织物基本力学性能测试方法的对比分析

张金秋，韩玉洁，赵 藏，王青玥，赵凤鑫

(1.山东普惠招标有限公司，山东 淄博 255000；2.天纺标检测认证股份有限公司，天津 300193)

纺织品在日常使用过程中，存在着多种损坏形式，如拉伸、压缩、弯曲与摩擦等机械外力作用而导致的断裂、撕破和顶破等，因此纺织品的基本力学性能既影响了产品的耐用性能，也是纺织品质量评定的主要内容。

1 断裂强力

织物被拉伸断裂或破裂时所能承受的最大外力即为织物的断裂强力。

1.1 破坏机理

当织物受所施加外力拉伸时，受拉织物中纱线由弯曲逐渐被拉直，同时开始迫使非受拉纱线承受力的作用，受拉纱线逐渐变细，织物随之变薄，横向的非受拉纱线在切向滑动阻力的作用下，两侧纱线逐步向内凹进，织物呈现“束腰形”，最终纱线逐根断裂，织物解体[1]。织物拉伸断裂过程示意图见图1。

图1 织物拉伸断裂示意图

1.2 测试标准

目前考核织物断裂强力的测试方法有条样法和抓样法，其中条样法又分为扯边纱条样法和剪切条样法[2]。一般可拆边纱的织物采用扯边纱条样法，缩绒、毛毡、非织造布、涂层等不易扯边纱的织物采用剪切条样法。对应的测试标准分别是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(条样法)》和GB/T 3923.2-2013《纺织品 织物拉伸性能 第2部分：断裂强力的测定(抓样法)》。

两种测试方法均适用于机织物，其他织物可参照执行，但通常不适用于弹性织物、土工布、玻璃纤维织物以及碳纤维和聚烯烃扁丝织物。两种测试方法均采用等速伸长仪进行测试，可测试织物湿态和干态下的断裂强力。条样法的测试原理是以恒定伸长速度拉伸规定尺寸的织物试样，直至其断脱[3]。抓样法的测试原理是使用规定尺寸的夹持器夹持试样的中央部位，以恒定的速度拉伸试样直至其断脱[4]。

两个标准的区别在于测试时仪器的隔距、试样尺寸及拉伸速度，见表1。测试过程中，条样法是试样整个宽度被夹持器夹持拉伸，抓样法是试样宽度方向的中央部位被夹持器夹持拉伸。与抓样法相比，扯边条样法所得结果的不匀率较小且节约测试材料，但抓样法的织物试样更易准备，且其试验测试过程更趋近于实际使用过程[2]。

表1 GB/T 3923.1-2013与GB/T 3923.2-2013区别

2 撕破强力

织物在实际穿着时，某些部位会突然承受集中负荷，例如某些部位突然被利物勾住或人体下蹲时裤子臀部、裆部突然受到外力作用等，纱线会逐根受到最大负荷，继而产生断裂或裂缝[2]。

2.1 破坏机理

织物撕破过程中会形成受力三角区，织物的撕破强力与其纱线单纱强力正相关，并且纱线的断裂伸长率越大，受力三角形愈大，同时受力纱线数量越多，因而其撕破强力也会变大[2]。

2.2 测试标准

各种织物在不同场景的使用过程中，存在着多种撕裂破坏形式。目前关于织物撕破强力的测试方法主要有冲击摆锤法(GB/T 3917.1)、裤形试样(单缝)法(GB/T 3917.2)、梯形试样法(GB/T 3917.3)、舌形试样(双缝)法(GB/T 3917.4)和翼形试样(单缝)法(GB/T 3917.5)，其中前三种是国内常用的测试方法。

冲击摆锤法和裤形试样(单缝)法主要适用于机织物，其他如非织造物等也可参照执行这两种测试方法，但不适用于针织物、机织弹性织物、可能产生撕裂转移的稀疏织物以及具有较高各向异性的织物；梯形试样法主要适用于各种机织物和非织造布。冲击摆锤法的原理是利用重锤被释放过程中自身所贮存的能量，将织物试样沿切口方向撕裂，再将撕破一定长度织物需要做的功换算成撕破力[5]。裤形试样(单缝)法的原理是沿夹持裤型试样的切口方向进行拉伸，记录撕裂到规定长度时的撕破强力，由所绘制曲线的峰值计算出撕破强力[6]。梯形法是利用强力试验仪沿试样上梯形形状的一对不平行边进行拉伸，令撕破沿试样织物的宽度方向传播，测量平均最大撕破力[7]。

