拼纱根数对空气层组织织物拉伸性能的影响

吴波伟, 张 毅， 黄 帅， 张卢娟， 张孟洋

(1. 天津工业大学 纺织学院， 天津 300387； 2. 天津工业大学 先进纺织复合材料教育部重点实验室， 天津 300387)

拼纱根数对空气层组织织物拉伸性能的影响

吴波伟1，2, 张 毅1，2， 黄 帅1，2， 张卢娟1，2， 张孟洋1，2

(1. 天津工业大学 纺织学院， 天津 300387； 2. 天津工业大学 先进纺织复合材料教育部重点实验室， 天津 300387)

为开发增强作用更好的纬编空气层针织复合材料，在相同编织原料及编织工艺的情况下，用龙星电脑横机编织拼纱根数不同的纬编空气层组织织物，分别对织物的横向和纵向进行拉伸测试，并应用Origin软件对数据进行拟合分析，同时对织物中纱线承载能力进行分析。结果表明:在同等条件下，作为复合材料增强体的空气层组织织物在满足横纵向的弹性及应力最佳时，应选择在横纵向的弹性交叉点及应力交叉点附近的根数较为适宜；空气层组织织物中横向纱线拉伸强力的贡献率远高于纵向纱线的钩结强力；可以通过控制拼纱根数获取弹性及应力最佳的空气层组织增强体。

拼纱根数； 空气层组织； 拉伸性能； 断裂伸长率； 应力

随着针织技术水平的提高和树脂膜塑转移技术的推广，针织物在复合材料增强体上的应用范围越来越广[1]。其中，纬编针织增强复合材料的性能得到提高，且制造成本降低，促使其应用快速发展[2]。典型的纬编针织增强结构有纬平针、衬垫、罗纹、罗纹空气层、罗纹衬纬、双罗纹、双罗纹空气层、衬经衬纬罗纹、纬编间隔织物等[3-4]。其中研究较多的是平针，其次是罗纹结构[5]。据报道，纬编针织增强复合材料凭借其良好的成形性和延展性，可编织三维全成型性极好的抗冲击、耐疲劳且具有高能量吸收性的增强材料，因此，已广泛用于军工、汽车、航天、航海、建筑[6]及医疗等众多领域[7-9]。

已有许多国内外的专家学者对纬编针织增强复合材料做了大量的实验研究。Leong等[10]研究了空气层组织增强复合材料的压缩和剪切性能，龙海如[11]研究了纬编针织增强复合材料的拉伸性能并对其进行有限元模拟分析；但这些研究仅是围绕复合后的纬编针织增强复合材料，忽略了作为增强体的纬编针织物力学性能的研究。

空气层组织织物作为针织复合材料的增强体，受力均匀，具有较好的强度、厚度及适度的弹性，但由于生产较粗且强力高的纱线较为困难，需考虑用拼纱的方法获得较厚且弹性适度的织物。本文通过研究作为针织复合材料增强体的空气层组织织物的拉伸性能，探讨拼纱根数对其拉伸性能的影响规律，为开发增强作用更好的纬编空气层针织复合材料提供借鉴。

1 试验部分

1.1 试样编织

本文所用的空气层组织织物是由江苏金龙科技股份有限公司生产的LXC-252SCV型12针龙星电脑横机编织而成。编织时所用原料为19.5 tex普梳纯棉单纱，其捻度为81捻/10 cm，拉伸断裂强力为247.20 cN，拼纱根数分别为2、3、4、5、6、7、8(无加捻)；横机上的度目值为85，上下罗拉拉力值均为8档，机速值为30档。空气层组织织物如图1所示。

不同拼纱根数条件下所编织空气层组织织物的部分参数如表1所示。

1.2 试样拉伸性能测试

试样的拉伸性能按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能》测试。试样尺寸为50 mm×150 mm，在环境温度为20 ℃，相对湿度为(65±3)%的标准大气下平衡4 h，然后采用YG026D型多功能电子织物强力机分别测试空气层组织织物的横向和纵向拉伸性能，夹间距为100 mm，加载速度为100 mm/min。

表1 不同拼纱根数条件下编织的空气层组织参数Tab.1 Milano rib structure parameters at different combination yarn numbers

