反复拉伸下真丝/氨纶织物的塑性积累

张庆 徐国平 吴定武

摘 要：通过对真丝/氨纶织物实施定伸长多次循环处理，对其进行人体穿着模拟实验，考察其耐疲劳性能，探讨其塑性形变的积累和演化。结果表明：伸长率超过19%时，塑性形变急剧增加；定伸长循环拉伸作用下，当循环拉伸120次以内时疲劳结果符合2次多项式回归；120～600次，符合3次多项式回归。

关键词：定伸长；循环拉伸；塑性形变；多项式回归

中图分类号：TS146

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2018）02-0034-04

Plastic Accumulation of Silk/spandex Fabric Under Process of Repeated Stretch

ZHANG Qing1， XU Guoping1， WU Dingwu2

（1.College of Materials and Textiles， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China；2.Mengshan County， Hui Ming Silk Product Co.， Ltd.， Mengshan 546700， China）

Abstract：To carry out the simulations of human wear trial， the Silk/Spandex fabrics were treated with specified elongation for many times in this study. The fatigue performance was discussed. The accumulation and evolution of plastic deformation were discussed. The results show that the plastic deformation increases dramatically when the elongation is more than 19%. Under the action of repeated tensile with specified elongation， the fatigue result conforms to quadratic polynomial regression when the times of repeated tensile is 120. When the times of repeated tensile is 120～600， the fatigue result conforms to third-degree polynomial regression.

Key words：specified elongation； repeated tensile； plastic deformation； polynomial regression

真絲织物具有质地柔软光滑、手感柔和、轻盈、滑爽飘逸等特性，是春、夏服装以及内衣的首选面料。随着人们消费水平的提高，由真丝织物制成的服装，在未来的生活中将更受消费者的青睐[1-2]。氨纶弹力织物以其贴身、舒适、美化体型等特性赢得了消费者的青睐，适量加入氨纶的纺织品，能大大提高其服用性能。

真丝/氨纶弹性织物结合了两者的特性，国内外研究者对此做了众多探讨，主要侧重研究其染色性能、应用及包覆工艺[3-7]。然而，真丝/氨纶弹性织物在长期穿着使用以及洗涤过程中会不可避免的发生形变，并且逐渐产生累积，失去美观性和舒适性。基于此，本文对真丝/氨纶织物进行模拟人体穿着实验[8]，通过对织物定伸长多次循环处理，考察其耐疲劳性能，从而为合理使用提供一定的参考。

1 实 验

1.1 材 料

实验中采用真丝/氨纶纬向弹力织物，规格如下：经纱原料为桑蚕丝；纬纱原料为桑蚕丝+氨纶；经丝纤度22.2/24.4×2 dtex；纬丝纤度（22.2/24.4×2+30.3）dtex，其中氨纶的30.3 dtex指原始纤度，牵伸倍数为2.6倍；经向密度1 200根/10 cm；纬向密度460根/10 cm；织物组织缎纹；平方米质量91 g/m2。

1.2 测 试

采用美国Instron3369电子万能材料试验机测试织物的定伸长、断裂强力以及断裂伸长。参考GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能》。

a）拉伸测试：试样规格300 mm×5 mm；拉伸速度100 mm/min，试样夹距200 mm。

b）定伸长：参考人体运动拉伸量结合实际，选择定伸长动程位移分别为20、26、32、38、44 mm，各循环拉伸600次。上升下降拉伸速度均100 mm/min，试样夹距200 mm。

以上实验均在环境温度为（20±1）℃、相对湿度为（65±2）%的恒温恒湿实验室进行。

1.3 数据的处理

定伸长：在拉伸强力零值附近找两个点，令拉伸位移分别为x1，x2，拉伸强力分别与之对应为y1，y2，根据式x-x1x2-x1=y-y1y2-y1……，求得方程，令y=0，此时求得的拉伸位移即为塑性积累量。

2 结果与讨论

2.1 真丝/氨纶织物的拉伸性能

选取5组真丝/氨纶织物的纬向试样进行拉伸实验，统计得出平均断裂伸长为121 mm，断裂强力为273 N，其拉伸曲线如图1示。

氨纶的初始模量很小，表明氨纶在小负荷作用下容易变形，刚性差，真丝/氨纶织物质地相对柔软[9]。由图1可知，真丝/氨纶织物在拉伸过程中产生了明显的不同程度的形变，呈现了3个变化区域。第1区域（拉伸位移0～65 mm）称为胡克区，此区域真丝/氨纶织物的弹性情况类似于弹簧，其变形主要是纤维大分子链本身键长、键角的伸长和分子键间次价键的剪切，横向次价键没有被破坏，大分子之间不发生相对运动，所以产生急弹性形变，其变形可回复，随着拉伸位移的增加，拉伸强力增加缓慢，此时真丝/氨纶织物的弹性回复率较好；第2区域（拉伸位移65～75 mm）称为屈服区，此区域真丝/氨纶织物变形显著且不可完全回复，氨纶中氢键等次价键断裂及重新生成，分子链伸展，大分子质心发生相对运动，65 mm处为屈服点；第3区域（拉伸位移75～121 mm）称为增强区，曲线斜率增大，此区域氨纶大分子主链受力，有一部分是链段间相互滑移而产生不可恢复的塑性形变。75 mm处为强化点，121 mm处为断裂点。在该区域内，除发生急弹性形变外还产生缓弹性形变，随着拉伸位移的不断增加，拉伸强力迅速增加直至断裂，模量迅速增大，其变化近似线性变化，此时真丝/氨纶织物的弹性被严重破坏，产生不可恢复的塑性变形。同时真丝/氨纶织物纬纱受力处于张紧状态，纬纱之间的摩擦力增加[10]，以及拉伸过程中真丝为拉伸强力贡献了一部分力。

