、135°和180°五種角度。將未定型的織物經(jīng)過調(diào)濕后，在最佳切口位置按不同切口角度裁剪切口后進(jìn)行頂破測(cè)試。

圖2 切口裁剪示意圖

2.2.3 彈頭曲率

在切口的位置和方向都確定的基礎(chǔ)上，改變儀器彈頭的曲率，探討彈頭曲率對(duì)測(cè)試的影響。將未定型的織物經(jīng)過調(diào)濕后，根據(jù)最佳切口位置和切口方向裁剪試樣后，采用不同曲率的彈頭進(jìn)行頂破測(cè)試。

YG026MB-250型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)的原裝彈頭是一個(gè)直徑為25 mm的球體，為使改裝方便，在不改變?cè)瓘楊^最大寬度的前提下改變彈頭與織物接觸部分的曲率，采用3D打印機(jī)打印出兩種不同曲面的貼片粘在原彈頭上進(jìn)行試驗(yàn)。

圖3a)與3b)分別為本文所設(shè)計(jì)的兩種曲率的貼片剖面圖。由于彈頭曲率的改變會(huì)導(dǎo)致彈頭的下降高度與織物延伸率的換算關(guān)系發(fā)生改變，考慮到計(jì)算問題，圖3a)所示部件采用的是一個(gè)直徑為50 mm的球體的一部分，圖3b)所示部件采用的是一個(gè)半橢球體，長(zhǎng)半軸為20 mm，短半軸為12.5 mm。

圖3 彈頭改裝部件設(shè)計(jì)圖(尺寸單位：mm)

圖4 不同曲率彈頭頂破試驗(yàn)示意圖

其中，圖3a)所示貼片使彈頭的曲率減小，對(duì)應(yīng)的織物延伸率計(jì)算如公式(2)所示。

(2)

式中：δa——試樣開始發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率，%；

ΔR——試樣開始脫散時(shí)有效頂破區(qū)域試樣半徑的變化量，mm；

R——試樣有效頂破區(qū)域的半徑，mm；

ha——試樣切口開始發(fā)生脫散時(shí)彈頭下降的高度，mm；

r——織物強(qiáng)力機(jī)彈頭半徑，mm。

貼片b使彈頭的曲率增大，對(duì)應(yīng)的織物延伸率計(jì)算如公式(3)所示。

(3)

式中：δb——試樣開始發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率，%；

ΔR——試樣開始脫散時(shí)有效頂破區(qū)域試樣半徑的變化量，mm；

R——試樣有效頂破區(qū)域的半徑，mm；

hb——試樣切口開始發(fā)生脫散時(shí)彈頭下降的高度，mm；

r——織物強(qiáng)力機(jī)彈頭半徑，mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 切口位置

5種切口位置的頂破測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 不同切口位置的針織物頂破測(cè)試結(jié)果

其中，測(cè)試過程中如果試樣發(fā)生脫散則以切口開始脫散時(shí)對(duì)應(yīng)的織物延伸率表示；如果彈頭下降到最低點(diǎn)時(shí)試樣仍未發(fā)生脫散則以“未脫”表示；如果試樣發(fā)生脫散前(彈頭未下降到最低點(diǎn))彈頭從切口處穿出則以“穿出”表示。

對(duì)于未定型織物而言，切口距離圓心越遠(yuǎn)，試樣發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率越大，即越不容易發(fā)生脫散。在此試驗(yàn)中，彈頭的最大下降高度為100 mm，對(duì)應(yīng)的織物延伸率為378.69%，對(duì)于到達(dá)最大下降高度仍未發(fā)生脫散的一類織物無法比較其脫散性，而試驗(yàn)的材料為未定型的單面緯編針織物，屬于容易脫散的一類織物。因此，當(dāng)采用頂破法測(cè)試織物脫散性時(shí)，應(yīng)選擇相對(duì)容易發(fā)生脫散的切口位置，即切口離圓心越近越好。

對(duì)于定型后的織物而言，當(dāng)切口在圓心處以及離圓心5 mm處時(shí)兩種織物都發(fā)生彈頭從切口穿出的現(xiàn)象。一方面是因?yàn)榻?jīng)過定型的熔紡氨綸產(chǎn)生熔融黏結(jié)，織物的脫散性減小，另一方面因?yàn)樵趶楊^下降的過程中，織物在外力作用下發(fā)生變形以及切口處紗線發(fā)生斷裂等使切口處的破洞變大，加上這兩種切口位置都接近于彈頭的中心，導(dǎo)致彈頭從切口處穿出。這種情況下無法判斷是因?yàn)闆]有施加足夠的強(qiáng)力使其發(fā)生脫散，還是因?yàn)槎ㄐ涂椢锏拿撋⑿宰銐蛐《话l(fā)生脫散。切口在離圓心10 mm處時(shí)，160 ℃、30 s定型后的試樣在延伸率為343.43%時(shí)切口發(fā)生脫散，160 ℃、90 s定型后的試樣直到彈頭下降到最低點(diǎn)時(shí)切口仍未發(fā)生脫散，可以看出經(jīng)160 ℃、90 s定型后織物的防脫散效果更好。切口在離圓心15和20 mm處時(shí)，兩種定型過的試樣都不發(fā)生脫散。