2 结果与分析

2.1 空气层组织织物断裂伸长率分析

应用Origin软件，分析拼纱根数对空气层组织织物断裂伸长率的影响规律。通过二次曲线拟合探讨不同拼纱根数对横、纵向断裂伸长率的影响，结果如图2所示。

空气层组织织物横向断裂伸长率二次拟合曲线为y横=160.144+0.692x-0.499x2，其中F值为1 396.208，Prob值大于F的概率为2.046×10-6；纵向断裂伸长率二次拟合曲线为y纵=34.552+14.762x-0.495x2，其中F值为437.191，Prob值大于F的概率为2.047×10-5。通过对曲线的运算，得出2条曲线交点为(8.9，126.73)。

由图2可看出，空气层组织织物的横向断裂伸长率随着拼纱根数的增加而逐渐减小，纵向则相反。理论上，拼纱根数在8.9时，织物的横纵向断裂伸长率出现交叉点，二者数值相等，但实际上，考虑到编织工艺的影响，作为增强体的空气层组织在满足横纵向弹性最佳时，应选择在横纵向弹性交叉点附近的根数较为适宜。

2.2 空气层组织织物应力分析

应用Origin软件分析拼纱根数对空气层组织织物应力的影响。通过二次曲线拟合拼纱根数对织物横、纵向应力的影响，结果如图3所示。

空气层组织织物横向应力的二次拟合曲线为z横=-0.871+1.173x-0.018x2，其中F值为910.255，Prob值大于F的概率为4.806×10-6；纵向应力二次拟合曲线为z纵=1.670+1.513x-0.083x2，其中F值为504.141，Prob值大于F的概率为1.561×10-5。通过对曲线的运算，得出2根曲线交点为(9.4，8.585)。

由图3可看出，空气层组织织物的横、纵向应力都随着拼纱根数的增加而增加，且纵向应力增加趋势比横向增加趋势较缓。理论上，二者在拼纱根数为9.4时，出现交叉点，应力相等，但实际上，考虑编织工艺的影响，作为增强体的空气层组织在满足横纵向应力最佳时，应选择在横纵向应力交叉点左侧附近的根数较为适宜。

2.3 织物中纱线承载能力分析

为反映不同拼纱根数在空气层组织中的利用率和增强效果，对空气层组织织物分别作横、纵向纱线受力分析。

2.3.1 空气层组织横向纱线承载能力分析

因空气层组织的每个完全组织可以近似地看作是由3根纱线延横向弯曲相互圈套而成，但在受力时，由于2根单面编织的纱线较短，另一根两面编织的纱线较长，故在织物拉伸时主要承受拉力的是2根单面编织纱线，因而空气层组织中一个完全组织主要受力的横向纱根数恰好与织物纵密相等。其受力情况如图4所示。

由图4可看出，空气层组织织物中横向纱线的拉伸强力与纱线实际拉伸强力相近，且都随着拼纱根数的增加而增大。通过对2根拟合线从2根拼纱到8根拼纱的积分，得出织物中横向纱线拉伸强力的贡献率高达98.334%。

2.3.2 空气层组织纵向纱线承载能力分析

由于纬编针织结构的特点决定了空气层组织的行间是由上一横列的2个沉降弧和下一横列的2个针编弧相连接，即上横列的4根纱与下横列的2根纱组成的钩结连接，那么受力断裂的必然是下横列形成钩结连接的2根纱线，但空气层组织是两面相同的组织，故其真正钩结数是织物横密的2倍。其受力情况如图5所示。

由图5可看出，空气层组织中纵向纱线钩结强力与纱线实际的钩结强力都随着拼纱根数的增加而增加，但空气层组织中纵向纱线钩结强力随着拼纱根数的增加其增强的趋势较缓。通过对2根拟合线从2根拼纱到8根拼纱的积分，得出织物中纵向纱线拉伸强力的贡献率仅为65.835%。

3 结 论

1)在同等条件下，作为复合材料增强体的空气层组织织物在满足横纵向弹性最佳时，应选择在横纵向弹性交叉点附近的根数较为适宜。

2)在同等条件下，作为增强体的空气层组织织物在满足横纵向应力最佳时，应选择在横纵向应力交叉点左侧附近的根数较为适宜。

3)通过对空气层组织中纱线承载能力的分析看出，横向纱线拉伸强力的贡献率远高于纵向纱线的钩结强力。

4)作为针织复合材料的增强体，在同等条件下，可以通过控制拼纱根数获取弹性及应力最佳的空气层组织增强体。

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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

吴波伟(1989—)，男，硕士生。研究方向为纺织材料与纺织品设计。张毅，通信作者，E-mail:tianjinzhangyi@126.com。

TS 186

A