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针织面料的弹性测试与研究

  
  随着纬编莱卡弹性原料在针织服装面料领域得到广泛应用,促使针织物追求更优异的弹性和弹性回复性。莱卡氨纶丝添加在针织物中的方式、添纱量的多少,都会直接影响织物的性能及表面形态,也直接影响着织物的服用性能。
  
  影响莱卡针织物弹性和回复性的最重要的因素是莱卡氨纶纱线的规格(高弹、中弹与低弹)和含量,其次是织物的组织结构及结构参数,另外织物的生产加工工艺对莱卡针织物的弹性性能也具有很大的影响。
  
  1 莱卡纬编针织弹性面料的研究现状
  1930 年德国拜耳(Bayer) 公司和IG 公司开发了聚氨酯,最早用于合成橡胶和塑料,至1954 年美国杜邦公司开始用于研制弹性纤维。1959 年第一次实现了聚氨酯溶液干法纺丝的工业化生产,命名莱卡。随后,欧洲和日本等地相继投产,这才揭开了新一代莱卡弹力纤维的序幕,为莱卡弹力织物的开发奠定了夯实的基础。
  一般弹力服装能够保形而且舒适柔软,相较于普通织物,弹力织物可长期保持柔软不皱,影响针织弹性面料的因素有很多。
  
  1.1 原料
  莱卡氨纶弹性好,强度一般,吸湿比较差,有耐光性、耐酸性、耐碱性和耐磨性。纬编莱卡弹性面料穿着舒适、手感柔软、不易起皱,这种面料中氨纶纤维起着至关重要的作用,所以要研究莱卡弹性针织物的服用性能和弹性,就需要研究氨纶在弹性针织面料中的含量。无论是织物的服用性能还是织物的弹性都与氨纶的含量有重要关系,而纬编莱卡针织物中的氨纶含量是可以控制的,它与氨纶的细度、氨纶的送纱量、氨纶的喂入速度、氨纶的喂入方式等有关   氨纶在针织物中的含量比由氨纶线密度和氨纶织入量来控制,在相同的制造条件下,增加氨纶的添纱路数,可以增加氨纶的百分比含量,氨纶的含量多,织物的密度、面密度和厚度都变大。加入了氨纶的织物,其透气性变差,所以在保证该原有织物的条件下,应尽量减少氨纶的含量,提高织物的舒适性。
  氨纶的含量可以通过计算来选择,另外,还要考虑氨纶的性能,氨纶品牌及生产方式不同导致产品的性能差异很大,要从性价比上进行考虑用计算的方法得出的氨纶含量要比其它方法更精确和快捷,可大大提高劳动生产率。平针织物经纬方向上的折皱回复角存在一定的差异。随着氨纶含量的增加,经纬方向上的折皱回复角就越接近;同样,随着织物中氨纶含量的增加,平针织物的总折皱回复角也呈上升趋势,而织物急弹性折皱回复角与缓弹性折皱回复角之间的差异值相似。
  
  1.2 织物的组织结构
  纬编针织物有多种不同的组织结构,不同的组织结构有着不同的性能,因此织物的组织结构同样不能忽视。纬编针织物有三大基本组织结构,纬平针组织、罗纹组织、双罗纹组织,以下以这三种为例来阐述一下氨纶丝的添纱方法对于纬编针织弹性面料的性能的影响。
  纬平针组织按氨纶丝的添纱方法分为半添纱和全添纱组织,半添纱组织是在编织时氨纶丝1 路隔1路喂入,织物带有弹性,横向弹性大于纵向弹性,织物表面呈细条状横楞(抽纱),而全添纱组织是应用最为广泛的一种含氨纶丝纬平针组织,织物最容易出现的质量问题是毛羽多、不光洁、易起毛起球。罗纹组织分为三口用氨纶罗纹、半添纱氨纶罗纹、添纱氨纶罗纹,三口用氨纶罗纹是氨纶丝仅在罗纹织机针盘针上1 路隔1 路喂入,织物正反面有明显差异;半添纱组织是在罗纹针盘针上每路喂入氨纶丝,织物表面平整,正反面外观差异趋弱;添纱氨纶罗纹是氨纶丝在罗纹机针盘针、针筒针同时喂入(双眼梭),织出的织物弹性优良,正反面外观看不出差异,没有卷边现象。
  
