織物拉伸彈性回復率與其力學性能的關系

趙立環，王兵兵

（天津工業大學 紡織學部，天津 300387）

織物拉伸彈性回復率與其力學性能的關系

趙立環，王兵兵

（天津工業大學 紡織學部，天津 300387）

為探究較精確、易行的測試表征和改善織物拉伸彈性回復性的方法，首先采用KES-F織物風格儀測試了織物的彎曲、剪切、拉伸和壓縮性能，并在KES系統原有力學性能指標基礎上引入兩個新指標：殘余彎曲曲率和殘余剪切變形，通過數據分析分別建立了采用織物力學性能指標表示其拉伸彈性回復率和反復拉伸彈性回復率的回歸方程；同時分析了織物拉伸彈性回復率和反復拉伸彈性回復率與各力學性能指標間的相關性.結果表明：在置信度區間95%條件下，拉伸彈性回復率均可由各力學性能指標的回歸方程計算得到；拉伸功回復率和剪切剛度對織物拉伸彈性的影響最大，可以通過提高織物的拉伸功回復率及剪切剛度來改善織物的拉伸彈性回復性.

織物；拉伸彈性回復率；力學性能；回歸方程；相關性

織物的拉伸彈性回復性反映了在規定條件下對織物施加拉力和卸除負荷后，拉伸變形能一定程度回復的織物性能.織物拉伸彈性回復性對彈性服裝的外觀風格及穿著舒適性起至關重要的作用，該性能的優劣在某種程度上直接決定彈性面料及其服裝的品質與檔次.因此面料與服裝設計師在設計彈性面料及其服裝時所關注的織物重要性能之一就是拉伸彈性回復性.目前，對織物拉伸彈性回復性的評價，主要是通過測試織物的拉伸彈性回復率和反復拉伸彈性回復率來分別衡量其單次拉伸彈性回復性和抗多次拉伸的疲勞變形性能，測試方法參照 FZ/T 01034-2008——紡織品機織物拉伸彈性實驗方法；該方法在實際測試中應用較為廣泛，但是其存在工作量大、試樣耗費量大等缺點.另外，目前鑒于工廠在開發彈性面料時，需要反復的試紡、試織試驗，從而造成人力、財力以及材料浪費的事實，迫切需要一種彈性面料的開發指導方法.因此，本文擬探索一種易操作、測量數據較精確且穩定的評價織物拉伸彈性回復性的方法，同時找出一種改善織物彈性回復性的途徑.在前期研究中，發現織物拉伸彈性實質上是織物多種變形的綜合體現[1-3]，織物的拉伸彈性回復性能與織物的力學性能指標之間必然存在一定的關系[4-5]，且未查到有關織物拉伸彈性回復性與其力學性能指標間關系的研究報道.在相關研究領域，張曉婷等[6-7]研究過織物彈性中的折皺彈性（即折皺回復性）與其物理力學性能指標間的關系；趙立環等[8]在張曉婷等人的研究基礎上，進一步完善了織物折皺回復性與其力學性能指標間的關系研究.本文將在前期研究[8]的基礎上，進一步研究織物的拉伸彈性回復性與其力學性能指標間的關系.

1 實驗部分

1.1 樣品準備

為了使實驗結果具有代表性，從天紡投資控股有限公司收集了20塊緯彈彈力布樣品，包含多種原料（棉、錦綸、氨綸、陶氏纖維、PTT、滌綸、甲殼素、竹纖維、紐代爾）.樣品均是經過染前和染色處理的織物，具體樣品規格如表1所示.

表1 樣品規格Tab.1 Specifications of samples

1.2 實驗過程

本實驗采用KES-FB川端織物風格儀（KATO TECH CO.，LTD產品）測試各樣品的力學性能指標.由于儀器較為精密，對試樣平整度要求較高，因此為保證數據的精確度，試驗前對有折痕的織物進行低溫熨燙，以確保各樣品的平整性.實驗過程如下：①在距布邊5 cm以上的位置，分別從樣品的經、緯向各剪取試樣3塊（試樣大?。?0 cm×20 cm），然后使試樣在恒溫恒濕室內調濕24 h（溫度為（20±2）℃，相對濕度為65%±3%）；②打開儀器，首先預熱30 min，然后按照儀器操作規程開始實驗，每種力學性能各測試樣品的經、緯向試樣各3塊，依次進行壓縮實驗（FB-3）、純彎曲實驗（FB-2）和拉伸與剪切實驗（FB-1）.

