针织物拉伸变形与回复性研究

王建国

(上海子瑞佳纺织品有限公司，上海 200235)

随着社会的发展，人们对针织服装的要求不仅局限于外观美、穿着舒适，耐穿性也逐渐成为人们购物的选择因素。但是由于针织物自身的线圈结构特点，使得其在长期使用过程中受到外力作用下，会发生拉伸变形[1-3]，不仅影响外形美观程度，而且降低了使用寿命。针织物的拉伸性能是影响其服用性能的重要因素，其中穿着时最常见的磨损情况即单向拉伸，因此，研究针织物的拉伸变形与回复性能，是提高服装质量的基础，也是本文主要的研究目的。目前有关针织物的单向拉伸研究大多是土工类型和高性能复合材料，而针对服装面料类的研究比较少见。

针织物的拉伸试验分经编或纬编织物单独进行研究。纬编织物的研究中，胡海霞[4]选择了H-10K-L型台式双立柱电子万能材料试验机分别对3种不同的纬编针织物进行了拉伸性能的研究，发现可以使用抛物线方程来描述纬编针织物布边收缩性的变化，针织物组织和原料会较大地影响针织物的布边收缩性。李红霞等[5]使用Stoll公司电脑横机和高性能生态环保亚麻纤维编织小样进行了研究，发现其经纬向强力均匀并且断裂强力较大，拉伸变形能力较好，在环保新材料领域具有一定潜力。孙丽华等[6]对纬编复合材料进行了拉伸试验并利用相机记录了织物细微的结构变化，经过分析得出热塑性纬编复合材料在拉伸性能的各向异性尤为突出，且采用了平纹结构复合材料的变形性能要弱于采用罗纹结构的复合材料。T.B. BINI, S. RAMAKRISHNA[7]通过研究测得针织复合物的拉伸性能和弹性模量在0°最大，90°最小，适用于单层或多层复合材料，且测试得出了针织物的拉伸性能会随着线圈数量的增多而达到一个稳定值，当内部线圈不发生滑移和扭曲时，拉伸性能会达到最大值。

在众多针织物中，纬编平纹针织面料的应用面很广，但其保型效果最差，较容易产生卷边和脱散现象，并且在拉伸变形后较难恢复，严重影响了衣物的外形美观和内在质量[8]。通过模拟生活中的实际情形，利用单向拉伸测试仪对不同原料的纬平针织物进行了拉伸与回复性的研究，比较不同种类针织物的变形程度，从而总结出适用于实际生产及质量控制要求的针织物。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

采用3种纬平针织物，3种织物均含有5%的氨纶，其中B织物与C织物的克重、纵横密相近，A织物与C织物的厚度相似。针对试验所采用的纬平针织物进行参数测定，具体数据见表1。

试验仪器为YG065H型电子织物拉伸仪。

1.2 测试方法

试验之前，将所准备好的试样放在恒温恒湿的实验室中静置24 h，对试样进行调湿。按照国标要求，实验室的温度应为20±2 ℃，相对湿度为65%±2%[9]。

表1 纬编针织物参数

1.2.1织物拉伸断裂测试

根据国标FZ/T 70006-2004《针织物拉伸弹性回复率试验方法》[10]，测试仪器是YG065H型电子织物拉伸仪，拉伸速度为100 mm/min，夹具之间的有效长度为100 mm，试样的尺寸为20 cm×5 cm，如图1所示，预加张力2 N，经、纬向各测得5个有效数据。

1.2.2定伸长单向拉伸测试

根据国标FZ/T 70006-2004《针织物拉伸弹性回复率试验方法》[10]，利用YG065H型电子织物拉伸仪以100 mm/min的拉伸速度，夹具之间的有效长度为100 mm，预加张力1 N，将针织物沿纵向或者横向拉伸60、80 mm，停置15 s后拉伸仪以原速返回，再停置30 s，反复拉伸3次，当针织物处于外力释放状态时记录其在拉伸方向所产生的尺寸变化[3]。试样的尺寸为20 cm×5 cm，经、纬向各测得5个有效数据。

图1 单向拉伸试样规格示意图

1.2.3定负荷单向拉伸测试

根据国标FZ/T 70006-2004《针织物拉伸弹性回复率试验方法》[10]，利用YG065H型电子织物拉伸仪以100 mm/min的拉伸速度，夹具之间的有效长度为100 mm，预加张力1 N，25 N为定负荷力值，将针织物沿经向或者纬向拉伸，拉伸停置15 s，返回停置30 s，反复拉伸3次，当针织物处于外力释放的状态时记录其在拉伸方向所产生的尺寸变化[11]。试样的尺寸为20 cm×5 cm，经、纬向各测得5个有效数据。

2 结果与讨论

2.1 织物拉伸断裂测试与结果分析

(a)3种织物经向/纬向拉伸的强力-伸长曲线图

(b)3种织物经向拉伸的断裂强力值和断裂伸长

(c)3种织物纬向拉伸的断裂强力值和断裂伸长图2 3种织物拉伸断裂测试结果

3种织物拉伸断裂测试结果分析见图2，由图2(a)所示，3种织物的纬向断裂伸长均大于其经向断裂伸长，3种织物的经向断裂强力均大于其纬向断裂强力。3种织物的拉伸曲线均呈非线性变化关系，初始阶段在伸长率30%以内拉伸曲线较平缓，主要是织物内部线圈取向变形及圈弧伸直引起，当伸长率逐渐再增大直到断裂时，拉伸曲线斜率呈近似的线性关系，这部分的变形主要由线圈变形及纱线拉伸综合作用的影响。可见作为针织内衣时，织物通常沿着横向伸长要求较大，该3种织物均满足了纬向伸长率较高的要求，而且初始模量较低，容易变形。由图2(b)、图2(c)所示，3种织物的经向断裂伸长最大的为C棉氨织物，B涤氨织物居中，A黏氨织物最小。3种织物的纬向断裂伸长最大的为A黏氨织物，C棉氨织物居中，B涤氨织物最小。三者的经向和纬向断裂伸长值差异不大，而三者的经向和纬向断裂强力差异较为显著，其中经向和纬向断裂强力最大的为B涤氨织物，C棉氨织物居中，A黏氨织物的最小，这主要是由于材料的差异造成。