  1.3 针织机
  目前国内常见针织机可分为两大类:一是以德国进口、国产针织机,称为德系针织机stoll;一是以日本进口、国产针织机,称为日系导经针织机。德系针织机适合单孔丝,该系针织机校验要求高,纱长、氨纶长和氨纶含量控制非常准确稳定,不存在分丝问题,它在织物结构上对氨纶的隐藏性较好,使织物的回弹、手感都比较好。日系针织机适应性很强,可以不分单孔双孔,它结构相对简单,市场上仿日系针织机种较多(以浙江,张家港居多),这类仿制机与日系针织机的差别较大,特别是使用年限较长的机型对氨纶的隐藏性很差,正反布面可明显看出氨纶丝显露,这时较易出现氨纶外漏,抽紧丝等疵点。
  
  1.4 编织工艺
  织物的编织工艺参数对于织物的服用性能影响较大。织物的工艺参数包括拉卡氨纶张力、线圈长度、滞后成圈针数、喂纱轮的位置等。莱卡氨纶针织物的幅宽分机上幅宽和松布幅宽,莱卡氨纶织物由于极具弹性,松布后织物幅宽都会收缩较大,幅宽计算公式为:幅宽= 总针数÷ 横向密度(每10cm 针数)×2.54。在设计工艺时,氨纶张力的选择非常重要,张力过大,织物紧缩,影响织物的悬垂性及弹性,且易断丝、坏针;反之张力如果太小,织物会松松垮垮、不紧密没有弹性,这样也增大了氨纶丝用量,不利于编织。
  含氨纶的针织面料, 在常数拉伸比下,张力越大,重量越大,每厘米的线圈横列、每厘米的针数越多,厚度越厚,透气性越低。线圈长度决定了织物的厚薄,太长时,织物稀疏,弹性小;过短时,难以织造且使织物过厚而影响其悬垂性和手感,所以编织时应充分注意到弯纱深度的调节。氨纶含量增加,线圈长度保持不变,线圈横列和线圈纵行间距值增加,并且含氨纶的织物越紧,织物的重量和厚度越大,而织物的透气性、起球等级、歪斜度越低。编织罗纹组织时,上针相对下针要滞后成圈12 枚针,而氨纶罗纹布要求上针至少滞后3 到4 枚针,否则,滞后针数太少,氨纶丝由于垫纱范围过窄,要么出现跑丝上针吃不到氨纶丝,要么会误垫入下针针钩内,使布面出现横路。调整喂纱轮的位置,在保证下针不吃到氨纶丝的前提下,尽量减小垫纱横角和垫纱纵角,以确保氨纶丝能顺利地喂入上针针钩内,否则上针吃不到氨纶丝,布面会出现横疵。
  针织物的弹性是指当引起针织物变形的外力去掉后,针织物恢复原状的能力。针织物的弹性并不一定都是横向弹性比纵向弹性好,它不仅与针织物的线圈结构有关,而且还与织物所采用的纱线有关,纱线的弹性较大、摩擦系数较小的织物,纵向的弹性回复率比横向弹性回复率大,而且针织物的弹性随着摩擦系数的减小而增大。氨纶的含量越多,织物的弹性回复性能越好,纵横向的弹性恢复性差异越小。随着氨纶含量的增加,纵向与横向弹性回复率都增加,织物的塑性变形小,织物的恢复性能好,当达到一定数值时,纵向与横向弹性恢复率开始缩小。
  
  2 课题研究内容
  本课题重点研究的是针织弹性面料,着重研究以下几点:
  (1)选择不同组分和原料的试样进行对比,为分析提供依据。
  (2)对于试样的基本结构参数进行测试,并分析织物组织结构。
  (3)对试样进行各种服用性能测试,分析不同试样的性能差异。
  (4)对试样的弹性性能和弹性回复性能进行测试,分析弹性差异。
  (5)对试样的压力进行测试,分析压力与弹性回复率的关系。
  
  2.1 纬编莱卡针织面料弹性性能研究
  2.1.1 纬编莱卡针织面料试样选择及基本参数纬编针织物的性能与其密度、厚度、平方米克重、线圈长度等因素息息相关, 因此我们便根据《纺织材料实验技术》上所介绍的织物的密度、厚度、平方米克重的测试方法, 对第二章中所编织的针织物的这几项性能进行了测试。本课题涉及到4 种不同的织物组织,试样编号及测试结果见表2-1。
  2.1.2 弹性针织面料透气性测试分析
  试验仪器:YG46lH 全自动透气量仪;
  测试指标: 透气率/mm/s;
  参数设置: 测试压差 100 Pa;测试面积20 cm2;
  测试方式: 自动;
  测试原理:在规定的压差下,测试单位时间内通过试样的空气流量,来推算织物的透气性。
  
