经编间隔织物的拉伸特征

杨大伟， 缪旭红， 孙 婉， 蒋高明

(1. 江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

经编间隔织物的拉伸特征

杨大伟1,2， 缪旭红1， 孙 婉1， 蒋高明1

(1. 江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122；2. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

为探讨经编间隔织物的拉伸特征，选取4种不同结构的织物进行拉伸试验，分析了各织物及其上下表面层的断裂强力、断裂伸长和拉伸曲线特征，解释了经编间隔织物的拉伸机制和三维尺寸变化规律，并从织物层角度讨论对拉伸强力和断裂伸长的影响。实验结果表明：间隔织物三维尺寸的变化在拉伸过程中呈现出不同的规律；断裂伸长较小的间隔织物表面在拉伸过程中会率先发生断裂；间隔层对间隔织物的拉伸强力和断裂伸长影响较小，但会延长间隔织物拉伸断裂过程；上下表面层的强力和伸长数值及其大小关系共同决定着间隔织物的断裂强力和断裂伸长。

经编； 间隔织物； 断裂强力； 断裂伸长； 拉伸曲线

经编间隔织物是指在双针床拉舍尔经编机上生产的织物，具有良好的抗压缩性、减震性和透气透湿性[1-2]，被大量应用在坐垫、床垫、鞋材等产品上[3]。经编间隔织物由于兼具优良的挺括性、透气性与时尚性，成为近年时装界的新宠，是男女外套、裙装等时装的优选面料，具有十分巨大的潜在市场与应用前景，因此对经编间隔织物进行服用性能方面的研究十分必要，其中人体在肘部、肩膀等关节处的活动会对织物产生不同程度的拉伸作用[4-5]，织物拉伸性能的好坏将直接影响服装外观风格和穿着体验，是重要的测试指标[6-7]，但目前对经编间隔织物拉伸性能的研究还较少。针对这一状况，本文通过探讨分析间隔织物拉伸机制和其特征，为间隔织物在服装上的应用提供一定理论指导。

1 实验部分

1.1 试样准备

本文所用的经编间隔织物在经编机RD6上织造，样布由常熟市大发经编织造有限公司提供，样布规格见表1所示，分别编号为织物1、2、3、4、2*、3*，其中每种样布上下表面组织不同，各织物上下面分别编号为织物面a、b，织物2*是将织物2去掉间隔层后的2表面层直接贴合形成的织物，用同样的方法得到织物3*。试样实物如图1所示。

1.2 试样制备和测试方法

按照GB/T 3923.1—2013 《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定》，测试5种规格试样间隔织物及其上下表面层的拉伸强力和断裂伸长，采用YG0260D型多功能电子织物强力仪，实验室温度为18 ℃，湿度为30%，预张力为2.0 N，夹持距离为100 mm，夹头移动速度为100 mm/min，实验样布采用梯形试样，沿织物经向与纬向进行拉伸实验。

表1 样布规格Tab.1 Fabric specifications

图1 试样实物图Fig.1 Sample fabric pictures.(a) Structure 1-a; (b) Structure 1-b; (c)Structure 2-a; (d) Structure 2-b; (e) Structure 3-a; (f) Structure 3-b; (g)Structure 4-a; (h) Structure 4-b

2 结果与讨论

2.1 经编间隔织物的拉伸性能

图2示出样品织物1、2、3、4的经纬向拉伸断裂曲线。通过测试结果可看出，经编间隔织物的拉伸断裂过程分为3个阶段。

图2 织物拉伸断裂曲线Fig.2 Fabric tensile fracture curves.(a) Warp direction; (b) Weft direction

1)阶段Ⅰ，织物处于松弛状态，拉伸力作用于线圈，使圈柱伸直、圈弧转动和纱线交织点滑移，发生织物结构伸长，拉伸特征为小强力大伸长[8]。

2)阶段Ⅱ，随拉伸的进行，织物处于张紧状态，拉伸力直接作用于纱线自身，纤维发生抽拔伸长[9]，拉伸强力显著上升，拉伸特征表现为大强力小伸长。

3)阶段Ⅲ，纱线发生断裂，裂口逐渐扩散，直至间隔织物完全断裂，拉伸强力逐渐减小。与普通织物的拉伸断裂曲线[10]相比，经编间隔织物在达到拉伸断裂峰值前有一小段上下波动的曲线，同时间隔织物拉伸力在达到断裂峰值后并不是立即减小为0，而是有个往复反弹的缓冲区间。主要原因是间隔织物被完全拉断前已经出现裂纹，并且裂纹逐渐累积扩大，断裂过程是持续进行的，故而造成拉伸强力的不断波动；而且间隔织物达到拉伸强力峰值时，首先断裂的是直接受力的上下表层，此时大多数间隔丝仍然连接着上下表面层并相互缠结，随后间隔丝沿织物拉伸方向逐渐伸直，承担较大外力，所以间隔织物的拉伸强力在表面层断裂后并没有迅速下降变为0，而是出现反复上下波动的现象[11]。

