芳綸紗羅織物的織造及防刺性能研究

劉文麗 楊彩云

(天津工業(yè)大學(xué)，天津，300387)

芳綸紗羅織物的織造及防刺性能研究

劉文麗 楊彩云

(天津工業(yè)大學(xué)，天津，300387)

通過改造電腦織樣機(jī)來織造芳綸紗羅織物并對(duì)絞紗組織的開口循環(huán)進(jìn)行了詳細(xì)分析。進(jìn)而測(cè)試芳綸紗羅組織不同點(diǎn)的防刺性能，闡述了釘狀物刺入紗羅組織不同點(diǎn)的防刺機(jī)理。然后將芳綸紗羅織物與芳綸平紋的防刺性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試分析。結(jié)果表明，芳綸紗羅織物的防刺性能優(yōu)于芳綸平紋，更適用于防刺復(fù)合織物基布以提高織物的防刺性能。

芳綸紗羅組織，防刺性能，電腦織樣機(jī)改造，組織不同點(diǎn)，芳綸平紋組織

紗羅組織是絞紗組織和羅組織的總稱。絞、地經(jīng)不斷扭絞并與緯紗交織不僅在織物表面形成均勻分布的空隙使織物具有良好的透氣性，而且使織物的組織結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定［1］。將紗羅織物運(yùn)用于防刺復(fù)合織物的基布，可很好地提高織物的防穿透力、穩(wěn)定性及透氣性。

1 芳綸紗羅織物的織造

1.1 上機(jī)參數(shù)與組織圖設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)使用的原料為芳綸，屬荷蘭產(chǎn)品，型號(hào)為TWARON-SE-16-type 1111，織造時(shí)將紗線合股，股線特?cái)?shù)為42×2。芳綸纖維為無捻長(zhǎng)絲，屬中模量對(duì)位芳綸，織造過程中起球不易脫落，并且受到絞綜裝置開口限制，紗羅織物密度不宜過大。實(shí)驗(yàn)采用一絞一紗羅組織，右穿法。選用筘號(hào)為70#，每筘穿入數(shù)2?？椢锝M織圖如圖1所示。

1.2 改造織樣機(jī)

紗羅組織的絞經(jīng)與地經(jīng)之所以能夠扭絞，在于織造這種織物時(shí)，使用了特殊的絞綜裝置和穿綜方法，有時(shí)還配合了必要的輔助機(jī)構(gòu)。絞綜有線制和金屬絞綜兩種，圖2所示為本實(shí)驗(yàn)使用的是金屬絞綜。

圖1 組織圖

圖2 絞綜裝置

首先，將基綜1、2分別穿進(jìn)綜片2、3的特制綜框條上并安裝到綜框上，半綜的下端分別由特制的綜框條穿上，并將其垂于1、2綜片和3、4綜片之間，這樣可以增加半綜運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦力，使半綜不因綜框的上下運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生滑移。

其次，選用距離絞綜裝置3～4片綜的7、8片綜片作為后綜、地綜。將第8片綜提高，使高于第7片綜約4 cm左右，這樣可使地經(jīng)在半綜上部3～4 cm，有利于織造形成梭口［1］，如圖3所示。

最后，起絞轉(zhuǎn)梭口時(shí)，由于絞、地經(jīng)扭絞，絞經(jīng)承受的張力較大，織樣機(jī)上并未安裝張力調(diào)節(jié)裝置，開口較普通機(jī)織物要小，因此穿梭時(shí)采用頭端帶鉤的金屬細(xì)棒將緯紗引入。這樣織樣機(jī)改造完成。

圖3 改造后的小樣機(jī)

1.3 絞紗組織織造

紗羅織物織造時(shí)，若根據(jù)開口時(shí)絞經(jīng)與地經(jīng)不同的相對(duì)位置，梭口形式可分為普通梭口、開放梭口和絞轉(zhuǎn)梭口三種。地經(jīng)不動(dòng)，左側(cè)基綜提起，絞經(jīng)從地經(jīng)左側(cè)上升，右側(cè)基綜提起，絞經(jīng)從地經(jīng)右側(cè)上升。右穿法起絞過程為，地綜上升，形成“普通梭口”;左基綜上升，絞經(jīng)在地經(jīng)左側(cè)形成“絞轉(zhuǎn)梭口”;右基綜與后綜同時(shí)上升，絞經(jīng)在地經(jīng)右側(cè)形成“開放梭口”。

實(shí)驗(yàn)織造絞紗組織，只需交替使用絞轉(zhuǎn)梭口和開放梭口，絞經(jīng)時(shí)而在地經(jīng)左側(cè)，時(shí)而在地經(jīng)右側(cè)，相互扭絞而形成紗孔。圖4(a)綜平狀態(tài)時(shí)，地經(jīng)高出半綜頂端4～5 cm，這樣有利于形成梭口。綜框3、7和8不動(dòng)，綜框2帶動(dòng)半綜上升，絞紗從地經(jīng)左側(cè)上升，形成圖4(b)絞轉(zhuǎn)梭口。綜框2、8不動(dòng)，綜框3、7上升，形成開放梭口。開放梭口使綜平狀態(tài)下地經(jīng)與半綜上部形成3～4 cm的固定距離。