  2.1.3 纬编莱卡针织面料弯曲性能的测试分析弯曲性能是指织物受到与自身平面垂直的力或力矩作用时会产生弯曲变形。织物的弯曲性能与织物的刚柔性有关,测试方法共有3 种,本次试验采用的是KES-FB 织物弯曲性能试验法。
  试验仪器: KES 风格仪;
  测试指标: 弯曲刚度;
  试样要求:5cm×20cm ,经纬向各5 块;
  测试原理:将试样夹持在固定夹头与移动夹头之间,移动夹头由Y 轴位置方向按纯弯曲曲线移动到X 轴位置,织物下面呈弓形弯曲,然后移动夹头缓慢移动回到Y 轴。接着移动夹头向反方向移动,直至与X 轴重合,织物反面呈弓形弯曲,再使移动夹回到Y 轴。至此,完成一个弯曲循环。
  4 号织物的弯曲刚度的差异最大,而4 号织物是罗纹织物,其它均为平针织物,所以明显看出织物的组织结构对织物的弯曲性能影响较大。
  
  2.2  弹性针织面料外观保持性研究
  2.2.1 纬编莱卡针织面料抗起毛起球性测试分析
  所谓起球性是指织物在服用过程中,会不断受到外力的作用,使织物表面的绒毛或单丝逐渐被拉出,当毛茸的高度和密度达到一定值时,外力摩擦的继续作用使毛茸纠缠成球并凸起在织物表面,这种现象称为织物的起毛起球。
  试验仪器:圆轨迹起球仪;
  测试指标:起毛起球等级;
  参照标准:GB/T 4802 一1997;
  参数设置: 起毛次数 150 ,起球次数 150;
  试样规格:直径为(113+0.5)mm 的试样5 块。
  
  2.2.2 纬编莱卡针织面料抗皱性测试分析
  参照标准:GB/T 3819 一1997;
  实验仪器:YG541B 折皱仪;
  测试指标: 折痕回复角;
  测试方法:
  将试样沿折叠线对折, 在承压面积位置线上加上压力重锤, 在规定时间过后, 释放重锤,经5 分钟后读得缓折痕回复角,经向正面、纬向正面折痕回弹角各取5 个试样, 取其平均值;经向反面、纬向反面折痕回弹角各取5 个试样, 取其平均值;测试原理: 试样在二级标准大气压下折叠加压保持一定时间,卸除负荷后, 让试样经过一定的回复时间, 然后测量折痕回复角, 以测得的角度来表示织物的折痕回复能力。
  (1)平针织物正面,长向的折皱回复角要小于宽向的折皱回复角;而织物的反面,长向的折皱回复角要大于宽向的折皱回复角。罗纹针织物的长度方向折皱回复角要小于宽度方向的折皱回复角。
  (2)织物缓弹性折皱回复角要大于织物急弹性回复角。
  (3)莱卡氨纶含量增加,总折皱回复角增大,经纬方向上的折皱回复角之间的差异也越小。
  
  2.2.3 莱卡弹性针织面料悬垂性测试分析
  试验仪器:XDP-l 织物悬垂性测试仪;
  测试指标: 悬垂系数;
  参数设置: 升降速度200m/min ;转动速度60r/min ;上升停止,静态测试5 秒 ;试样开始转动,动态测试10 秒;
  
  2.3 总结
  本文重点对于弹性织物的服用性能进行测试和分析,主要有织物的透气性、弯曲刚度、抗皱性、抗起毛起球性以及悬垂性,着重分析影响这些性能的主要因素。
  通过比较得出随着氨纶含量的增加,织物的透气性越差,织物的起毛起球等级越低,总折皱回复角越大。而织物组织结构对于织物的弯曲性能以及悬垂性影响较大。
  
