线圈长度对针织物顶破和穿刺性能的影响

李孔虎，郑俞蕾，寿钱英，顾肇文(， )

1 前言

针织衣物的肘、膝等部位，在服用过程中不断受到集中性负荷的顶、压作用而扩张直至破坏，这种破坏作用叫顶破[1]。由于针织物服用过程受到顶破的作用，若仅测试针织物的拉伸断裂强力并不能实际反应穿着的情况[2]，而利用HD026N+电子织物强力仪测出针织物在扩张时所受的力，称作针织物的顶破强力。顶破强力是考核针织物质量的一个重要物理指标[3]。针织物与锋利刀刃接触使得部分纱线断裂而造成脱散，这也是织物的常见破坏形式，线圈中的纱线由于刺物的前行而抽拔滑移，这对织物损伤性能具有重要的作用[4]。织物抵抗刀刃损伤的性能可用准静态穿刺力进行表征。

2 实验

2.1 实验材料与仪器

涤纶纱：29.2 tex×2；针织横机：机号9针/英寸；HD026+电子织物强力仪；穿刺刀片；刻度尺。

2.2 试样编织

横机上采用涤纶纱编织3种不同线圈长度的纬平针和双面集圈组织，编织图如图1所示。

拆散法测线圈长度：在光坯织物5个不同位置沿横列数出100个纵列，首尾用红笔标注。然后将线圈脱散，用1 g重的张力夹夹在纱线一端给于纱线一定的张力，使其沿刻度尺自然下垂伸直。每一织物取20根纱线，红色标记间的100个线圈长度测试结果平均值见表1。

图1 纬平针与双面集圈组织的编织图

表1 试样线圈长度

注：集圈组织的线圈长度取拉长线圈和集圈悬弧长度的平均值。

2.3 顶破试验

钢球法测试织物的顶破强力：HD026N+电子织物强力仪；钢球直径：20 mm；顶破速度：100 mm/min；隔距：450 mm。测试5次，顶破强力结果见表2。

2.4 准静态抗穿刺试验

试验前，将用于顶破试验的钢球换成穿刺刀片。GA68-2003标准刀具[5]材质为高速钢，外形如图2所示。

表2 顶破强力(N)

图2 穿刺刀片及准静态试验刀片装置

准静态抗穿刺试验：HD026N+电子织物强力仪，穿刺速度：100 mm/min；隔距：350 mm。试样测试5次，穿刺角度随机安排，每把穿刺力测试一次，试验结果见表3。

表3 准静态抗穿刺力(N)

3 结果分析

3.1 实验结果分析

结合表1～3，可以看出，针织物的线圈长度对于其顶破强力和准静态穿刺力有明显影响。对照纬平针样本1—1与1—3，线圈长度减小24.6%，顶破强力增大40.6%，准静态穿刺力增大20.0%；对照双面集圈样本2—1与2—3，线圈长度减小5.1%，顶破强力增大39.4%，准静态穿刺力增大20.5%。

表2显示：顶破强力随着线圈长度的减小而增大。这是因为线圈长度愈小，在单位受力面积内同时承受外力的线圈数愈多，所以织物整体的顶破强力愈高。其次，纱线在相邻线圈之间的转移状况也影响到织物的顶破强力。纬平针织物中的线圈较为均匀，在钢球的作用下迅速表现出较好的承受外力的各向同性。而双面集圈组织由拉长线圈和沉降弧组成，在钢球的作用下沉降弧将向相邻线圈进行转移，而不断增大的顶破强力使得纱线间的摩擦力不断增大，成为纱线转移的阻力。因此，集圈组织的结构使得其在外力的作用下难以表现出理想的均匀受力，最终在织物的薄弱处发生断裂而造成破坏。此现象随着集圈组织的线圈长度减小而较快得到改善。故双面集圈组织的整体强力利用率低于纬平针组织。