織物拉伸彈性回復率測試實驗過程如下：①在恒溫恒濕室（溫濕度同上）內，按照FZ/T01034-2008的測定方法標準，從各樣品的緯向分別剪取試樣3塊，試樣長寬尺寸：200 mm×50 mm，并調濕24 h；②按照操作規程設置25 N的定力，將試樣夾持在試樣夾上，并施加0.3 N的預加張力；③啟動INSTRON萬能強力機，在100 mm/min的速率下拉伸試樣至定力，并保持其定力1 min后讀取試樣長度L1，然后以相同速率使夾鉗回復零位，停置3 min；④再以相同速率拉伸試樣至規定的預張力0.3 N，讀取試樣長度L2.對于定力反復拉伸，采用10次循環次數，按照步驟②和③反復拉伸，至預定循環次數后，測其長度L1；再按步驟④測其長度L2.最后按①式計算每塊試樣的定力彈性回復率和定力反復拉伸彈性回復率.

式中：L0為隔距長度（mm）；L1為試樣拉伸至定力保持1 min后的長度（mm）；L2為試樣回復至零位停置3 min后再施加預張力時的長度（mm）；ΔL為松式夾持試樣時達到預張力時的伸長（mm）.

1.3 實驗結果

實驗結果如表2所示.

表2中包括織物拉伸彈性回復率D（%）、彎曲剛度B（cN·cm2·cm-1）、彎曲滯后矩H（cN·cm·cm-1）、殘余彎曲曲率K（cm-1）、剪切剛度G（cN·（cm·（°））-1）、剪切角為0.5°時的剪切力滯后量H0.5°（cN·cm-1）、剪切角為5°時的剪切力滯后量H5°（cN·cm-1）、殘余剪切變形Φ（°）、拉伸線性度L、拉伸比功P（cN·cm·cm-2）、拉伸功回復率R（%）、壓縮線性度PL、壓縮比功PP（cN·cm· cm-2）、壓縮功回復率PR（%）.每塊樣品的拉伸彈性回復率均為取3塊試樣的平均值，經、緯向的剪切、彎曲、拉伸和壓縮力學指標數據也均為取3塊試樣的平均值.

表2 實驗結果Tab.2 Results of tests

2 數據處理與分析

2.1 拉伸彈性回復率與力學指標的回歸分析

由紡織材料力學變形的基礎理論可知，織物的拉伸彈性變形可能包含的基本變形形式有4種：拉伸、壓縮、彎曲和剪切.因此，由KES系統測試的表2中的數據都可能與表征織物拉伸彈性回復性的拉伸彈性回復率有關.因此，借助Spss軟件的回歸分析方法，研究力學指標與拉伸彈性回復率的回歸方程.回歸方程分析的自變量為表2中所討論的所有力學量.因變量為定力拉伸彈性回復率D1和織物經過10次定循環拉伸的定力彈性回復率D10.在置信度區間95%條件下，建立的多元回歸方程如下：

由式（2）和式（3）看出，織物的定力拉伸彈性回復率和定力反復拉伸彈性回復率均可由各力學性能指標的回歸方程計算得到，且表2中的所有力學性能指標都進入了回歸方程，說明織物拉伸、壓縮、彎曲和剪切性能的所有力學性能指標均與織物拉伸彈性回復性有關.

2.2 彈性回復率與力學指標的相關性分析

為了深入探究織物拉伸彈性回復變形的實質，并找出對拉伸彈性回復率影響較大的力學性能指標，以便改善織物的拉伸彈性回復性，本文分析了織物拉伸彈性回復率與其力學性能指標的相關性.

通過數據分析得到的織物各力學性能指標與拉伸彈性回復率的相關性由高到低如下（其中數字表示相關性系數）：

定力拉伸彈性回復率：

定力反復拉伸彈性回復率：

由以上織物各力學性能指標與定力拉伸彈性回復率和定力反復拉伸彈性回復率的相關性分析可以看出：①拉伸功回復率R和剪切剛度G對織物的定力拉伸彈性回復率和定力反復拉伸彈性回復率的影響較大；②剪切角為0.5°時的剪切力滯后量H0.5°、剪切角為5°時的剪切力滯后量H5°、拉伸線性度L對織物定力拉伸彈性回復率和定力反復拉伸彈性回復率的影響次之；③殘余彎曲曲率K對定力拉伸彈性回復率的影響較大而對定力反復拉伸彈性回復率的影響最??；④壓縮線性度PL和拉伸比功P對織物的定力拉伸彈性回復率和定力反復拉伸彈性回復率的影響均較小.

