几种纬编增强材料拉伸性能探讨

吴波伟 张 毅

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



几种纬编增强材料拉伸性能探讨

吴波伟1，2张 毅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

在相同材料及编织工艺的情况下，用龙星电脑横机编织四种不同组织结构的纬编针织物，分别对其纵横向进行拉伸性能测试，探讨其作为增强体的承载能力及纱线在织物中的强力贡献率。结果表明：在研究范围内，四种组织结构织物作为增强材料的优劣次序为双罗纹空气层组织、罗纹空气层组织、间隔组织、双反面组织；增强材料中沿纵横向受力的纱线越多，其强力越大，但并非呈线性关系；用无捻涤纶长丝编织的增强材料结构中，纱线的强力贡献率相对较低。

纬编，增强材料，拉伸性能，应力，贡献率

近年来，产业用纺织品在整个纺织行业中所占的比重不断上升，其中纺织复合材料增强体占相当的比重[1-2]。纬编针织物[3-4]具有良好的成型性和延展性，可编织三维全成型产品，具有较好的抗冲击耐疲劳性和高能量吸收性，而且生产效率较高。因此，以其做增强体的纬编针织增强复合材料已广泛用于军工、汽车、航天、航海、交通、建筑及医疗等领域[5-8]。纺织复合材料增强体主要起承载作用。本文主要对由双反面组织、罗纹空气层组织、双罗纹空气层组织和间隔组织编织的四种纬编针织物的拉伸性能进行研究，探讨它们作为增强体的承载能力及纱线在织物中的强力贡献率。

1 试验部分

1.1 试样编织

本文所探讨的双反面组织、罗纹空气层组织、双罗纹空气层组织及间隔组织织物均用江苏金龙公司的LXC-252SCV型12针龙星电脑横机编织而成。编织时所用原料为海盐海利环保纤维有限公司生产的半消光再生无捻低弹涤纶长丝(FDY)，规格为R 33.33 tex(300 D)/96 f， 强力为9.78 N，并全根数为3根(无加捻)，编织度目为85，上下罗拉拉力均为8，机速为30。图1和图2分别为四种组织的编织图和实物图。

(a) 双反面组织

(b) 罗纹空气层组织

(c) 双罗纹空气层组织

(d) 间隔组织

(a) 双反面组织 (b) 罗纹空气层组织

(c) 双罗纹空气层组织 (d) 间隔组织

四种组织织物的部分参数见表1。

表1 四种组织织物的部分参数

1.2 试样拉伸试验

试样的拉伸试验按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》中的试验方法进行。试样尺寸为50 cm×150 cm，试样在环境温度为20 ℃、相对湿度为(65±3)%的标准大气条件下平衡4 h，然后在YG026D型多功能电子织物强力机上，分别沿四种组织织物的横向和纵向进行拉伸测试，试样夹间距为100 mm，加载速度为100mm/min。

需要特别说明的是，由于针织材料的特点，裁剪的试样边缘的线圈易脱散，故在试样纵、横向的边缘均匀地涂抹聚氨酯树脂并烘干，以防止试样边缘线圈脱散对测试结果带来的影响。

2 结果与分析

2.1 拉伸断裂分析

应用Origin软件得出四种组织织物的纵横向应力差和断裂伸长率差，如图3所示。

图3 四种组织织物的纵横向应力差和断裂伸长率差

由图3中四种组织织物的纵横向应力差可以看出，罗纹空气层组织和双罗纹空气层组织织物的纵横向应力差较小，双反面组织和间隔组织织物的纵横向应力差较大。织物的纵横向应力差异主要是由两个方向的纱线受力断裂方式不一样而形成的，纵向主要承载的是线圈间的钩结强力，而横向主要承载的是纱线的拉伸断裂强力。

由四种组织织物的纵横向断裂伸长率差可以看出，双罗纹空气层组织织物的纵横向断裂伸长率差最小。造成织物的纵横向断裂伸长率差异的因素很多，主要有织物的弹性、线圈密度和线圈长度。

针织复合材料的增强体应选弹性小、应力大且各方向的弹性和应力差异都小的织物为佳。因此，在相同条件下，综合四种组织的纬编针织物用作增强材料的性能，其优劣依次为双罗纹空气层组织织物、罗纹空气层组织织物、间隔组织织物、双反面组织织物。

2.2 织物中纱线承载能力分析

为了更好地观察不同组织的纬编针织物中纱线的利用情况，对四种织物分别做纵向和横向纱线受力分析。

若各种组织织物的每一横行中实际受力纱线根数为m，每一纵列中实际钩结线圈个数为n，则根据织物的横密w和纵密c，可计算出试样给定长度(5 cm) 内横向实际受力纱线根数M与纵向实际钩结线圈个数N：

