PTT类织物形状记忆功能的测试方法

陈翠婷， 陈思霞，眭建华

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215006；2.江苏省产业技术研究院 纺织丝绸产业技术研究所，江苏 南通 226018；3.现代丝绸国家工程实验室(苏州)，江苏 苏州 215006)

PTT类织物形状记忆功能的测试方法

陈翠婷1,2,3， 陈思霞1，眭建华1,2,3

(1.苏州大学 纺织与服装工程学院，江苏 苏州 215006；2.江苏省产业技术研究院 纺织丝绸产业技术研究所，江苏 南通 226018；3.现代丝绸国家工程实验室(苏州)，江苏 苏州 215006)

为探求PTT类面料形状记忆功能的客观测试评价方法，自行研制矩形沟槽式和滑块式仿平抚测试装置，设计了相应的试验与评判方法.试验中，采用棉、蚕丝、黏胶丝、PET及Milk/Tencel混纺等普通面料和纯PTT、PTT与PET交织的面料进行可塑成形定性试验，结果表明仅有纯PTT、PTT与PET交织、高紧密结构PET织物具有可塑性.进一步对可塑性面料进行可塑成形和形状恢复的定量对比，结果如下：自行设计的面料形状记忆功能测试方法的CV值在5%以内，该方法有较好的参考价值；以PTT纤维为经纬丝线原料，配置平纹组织等紧密结构和一定的经纬交织密度，可以使面料的形状可塑且形状恢复的性能得以提高；在原料、组织、紧密度这3个影响因素中，纤维原料最为重要，PTT纤维显然优于其他纤维.

形状记忆织物；可塑成形性能；形状恢复性能；测试评价方法

PTT纤维是从石油及生物玉米工艺路线通过PTA与PDO聚合、纺丝制成的新型聚酯纤维[1].虽然PTT面料具有的形状记忆功能并非研发者的初衷，但形状记忆这个概念一经提出,便带来了一个热火朝天的市场，新产品层出不穷，甚至将概念原意也模糊成了记忆面料.

由PTT纤维引发的形状记忆面料开发热潮至今已有十多个年头，关于面料形状记忆功能的测试评价也有诸多报道，但尚未有文献提出一个易于操作和测评的具体方法[2-6].有关资料表明，所谓面料的形状记忆功能，包含面料易于可塑成形功能和易于恢复原状功能.可塑成形功能指面料受一定外部作用后从原始形状变成某一拟定形状的能力，恢复原状功能指已成形的面料在一定外部作用下又能回到原始形状的能力[7-13].鉴于此，本课题自行设计了可塑成形和形状恢复测试装置.

1 测试装置的制作与试验方法的设计

1.1 沟槽式可塑成形测试装置

1.1.1 装置的制作

沟槽式可塑成形测试装置如图1所示.

图1 矩形槽式成形装置Fig.1 Rectangular groove forming device

该装置由槽座和压条组成，槽座为横向并列的3个尺寸与隔距相同的矩形沟槽，沟槽宽度b=10 mm，高度h=15 mm，长度l=100 mm.设计沟槽间隔距a为测试变化值，分别为 2 mm，6 mm和10 mm.压条数量与槽模的沟槽数量相等，宽度b′比b大2～3 mm，以便将一定厚度的测试样布卡入沟槽，高度h′比h大5～10 mm，长度l′比l大5～10 mm，以便试验操作.测试需要另行配备厚度为0.1 mm的单面贴膜，试验时可对不同厚度的样布采用不同层数的贴膜加以调整.

1.1.2 试验方法

(1)样布准备

分别沿经向、纬向和45°斜向剪取10 cm×10 cm的样片，熨平并置于恒温恒湿室内平衡24 h，温度为(20±2)℃，湿度为(65±2)%.测量样布厚度，贴膜调整压条宽度b′.