图3示出样品织物4各个方向的尺寸应变图，其中y方向是拉伸受力方向(即织物经向)，x方向垂直于织物拉伸方向(即织物纬向)，z方向是织物厚度方向。从图中可发现在拉伸过程中织物3个方向的尺寸变化规律。

图3 样品织物4各方向应变图Fig.3 Three dimension strain figures of fabric 4

1)间隔织物所做的测试是定速拉伸，所以y方向的应变与拉伸时间呈线性关系。

2)z方向的应变在初始阶段基本无变化(对应拉伸过程第Ⅰ阶段)，随后呈指数上升(对应拉伸过程第Ⅱ阶段)，最后又趋于平缓。

3)x方向的尺寸变化与z方向相反，初始阶段应变呈指数上升，随后上升趋势变慢，最后基本不变。

这主要是因为：在拉伸第Ⅰ阶段，整块间隔织物处于松弛状态，拉伸力主要作用于上、下表面织物线圈，引起线圈取向变形，在宏观上表现为织物y方向的伸长和x方向的收缩；随拉伸的进行，在第Ⅱ阶段间隔织物逐渐张紧，x方向尺寸的收缩变得困难，上下表面织物向中间靠拢，在宏观上表现为织物z方向即织物厚度方向尺寸的收缩；在织物发生拉伸断裂的第Ⅲ阶段，所受外力持续减小，x方向和z方向的尺寸基本不再发生变化。

2.2 各层结构对拉伸过程的影响

各试样的拉伸断裂情况见表2。

表2 试样拉伸断裂情况Tab.2 Tensile fracture data of samples

从表中可发现样品织物2、2*与织物3、3*的拉伸强力和断裂伸长基本一致，这说明间隔层对间隔织物的拉伸强力和断裂伸长大小基本无影响，织物2和织物2*的拉伸断裂曲线如图4所示。由图可看出，织物2*在完全断裂后，拉伸强力迅速下降，没有出现织物2那样的强力反复波动现象，但间隔层的存在延长了织物拉伸断裂过程。这主要是因为：在间隔织物拉伸过程中，间隔层受纵向拉伸力作用，间隔丝虽然发生弯曲，但由于间隔丝弯曲刚度很小[12]，可承担的外力很小，所以间隔层对间隔织物的拉伸强力和断裂伸长数值大小并无影响。

图4 织物2和织物2*拉伸断裂曲线Fig.4 Tensile curves of fabric 2 and fabric 2*

图5示出织物1、3的上下表面层的经向拉伸断裂曲线。由图可见间隔织物上、下面中断裂伸长较小的一面会先发生断裂，且拉伸波动曲线起始点的断裂伸长与断裂伸长较小的面相近，而整块间隔织物的断裂伸长又与断裂伸长较大的面相近。说明间隔织物在完全断裂过程中出现的波动曲线是由断裂伸长较小的一面发生撕裂引起的，而断裂伸长较大的面发生断裂则意味着整块间隔织物的完全断裂[13]。这主要是因为间隔层在拉伸过程中基本不起作用，间隔织物的拉伸过程可看作是上、下表面2块织物的拉伸，当间隔织物伸长量增大到某个表面的断裂伸长值时，此表面承担的力超过自身极限，率先发生断裂，其承担的强力逐渐降低[14]，而另一表面层织物承担的强力随拉伸的继续进行在不断变大，所以间隔织物整体承担的外力会发生小幅上下波动变化，反映在间隔织物拉伸曲线上即是出现在断裂峰值前的波动曲线。

图5 间隔织物及其上下表面层的拉伸断裂曲线Fig.5 Tensile curves of spacer fabrics and surface layers.(a) Fabric 1; (b) Fabric 3