M=mc

N=nw

应该说明的是，四种组织织物的纵向实际钩结线圈个数如图4所示，可以看出，在纵向受力拉伸时，双反面组织织物中实际线圈钩结个数与单面线圈个数相同，故n=1；罗纹空气层组织为双层组织，织物中实际线圈钩结个数为单面线圈个数的2倍，故n=2；双罗纹空气层组织为双层组织，且按1隔1编织，织物中实际线圈钩结个数也为单面线圈个数的2倍，故n=2；间隔组织织物中的连接纱按1隔1衬垫方式织入，相当于在受力点上增强1根纱线，相当于增加了1倍的单面线圈个数，故n=3。

四种组织织物的横向受力纱线根数由图1可知，双反面组织[图1(a)]的一个完全组织可以看作由2根纱线在正反面各编织一行线圈，故m=2；罗纹空气层组织[图1(b)]的一个完全组织可以近

(a) 双反面组织 (b) 罗纹空气层组织

(c) 双罗纹空气层组织 (d) 间隔组织

似地看作由3根纱线沿横向弯曲并相互圈套成两行线圈，但受力时，由于2根单面编织的纱线较短，1根两面编织的纱线较长，故横向受力的主要是2根单面编织纱线，m=1；双罗纹空气层组织[图1(c)]的一个完全组织可以近似地看作由4根纱线沿横向弯曲并相互圈套而成，在每一面都形成两个横行，但两面编织的纱线按1隔1编织，用纱量和单面全编织的用纱量近似相等，故m≈2；间隔组织[图1(d)]的一个完全组织可以近似地看作由4根纱线沿横向弯曲并相互圈套而成，由于连接两面的纱线按1隔1集圈，用纱量近似等于单面全编织的用纱量，故m=3。 具体数据见表2。

表2 四种组织织物的纵横向实际受力纱线数

从理论上讲，织物的纵横向受力纱线越多，其纵横向的强力越高，表2中的数据验证了表1中的强力排序，但增加的幅度并非呈线性关系，这是因为在不同的针织结构中，纱线的强力贡献率不一样。为了进行对比分析，测试了纱线的实际拉伸断裂强力(29.18 N)和钩结强力(60.33 N)，以分析织物中的纱线强力贡献率。根据表1和表2中的数据，理论上可计算出增强材料中纵横向单根纱线实际承受的拉伸力，从而计算出各组织织物中纱线的强力贡献率。具体数据见表3。

表3 四种组织织物的纱线实际强力与贡献率

由表3可知，四种用于针织复合材料增强体的组织，其织物中的纱线强力贡献率普遍较低，为30%～40%，仅罗纹空气层组织织物横向的纱线强力贡献率达64.15%。这主要是由织物在受力拉伸时纱线的断裂不同时性所造成的。若织物经过后整理，使织物中的线圈分布均匀，则其纱线强力贡献率必然增大。

3 结论

(1) 在研究范围内，四种组织织物作为增强材料的优劣依次为双罗纹空气层组织织物、罗纹空气层组织织物、间隔组织织物、双反面组织织物。

(2) 四种组织形成的增强材料中，纵横向受力纱线越多，其强力越大，但并非呈线性关系。

(3) 用无捻涤纶长丝编织的增强结构中，纱线强力贡献率普遍较低，在30%～40%左右，仅罗纹空气层组织织物横向的纱线强力贡献率达64.15%。

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Discussion on tensile properties of several kinds of weft knitted reinforced material

WuBowei1, 2,ZhangYi1, 2

1. School of Textile, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China;2. Key Laboratory of Advanced Textile Composites of Ministry of Education, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300378, China

Under the condition of same materials and knitting process, four weft knitted fabrics of different structures were knitted by using Long Xing computer knitting machines. Tensile tests along the said fabrics’ vertical and horizontal direction were carried out respectively, and their carrying capacity as reinforcement and the yarn strength contribution rate in fabric were also discussed. The results showed that, within the study area, priorities of four structures as reinforcement were double Milano rib, Milano rib, interval structures, purl stitch; the more yarn to force along vertical and horizontal direction of reinforced materials led the higher strength of fabric, but not linear; as to the reinforced material knitted with non-twist polyester filament yarn, the yarn strength contribution rate was relatively low.

weft knitting， reinforced material， tensile property， stress， contribution rate

2015-9-15

吴波伟，男，1989年生，在读硕士研究生，研究方向为纺织材料与纺织品设计

张毅，E-mail: tianjinzhangyi@126.com

TS186.2

A

1004-7093(2016)06-0021-03