(2)嵌条塑形

将样片平铺置于矩形槽模上方并对齐方向，将压条轻轻嵌入沟槽，使织物产生凹凸造型，如图2中(a)与(b)所示，压条上方外加5 kg的压力，时间为5 min.

(3)取样悬挂

去除压力，静置5 min，轻轻取出压条，夹持样片一侧取出样片，自然悬挂30 min，如图2中的(c)、(d)和(e)所示.

(4)测试评定

①将样片轻轻平铺于水平台板上，如图2(f)所示，观察样片的基本成形状况，如布面拱起和压印折痕同时存在，则其具有形状可塑能力.

图2 织物形状可塑试验设计Fig.2 Design of fabric shape plasticity test

②用游标卡尺测取形状可塑样品每个拱起部分的最大高度，取平均值，分别记为Hji，Hwi，Hxi，样品个数为5，用公式(1)取平均值，分别记为Hj，Hw，Hx,单位为mm，精度为0.1 mm.H值越大，说明样品的可塑成形性能越好.公式(1)如下：

(1)

1.2 滑块式形状恢复测试装置

图3 滑块式平抚装置Fig.3 Sliding block stroking device

1.2.1 装置的制作

设计制作的滑块式平抚装置模拟人手快速平抚织物的过程(人的手掌温度忽略)，如图3所示.装置主要由试验水平台板、样布夹、滑块、滑块导轨、牵引线、导辊、滑轮、重力码组成.试验水平台板为长500 mm、宽 270 mm的长方形平板，沿长度方向配有刻度尺.滑块为长120 mm、宽30 mm、质量200～300 g的长方条形金属块，滑块在重力码的牵引下可沿导轨自左向右滑动.

1.2.2 试验方法

(1)样布准备

分别沿经向与纬向剪取210 mm×100 mm的样片各5块，熨平并置于恒温恒湿室内平衡24 h，温度为(20±2)℃，湿度为(65±2)%.

(2)折叠成形

将样片沿长度方向往复折叠，单向折幅为20 mm，往返10次(折叠部分的总长度为200 mm)，施加 5 kg的压力，时间为24 h.然后，去除压力，将样片置于水平台板上自然恢复5 min，读取刻度尺上样片的长度，取平均值，记作L0,单位为mm，精度为0.1 mm.

图4 织物塑形恢复试验设计Fig.4 Design of fabric shape recovery test

(3)滑抚试验

用样布夹将样片未折叠部分(10 mm)夹持，轻轻将滑块靠贴样布夹置于样片上方，滑块接上牵引线，牵引线的滑轮下方挂上100 g的重力码.快速释放重力码，使滑块平贴样片快速滑过，试验过程如图4中(a)与(b)所示.

(4)测试评定

撤去滑块，静置5 min后，读取刻度尺上样片的长度，记为Li，单位为mm，精度为0.1 mm.运用公式(2)计算样片的折痕回复率εi，样品个数为5，用公式(3)取平均值ε.ε值越大，试样的形状恢复性能越好.公式(2)和公式(3)如下：

(2)

(3)

2 验证

2.1 试验材料

样品的材质、组织、交织密度等规格如表1所示.

表1 样品规格Tab.1 The sample specification

2.2 验证方法

(1)采用1.1.2提出的方法，以a值为2 mm对1#至8#结构相近、材质不同的样品进行可塑成形试验，根据样品的成形效果判断哪些材质的织物具有可塑成形性能.

(2)分别以a值为6 mm和10 mm对表1中具有可塑成形性能的样品进行可塑成形测试.结合a值为2 mm时的测试结果，对取得的Hj，Hw，Hx进行相关性分析，以选定试验a的值.进一步按公式(4)进行H值的CV值计算，以分析本方法的可采信情况.公式(4)如下：

(4)

(3)采用已选定的a值对9#至11#样品进行可塑成形测试，与1#至8#样品中具可塑成形性能的样品在该a值下的测试结果进行可塑成形性能与织物结构关系的分析.

