緯編針織物雙向拉伸性能研究.pdf

1、緯編針織物生產(chǎn)流程短、原料適應(yīng)性廣、工藝靈活多變，而且還可進行成型編織，產(chǎn)品具有較好的性價比，應(yīng)用前景廣闊。緯編針織物不僅廣泛用于服裝、裝飾等領(lǐng)域，而且在產(chǎn)業(yè)用方面也占有一席之地，特別是用于各類柔性復合材料，緯編針織物更具有其它織物無可比擬的優(yōu)勢。緯編針織的拉伸性能是一項重要而又基礎(chǔ)的性能，該性能的好壞直接影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用等多個方面，還與服裝的耐久性、舒適性等密切相關(guān)。緯編針織物具有線圈結(jié)構(gòu)，織物受外力拉伸時，因紗線的滑移和伸展產(chǎn)

2、生較大的變形，并且在織物縱向與橫向之間可以相互轉(zhuǎn)移，構(gòu)成拉伸過程中的不確定性、多樣性和復雜性。緯編針織物雙向拉伸是指同時在兩個相互垂直方向上進行的拉伸；或者是織物只在一個方向進行拉伸，而在與拉伸方向垂直的方向上保持織物尺寸不變(SBE)。由于雙向拉伸可以提供更多的力學信息，與實際受力情況較為接近，越來越引起人們的關(guān)注，特別是近年來，隨著緯編復合材料的快速發(fā)展，針織物力學性能的研究重新引起人們濃厚的興趣。本課題圍繞緯編針織物雙向拉伸性能展

3、開研究。
　　 通過對緯編針織物雙向拉伸斷裂性能和雙向拉伸彈性等的研究，主要目的是：(1)對緯編針織物雙向拉伸斷裂和雙向拉伸彈性的測試條件進行實驗研究，為今后進行相關(guān)的性能研究以及建立雙向拉伸性能測試標準提供參考。(2)對緯編針織物的雙向拉伸斷裂性能的破壞機理進行分析，確立曲線模型，并對縱、橫向之間的相互影響進行研究，為進一步的理論研究提供依據(jù)，并為產(chǎn)品的設(shè)計提供參考；對應(yīng)力松弛特性的研究和小應(yīng)變下拉伸性能的預測，為今后繼續(xù)進行

4、更深入的研究做一些有益的嘗試。(3)研究緯編針織物的雙向拉伸性能與項破性能之間的相關(guān)性，為實際中選用簡單、實用的力學測試方法提供理論依據(jù)。
　　 課題從雙向拉伸斷裂性能實驗研究入手，首先分析測試條件中的試樣形狀、雙向拉伸速度及速比、預加張力等對測試結(jié)果的影響；并選取典型試樣，分析原料、組織以及織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對緯編針織物雙向拉伸性能的影響。研究結(jié)果表明：雙向拉伸斷裂測試，采用方形試樣測試較為方便和穩(wěn)定；雙向拉伸速度均為100mm/m

5、in的等速雙向拉伸，較為穩(wěn)定和實用；測試預加張力采用1N為宜；此外，由于緯編織物縱、橫向之間相互影響，在不同的拉伸條件下，得到的應(yīng)力.應(yīng)變曲線不同，不具可比性。緯編針織物的雙向拉伸性能與織物的多種因素相關(guān)，原料不同的平針組織織物，應(yīng)力.應(yīng)變曲線非常類似；相同原料不同織物組織結(jié)構(gòu)的織物試驗顯示：雙羅紋組織比平針組織的斷裂應(yīng)力和變形都大；羅紋組織表現(xiàn)出容易變形的特性，特別是橫向，初始模量較小，最終變形較大；密度對織物的拉伸曲線有一定影響，特

6、別是對橫向影響顯著，密度增加，織物初始模量增加，最終斷裂應(yīng)力增大。
　　 在實驗研究的基礎(chǔ)上，對緯編針織物的拉伸斷裂機理及典型曲線進行了分析；并對不同拉伸邊界條件下的拉伸變形進行了實驗研究和模型預測。緯編針織物由于每一個線圈一般是由一根紗線組成，拉伸時易產(chǎn)生轉(zhuǎn)移和變形，使緯編針織物雙向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈下凹形單調(diào)增加，曲線的初始模量較小，之后模量增加。對典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線采用指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)進行非線性擬合，結(jié)果顯示：冪函數(shù)σ=

7、aεb-c擬合效果最好。由于緯編針織物中線圈排列的定向性，織物縱、橫向拉伸性能不同，緯編針織物縱向表現(xiàn)出較橫向高的應(yīng)力值，從破壞形式上看，等速雙向拉伸時，損壞一般首先出現(xiàn)在緯向，之后外力引起更多紗線斷裂或脫散，而使織物解體。
　　 雙向拉伸時，縱、橫兩個主方向之間關(guān)系十分密切。當一個方向受拉伸時，與之垂直的另一方向即為拉伸方向的邊界，這時即使固定拉伸方向的拉伸條件，但只要邊界條件變化，就會引起拉伸方向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的變化。邊界不