上述三种测试方法原理不同，所形成的三角区有明显差异，所得结果无可比性。冲击摆锤法一般更适用于撕破强力较大的斜纹织物，如牛仔面料等；裤形试样(单缝)法一般更适用于各种机织物(纯棉印染布、精梳毛织品)和撕裂方向规则的非织造布等；梯形法一般更适用于灯芯绒面料等机织物和某些轻薄非织造织布[2]。

3 顶破强力/胀破强力

织物在一定的垂直于平面的负荷作用下，出现顶起或鼓起扩张而破裂的现象，此时的作用力称为顶破强力或胀破强力。顶破试验与服装在人体肘部、膝盖等处受力情况相似，能够模拟穿着时的真实情况。顶破试验可以描绘织物多向强伸特征，尤其适合针织物、三向织物、非织造布及降落伞用面料等。目前我国已把顶破性能作为考核部分针织物内在质量的重要指标。

3.1 破坏机理

织物在顶力的作用下各向伸长，沿着经纬两个方向张力复合的剪应力首先在织物变形最大、强力最弱的一点，迫使纱线断裂，然后沿经向或纬向撕裂，呈现直角或者直线形的破口[2]。

3.2 测试标准

3.2.1顶破强力

顶破强力测定主要采用钢球法(GB/T 19976-2006)，可测试织物干态和湿态下的顶破强力。测试原理是将圆球性顶杆恒速垂直顶向固定在圆环试样夹内的织物，迫使织物变形直至破裂，此时测得的力即顶破强力[8]。

3.2.2胀破强力

测试方法标准有GB/T 7742.1-2015(液压法)和GB/T 7742.2-2015(气压法)。两个标准均适用于针织物、机织物、非织造布和层压织物，也适用于由其他工艺制造的各种织物。

液压法测试原理：将试样夹持在可延伸的膜片上，在膜片下方施加液体压力，迫使膜片和试样膨胀，以恒定速度增加液体体积，直到试样胀裂，测得胀破强力[9]。气压法测试原理与液压法基本相同，只是在膜片下面施加压缩气体，迫使膜片和试样膨胀。

对于上述两种胀破强力测试方法，一般当压力不超过800 kPa时，采用液压和气压两种胀破仪器得到的胀破强力结果没有明显差异，这个压力范围涵盖了大多数普通服装的性能水平。对于胀破压力较高的特殊纺织品，液压法更为适用。

4 接缝性能

服装一般由多片面料拼接而成，片状面料之间相互结合的位置称为接缝，接缝质量对织物的质量及服用性能产生直接影响，接缝处纱线强力及纱线滑移性会严重影响纺织服装面料的适用性，因此接缝性能是衡量接缝质量的一个重要指标。针织物主要考核接缝强力；机织物考核接缝强力和接缝处纱线的抗滑移(纰裂程度)。

4.1 接缝强力

针织物与机织物由于编织方法不同，致使织物在组织结构、服用性能和风格方面差别很大，其接缝强力的测试方法也不同。

4.1.1针织物和弹性织物

针织物和弹性织物的接缝强力采用FZ/T 01030-2016(顶破法)和FZ/T 01031-2016(抓样法)两种方法，前者适用于针织物和弹性织物的直线接缝，不适用于较大弯曲的接缝，后者适用于针织物和弹性织物。

(1)顶破法

顶破法的测试原理是使用一个球面体向被圆环夹持器夹持且接缝在夹持器圆心的试样施加垂直的压力，直至试样破裂[10]。测试方法包括弹子顶破法和膜片顶破法，试验参数见表2。

