机织松紧带弹性回复率模型研究

(东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海，201620)

机织松紧带是由涤纶长丝和乳胶丝包覆纱交织而成的弹性织物，它用途广泛，是缝制游泳衣裤、内裤、运动裤、玩具以及体育护身和医疗绷扎、工业及家居用品等的必要辅料，国内外市场对各类配套松紧带产品的需求量较大[1]。例如，减肥衣的四肢、腰部、领口的开口处均采用松紧带束扣在人体上，为了能满足人们对减肥衣穿着舒适、紧身和保形性好的要求，要求松紧带具有优良的弹性回复性；运动眼镜、军用眼镜、激光防护眼镜、滑雪镜及摩托车风镜等的镜腿用松紧带则要求弹性相当持久耐用，弹性回复性好，在运动过程中不会脱落，耐用性强，适合于各种极限运动。此外，沙发带、汽车用安全带等都对所用松紧带的弹性有一定要求。但是关于松紧带的理论研究，特别是有关其弹性回复率的研究很少。本文以普通机织松紧带为研究对象，试图建立其弹性回复率模型[2]。

1 机织松紧带弹性回复率模型

假设机织松紧带的弹性回复率ρ只与经纱弹性回复率有关，与纬纱无关，即与构成织物组织结构的两组经纱——乳胶丝包覆纱的弹性回复率ρ1和涤纶长丝的弹性回复率ρ2有关，则机织松紧带的弹性回复率可表示为：

(1)

式中：k——修正系数；

m——松紧带中乳胶丝包覆纱经纱根数；

n——松紧带中涤纶长丝经纱根数。

模拟人体穿着松紧带的规律，对涤纶长丝和乳胶丝包覆纱进行定伸长拉伸试验，求得同类性能、不同直径d1的乳胶丝包覆纱的弹性回复率ρ1和同类性能、不同直径d2的涤纶长丝的弹性回复率ρ2。通过拟合d1与ρ1、d2与ρ2的关系曲线可得：

(2)

(3)

式中，a1、b1、c1、a2、b2、c2为常数。

将式(2)和式(3)代入式(1)得：

(4)

式(4)即为机织松紧带弹性回复率的计算式。

以下将确定有关参数并进行实际修正。

2 乳胶丝包覆纱弹性回复率的确定

参照FZ/T 50007—1994《氨纶丝弹性试验方法》[3]，在XN-1A型氨纶强伸度弹性测试仪上测试乳胶丝包覆纱的弹性回复率。采用循环定伸长弹性测试方法，循环拉伸5次，前4次拉伸循环中没有停顿，第5次循环拉伸至300%伸长率时停顿30 s，回到原位后再停30 s，然后进行拉伸。根据式(5)计算其弹性回复率，共测3次，取其平均值。

(5)

式中：L0——试样初始长度，mm；

L1——试样拉伸至定伸长的长度，mm；

L2——试样最后一次加载拉伸至预张力时的长度，mm。

不同直径乳胶丝包覆纱的弹性回复率见表1。

表1 不同直径乳胶丝包覆纱的弹性回复率

乳胶丝包覆纱的号数是指在25.4 mm内能并排排列的胶丝根数。圆形胶丝的号数可用25.4除以胶丝的直径而得。

为了建立表1中直径与弹性回复率之间的关系式，以乳胶丝包覆纱直径d1为自变量，弹性回复率ρ1为因变量，拟合表1中的样本点，所得结果如图1所示。

图1 乳胶丝包覆纱直径与弹性回复率的关系

拟合得到乳胶丝包覆纱直径与弹性回复率的关系如下：

(6)

3 涤纶长丝弹性回复率的确定

本试验所用涤纶长丝均为33.3 tex。松紧带在初始拉伸阶段，弹性主要由乳胶丝包覆纱贡献[5]，涤纶长丝的伸长很小。所以人为设定取定伸长2%状态下测得的涤纶长丝弹性回复率97%作为ρ2。

4 机织松紧带弹性回复率的确定

4.1 机织松紧带的组织结构

机织松紧带的组织结构图如图2所示。

图2 机织松紧带的组织结构图

图2中经纱1、2和纬纱均为33.3 tex涤纶长丝，3为乳胶丝包覆纱经纱。纬纱每次引入2根涤纶长丝，经纱为单根纱线。经纱配量都是按照2根涤纶长丝配置1根乳胶丝包覆纱，每个松紧带的经纱根数为涤纶长丝84根、乳胶丝包覆纱43根，乳胶丝包覆纱号数分别为32、37、42、52、63号。

4.2 机织松紧带理论弹性回复率的确定

表2 机织松紧带的理论弹性回复率

4.3 机织松紧带实际弹性回复率的确定

本试验采用定伸长拉伸法来测定松紧带的弹性回复率[4]。按照FZ/T 60021—2010标准，定伸长50%，反复拉伸5次，根据式(7)计算其弹性回复率，共测3次，取其平均值。

(7)

式中：L0——隔距长度，mm；

L1——试样拉伸至定伸长的长度，mm；

L2——试样回复至零位停置3 min再施加预张力后的长度，mm。

机织松紧带的实测弹性回复率ρ00如表3所示。

表3 机织松紧带的实测弹性回复率

4.4 修正系数k值的确定

根据以上结果，计算出实际修正系数k值，即：

(8)

式中：ρ00——实测弹性回复率；

ρ0——理论弹性回复率。

k值的计算结果如表4所示。

表4 实际修正系数k值

为了扩大模型的代表性和适用范围，求得5个不同直径修正系数的平均值k=3.04。

通过式(9)计算偏差百分率w(%)来验证这种人为修定的有效性。当w≤5.0%时，即认为模型可以用于实际预测；反之，则要重新对k取值。

(9)

式中：ρk——采用修正k值后，重新计算的理论弹性回复率,%；

ρ00——实测弹性回复率,%。

计算弹性回复率的偏差百分率w(%)，如表5所示。

表5 弹性回复率的偏差百分率

由表5可见，w≤5.0%，即认为弹性回复率的模型可以用于实际预测。

机织松紧带弹性回复率的修正公式为：

(0.40≤d1≤0.79)

5 结语

[1] 奚志根.松紧带生产新技术及其效益[J].上海纺织科技,1984,12(6):19-23.

[2] 李星. 粘扣带剥离强度力学模型研究[J]. 产业用纺织品,2011,29(10):19-22.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.FZ/T 50007—1994氨纶丝弹性试验方法[S].北京:中国标准出版社,1994.

[4] 中国纺织工业协会.FZ/T 60021—2010织带产品物理机械性能试验方法[S].北京:中国标准出版社,2010.

[5] 张旭棠.DOWXLA弹性针织物的加工及性能测试与分析[D] .苏州:苏州大学,2010.