圖4 絞紗組織織造

2 芳綸紗羅織物防刺性能測(cè)試

防刺性能測(cè)試針對(duì)紗羅組織上的不同點(diǎn)進(jìn)行，并且將芳綸紗羅織物與芳綸平紋進(jìn)行防刺性能對(duì)比分析，突出紗羅織物做復(fù)合材料基布防刺性能的優(yōu)越性。

2.1 試樣選取

試樣在實(shí)驗(yàn)室小樣機(jī)上試織，其基本參數(shù)如表1所示。

表1 織物基本參數(shù)

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及方法

實(shí)驗(yàn)在INSTRON材料強(qiáng)力機(jī)上采用釘狀物刺入，不必考慮經(jīng)緯向，刺入速度均控制為3.7 mm/min。試樣均進(jìn)行5次測(cè)試，得出強(qiáng)力—位移曲線。

3 防刺實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 紗羅組織不同點(diǎn)刺入分析

根據(jù)所得強(qiáng)力—位移曲線就釘狀物對(duì)紗羅織物不同點(diǎn)刺入進(jìn)行分析?？煞譃閳D5所示的A經(jīng)緯交織點(diǎn)、B扭絞點(diǎn)、C緯紗、D空隙處四點(diǎn)，圖6為釘狀物刺入芳綸紗羅織物不同點(diǎn)所得載荷—位移曲線圖。

釘狀物頭端是圓錐型，在刺入織物的過程中，頭端先接觸織物表面。隨著強(qiáng)力機(jī)載荷的增加，織物承受頭端的壓力也隨之增加，織物開始變形。壓力不斷增大，頭端下部直接接觸的纖維將會(huì)出現(xiàn)斷裂，織物變形逐漸增大，頭端將略微穿過織物。當(dāng)釘狀物頭端下部纖維完全斷裂時(shí)，第一個(gè)峰值出現(xiàn)。這個(gè)過程中，力的增大不僅有來自釘狀物頭端擠斷紗線的力，還有由于織物的變形及頭端的不斷刺入，紗線對(duì)圓錐部分的擠壓力。緊接著，釘狀物的頭端繼續(xù)以恒速擠開紗線，強(qiáng)力機(jī)載荷不斷增加，紗線所受擠壓力不斷增大，當(dāng)頭端完全穿過織物時(shí)，便達(dá)到第二個(gè)峰值。釘狀物下部為圓柱型，繼續(xù)下移也就不會(huì)再出現(xiàn)力的變化。

圖5 芳綸紗羅組織示意圖及刺入點(diǎn)分布

結(jié)果顯示，釘狀物刺入紗羅組織不同點(diǎn)的載荷—位移曲線是有差異的，但均由兩個(gè)峰值組成，在載荷變化的過程中有一些小抖動(dòng)，大體方向一致。這說明，防刺機(jī)理大體一致，但前后峰值的具體大小有所區(qū)別。釘狀物頭端在交織點(diǎn)上時(shí)，頂端同時(shí)壓著經(jīng)緯兩個(gè)方向的三股紗線，穿透織物所需穿刺力比較大，因此圖6(a)曲線中，第一個(gè)峰值點(diǎn)與其他峰值點(diǎn)相比較大;當(dāng)達(dá)到第一個(gè)峰值后，頭端已部分進(jìn)入紗線中，這時(shí)僅需較小的穿刺力就可穿透織物，因此第二個(gè)峰值要小一些。圖6(b)曲線為刺入扭絞點(diǎn)情況，釘狀物頭端刺入的是兩股經(jīng)紗，絞、地經(jīng)雖然扭絞，與交織點(diǎn)的穿刺力相比略小一些。在第一個(gè)峰值形成的過程中，頭端部分進(jìn)入紗線，但紗線扭絞使纖維間抱合力很大，釘狀物頭端擠開紗線的力也較大，因此第二個(gè)峰值略大于第一個(gè)，這一點(diǎn)與圖6(a)曲線有區(qū)別。圖6(c)曲線為釘狀物刺入緯紗過程穿刺力與位移的變化，由于交織點(diǎn)與交織點(diǎn)比較緊密，所以釘狀物難免會(huì)壓住經(jīng)紗的部分纖維，這樣緯紗上的刺入可以看成緯紗與部分經(jīng)紗的刺入，其穿刺力要比交織點(diǎn)、扭絞點(diǎn)上的穿刺力小。圖6(d)載荷—位移是釘狀物刺入空隙過程穿刺力與位移的變化，此時(shí)也難免會(huì)壓住部分纖維，因此刺入也符合釘狀物刺入的機(jī)理，第一個(gè)峰值的形成是壓斷頭端下部的纖維，第二個(gè)峰值的形成是未穿過的釘狀物頭端擠開紗線的過程。釘狀物刺入空隙的過程，倘若未壓住任何紗線，可推理為僅有圖6(d)曲線的第二個(gè)峰。