表2 FZ/T 01030-2016试验参数

(2)抓样法

抓样法的测试原理是沿试样接缝的水平方向或垂直方向施加恒定速率的拉伸力，直至试样断裂，包括平行拉伸法和垂直拉伸法[11]。

采用顶破法能够真实体现人体的突出点对接缝造成的影响，抓样法反映的是垂直于接缝的断裂强力或平行于接缝的断裂强力。与抓样法相比，顶破法能够有效地避免试样从钳口处破坏的现象，测试效率相比等速拉伸法要高，所需试样尺寸更小，可节省测试面料，但顶破法测试对试验人员操作水平要求较高，测试时要保证力作用在接缝处，避免发生滑脱而影响试验结果。在采用顶破法测试针织物的接缝强力时，弹子顶破法能够直接得到试验结果，测试效率较高。

4.1.2机织物

机织物的接缝强力依据GB/T 13773.1—2008(条样法)和GB/T 13773.2—2008(抓样法)进行测试。这两种测试方法均适用于机织物的直线接缝，不适用于弹性机织物、土工合成材料、非织造布、涂层织物、玻璃纤维织物以及碳纤维和聚烯烃扁丝生产的织物，两种测试方法的主要试验参数见表3。

表3 GB/T 13773.1-2008和GB/T 13773.2-2008主要试验参数

4.2 接缝处纱线的抗滑移(纰裂程度)

当接缝处的纱线受到拉伸、摩擦作用时会发生滑移，即机织物中的经(纬)纱在纬(经)纱上产生移动，并且滑移存在不可逆性，纱线的滑移量即为缝子纰裂程度，主要用于衡量机织物的接缝性能。机织物抵抗产生滑移破坏的能力称为抗滑移，其对织物的服用性能会产生直接影响。

机织物接缝处抗滑移的测试方法标准为GB/T 13772《纺织品 机织物接缝处纱线抗滑移的测定》的4个系列标准，第1部分：定滑移量法、第2部分：定负荷法、第3部分：针夹法和第4部分：摩擦法。检测中常用定负荷法，其测试原理是把试样剪成矩形，再将试样折叠后沿宽度方向进行缝合，缝合后沿折痕开剪，对垂直于接缝方向的试样施以拉伸负荷，测定其在施加规定负荷时产生的滑移量。该方法适用于所有的服装、装饰用以及弹性机织物(包括弹力纱的织物)，不适用于织带类等产业用纺织品。

5 测试中应注意的问题

5.1 调湿和试验大气环境

织物强力主要受纤维强力的影响。试验环境温湿度将会影响到纤维的温度和回潮率，进而影响到纤维内部结构、状态和拉伸性能。在纤维回潮率一定时，温度升高，纤维内部大分子热运动将加剧，大分子柔曲性提高，分子间结合力便被削弱，造成单纤维强力下降；在温度不变的条件下，相对湿度越大，纤维分子间结合力减弱，结晶区松散，造成纤维强度降低。因此试验中要严格按照标准规定，在标准大气下进行调湿和试验。

5.2 试验仪器

仪器的灵敏度和稳定性会对试验结果产生一定影响，测试过程中需要对织物施加预加张力。当仪器灵敏度低时，会使预加张力不准确，若织物强力较小时将会对测试结果产生影响；当织物强力较大时，仪器的不稳定性会造成测试结果的CV值较大，影响到试验的准确性。此外仪器夹钳的位置及夹钳面的状态也会对测试结果造成一定影响，若两夹钳不在同一平面、夹钳握持打滑或夹钳面不平整，会造成试样在夹钳附近断裂，从而影响到试验结果的真实性。

5.3 预加张力

织物强力的测试中大多需要施加预加张力，预加张力的目的是使织物伸直但不会伸长，预加张力过大会导致纤维损伤，进而影响织物强力；预加张力过小会造成纤维未充分伸直，从而影响最终试验结果。

5.4 取样细节

取样要按标准规定，所取样品应具有代表性，须避开褶痕、褶皱和布边等，不得存在影响试验结果的疵点。

5.5 试验人员的操作

样品的制备过程要严格按照标准规定的要求，操作时保持双手干燥和干净，避免手上的汗液影响试验结果。

6 结语

本文对织物基本力学性能的测试标准进行了对比分析总结，并指出相关测试方法的适用范围，测试时试验环境、仪器、预加张力、取样细节、规范操作对试验结果的影响，以期提高实验室的测试精确程度，指导生产企业有效改善产品质量。