總結以上幾點可以看出，提高織物的拉伸彈性回復性可以從改善織物的拉伸和剪切性能入手，提高織物的剪切剛度及織物的拉伸功回復率有利于改善織物的拉伸彈性回復率和反復拉伸彈性回復率.

3 結論

（1）本文通過試驗及數據分析，分別建立了采用織物力學性能指標表示織物定力拉伸彈性回復率和定力反復拉伸彈性回復率的回歸方程，且該回歸方程的計算值與拉伸彈性回復率的實測值差異非常小，具有極大的實用性.

（2）通過分析織物拉伸彈性回復率與其力學性能參數的相關性，發現拉伸功回復率R、剪切剛度G對織物的拉伸彈性回復性影響最大，可以通過提高織物的剪切剛度及織物的拉伸功回復率來改善織物的拉伸彈性回復率和反復拉伸彈性回復率.

（3）本文所提出的2個織物力學性能指標，殘余彎曲曲率K和殘余剪切變形Φ，對織物拉伸彈性回復性有一定的影響作用，特別是殘余彎曲曲率K對定力拉伸彈性回復率的影響較大，在精確表征織物拉伸彈性回復率的回歸方程中是不可忽略的.

[1]趙立環，王府梅.服裝廓形至關重要的織物弧度塑形性的研究：評價方法與設計要領[J].東華大學學報：自然科學版，2011，37（1）：28-34.

[2]秦麗，趙立環，王府梅.PTT織物記憶效果測試方法[J].紡織學報，2009，30（6）：39-43.

[3] ZHAO Lihuan，WANG Fumei.Evaluation methods forfabricwave plasticity[J].Tekstil Ve Konfeksiyon，2012（1）：32-39.

[4] ZHAO Lihuan，WANG Fumei.A study on the mechanism of fabric"wave"plasticity[J].Tekstil Ve Konfeksiyon，2013（3）：241-246.

[5]秦麗，張麗艷，趙立環，等.結構參數對PTT織物易塑型性和易護理性的影響[J].絲綢，2009（4）：30-34.

[6]張曉婷，高衛東，盧雨正.織物折皺回復角與其物理力學性能的關系[J].紡織學報，2008，29（6）：29-38.

[7]張曉婷.織物折皺回復性能的研究[D].無錫：江南大學，2008：25-32.

[8]趙立環，張杰.織物折皺回復角與其力學性能指標間的關系[J].紡織學報，2013，34（10）：39-42.

[9]張金秋，成玲，李佩隆，谷茜.羊絨針織物風格評定指標的優化分析[J].天津工業大學學報，2012，31（5）：42-45.

Relationship between fabric′s elastic recovery percentage of elongation and its mechanical properties

ZHAO Li-huan，WANG Bing-bing
（Division of Textiles，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

To explore a more accurate and easy method for testing and characterization fabric′s tensile elastic recovery performance,the bending,shear,tensile and compression properties of fabrics were tested by KES-FB-AUTOA system tester,and two new parameters,residual bending curvature and residual shear deformation,were introduced based on the original mechanical parameters of KES system tester.Through data analysis,regression equations by which tensile elastic recovery rate and repeated tensile elastic recovery rate were calculated using mechanical parameters were established,respectively.The relationship between tensile elastic recovery rate and repeated tensile elastic recovery rate and mechanical parameters were analyzed.The results indicated that thtensile elastic recovery rate can be calculated by the regression equations with mechanical parameters under the condition of 95%confidence interval；Tensile response rates and shear stiffness have the greatest impact on the elastic recovery percentage of elongation,and hence fabric′s tensile elastic recovery performance can be enhanced by improving its tensile response rates and shear stiffness.

fabric；tensile elastic recovery rate；mechanical property；regression equation；relationship

TS101.1

A

1671-024X（2014）05-0018-04

2013-07-07

國家青年科學基金項目（51203114/E031401）；天津市教委科研計劃項目（20120320）

趙立環（1981—），女，博士，講師.E-mail:zhaolihuan@tjpu.edu.cn