拼紗根數(shù)對(duì)空氣層組織織物拉伸性能的影響

吳波偉, 張 毅， 黃 帥， 張盧娟， 張孟洋

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387)

拼紗根數(shù)對(duì)空氣層組織織物拉伸性能的影響

吳波偉1，2, 張 毅1，2， 黃 帥1，2， 張盧娟1，2， 張孟洋1，2

(1. 天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院， 天津 300387； 2. 天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300387)

為開發(fā)增強(qiáng)作用更好的緯編空氣層針織復(fù)合材料，在相同編織原料及編織工藝的情況下，用龍星電腦橫機(jī)編織拼紗根數(shù)不同的緯編空氣層組織織物，分別對(duì)織物的橫向和縱向進(jìn)行拉伸測(cè)試，并應(yīng)用Origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，同時(shí)對(duì)織物中紗線承載能力進(jìn)行分析。結(jié)果表明:在同等條件下，作為復(fù)合材料增強(qiáng)體的空氣層組織織物在滿足橫縱向的彈性及應(yīng)力最佳時(shí)，應(yīng)選擇在橫縱向的彈性交叉點(diǎn)及應(yīng)力交叉點(diǎn)附近的根數(shù)較為適宜；空氣層組織織物中橫向紗線拉伸強(qiáng)力的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)高于縱向紗線的鉤結(jié)強(qiáng)力；可以通過控制拼紗根數(shù)獲取彈性及應(yīng)力最佳的空氣層組織增強(qiáng)體。

拼紗根數(shù)； 空氣層組織； 拉伸性能； 斷裂伸長(zhǎng)率； 應(yīng)力

隨著針織技術(shù)水平的提高和樹脂膜塑轉(zhuǎn)移技術(shù)的推廣，針織物在復(fù)合材料增強(qiáng)體上的應(yīng)用范圍越來越廣[1]。其中，緯編針織增強(qiáng)復(fù)合材料的性能得到提高，且制造成本降低，促使其應(yīng)用快速發(fā)展[2]。典型的緯編針織增強(qiáng)結(jié)構(gòu)有緯平針、襯墊、羅紋、羅紋空氣層、羅紋襯緯、雙羅紋、雙羅紋空氣層、襯經(jīng)襯緯羅紋、緯編間隔織物等[3-4]。其中研究較多的是平針，其次是羅紋結(jié)構(gòu)[5]。據(jù)報(bào)道，緯編針織增強(qiáng)復(fù)合材料憑借其良好的成形性和延展性，可編織三維全成型性極好的抗沖擊、耐疲勞且具有高能量吸收性的增強(qiáng)材料，因此，已廣泛用于軍工、汽車、航天、航海、建筑[6]及醫(yī)療等眾多領(lǐng)域[7-9]。

已有許多國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者對(duì)緯編針織增強(qiáng)復(fù)合材料做了大量的實(shí)驗(yàn)研究。Leong等[10]研究了空氣層組織增強(qiáng)復(fù)合材料的壓縮和剪切性能，龍海如[11]研究了緯編針織增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸性能并對(duì)其進(jìn)行有限元模擬分析；但這些研究?jī)H是圍繞復(fù)合后的緯編針織增強(qiáng)復(fù)合材料，忽略了作為增強(qiáng)體的緯編針織物力學(xué)性能的研究。

空氣層組織織物作為針織復(fù)合材料的增強(qiáng)體，受力均勻，具有較好的強(qiáng)度、厚度及適度的彈性，但由于生產(chǎn)較粗且強(qiáng)力高的紗線較為困難，需考慮用拼紗的方法獲得較厚且彈性適度的織物。本文通過研究作為針織復(fù)合材料增強(qiáng)體的空氣層組織織物的拉伸性能，探討拼紗根數(shù)對(duì)其拉伸性能的影響規(guī)律，為開發(fā)增強(qiáng)作用更好的緯編空氣層針織復(fù)合材料提供借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣編織

本文所用的空氣層組織織物是由江蘇金龍科技股份有限公司生產(chǎn)的LXC-252SCV型12針龍星電腦橫機(jī)編織而成。編織時(shí)所用原料為19.5 tex普梳純棉單紗，其捻度為81捻/10 cm，拉伸斷裂強(qiáng)力為247.20 cN，拼紗根數(shù)分別為2、3、4、5、6、7、8(無加捻)；橫機(jī)上的度目值為85，上下羅拉拉力值均為8檔，機(jī)速值為30檔?？諝鈱咏M織織物如圖1所示。