綜上，頂破測(cè)試中宜將切口放在離圓心10 mm處，相對(duì)更容易發(fā)生脫散且有利于試驗(yàn)結(jié)果的判定。

3.2 切口方向

本試驗(yàn)切口距離試樣圓心10 mm位置，切口方向分別為0°、45°、90°、135°和180°。

試樣發(fā)生脫散時(shí)的織物延伸率與切口角度之間的關(guān)系如表3所示，可以看到α為0°時(shí)試樣發(fā)生脫散的織物延伸率與α為180°時(shí)比較接近，這是因?yàn)轫斊品y(cè)試中織物發(fā)生的是縱向脫散，這兩個(gè)角度位置的切口在相同的線圈縱行上，試驗(yàn)時(shí)兩個(gè)切口位置受力變形的情況相近，同理α為45°時(shí)試樣發(fā)生脫散的織物延伸率與α為135°時(shí)也比較接近。

表3 不同切口方向頂破測(cè)試結(jié)果

另外，隨著角度α的增大，試樣發(fā)生脫散時(shí)織物延伸率有多次的增減變化。當(dāng)α為90°時(shí)試樣發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率最大，當(dāng)α為45°時(shí)試樣發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率最小。這主要是因?yàn)橐环矫嬖诓眉羟锌跁r(shí)是按照垂直于試樣半徑的方式，α為0°和180°時(shí)破壞的線圈縱行數(shù)最多，α為90°時(shí)破壞的線圈橫列數(shù)最多；另一方面由于不同角度位置對(duì)應(yīng)的線圈縱行及線圈橫列的長(zhǎng)度不同，受到外力時(shí)切口位置的線圈轉(zhuǎn)移量及紗線的伸直情況都不一樣。

因此，試驗(yàn)時(shí)為了保證測(cè)試的準(zhǔn)確性需要保證取樣切口方向一致。當(dāng)α為45°和135°時(shí)，雖然試樣容易發(fā)生脫散有利于測(cè)試，但在取樣時(shí)角度容易產(chǎn)生誤差；當(dāng)α為90°時(shí)不僅試樣最不容易發(fā)生脫散，而且在測(cè)試過程中切口處的紗線朝著圓心方向發(fā)生斷裂，可能會(huì)出現(xiàn)彈頭從切口穿出的情況從而影響試驗(yàn)結(jié)果的判定；當(dāng)α為0°和180°時(shí)，切口就在圓心所在線圈縱行上，方便尋找且操作簡(jiǎn)單，

3.3 彈頭曲率

不同曲率彈頭的頂破測(cè)試結(jié)果如表4所示。隨著彈頭曲率增大，試樣發(fā)生脫散時(shí)的織物延伸率增加，即試樣越不容易發(fā)生脫散。這是因?yàn)閺楊^的曲率越小，與織物的接觸面越平，使得彈頭下降到同一高度時(shí)切口周圍的織物總變形量更大。由于針織物受到外力會(huì)先發(fā)生線圈轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，而當(dāng)切口周圍的線圈變形量都很大時(shí)，可以轉(zhuǎn)移的線圈量減小，試樣更容易發(fā)生脫散。因此頂破測(cè)試中在取樣條件一定的條件下，選擇小曲率彈頭更有利于快速得出試驗(yàn)結(jié)果。

表4 不同彈頭的頂破測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

本文探討了利用頂破儀測(cè)試針織物脫散性能的方法，并研究了切口位置與方向以及彈頭曲率對(duì)測(cè)試的影響。通過分析得到以下結(jié)論。

——采用頂破法測(cè)試織物的脫散性能時(shí)，可用試樣切口發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率作為脫散性能的表征指標(biāo)。

——試樣的切口位置影響織物脫散性測(cè)試結(jié)果。切口離試樣的圓心越近，切口越容易發(fā)生脫散，但同時(shí)也越容易出現(xiàn)彈頭從切口穿出的現(xiàn)象從而影響對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判斷，綜合考慮切口在離圓心10 mm位置較為適宜。

——試樣的切口方向會(huì)影響織物脫散性的測(cè)試結(jié)果。當(dāng)垂直于切口的半徑與線圈縱行的夾角α為45°和135°時(shí)試樣發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率較?。划?dāng)α為0°、90°和180°時(shí)試樣發(fā)生脫散時(shí)織物的延伸率較大。結(jié)合方便取樣和利于測(cè)試方面的考慮，選擇α為0°或180°位置。裁剪試樣切口時(shí)確保在圓心位置對(duì)應(yīng)的線圈縱行上即可。

——在切口的位置和方向相同的前提下，彈頭的曲率越小，織物越容易發(fā)生脫散，選擇小曲率彈頭有利于快速得出試驗(yàn)結(jié)果。