(4)对所有具有可塑成形功能的样品按1.2.2提出的方法进行形状恢复试验，分析织物形状恢复性能与织物材质和结构的关系.按公式(5)进行ε值的CV值计算，分析本试验方法的可采信情况.公式(5)如下：

(5)

3 结果与讨论

3.1 织物可塑成形性能试验

试样的可塑成形性能测试结果如表2所示.

表2 织物的可塑成形性能测试结果Tab.2 Plasticity test results for fabrics

注：9#至11#样品仅是在结构上与1#至8#样品不同，故未做视觉判别.

由表2的视觉结果可以看出：1#至5#样品均为非PTT纤维织物，没有形状可塑效果；6#样品为纯PTT纤维织物，可塑效果最为明显；7#样品为PTT与PET交织织物，有一定的可塑性能；8#样品虽然是纯PET织物，但由于织物密度很高，也有一定的可塑性能.

不同a值下各向测试的H值相关性分析结果如表3所示.从表3可以看出，当a=6 mm时，各向H值的相关系数基本在0.95以上，与a=2 mm和a=10 mm时相比，试验结果最为稳定，故可塑成形试验宜采用a=6 mm.

表3 不同a值下的H值相关性系数Tab.3 Correlation coefficient of H value under different a values

9#样品的丝线规格和经纬交织密度基本与6#样品一致，但其各向H值均明显小于6#样品.分析认为，6#样品采用平纹组织，其平均浮长为1，织物交织最为紧密；9#样品采用斜纹组织，平均浮长为2，结构有所松弛，织物结构的松紧明显影响其可塑成形性能.

10#样品的试验结果又明显小于9#样品.分析认为，由于10#样品使用了线密度小的纬线，虽然密度有所提高，但仍然会导致可塑成形性能的下降.

11#样品的试验结果与9#样品相比，各H值有所提高.分析认为，这两个样品的丝线线密度与经纬密度规格基本相同，都采用了平均浮长为2的斜纹组织，但由于11#样品局部配置了平纹的一上一下结构，其可塑成形性能提高.

8#样品虽然采用了平纹组织和与6#相同线密度的丝线，经纬密度配置还高于6#样品，但试验得到的H值还略低于10#样品，这说明材料形状记忆功能的影响程度更为突出.

当a=6 mm时，6#至11#样品H值的CV值如表4所示.从表4可以看出，各向H值的CV值均小于5%，本试验装置和试验方法可以采信.

3.2 织物塑形恢复性能试验

样品的塑形恢复性能测试结果如表5所示.

表4 a=6 mm时的CV值Tab.4 The value of CV when a is 6 mm %

表5 样品塑形恢复性能测试结果Tab.5 Results of fabric shape recovery test %

从表5中可以看出：

(1)6#纯PTT形状记忆织物的塑形恢复性能最好，9#至11#样品的塑形恢复性能略低于6#样品，7#样品为PTT×PET/PTT交织半记忆织物， 8#样品为纯PET仿记忆织物，均有一定的塑形恢复性能.

(2)9#样品的丝线规格和经纬交织密度与6#样品基本一致，但其各向ε值均明显小于6#样品.分析认为，6#样品采用平纹组织，9#样品采用斜纹组织，织物结构的松紧明显影响其塑形恢复性能.

(3)10#样品相对于9#样品，纬线线密度减少，但是纬密有所增加，故对测试结果的影响不大.

(4)11#样品的各向ε值均大于9#样品，分析认为，这两个样品的丝线线密度与经纬密度规格基本相同，而且都采用了平均浮长为2的斜纹组织，但由于11#样品局部配置了平纹的一上一下结构，其塑形恢复性能提高.

(5)6#至11#样品折痕恢复率的CV值基本在5%以下，本试验装置和试验方法可以采信.

4 结论

(1)采用矩形沟槽测试装置，配置沟槽隔距a为6 mm，对PTT纤维类形状记忆面料的可塑成形性能进行测试，CV值控制在5%以内；采用滑块平抚式测试装置，对该类面料的形状恢复性能进行测试，CV值控制在5%以内.故认为，本研究设计的面料形状记忆功能测试方法是可行的.

