不同参数高强高模针织物拉伸性能研究

文/赵凯敏 刘 夙

高强高模纺织复合材料具备良好的物理及化学稳定性，并且质轻、柔韧，已成功应用于军事、航空航天、通信、电子和防护等高科技领域。目前这类材料多采用芳纶纤维制成，具有高强高模、耐酸碱性强、密度低、阻燃及热稳定性好等优异特性。但芳纶纤维价格昂贵，生产成本较高。涤纶网络丝具有良好的力学性能、尺寸稳定性，以及较强的承载能力和优良的抗疲劳性能，近年来逐渐受到研究者们的关注，并使其在汽车工业、建筑工程等领域逐步开展应用。芳纶纤维与高强涤纶网络丝都具有高强高模的特点，但两者价格差距较大，力学性能方面也存在差距。本文采用上述两种纤维在电脑横机上编织成不同参数的针织物，探究原料、织造密度及织物组织对针织物拉伸性能的影响规律。本研究将对产业用高强高模针织物的设计开发具有一定的指导意义。

1 试验

1.1 试验原料及仪器

试验原料见表1，试验所用仪器信息见表2。

表1 纱线基本规格

表2 试验仪器信息

1.2 影响织物力学性能的指标

影响针织物力学性能的主要指标为：原料、弯纱深度（电脑横机上，弯纱深度用NP值表示，NP值越大，弯纱深度越大，所形成的线圈长度也相应越大）、组织结构。

原料：芳纶1313、芳纶1313+2根尼龙热熔丝、5根涤纶网络丝、5根涤纶网络丝+2根尼龙热熔丝。

NP值：12、12.5。

组织结构：平针、变化平针1、变化平针2，编织图如图1所示。

图1 平针及变化平针针织物编织示意图

1.3 不同参数针织物设计

结合实际生产情况，对针织物的参数进行设计，共设计出24种不同类型的织物，如表3所示。其中，A表示的是由芳纶1313织成的织物，B表示的是由芳纶1313＋2根尼龙热熔丝织成的织物，C表示的是由5根涤纶网络丝织成的织物，D表示的是由5根涤纶网络丝＋2根尼龙热熔丝织成的织物。

表3 不同参数针织物设计

2 纱线性能测试

2.1 纱线拉伸性能测试

纱线的拉伸性能是衡量织物拉伸性能的一个重要指标，它对织物的加工过程以及织物质量都会造成一定的影响。本文对芳纶1313纱线以及涤纶网络丝进行了拉伸强力测试。

测试标准：GB/T 14344—2008《化学纤维 长丝拉伸性能试验方法》。

试验参数如下：预加张力为0.2 cN/dtex，夹持距离为250 mm，速度为500 mm/min。将这两种纱线重复测试20次，所测得平均值见表4。

表4 纱线拉伸性能测试结果

从表4中可以看出，细度相同时，芳纶1313的断裂强度要远远高于涤纶网络丝，而涤纶网络丝的断裂伸长率要高于芳纶1313。

2.2 纱线摩擦性能测试

纱线的摩擦性能对织物的加工过程以及成品质量有着重要影响。如果纱线的摩擦系数过大，则会影响织物的上机编织，进而影响织物的质量和外观效果。

测试标准：ASTM D3108—2001《纱线与固体材料之间摩擦系数的标准试验方法》。

试验参数如下：包围角为180°，速度为100mm/min，时间为15s。每种纱线重复测试3次，测试平均值如表5所示。

表5 纱线摩擦性能测试结果

从表5中可以看出，同样细度的涤纶网络丝的摩擦系数低于芳纶1313，纱线的摩擦系数不会影响织物的上机编织。

3 织物拉伸测试及分析

在测试织物拉伸性能之前，先对织物的密度进行测试，测试结果见表6。

表6 织物密度参数

3.1 织物拉伸性能测试方法

参考标准：GB/T 3923.1—2013《纺织品 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》。