2.3 表层拉伸性对整体拉伸性的影响

根据表2中各试样拉伸断裂情况可发现，间隔织物整体的断裂强力(F)和断裂伸长数值(l)同时受上、下表面断裂强力F1、F2和断裂伸长l1、l2的影响，分为3种情况。

1)织物上、下表面断裂强力相近而断裂伸长率差异较大时，间隔织物整体断裂强力F≈F1+F2，断裂伸长P≈ max(P1，P2)，如织物2、3。这主要是因为当两表面断裂强力相近时，断裂伸长较小的一面先发生断裂，所能承担的外力逐渐降低，另一面织物同时也承担部分拉伸强力，直至此面也达到断裂伸长，间隔织物发生完全断裂，故整体伸长等于较大表面层，因为2个表面层都参与到拉伸过程并直至断裂，所以整体强力等于两表面层之和，织物3拉伸断裂曲线见图5(b)。

2)织物上、下表面断裂强力相差较大且2块表面织物拉伸性为小强力大伸长(或大强力小伸长)特征时，间隔织物整体断裂强力F≈ max(F1，F2)，断裂伸长P≈ min(P1，P2)，如织物1。这主要是因为对于断裂伸长较小、断裂强力较大的表面层，在拉伸过程中会先发生断裂，不能承担拉伸外力，而另一面织物由于本身承担的外力很小，则会导致间隔织物整体承担的外力值大幅下降，此时间隔织物整体虽未完全断裂，但由于其拉伸强力已经很小，织物的拉伸性已经失效，可等价为完全断裂，所以在拉伸过程中基本只有小伸长大强力的表面层参与拉伸过程，另一表面层不起作用，所以整体拉伸性与此表面层相近，织物1拉伸断裂曲线见图5(a)。

3)织物上、下表面断裂强力与断裂伸长均相近，间隔织物整体断裂强力F≈F1+F2，断裂伸长P≈P1(或P2)，如织物4。此种情况一般发生在上下表面层结构、原料等完全相同的情况下，整块织物的受力由上下表面层分别平均承担，同时达到拉伸断裂极限，所以两表面层同时断裂，整体伸长等于2个表面层的伸长，2个表层参与到拉伸过程并直至断裂，拉伸性能得到了充分利用，整体强力等于表面层之和。

3 结 论

1)间隔织物三维尺寸的变化在拉伸过程中呈现不同的规律：经向伸长率呈线性变化；厚度方向伸长率在初始阶段基本无变化，随后呈指数上升，最后又趋于平缓；纬向伸长率初始阶段指数呈上升趋势，随后上升趋势变慢，最后基本不变。

2)间隔织物3层结构在拉伸过程中起着不同作用：间隔层对间隔织物的拉伸强力和断裂伸长大小基本无影响，但延长了织物拉伸断裂过程；上下表面层强力和伸长之间的大小关系共同决定着间隔织物的断裂强力和断裂伸长。

3)在应用经编间隔织物时，为获得较好的拉伸性能，使上下表层织物的拉伸性能得到充分利用，应尽量选择两表面层断裂强力和断裂伸长均接近的间隔织物。

FZXB

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Tensile characteristics of warp knitted spacer fabrics

YANG Dawei1,2, MIAO Xuhong1, SUN Wan1, JIANG Gaoming1

(1. Engineering Research Center for Knitting Technology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214122, China; 2. Key Laboratory of Eco-Textiles(Jiangnan University), Ministry of Education, Wuxi, Jiangsu 214122, China)

In order to investigate the tensile characteristics of warp knitted spacer fabrics, four fabric samples with different structures were subjected to tensile performance testing. The breaking strength, breaking elongation and tensile curve characteristics of the fabric samples and the upper and lower surface layers thereof were analyzed, and the tensile mechanism and three dimensional scale change law of the warp knitted spacer fabrics were explained. The influence of tensile strength and breaking elongation were discussed in terms of fabric layers. The results show that three dimension change laws of the spacer fabric has different regular patterns, and the spacer fabric with lower breaking elongation would break up firstly. The spacer layer has no influence on tensile strength and breaking elongation but extendes the tensile progress. The tensile strength and breaking elongation of the surface layer decide the spacer fabric tensile property.

warp knitting; spacer fabric; breaking strength; breaking elongation; tensile curve

10.13475/j.fzxb.20160604206

2016-06-17

2017-01-05

中央高校基本科研业务费专项资金项目(JUSRP51404A)；江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2015019-31)

杨大伟(1991—)，男，硕士生。研究方向为纺材与纺织品设计。缪旭红，通信作者，E-mail：miaoxuhong@163.com。

TS 186.1

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