2.2 真丝/氨纶织物的定伸长塑性积累

模拟穿着规律，设定对试样分别进行拉伸动程为20、26、32、38、44 mm（处在胡克区内）的定伸长循环多次拉伸，拉伸次数分别为1、120、240、360、480、600次。图2为上述方法试验后所产生的塑性积累随拉伸动程变化的多项式回归曲线。可以看出，循环拉伸120次以内疲劳结果符合2次多项式回归；120～600次，符合3次多项式回归。

第1次拉伸线性回归式：y=13.145 95-1.004 88x+0.020 13x2，相关系数0.929 14；第120次拉伸线性回归式：y=19.501 26-1.515 24x+0.032 1x2，相关系数0.918 09；第240次拉伸线性回归式：y=-145.427 22+16.172 54x-0.578 04x2+0.006 81x3，相关系数0.978 21；第360次拉伸线性回归式：y=-139.293 34+15.499 63x-0.554 98x2+0.006 56x3，相关系数0.983 08；第480次拉伸线性回归式：y=-167.522 69+18.374 91x-0.645 61x2+0.007 47x3，相关系数0.996 32；第600次拉伸线性回归式：y=-168.409 9+18.473 77x-0.648 31x2+0.007 49x3，相关系数0.994 71。

由图2可以看出，随着拉伸次数和拉伸动程的增加，塑性积累均呈现先平缓后急剧增加的趋势。在定伸长量20～38 mm即伸长率在10%～19%之间，塑性积累增加量较缓慢；38 mm以后，呈现急剧增加。据此可以认为：若由此真丝/氨纶织物所制成的服装，在穿着使用中伸长率不可超过19%，否则衣服弹性回复率将大大下降，衣服将产生不可回复、具有破坏性的塑性形变，影响美观效果，失去穿着弹性织物的意义。同时可知，无论循环拉伸次数的多少，塑性积累突变点均发生在38 mm（伸长率19%）处，表明其与循环拉伸次数无关，而与拉伸动程相关。同时随着拉伸次数的增加塑性积累量随之增加，第1次及第240次拉伸过程中塑性积累增量最大，而后随着拉伸次数的增加塑性积累增加量逐渐减小，第240次与第600次拉伸过程中塑性积累量明显比第1次与第240次拉伸过程中塑性积累量少很多，可以预测在无限多次循环拉伸之后塑性变形近似不变，此时氨纶的耐疲劳性能大大减弱直至消失，真丝/氨纶织物失去弹性。

在拉伸动程小于38 mm（伸长率19%）时，随着拉伸次数的增加塑性积累增加但增量并不大；伸长率超过19%后，塑性积累迅速增加但第240次之后增量迅速减少至接近，表明拉伸动程超过19%后弹性回复率破坏程度严重，拉伸次数对其影响较大。由此可见选择合身的衣服至关重要，不仅穿着舒适美观，还能增加穿着次数。

图3为真丝/氨纶织物32、44 mm及纯真丝32 mm定伸长拉伸循环曲线。由图3（a）可得，在定伸长为32 mm（断裂伸长率为16%）时，第1次循环所形成的滞后圈面积最大，而后的第120次、第360次、第600次循环滞后圈面积逐渐变小。表明真丝/氨纶织物符合发生在胡克区且发生急弹性形变，同时几乎不发生塑性形变，而后所形成滞后圈较小的原因是因为发生了小的缓弹性形变，外力所做的功以内聚能的形式存在其中[10]。由图3（b）可得，当定伸长44 mm（断裂伸长率为22%）时，除第1次拉伸滞后圈比32 mm大外，而后滞后圈都比32 mm时小，表明此时拉伸动程对真丝/氨纶织物产生严重破坏，塑性积累迅速增加。由此可见，真丝/氨纶织物在胡克区反复拉伸过程中产生塑性积累。

对比图3（a）和图3（c）可知，第一次拉伸时纯真丝比有氨纶形成的滞后圈大很多，之后快速减小，迅速形成塑性积累，而图3（a）减小相对缓慢很多，说明氨纶起到了主要的作用。

3 结 论

a）真丝/氨纶织物拉伸过程中呈现明显的急弹性形变和缓弹性形变；当伸长率超过19%时将发生急剧塑性形变，织物弹性被严重破坏。

b）当伸长率小于19%时，反复拉伸产生塑性积累并不断增加，织物拉伸动程对真丝/氨纶织物塑性积累的影响比循环次数影响大。

c）定伸长作用下，循环拉伸120次以内疲劳结果符合2次多项式回归；120～600次，符合3次多项式回归。

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