试验参数：设定隔距长度为200mm，拉伸速度为100mm/min。在夹钳中心位置夹持试样，启动试验仪，将试样拉伸至断脱，记录断裂强度与断裂伸长。

3.2 测试结果分析

将含有不同参数的织物进行拉伸测试，测试所得的经纬向断裂强度与断裂伸长率平均值。由测试结果可以看出：芳纶1313的强度大概是涤纶网络丝所织成织物的1.6～2.6倍。当组织结构、纱线相同时，NP值越小，织物强度越大，断裂伸长越小。这是由于NP值越小（即针织物纵横密越密），织物中纱线间的接触点越多，这时纱线间的切向滑动阻力会增大，从而导致织物的断裂强度增大，断裂伸长减小。此外，NP值为12.5时的织物拉伸规律与NP值为12时的织物拉伸规律大致相同，为此，本文只对NP值为12时的织物拉伸规律进行分析。

3.2.1 原料对织物强力的影响

不同原料对织物强力的影响见图2。

图2 原料对织物强力的影响

由图2可见，当NP=12，组织结构为纬平针时，经向断裂强度：A1＞B1＞C1＞D1，纬向断裂强度：A1＞B1＞C1＞D1；经向断裂伸长：A1＞D1＞B1＞C1，纬向断裂伸长：A1＞B1＞C1＞D1。当组织结构为1隔1变化平针及2隔2变化平针时，经纬向断裂强度和伸长与纬平针相同，即经向断裂强度：A＞B＞C＞D，纬向断裂强度：A＞B＞C＞D；经向断裂伸长：A＞D＞B＞C，纬向断裂伸长：A＞B＞C＞D。与C和D相比，A和B强度较高的原因在于：A、B中含有芳纶1313，芳纶1313强度要比涤纶网络丝强度高。在A与B中，A强度更高的原因在于：B中除了含有芳纶1313外，还增加了两根尼龙热熔丝，而尼龙热熔丝的强度远低于芳纶1313，尼龙热熔丝的加入降低了整体的断裂强度。在C和D中，C强度更高的原因在于：尼龙热熔丝的加入降低了整体的断裂强度。对于经向断裂伸长，A大于D的原因在于，A1织物中纱线根数较少，纱线间摩擦阻力较小，断裂伸长较大。D大于B的原因在于:涤纶网络丝纱线本身的断裂伸长要高于芳纶1313。而B大于C的原因在于：B中纱线根数较少。对于纬向断裂伸长，A＞B＞C＞D的主要原因在于纱线根数。纱线根数越少，摩擦阻力越小，断裂伸长越大。

3.2.2 织物组织对织物强力的影响

不同织物组织对织物强力的影响见图3。

图3 织物组织对织物强力的影响

由图3可见，当NP=12，纱线原料为芳纶1313时，经向断裂强度：纬平针＞变化平针1＞变化平针2，纬向断裂强度：变化平针2＞变化平针1＞纬平针；经向断裂伸长：变化平针2＞变化平针1＞纬平针，纬向断裂伸长：纬平针＞变化平针1＞2变化平针2。当纱线原料分别为芳纶1313＋2根尼龙热熔丝、5根涤纶网络丝、5根涤纶网络丝＋2根尼龙热熔丝时，经纬向断裂强度和断裂伸长规律与芳纶1313的拉伸规律相似。在经向上，纬平针织物横密最大，变化平针1次之，变化平针2最稀疏。在织物拉伸时，织物横密越大，织物在拉伸过程中承受拉力的纱线根数越多，织物断裂强度越大。同时横密的增加会使得纱线间的阻力增大，断裂伸长减小。故经向断裂强度：纬平针＞变化平针1＞变化平针2，经向断裂伸长：变化平针2＞变化平针1＞纬平针。在纬向上，由于变化平针中增加了浮线组织，使得针织物的横向延伸性减小，尺寸稳定性提高。故纬向断裂强度：变化平针2＞变化平针1＞纬平针。同时在纬向上，变化平针2的纵密最大，变化平针1次之，纬平针最差，故纬向断裂伸长：纬平针＞变化平针1＞变化平针2。

4 结论

芳纶1313的断裂强度远大于涤纶网络丝的断裂强度，因此本研究中涤纶网络丝织物的强度大概是芳纶1313所织成织物的38.5%～62.5%；芳纶1313的摩擦系数也大于涤纶网络丝，可根据产品开发实际情况对原料进行选择。

织物组织和纱线原料相同时，NP值越小，织物强度就越大，断裂伸长就越小；变化平针中由于添加了浮线，使得针织物的横向延伸性减小，尺寸稳定性提高，因此变化平针织物的纬向断裂强度相对于平针组织来说更高。