表3显示：准静态穿刺力同样随着线圈长度的减小而增大，但线圈长度对穿刺力的影响明显小于其对顶破强力的影响。这是因为在穿刺过程中，穿刺刀作用于针织物时兼有顶破与剪切的双重作用。一方面，线圈长度越小，刀刃周边集聚的纱线越多，纱线的抗剪切强度利用率越高；另一方面，一定的线圈长度对于包裹和束缚刀刃，起到很好的阻尼吸能效果。过小的线圈长度将不利于线圈对穿刺刀的束缚，并增大了刀尖刺断纱线而直接导致破坏的几率。这是线圈长度对穿刺力的影响小于顶破强力的根本原因。

对照表2与表3，集圈组织的顶破强力小于纬平针，但其准静态抗穿刺力却大于纬平针，说明二者的破坏机理不同。在准静态抗穿刺破坏中，包含织物的拉伸破坏和剪切破坏，刀刃周边集聚的纱线量对于抗剪切起到了重要作用。

3.2 相关性分析

将两种组织各15个样本的顶破强力进行线性回归分析，所得的回归曲线如图3、图4所示。纬平针组织的回归方程为Y=1300.76-10X，相关系数R=-0.94635，显著性水平α=0.001；集圈组织的回归方程为Y=957.53-7.35X,相关系数R=-0.6056，显著性水平α=0.05。结果显示，两种组织测得的顶破强力与线圈长度均具有显著的负相关，而纬平针组织更优。

图3 纬平针组织顶破强力-线圈长度测试回归曲线

图4 集圈组织顶破强力-线圈长度测试回归曲线

将两种组织各15个样本的准静态抗穿刺力进行线性回归分析，所得的回归曲线如图5、图6所示。纬平针组织的回归方程为Y=60.63-0.345X，相关系数R=-0.87279，显著性水平α=0.001；集圈组织的回归方程为Y=117.57-1.164X，相关系数R=-0.68958，显著性水平α=0.05。结果显示，两种组织测得的准静态穿刺力与线圈长度均具有显著的负相关，而纬平针组织更加显著。

图5 纬平针组织穿刺力-线圈长度测试回归曲线

将两种组织各15个试样的顶破强力与穿刺力进行线性回归分析，所得的回归曲线如图7、8所示，纬平针组织的回归方程为Y=0.035X+15.25，相关系数分别为R=0.92773，显著性水平α=0.001；集圈组织的回归方程Y=0.124X-15.7，相关系数分别R=0.6611，显著性水平α=0.05。结果显示，两种组织测得的准静态穿刺力与顶破强力均具有显著的正相关，而纬平针组织的显著性更大。

图6 集圈组织穿刺力-线圈长度测试回归曲线

图7 纬平针组织穿刺力-顶破强力测试回归曲线

图8 集圈组织穿刺力-顶破强力测试回归曲线

4 结论

4.1针织物的线圈长度对于其顶破强力和准静态穿刺力有明显影响。线圈长度对准静态抗穿刺力的影响明显小于其对顶破强力的影响。一定的线圈长度对于包裹和束缚刀刃，起到很好的阻尼吸能效果。在实验样本中，纬平针试样线圈长度减小24.6%，顶破强力增大40.6%，准静态穿刺力增大20.0%；集圈组织样本线圈长度减小5.1%，顶破强力增大39.4%，准静态穿刺力增大20.5%。

4.2顶破强力与准静态抗穿刺力的破坏机理不同。在准静态抗穿刺破坏中，包含织物的拉伸破坏和剪切破坏，刀刃周边集聚的纱线量对于抗剪切起到重要作用。

4.3纬平针和集圈组织的顶破强力、准静态穿刺力与线圈长度之间具有显著的线性负相关性；准静态穿刺力与顶破强力之间具有显著的线性正相关性。纬平针组织的线性相关性更明显。

[1] 缪秋菊，王海燕. 针织面料与服装[M].上海：东华大学出版社，2009.

[2] 王敏，温箐，谢火胜.针织物顶破强力测试方法对比分析[J].中国纤检，2010，(12)：40—42.

[3] 姚晓林，姜亚明，邱冠雄，等.纬编针织物刺物准静态侵彻线圈扩张长度分析[J].针织工业，2006,(1):8—10.

[4] 王永欣，王萍，马倩. 不同组织结构涤纶织物的刺破试验分析及破坏形态[J].纤维复合材料，2010,(2):30—35.

[5] 中华人名共和国公共行业标准：GA68—2003防刺服测试标准[S].