2.2 定伸长单向拉伸测试与结果分析

(a)经向定伸长60 mm拉伸

(b)纬向定伸长100 mm拉伸图3 3种织物定伸长拉伸时的塑性变形率和弹性回复率

3种织物定伸长拉伸时的塑性变形率和弹性回复率见图3，由图3(a)可知，在经向定长60 mm的定伸长试验中，C棉氨织物的塑性变形率最小，A黏氨织物居中，B涤氨织物最大；B涤氨织物的弹性回复率是最小，A黏氨织物居中，C棉氨织物最大。综上，在60 mm定伸长小变形作用下，C棉氨织物的经向弹力是最好的，B涤氨织物最差，A黏氨织物居中。由图3(b)可知，在纬向定长100 mm的定伸长试验中，A黏氨织物的塑性变形率是最小的，B涤氨织物居中，C棉氨织物最大；弹性回复率C棉氨织物最小，B涤氨织物居中，A黏氨织物最大。因此，在100 mm定伸长大变形作用下，大部分织物在多次往复拉伸后会产生塑形变形，A黏氨织物的纬向弹性是最好的，B涤氨织物居中，C棉氨织物最差。

通过图3可观察到，在小变形定伸长反复拉伸作用时，织物可以保持较高的弹性回复性，特别是沿经向拉伸时；而针织物虽然纬向一般有较高的延伸率，但在大变形的定伸长反复拉伸时，会造成线圈结构内部的变形，从而引起塑形变形的机会增加，织物回复到初始状态的可能性降低，这对于不同穿着部位织物设计时要特别注意防止大变形引起服装的塑形变形。

2.3 定负荷单向拉伸测试与结果分析

(a)经向定负荷25 N拉伸

(b)纬向定负荷25 N拉伸图4 3种织物定负荷25 N拉伸时的塑性变形率和弹性回复率

图4为3种织物定负荷25 N拉伸时的塑性变形率和弹性回复率，由图4(a)可知，在经向定负荷25 N的定负荷试验中，C棉氨织物的塑性变形率最小，A黏氨织物居中，B涤氨织物最大；B涤氨织物的弹性回复率是最小，A黏氨织物居中，C棉氨织物最大。综上，在25 N定负荷作用下，C棉氨织物的经向弹力是最好的，B涤氨织物最差，A黏氨织物居中。从图4(b)可以得出，在纬向定负荷25 N的定负荷试验中，A黏氨织物的塑性变形率是最小的，B涤氨织物居中，C棉氨织物最大；弹性回复率C棉氨织物最小，B涤氨织物居中，A黏氨织物最大。因此，25 N定负荷的作用下，A黏氨织物的纬向弹性是最好的，B涤氨织物居中，C棉氨织物最差。

图5 3种织物定负荷25 N拉伸时经纬向实际伸长值

图5为3种织物定负荷25 N拉伸时经纬向实际伸长值，可以得出，3种织物经纬向定负荷拉伸实际伸长最大的试样为A黏氨织物，最小的为B涤氨织物，并且，A黏氨织物和C棉氨织物的伸长值相差不大。这是由于黏胶纤维与棉的性能极为相似，两者都易变形，弹性相似，伸长相似。此外，经过对比可以发现3种织物的纬向伸长值均大于其经向伸长值，这一结果是由于织物的线圈结构引起的。3种织物均为纬平针组织，纬平针组织的经向为一个个竖立的圈干组成，而纬向是沉降弧和针边弧组成，因此当拉伸时经向圈干的伸长较小，而纬向弯曲的2个沉降弧和针编弧的伸长较显著。

在定负荷反复拉伸特别是经向拉伸时，织物可以保持较高的弹性回复性，织物的纬向有较高的延伸率，织物的纬向伸长值均大于经向伸长值，因此定负荷反复拉伸会造成线圈结构内部的变形，从而引起塑形变形的机会增加，织物回复到初始状态的可能性降低，这对于不同穿着部位织物设计时要特别注意防止大变形引起服装的塑形变形。

3 结论

使用模拟单向拉伸测试仪对3种不同成分的纬平针织物进行了拉伸断裂、定伸长拉伸和定负荷拉伸试验，通过这些试验得到：(1)3种织物的纬向断裂伸长均大于其经向断裂伸长，3种织物的经向断裂强力均大于其纬向断裂强力。作为针织内衣时，织物通常沿着横向伸长要求较大，3种织物均满足了纬向伸长率较高的要求，而且初始模量较低，容易变形。(2)对于每种织物自身的经纬向强力测试结果表明，各类织物的经向断裂强力比纬向高约10%～45%，这主要由于织物的线圈结构造成，沿着经向拉伸时圈干主要承力比纬向拉伸时的圈弧承力作用更强。(3)在小变形定伸长、定负荷反复拉伸作用，特别是沿经向拉伸时，织物可以保持较高的弹性回复性。而针织物虽然纬向一般有较高的延伸率，但在大变形的定伸长、定负荷反复拉伸时，会造成线圈结构内部的变形，从而引起塑形变形的机会增加，织物回复到初始状态的可能性降低，这对于不同穿着部位织物设计时要特别注意防止大变形引起服装的塑形变形。