  3 纬编弹性针织面料弹性与弹性回复性能研究
  3.1 纬编莱卡针织面料的弹性及弹性回复性能测试
  纬编针织物的特点主要取决于纬编针织物所用的原料种类和特性、织物组织结构以及后整理方式,总体上说,纬编针织物具有手感柔软、弹性和延弹性好等特点,缺点是织物不够挺括,尺寸稳定性较差。
  针织物在除去外力后可回复的变形,用拉伸弹性回复率表示。
  针织物弹性的测试方法有定伸长拉伸法和定负荷拉伸法等,根据拉伸方向可分为单向拉伸和双向拉伸,根据拉伸次数可分为单次拉伸和多次拉伸等方式。定伸长拉伸测试法是把针织物沿纵向或横向拉伸至一定长度,保持一定的时间,除去外力,再停顿一定的时间,记录外力去除后针织物拉伸方向的尺寸变化。定负荷拉伸测试法是织物在一定条件下加上一定负荷,保持一定时间,去除负荷,再停顿一定时间,记录试样在拉伸方向的尺寸变化。定负荷的伸长率越大,说明该织物在外力作用下愈容易产生变形。
  由于服装在穿着过程中,织物所承受更多的是定伸长拉伸,因此本试实验采用定伸长拉伸。
  目前尚未有专门测试针织物的弹性以及弹性回复率的仪器,一般情况下都是用织物强力仪测量。但是由于量程太大,所以采用测试原理相同的YG061电子纱线强力仪来测试针织物的定伸长拉伸,它的量程为0—3000CN,能很好地模拟针织物较低负荷下的反复拉伸的情况。
  本实验参照FZ/T70006-2004 针织物拉伸弹性回复率试验方法。
  试样准备:将每种试样都置于标准大气( 温度:20℃ + 2℃ , 相对湿度:65% + 4%) 下平衡24 小时,从距离布端1.5m 以上处剪取50mm×80 mm, 每种织物准备横向和纵向试样各五块,取样时尽可能取两块试样不同的纵行或横列即不同经不同纬;
  实验的指标:一次拉伸弹性伸长回复率、塑性变形率;
  参数的设置:上下夹头间的隔距为50mm,拉伸速度为100mm/min,预加张力10CN,拉伸停置时间为60s,回复停置时间为60s。
  试验开始后,下夹头以设定速度100 mm/min 匀速下降,拉伸织物;在拉伸到系统设定的拉伸长度时,下夹头停止运动,进入拉伸停置时间;停置时间过后,下夹头回升至原位置,进入回复停置时间;最后再拉伸到预加张力位置,自动记录测试结果。
  
  3.2 纬编莱卡针织面料弹性性能分析
  针织物结构具有良好的延弹性。线圈是针织物结构最基本的单元。纬平针线圈由圈柱、针编弧和沉降弧组成,线圈具有确定的长度,对针织物的延伸性、弹性变形有重要的影响。
  针织物的变形分为急弹性变形、缓弹性变形和塑性变形。急弹性变形是当加上负荷后产生,负荷去除后立即消失的形变部分;缓弹性变形是加上负荷后随时间增加而增大,而当负荷除去以后,它又逐渐减小,经过一定时间它就完全消失的部分;塑性变形则是由于纤维或纱线微结构中产生了不可回复的变形部分。弹性变形和塑性变形的大小是衡量弹性针织物弹性性能的重要指标。一般来说,针织物的弹性变形愈大,塑性变形愈小,其弹性性能愈好。
  (1) 织物的横向塑性变形要小于织物的纵向塑性变形,即织物的横向弹性要大于织物的纵向弹性。
  (2) 随着氨纶含量的增加,莱卡织物的塑性变形越小,而弹性也越好。
  (3) 保持织物横向的拉伸变形所需要的拉伸力也小于纵向的。由于纬编针织物在相同伸长的情况下,横向所需拉伸力较小,因而织物的横向耐疲劳、松弛特性优于纵向。
  
  3.4 总结
  莱卡织物的横向弹性要大于它的纵向弹性。随着氨纶含量的增加,织物的弹性越好。织物的横向耐疲劳、松弛特性优于纵向。罗纹织物的弹性回复性能要优于平针织物的弹性回复性能。织物的横向弹性回复性能要好于纵向的弹性回复性能。织物组织结构相同,随着氨纶含量的增加,织物的弹性回复性能也越好。
  
  4 结论
  纬编莱卡织物的服用性能有很多,本文只对透气性、抗起毛起球性、弯曲性能、抗皱性以及悬垂性做了分析。随着氨纶含量的增加,织物的透气性越差,越容易起毛起球,总折皱回复角也越大。组织结构对于纬编莱卡织物的弯曲性能及悬垂性影响也很大。
  纬编莱卡织物的弹性也很重要,织物的横向弹性要大于织物的纵向弹性。随着氨纶含量的增加,织物的弹性越好。织物的横向耐疲劳、松弛特性优于纵向。罗纹织物的弹性回复性能要优于平针织物的弹性回复性能。织物的横向弹性回复性能要好于纵向的弹性回复性能。如果织物组织结构相同,随着氨纶含量的增加,织物的弹性回复性能也越好。