不同拼紗根數(shù)條件下所編織空氣層組織織物的部分參數(shù)如表1所示。

1.2 試樣拉伸性能測(cè)試

試樣的拉伸性能按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能》測(cè)試。試樣尺寸為50 mm×150 mm，在環(huán)境溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為(65±3)%的標(biāo)準(zhǔn)大氣下平衡4 h，然后采用YG026D型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)分別測(cè)試空氣層組織織物的橫向和縱向拉伸性能，夾間距為100 mm，加載速度為100 mm/min。

表1 不同拼紗根數(shù)條件下編織的空氣層組織參數(shù)Tab.1 Milano rib structure parameters at different combination yarn numbers

2 結(jié)果與分析

2.1 空氣層組織織物斷裂伸長(zhǎng)率分析

應(yīng)用Origin軟件，分析拼紗根數(shù)對(duì)空氣層組織織物斷裂伸長(zhǎng)率的影響規(guī)律。通過二次曲線擬合探討不同拼紗根數(shù)對(duì)橫、縱向斷裂伸長(zhǎng)率的影響，結(jié)果如圖2所示。

空氣層組織織物橫向斷裂伸長(zhǎng)率二次擬合曲線為y橫=160.144+0.692x-0.499x2，其中F值為1 396.208，Prob值大于F的概率為2.046×10-6；縱向斷裂伸長(zhǎng)率二次擬合曲線為y縱=34.552+14.762x-0.495x2，其中F值為437.191，Prob值大于F的概率為2.047×10-5。通過對(duì)曲線的運(yùn)算，得出2條曲線交點(diǎn)為(8.9，126.73)。

由圖2可看出，空氣層組織織物的橫向斷裂伸長(zhǎng)率隨著拼紗根數(shù)的增加而逐漸減小，縱向則相反。理論上，拼紗根數(shù)在8.9時(shí)，織物的橫縱向斷裂伸長(zhǎng)率出現(xiàn)交叉點(diǎn)，二者數(shù)值相等，但實(shí)際上，考慮到編織工藝的影響，作為增強(qiáng)體的空氣層組織在滿足橫縱向彈性最佳時(shí)，應(yīng)選擇在橫縱向彈性交叉點(diǎn)附近的根數(shù)較為適宜。

2.2 空氣層組織織物應(yīng)力分析

應(yīng)用Origin軟件分析拼紗根數(shù)對(duì)空氣層組織織物應(yīng)力的影響。通過二次曲線擬合拼紗根數(shù)對(duì)織物橫、縱向應(yīng)力的影響，結(jié)果如圖3所示。

空氣層組織織物橫向應(yīng)力的二次擬合曲線為z橫=-0.871+1.173x-0.018x2，其中F值為910.255，Prob值大于F的概率為4.806×10-6；縱向應(yīng)力二次擬合曲線為z縱=1.670+1.513x-0.083x2，其中F值為504.141，Prob值大于F的概率為1.561×10-5。通過對(duì)曲線的運(yùn)算，得出2根曲線交點(diǎn)為(9.4，8.585)。

由圖3可看出，空氣層組織織物的橫、縱向應(yīng)力都隨著拼紗根數(shù)的增加而增加，且縱向應(yīng)力增加趨勢(shì)比橫向增加趨勢(shì)較緩。理論上，二者在拼紗根數(shù)為9.4時(shí)，出現(xiàn)交叉點(diǎn)，應(yīng)力相等，但實(shí)際上，考慮編織工藝的影響，作為增強(qiáng)體的空氣層組織在滿足橫縱向應(yīng)力最佳時(shí)，應(yīng)選擇在橫縱向應(yīng)力交叉點(diǎn)左側(cè)附近的根數(shù)較為適宜。

2.3 織物中紗線承載能力分析

為反映不同拼紗根數(shù)在空氣層組織中的利用率和增強(qiáng)效果，對(duì)空氣層組織織物分別作橫、縱向紗線受力分析。

2.3.1 空氣層組織橫向紗線承載能力分析

因空氣層組織的每個(gè)完全組織可以近似地看作是由3根紗線延橫向彎曲相互圈套而成，但在受力時(shí)，由于2根單面編織的紗線較短，另一根兩面編織的紗線較長(zhǎng)，故在織物拉伸時(shí)主要承受拉力的是2根單面編織紗線，因而空氣層組織中一個(gè)完全組織主要受力的橫向紗根數(shù)恰好與織物縱密相等。其受力情況如圖4所示。