(2)试验结果表明，以PTT纤维为经纬丝线原料配置平纹组织等紧密结构和一定的经纬交织密度，可以使面料形状可塑与恢复的性能得以提高.在原料、组织、紧密度这3个影响因素中，纤维原料最为重要，PTT纤维显然优于其他纤维.

[1] 洪剑寒,韩潇.PTT织物形状记忆性能分析[J].高职论丛,2009(9):18-20.

[2] 肖红,施楣梧,刘晶.张力对PTT/PET长丝结构和性能的影响[J].纺织学报,2008,29(7):1-5.

[3] 刘晓霞,戴自怡.形状记忆合金纺织品及其开发[J].产业用纺织品,2007(12):5-9.

[4] 胡金莲,刘晓霞.纺织用形状记忆聚合物研究进展[J].纺织学报,2006,27(1):114-120.

[5] 赵立环,秦丽,王府梅.PTT“形状记忆”织物回复原始形状的机制[J].纺织学报,2009,30(3):34-38.

[6] 胡金莲.形状记忆纺织材料[M].北京:中国纺织出版社,2006.

[7] 国家技术监督局.纺织品 织物折痕回复性的测定 回复角法：GB/T 3819—1997 [S].北京：中国标准出版社，1997.

[8] 秦丽,赵立环,王府梅.PTT织物记忆效果测试方法[J].纺织学报,2009,30(6):39-43.

[9] 肖红,刘晶,施楣梧.处理时间和介质对PET/PTT长丝性能的影响[J].纺织学报，2008,29(9):16-19.

[10]吴惠英.PTT纤维的性能测试与分析[J].棉纺织技术,2008,36(2):28-31.

[11]刘岩,胡金莲.形状记忆纺织品的制备及其发展前景[J].纺织科技进展,2005(5):7-9.

[12]赵立环,王府梅.形状记忆织物的发展及展望[J].纺织导报,2008(2):50-52.

[13]周星,朱明,王思泉，等.一种具有形状记忆能力的内衬：99236045.5[P].2001-02-21.

Study on testing method of PTT fabric shape memory function

CHEN Cuiting1,2,3, CHEN Sixia1, SUI Jianhua1,2,3

(1.CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou215006,China;2.ModernTextileandSilkScience&IndustrialTechnologyResearchCenter,Nantong226018,China;3.NationalEngineeringLaboratoryforModernSilk(Suzhou),Suzhou215006,China)

In order to explore an objective test to evaluate shape memory function for PTT fabrics, we developed a rectangular groove forming device and a sliding block stroking device and put forward the test method and evaluation method. In the experiment, we chose PTT, PTT/PET and common material fabrics, such as cotton, silk, viscose, PET and Milk/Tencel, for the plastic forming qualitative test. The results showed that PTT, PTT/PET fabric and PET fabric with high compact structure has plasticity. Further quantitative comparison of plastic forming and shape recovery of plastic fabrics was tested. Results showed that theCVvalues of the shape memory function testing method of the designing fabrics is less than 5%, which means that this method has a good reference value. Choosing PTT fiber as warp and weft yarn, right warp and weft density and compact structure, such as plain weave, can improve fabric shape plasticity and shape recovery performance. Among the three factors of materials, structure and compactness, the fiber material is the most important, and the PTT fiber is obviously superior to other fibers.

shape memory fabric; plastic forming performance; shape recovery performance; testing evaluation method

2017-02-27

陈翠婷(1993-)，女，江西赣州人，硕士研究生，主要研究方向为纺织材料与纺织品设计.

眭建华(1965-)，男，副教授，博士，硕士生导师，主要研究方向为纺织材料与纺织品设计.E-mail：suijianhua@suda.edu.cn.

TS157

A

1674-330X(2017)02-0005-06