织物组织结构对机织物力学性能的影响

R. B. Patil， R. Turukmane

MPSTME SVKM’S NMIMS大学 纺织功能中心(印度)

纺织材料的性能取决于其力学性能、拉伸张力及负载应用方法。力学性能是设计不同品质织物时需考虑的重要因素。织物的结构和性能决定了产品的抗应力和后期的抗应变性能。为制备特定的机织产品，必须充分了解产品的力学性能。织物强度和伸长率是其力学性能的最佳表现，决定了织物的性能及其最终用途。本研究旨在通过比较平纹、斜纹和方平组织织物的力学性能，确定其最终应用。试验测试了这3种不同类型织物的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性及抗起球性。 测试用平纹、斜纹和方平组织织物如图1所示。

a) 平纹

b) 斜纹

c) 方平

根据最终用途，可按要求对所织造的机织物进行分类。织物的物理、力学和化学性能决定了其在受控条件下的表现。

1 试验

1.1 材料

采用涤/棉混纺纱在喷气无梭织机上织制平纹、斜纹和方平组织织物试样。测试用试样均在标准大气中进行受控条件下的测试，以避免试验参数变化的影响。织物的性能如抗起球性、摩擦性能及强度等，是重要的织物品质参数，经后整理工艺，这些性能参数可能会发生改变。

1.2 织物规格

织物试样的规格参数如下所述。

平纹织物：幅宽为152.4 cm，经、纬纱均为36.4 tex双股线，经、纬密为252根/10 cm×118 根/10 cm；

斜纹织物：幅宽为152.4 cm，经、纬纱均为36.4 tex双股线，经、纬密为252根/10 cm×110 根/10 cm；

方平织物：幅宽为152.4 cm，经、纬纱均为36.4 tex双股线，经、纬密为252根/10 cm×220 根/10 cm。

1.3 试样准备

制备好织物试样后，将所有试样放在相对湿度为65%，温度为(20±2)℃的标准环境中预调湿，以进行后续的力学性能测试。所得织物试样的面密度及抗起球性如表1所示。

表1 试样的面密度及抗起球性

2 织物性能测试方法

2.1 拉伸测试

按照ISO 13934-1-1999测试织物的拉伸性能，并用拉伸法测定织物的最大强力。试验采用Tinius Olsen型拉伸强度测试仪进行测试。试样大小为50 mm×300 mm，在平纹、斜纹和方平组织织物的经纱方向和纬纱方向上各取5块试样。夹具距离设置为(75 ±1) mm，负载率(速度)为(300±10) mm/min，调整夹头速度，使试样在(20±3) s内断裂。

2.2 撕裂测试

按照ISO 13937-1-2000测定织物的撕裂强度。使用的测试仪器为Elmendorf落锤仪(德国)。试样尺寸为10.16 cm(4 in)×7.62 cm (3 in)，面积约为77 cm2。在平纹、斜纹和方平组织织物的经纱方向和纬纱方向上各取3块试样。

2.3 耐磨性

磨损属于纤维、纱线和织物的物理破坏，是由织物表面与另一表面摩擦导致的。纺织材料在穿着、清洁或洗涤过程中会产生摩擦，这可能会使织物变形，导致纤维或纱线被拉出织物或在织物表面露出纤维末端。磨损导致的最终结果是织物特定性能的丧失，如织物的强度和外观，而这与材料的使用性能直接相关。

试验使用马丁代尔磨损测试仪(SDL Atlas公司， 英国)，试样尺寸为38 mm × 140 mm。在平纹、斜纹和方平组织织物的经纱方向和纬纱方向上各取3块试样。

3 结果与讨论

3.1 拉伸断裂强力和断裂伸长率

拉伸应力-应变性能测试是最常见的织物力学性能测试。它可用于确定织物在轴向拉伸载荷下的性能，包括断裂强力和断裂伸长率。拉伸强度测试的原理非常简单，即将测试试样两端固定并拉伸直至其断裂。

通常拉伸性能的测量结果是随机的，且测量结果取决于试样的几何形状、纤维类型及其在织物结构中的排列。纱线或织物的拉伸强度定义为在承受单轴拉伸载荷作用时其不被拉伸至断裂而承受的最大载荷。机织物的拉伸强度与非织造布和针织物相比相对较高，这使其在许多应用中具有优越性。图2和图3分别对比了平纹、斜纹和方平3种不同组织织物的拉伸断裂强力和断裂伸长率。

图2 3种织物的经、纬向拉伸断裂强力对比

图3 3种织物的经、纬向拉伸断裂伸长率对比

由图2和图3可知，总体而言，织物的经向拉伸强力高于纬向。平纹织物的经、纬纱交织次数多，拉伸断裂强力较高。与其他组织结构类型的织物相比，平纹的交织点数多，因此具有更高的经向强度。

3.2 撕裂强度

撕裂强度是织物抵抗撕裂或自撕裂开始扩展时所需的力。织物的撕裂可能发生在多种产品使用场合中，并涉及疲劳和磨损过程，以及施加力时裂口的不断增长。撕裂强力指启动撕裂所需的力。对用于军服、帐篷、帆、伞和吊床等领域的机织物，通常需进行撕裂强度的测试。

撕裂强度也可用于评估涂层织物的脆性和适用性。3种组织结构织物的撕裂强力测试结果如图4所示。由图4可知，在平纹、斜纹和方平3种组织结构织物中，平纹织物的撕裂强力较小，经向撕裂强力仅为34.93 N，斜纹和方平组织织物的撕裂强力较高，经向撕裂强力分别为139.44 N和142.38 N。

图4 3种织物的经、纬向撕裂强力对比

3.3 耐磨性测试

摩擦仅属于磨损的一个方面，是指织物组分中纤维之间及纱线之间的摩擦损耗。这种磨损为一种平面摩损，常通过多次旋转磨损引起纱线的断裂来测试。纱线耐断裂是其测试的主要指标，通过测试可观察到何种组织结构织物更耐磨损，何种组织结构织物的磨损性能较差。测试结果表明，经50 000次摩擦，平纹、斜纹和方平组织织物的纱线都未断裂，表明3种织物的耐磨性均较好。

4 结语

本文重点研究了平纹、斜纹和方平3种组织织物的力学性能，包括拉伸性能、撕裂性能、耐磨性及抗起球性。研究结果表明，织物的组织结构和织物参数(纱线排列密度、纱线线密度及幅宽)决定了织物的力学性能。

根据织物的普遍规律，交织点数越多，其拉伸断裂强力越大。因此，平纹织物表现出比斜纹织物和方平织物更高的拉伸断裂强力，但其撕裂强力、断裂伸长率及耐磨性则相对较差。