机织松紧带弹性回复率模型研究
2014-09-04
(东华大学纺织面料技术教育部重点实验室,上海,201620)
机织松紧带是由涤纶长丝和乳胶丝包覆纱交织而成的弹性织物,它用途广泛,是缝制游泳衣裤、内裤、运动裤、玩具以及体育护身和医疗绷扎、工业及家居用品等的必要辅料,国内外市场对各类配套松紧带产品的需求量较大[1]。例如,减肥衣的四肢、腰部、领口的开口处均采用松紧带束扣在人体上,为了能满足人们对减肥衣穿着舒适、紧身和保形性好的要求,要求松紧带具有优良的弹性回复性;运动眼镜、军用眼镜、激光防护眼镜、滑雪镜及摩托车风镜等的镜腿用松紧带则要求弹性相当持久耐用,弹性回复性好,在运动过程中不会脱落,耐用性强,适合于各种极限运动。此外,沙发带、汽车用安全带等都对所用松紧带的弹性有一定要求。但是关于松紧带的理论研究,特别是有关其弹性回复率的研究很少。本文以普通机织松紧带为研究对象,试图建立其弹性回复率模型[2]。
1 机织松紧带弹性回复率模型
假设机织松紧带的弹性回复率ρ只与经纱弹性回复率有关,与纬纱无关,即与构成织物组织结构的两组经纱——乳胶丝包覆纱的弹性回复率ρ1和涤纶长丝的弹性回复率ρ2有关,则机织松紧带的弹性回复率可表示为:
(1)
式中:k——修正系数;
m——松紧带中乳胶丝包覆纱经纱根数;
n——松紧带中涤纶长丝经纱根数。
模拟人体穿着松紧带的规律,对涤纶长丝和乳胶丝包覆纱进行定伸长拉伸试验,求得同类性能、不同直径d1的乳胶丝包覆纱的弹性回复率ρ1和同类性能、不同直径d2的涤纶长丝的弹性回复率ρ2。通过拟合d1与ρ1、d2与ρ2的关系曲线可得:
(2)
(3)
式中,a1、b1、c1、a2、b2、c2为常数。
将式(2)和式(3)代入式(1)得:
(4)
式(4)即为机织松紧带弹性回复率的计算式。
以下将确定有关参数并进行实际修正。
2 乳胶丝包覆纱弹性回复率的确定
参照FZ/T 50007—1994《氨纶丝弹性试验方法》[3],在XN-1A型氨纶强伸度弹性测试仪上测试乳胶丝包覆纱的弹性回复率。采用循环定伸长弹性测试方法,循环拉伸5次,前4次拉伸循环中没有停顿,第5次循环拉伸至300%伸长率时停顿30 s,回到原位后再停30 s,然后进行拉伸。根据式(5)计算其弹性回复率,共测3次,取其平均值。
(5)
式中:L0——试样初始长度,mm;
L1——试样拉伸至定伸长的长度,mm;
L2——试样最后一次加载拉伸至预张力时的长度,mm。
不同直径乳胶丝包覆纱的弹性回复率见表1。
表1 不同直径乳胶丝包覆纱的弹性回复率
乳胶丝包覆纱的号数是指在25.4 mm内能并排排列的胶丝根数。圆形胶丝的号数可用25.4除以胶丝的直径而得。
为了建立表1中直径与弹性回复率之间的关系式,以乳胶丝包覆纱直径d1为自变量,弹性回复率ρ1为因变量,拟合表1中的样本点,所得结果如图1所示。
图1 乳胶丝包覆纱直径与弹性回复率的关系
拟合得到乳胶丝包覆纱直径与弹性回复率的关系如下:
(6)
3 涤纶长丝弹性回复率的确定
本试验所用涤纶长丝均为33.3 tex。松紧带在初始拉伸阶段,弹性主要由乳胶丝包覆纱贡献[5],涤纶长丝的伸长很小。所以人为设定取定伸长2%状态下测得的涤纶长丝弹性回复率97%作为ρ2。
4 机织松紧带弹性回复率的确定
4.1 机织松紧带的组织结构
机织松紧带的组织结构图如图2所示。
图2 机织松紧带的组织结构图
图2中经纱1、2和纬纱均为33.3 tex涤纶长丝,3为乳胶丝包覆纱经纱。纬纱每次引入2根涤纶长丝,经纱为单根纱线。经纱配量都是按照2根涤纶长丝配置1根乳胶丝包覆纱,每个松紧带的经纱根数为涤纶长丝84根、乳胶丝包覆纱43根,乳胶丝包覆纱号数分别为32、37、42、52、63号。
4.2 机织松紧带理论弹性回复率的确定
表2 机织松紧带的理论弹性回复率
4.3 机织松紧带实际弹性回复率的确定
本试验采用定伸长拉伸法来测定松紧带的弹性回复率[4]。按照FZ/T 60021—2010标准,定伸长50%,反复拉伸5次,根据式(7)计算其弹性回复率,共测3次,取其平均值。
(7)
式中:L0——隔距长度,mm;
L1——试样拉伸至定伸长的长度,mm;
L2——试样回复至零位停置3 min再施加预张力后的长度,mm。
机织松紧带的实测弹性回复率ρ00如表3所示。
表3 机织松紧带的实测弹性回复率
4.4 修正系数k值的确定
根据以上结果,计算出实际修正系数k值,即:
(8)
式中:ρ00——实测弹性回复率;
ρ0——理论弹性回复率。
k值的计算结果如表4所示。
表4 实际修正系数k值
为了扩大模型的代表性和适用范围,求得5个不同直径修正系数的平均值k=3.04。
通过式(9)计算偏差百分率w(%)来验证这种人为修定的有效性。当w≤5.0%时,即认为模型可以用于实际预测;反之,则要重新对k取值。
(9)
式中:ρk——采用修正k值后,重新计算的理论弹性回复率,%;
ρ00——实测弹性回复率,%。
计算弹性回复率的偏差百分率w(%),如表5所示。
表5 弹性回复率的偏差百分率
由表5可见,w≤5.0%,即认为弹性回复率的模型可以用于实际预测。
机织松紧带弹性回复率的修正公式为:
(0.40≤d1≤0.79)
5 结语
[1] 奚志根.松紧带生产新技术及其效益[J].上海纺织科技,1984,12(6):19-23.
[2] 李星. 粘扣带剥离强度力学模型研究[J]. 产业用纺织品,2011,29(10):19-22.
[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.FZ/T 50007—1994氨纶丝弹性试验方法[S].北京:中国标准出版社,1994.
[4] 中国纺织工业协会.FZ/T 60021—2010织带产品物理机械性能试验方法[S].北京:中国标准出版社,2010.
[5] 张旭棠.DOWXLA弹性针织物的加工及性能测试与分析[D] .苏州:苏州大学,2010.