圖6 紗羅織物不同點(diǎn)刺入載荷—位移曲線

釘狀物刺入紗羅組織不同點(diǎn)的過程中，基本都達(dá)到兩個(gè)峰值，有表2可知，其最大穿刺力在釘狀物刺入交織點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)，最小穿刺力在釘狀物刺入空隙處時(shí)出現(xiàn)。根據(jù)第二峰值處壓縮位移可見，刺入交織點(diǎn)時(shí)織物最易變形，而刺入緯紗時(shí)織物最不易變形，當(dāng)然壓縮位移受邊緣涂層、邊緣固定裝置、穿刺力大小等多方面影響。

表2 不同刺入點(diǎn)分析

3.2 不同組織織物的防刺性能測(cè)試分析

釘狀物刺入人體的過程中，織物變形過大，即使未穿透也會(huì)傷害人體，但考慮到現(xiàn)在所做研究為復(fù)合防刺裝甲的基布，因而暫不考慮織物變形量，僅以織物臨界刺割比強(qiáng)度pc進(jìn)行比較，見式(1)。臨界刺割比強(qiáng)度是衡量織物抗刺割性的主要指標(biāo)之一［2］。

式中:PC——臨界刺割力(N);

w——織物面密度(g·m－2)。

表3是芳綸紗羅組織和芳綸平紋的防刺性能對(duì)比。實(shí)驗(yàn)針對(duì)兩種織物組織的不同點(diǎn)分別進(jìn)行5次測(cè)試，測(cè)試1#紗羅組織的防刺性能時(shí)，分別在經(jīng)緯交織點(diǎn)、扭絞點(diǎn)、緯紗上、空隙處及扭絞點(diǎn)與經(jīng)緯交織點(diǎn)之間進(jìn)行測(cè)試;測(cè)試2#平紋組織的防刺性能時(shí)，分別在經(jīng)緯組織點(diǎn)、非組織點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試得出載荷—位移曲線，取曲線最大峰值為臨界刺割力。

表3 紗羅與平紋防刺性能對(duì)比表

結(jié)果顯示，1#紗羅pc＞2#平紋pc即面密度相同的條件下，1#紗羅組織的防刺能力優(yōu)于2#平紋組織。但表2中紗羅組織在空隙處穿刺力大小與表3中平均值PC1#相差較大，將紗羅織物與其他織物復(fù)合即用于防刺復(fù)合裝甲的基布即可。由于芳綸纖維的價(jià)格較高，將其織制成紗羅織物既可以提高防刺裝甲的平均防刺性能，又可以節(jié)省原料。

4 結(jié)論

通過對(duì)芳綸紗羅織物和芳綸平紋織物的防刺性能測(cè)試并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得到以下結(jié)論:

(1)芳綸紗羅組織不同點(diǎn)的防刺機(jī)理基本相同，均為兩個(gè)峰值，其最大穿刺力在釘狀物刺入交織點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)，最小穿刺力在釘狀物刺入空隙處時(shí)出現(xiàn)。

(2)芳綸紗羅織物的防刺性能優(yōu)于芳綸平紋，某些點(diǎn)穿刺力與平均值PC相比有較大差異，適于做防刺復(fù)合織物的基布，既可提高織物的防刺性能，也相應(yīng)節(jié)省原料。

［1］顧平.織物結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)學(xué)［M］.上海:東華大學(xué)出版社，2006:135-143.

［2］于偉東.紡織材料學(xué)［M］.北京:中國(guó)紡織出版社，2006:313-315.

［3］季友偉，尤紅.紗羅組織馬?；氐脑O(shè)計(jì)與生產(chǎn)［J］.毛紡科技，2002(3):37-39.

［4］LEE C H，LOU Chingwen，CHEN Jinmao，et al.Process technology and performance evaluation of Nylon 6/PU stab resistance fabric matrix［J］.Engineering Materials，2010(443):631-636.

The weaving and research of stab resistance on Twaron leno fabrics

Liu Wenli，Yang Caiyun
(Tianjin Polytechnic University)

Twaron leno fabric was weaved through remoulding computer weaving machine and shedding cycle of leno weave was analyzed in detail.And then，the stab resistance of different points of Twaron leno fabric were tested and the stab resistance mechanism of different points of leno weave were elaborated.Lastly，the stab resistance of Twaron leno fabric and Twaron plain fabric were tested and compared.The result showed that in term of anti-stabbing force，the Twaron leno fabric has distinct advantages over the Twaron plain fabric to use on composite stab-resistant fabrics that can improve the stab-resistant performance.

Twaron leno fabrics，stab-resistant performance，remoulding computer weaving machine，different point of weave，Twaron plain fabric

TS101.923

A

1004－7093(2012)04－0006－04

2011－08－14

劉文麗，女，1984年生，在讀碩士研究生。主要研究方向?yàn)闄C(jī)織復(fù)合織物的防刺性能。