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(fā)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(guī)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(guī)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(jiān)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(xù)時間對織物強力的影響。
選擇4塊常規(guī)滌綸仿毛織物,具體織物規(guī)格參數如表1所示。
表1 織物規(guī)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)。
1.2.1 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(tài)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(guī)律。
織物中紗線斷裂持續(xù)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(xù)時間。
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(xù)織物力學性能測試分析的影響。
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。
由于織物拉伸過程中紗線斷裂具有不同時性,斷裂持續(xù)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(xù)時間,紗線斷裂持續(xù)時間測試結果如表3所示。
表3 紗線斷裂持續(xù)時間Tab.3 Duration of yarns breaking s
分別計算5次測試的持續(xù)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(xù)時間為縱坐標,織物強力利用系數隨斷裂持續(xù)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(xù)時間呈負相關關系,即織物中紗線斷裂持續(xù)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(xù)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(xù)時間范圍為0.22~0.28 s,而4#斜紋織物的紗線斷裂持續(xù)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(xù)時間,即交織次數少,結構相對疏松的織物紗線斷裂持續(xù)時間偏長。
圖2 織物強力利用系數隨斷裂持續(xù)時間變化趨勢Fig.2 Fabric coefficient of strength utilization with duration of yarns breaking
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(jiān)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(xù)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(xù)時間與織物強力利用系數呈負相關趨勢,即紗線斷裂持續(xù)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(guī)律。