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(jìn)行成型編織，產(chǎn)品具有較好的性價(jià)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(fù)合材料，緯編針織物更具有其它織物無可比擬的優(yōu)勢(shì)。緯編針織的拉伸性能是一項(xiàng)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(gè)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(shí)，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(fù)雜性。緯編針織物雙向拉伸是指同時(shí)在兩個(gè)相互垂直方向上進(jìn)行的拉伸；或者是織物只在一個(gè)方向進(jìn)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(xué)信息，與實(shí)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(fù)合材料的快速發(fā)展，針織物力學(xué)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(duì)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(duì)緯編針織物雙向拉伸斷裂和雙向拉伸彈性的測(cè)試條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，為今后進(jìn)行相關(guān)的性能研究以及建立雙向拉伸性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)提供參考。(2)對(duì)緯編針織物的雙向拉伸斷裂性能的破壞機(jī)理進(jìn)行分析，確立曲線模型，并對(duì)縱、橫向之間的相互影響進(jìn)行研究，為進(jìn)一步的理論研究提供依據(jù)，并為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供參考；對(duì)應(yīng)力松弛特性的研究和小應(yīng)變下拉伸性能的預(yù)測(cè)，為今后繼續(xù)進(jìn)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(xiàng)破性能之間的相關(guān)性，為實(shí)際中選用簡(jiǎn)單、實(shí)用的力學(xué)測(cè)試方法提供理論依據(jù)。
　　 課題從雙向拉伸斷裂性能實(shí)驗(yàn)研究入手，首先分析測(cè)試條件中的試樣形狀、雙向拉伸速度及速比、預(yù)加張力等對(duì)測(cè)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(duì)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(cè)試，采用方形試樣測(cè)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(shí)用；測(cè)試預(yù)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(yàn)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(duì)織物的拉伸曲線有一定影響，特

6、別是對(duì)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(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)緯編針織物的拉伸斷裂機(jī)理及典型曲線進(jìn)行了分析；并對(duì)不同拉伸邊界條件下的拉伸變形進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和模型預(yù)測(cè)。緯編針織物由于每一個(gè)線圈一般是由一根紗線組成，拉伸時(shí)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(duì)典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線采用指數(shù)函數(shù)和冪函數(shù)進(jìn)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(shí)，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(shí)，縱、橫兩個(gè)主方向之間關(guān)系十分密切。當(dāng)一個(gè)方向受拉伸時(shí)，與之垂直的另一方向即為拉伸方向的邊界，這時(shí)即使固定拉伸方向的拉伸條件，但只要邊界條件變化，就會(huì)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(dāng)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(shí)，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(gè)主方向之間呈現(xiàn)密切的關(guān)聯(lián)性。對(duì)此，借助POPPER理論對(duì)最終變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，理論與實(shí)際結(jié)果基本一致。
　　 目前，在緯編針織產(chǎn)品實(shí)際測(cè)試中，常用頂破測(cè)試來替代拉伸性能測(cè)試，課題在對(duì)項(xiàng)破受力和變形分析之后，確認(rèn)緯編針織物項(xiàng)破性能從本

9、質(zhì)上講是一種多向受拉的力學(xué)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(fù)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(fù)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(duì)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(qiáng)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(shí)進(jìn)行頂破測(cè)試與等速雙向拉伸測(cè)試。經(jīng)過對(duì)單項(xiàng)強(qiáng)力指標(biāo)和變形指標(biāo)的相關(guān)性分析，利用相關(guān)程度最高的力和變形指標(biāo)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，將頂破測(cè)試得到的項(xiàng)破強(qiáng)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(qiáng)力Fct、伸長(zhǎng)變形ε視為第二組變量，采用典型分析的方法，對(duì)兩組變量進(jìn)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(cè)試與等速雙向拉伸性能有著很好的相關(guān)性。
　　 論文對(duì)雙向拉伸彈性的研究，從測(cè)試方法和測(cè)試條件著手。研究認(rèn)為：由于緯

11、編針織物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在進(jìn)行雙向拉伸彈性測(cè)試時(shí)，縱向與橫向間相互影響，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的雙向同時(shí)拉伸。因此，在進(jìn)行雙向拉伸彈性測(cè)試時(shí)，可采用一向固定、另一向等速拉伸的定伸長(zhǎng)或定負(fù)荷彈性測(cè)試方法。緯編針織物定伸長(zhǎng)和定負(fù)荷雙向彈性測(cè)試中，測(cè)試條件的變化對(duì)測(cè)試結(jié)果有較大影響，定伸長(zhǎng)(或定負(fù)荷)值增大，無論是橫向還是縱向，達(dá)到定伸長(zhǎng)(或定負(fù)荷)值時(shí)的應(yīng)力(或應(yīng)變)都會(huì)增大，而彈性回復(fù)率減小；無論是橫向還是縱向，拉伸定伸長(zhǎng)或定負(fù)荷作用時(shí)間增加，彈性

12、回復(fù)率隨之減少，而隨著回復(fù)停頓時(shí)間的增加，彈性回復(fù)率隨之增加，定伸長(zhǎng)與定負(fù)荷測(cè)試具有類似的結(jié)果；隨著往復(fù)拉伸循環(huán)次數(shù)的增加，各次定伸長(zhǎng)(或定負(fù)荷)達(dá)到的應(yīng)力值(或應(yīng)變值)不斷增大，縱、橫向的彈性回復(fù)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(duì)于該類測(cè)試，不同的測(cè)試條件，測(cè)試得到的彈性回復(fù)率以及曲線等不具可比性。
　　 論文比較了緯編針織物在各個(gè)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(jìn)行

13、定伸長(zhǎng)還是定負(fù)荷拉伸時(shí)，各方向的規(guī)律基本是一定的，即在縱向拉伸(0°)時(shí)，初始模量值最大，而橫向拉伸(90°)時(shí)，初始模量的值最??；在各方向采取相同的定伸長(zhǎng)值時(shí)，達(dá)到設(shè)定伸長(zhǎng)時(shí)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??；在各方向采取相同的定負(fù)荷值時(shí)，達(dá)到設(shè)定負(fù)荷時(shí)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??；無論在定伸長(zhǎng)還是定負(fù)荷拉伸條件下，各個(gè)方向的彈性回

14、復(fù)率都不相同，且縱向具有較大的彈性回復(fù)率。對(duì)于實(shí)際中采用較多的SBE定伸長(zhǎng)拉伸彈性，可以利用測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，理論與試驗(yàn)曲線符合較好。
　　 論文在對(duì)雙向拉伸性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，證實(shí)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(xué)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(shí)測(cè)曲線較為接近。當(dāng)一向固定一向拉伸的雙向拉伸時(shí)，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(shí)間減小，表明織物松弛的較快，松弛現(xiàn)象明顯；反之，松弛時(shí)間增加，粘性流動(dòng)成分降低，彈性增加。同種織物拉伸伸長(zhǎng)增加，曲線松弛量大而且快；羅紋組織的松弛時(shí)間比平針的大；密度高的平針織物松弛時(shí)間大于密度低的平針織物，這一結(jié)果與彈性試驗(yàn)結(jié)果基本相符，織物應(yīng)力松弛與織物彈性回復(fù)性能之間有著一定的相關(guān)性。
　　 論文最后還對(duì)小應(yīng)變下的拉伸測(cè)試進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：采用線性化理論，借助復(fù)