由圖4可看出，空氣層組織織物中橫向紗線的拉伸強(qiáng)力與紗線實(shí)際拉伸強(qiáng)力相近，且都隨著拼紗根數(shù)的增加而增大。通過對(duì)2根擬合線從2根拼紗到8根拼紗的積分，得出織物中橫向紗線拉伸強(qiáng)力的貢獻(xiàn)率高達(dá)98.334%。

2.3.2 空氣層組織縱向紗線承載能力分析

由于緯編針織結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)決定了空氣層組織的行間是由上一橫列的2個(gè)沉降弧和下一橫列的2個(gè)針編弧相連接，即上橫列的4根紗與下橫列的2根紗組成的鉤結(jié)連接，那么受力斷裂的必然是下橫列形成鉤結(jié)連接的2根紗線，但空氣層組織是兩面相同的組織，故其真正鉤結(jié)數(shù)是織物橫密的2倍。其受力情況如圖5所示。

由圖5可看出，空氣層組織中縱向紗線鉤結(jié)強(qiáng)力與紗線實(shí)際的鉤結(jié)強(qiáng)力都隨著拼紗根數(shù)的增加而增加，但空氣層組織中縱向紗線鉤結(jié)強(qiáng)力隨著拼紗根數(shù)的增加其增強(qiáng)的趨勢(shì)較緩。通過對(duì)2根擬合線從2根拼紗到8根拼紗的積分，得出織物中縱向紗線拉伸強(qiáng)力的貢獻(xiàn)率僅為65.835%。

3 結(jié) 論

1)在同等條件下，作為復(fù)合材料增強(qiáng)體的空氣層組織織物在滿足橫縱向彈性最佳時(shí)，應(yīng)選擇在橫縱向彈性交叉點(diǎn)附近的根數(shù)較為適宜。

2)在同等條件下，作為增強(qiáng)體的空氣層組織織物在滿足橫縱向應(yīng)力最佳時(shí)，應(yīng)選擇在橫縱向應(yīng)力交叉點(diǎn)左側(cè)附近的根數(shù)較為適宜。

3)通過對(duì)空氣層組織中紗線承載能力的分析看出，橫向紗線拉伸強(qiáng)力的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)高于縱向紗線的鉤結(jié)強(qiáng)力。

4)作為針織復(fù)合材料的增強(qiáng)體，在同等條件下，可以通過控制拼紗根數(shù)獲取彈性及應(yīng)力最佳的空氣層組織增強(qiáng)體。

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Influence of combination yarn number on tensile properties of Milano rib structure fabrics

WU Bowei1，2， ZHANG Yi1，2， HUANG Shuai1，2， ZHANG Lujuan1，2， ZHANG Mengyang1，2

(1.SchoolofTextiles,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China; 2.KeyLaboratoryofAdvancedTextileCompositesofMinistryofEducation,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300387,China)

In order to develop knitted Milano rib structure fabric with higher reinforcement, the influence of combination yarn number on the tensile properties of the Milano rib structure prepared by Lone Star computerized knitted machine was explored under the condition that the materials used and knitting process were the same. The transverse and longitudinal tensile properties of fabrics were tested, and fitting using Origin software was performed. Meanwhile, the force loading on yarn in fabrics were also analyzed. It is shown that when Milano rib structure fabric was used as composite reinforcement, in the case of meeting the optimum elasticity and stress of transverse and longitudinal, the combination yarn in the vicinity of the intersection of elasticity and stress transverse and longitudinal intersection should be selected. The contribution ratio of transverse yarn tensile strength is much higher than lengthwise yarns collusion strength. By controlling the combination yarn number, the Milano rib structure reinforcement with the optimum elasticity and stress could be obtained.

combination yarn number； Milano rib structure； tensile properties; breaking elongation； stress

10.13475/j.fzxb.20150304004

2015-03-23

2016-01-22

吳波偉(1989—)，男，碩士生。研究方向?yàn)榧徔棽牧吓c紡織品設(shè)計(jì)。張毅，通信作者，E-mail:tianjinzhangyi@126.com。

TS 186

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