8、受約束，拉伸方向產(chǎn)生的變形較大，當邊界條件由固定到拉伸速度為50 mm/min→100 mm/min→200 mm/min變化時，拉伸方向的變形逐步減少，同應(yīng)變下應(yīng)力增加，初始模量增加，拉伸比功減少，兩個主方向之間呈現(xiàn)密切的關(guān)聯(lián)性。對此，借助POPPER理論對最終變形進行預測，理論與實際結(jié)果基本一致。
　　 目前，在緯編針織產(chǎn)品實際測試中，常用頂破測試來替代拉伸性能測試，課題在對項破受力和變形分析之后，確認緯編針織物項破性能從本

9、質(zhì)上講是一種多向受拉的力學作用形式，與雙向拉伸性能關(guān)系密切。兩者從最終的破壞形式、負荷-變形曲線形狀都有類似之處，但與雙向拉伸曲線相比，頂破負荷-變形曲線后期模量變化較快，頂破斷裂功小于等速雙向拉伸縱、橫向拉伸功之和。對比雙向拉伸影響因素，雙向拉伸性能的初始模量受組織和密度的影響較大；拉伸變形受原料、組織的影響較大；拉伸強力則與原料、組織、密度均相關(guān)。而頂破性能受原料和組織的影響較大，密度的影響稍小。課題選用五十多種不同的緯編針織物，同

10、時進行頂破測試與等速雙向拉伸測試。經(jīng)過對單項強力指標和變形指標的相關(guān)性分析，利用相關(guān)程度最高的力和變形指標建立對應(yīng)關(guān)系，將頂破測試得到的項破強力Fb、頂破高度h視為第一組變量，等速雙向拉伸得到的橫向強力Fct、伸長變形ε視為第二組變量，采用典型分析的方法，對兩組變量進行相關(guān)分析，結(jié)果表明：通常用于針織產(chǎn)品考核的頂破測試與等速雙向拉伸性能有著很好的相關(guān)性。
　　 論文對雙向拉伸彈性的研究，從測試方法和測試條件著手。研究認為：由于緯

11、編針織物結(jié)構(gòu)特點，在進行雙向拉伸彈性測試時，縱向與橫向間相互影響，無法實現(xiàn)真正意義上的雙向同時拉伸。因此，在進行雙向拉伸彈性測試時，可采用一向固定、另一向等速拉伸的定伸長或定負荷彈性測試方法。緯編針織物定伸長和定負荷雙向彈性測試中，測試條件的變化對測試結(jié)果有較大影響，定伸長(或定負荷)值增大，無論是橫向還是縱向，達到定伸長(或定負荷)值時的應(yīng)力(或應(yīng)變)都會增大，而彈性回復率減??；無論是橫向還是縱向，拉伸定伸長或定負荷作用時間增加，彈性

12、回復率隨之減少，而隨著回復停頓時間的增加，彈性回復率隨之增加，定伸長與定負荷測試具有類似的結(jié)果；隨著往復拉伸循環(huán)次數(shù)的增加，各次定伸長(或定負荷)達到的應(yīng)力值(或應(yīng)變值)不斷增大，縱、橫向的彈性回復率都隨著變形次數(shù)的增加而增大，累積變形不斷減少。因此，對于該類測試，不同的測試條件，測試得到的彈性回復率以及曲線等不具可比性。
　　 論文比較了緯編針織物在各個方向的雙向拉伸彈性，發(fā)現(xiàn)其拉伸彈性具有明顯的各向異性。初始模量無論是在進行

13、定伸長還是定負荷拉伸時，各方向的規(guī)律基本是一定的，即在縱向拉伸(0°)時，初始模量值最大，而橫向拉伸(90°)時，初始模量的值最小；在各方向采取相同的定伸長值時，達到設(shè)定伸長時的應(yīng)力值不同，縱向拉伸的應(yīng)力值最大，橫向拉伸的應(yīng)力值最小，在由縱向拉伸向橫向拉伸過渡的過程中，應(yīng)力值基本在減小；在各方向采取相同的定負荷值時，達到設(shè)定負荷時的應(yīng)變值不同，橫向拉伸的應(yīng)變值最大，縱向拉伸的應(yīng)變值較?。粺o論在定伸長還是定負荷拉伸條件下，各個方向的彈性回

14、復率都不相同，且縱向具有較大的彈性回復率。對于實際中采用較多的SBE定伸長拉伸彈性，可以利用測試指標進行預測，理論與試驗曲線符合較好。
　　 論文在對雙向拉伸性能進行實驗研究的基礎(chǔ)上，證實緯編針織物具有非線性的粘彈特性，利用非線性三元件力學模型能較好地模擬緯編針織物的應(yīng)力松弛特性，模型擬合曲線與實測曲線較為接近。當一向固定一向拉伸的雙向拉伸時，不同原料、組織、密度的緯編針織物得到的應(yīng)力松弛曲線規(guī)律不同，即使同種試樣其拉伸方向不同

15、，結(jié)果也有差異，其模型參數(shù)是不同的；緯編針織物的應(yīng)力松弛時間減小，表明織物松弛的較快，松弛現(xiàn)象明顯；反之，松弛時間增加，粘性流動成分降低，彈性增加。同種織物拉伸伸長增加，曲線松弛量大而且快；羅紋組織的松弛時間比平針的大；密度高的平針織物松弛時間大于密度低的平針織物，這一結(jié)果與彈性試驗結(jié)果基本相符，織物應(yīng)力松弛與織物彈性回復性能之間有著一定的相關(guān)性。
　　 論文最后還對小應(yīng)變下的拉伸測試進行了預測，結(jié)果表明：采用線性化理論，借助復