毛型制服面料弹性测试对比与分析

张艳茹,王凤霖,陈 敏,姜爱娟,肖 红,李 颖,王 妮

(1.东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室,上海 201620; 2.江苏箭鹿毛纺股份有限公司,江苏 宿迁 223800;3.军事科学院系统工程研究院 军需工程技术研究所,北京 100082; 4.新型环保复合面料湖北省重点实验室,湖北 武汉 441002)

弹性面料是指由氨纶等弹性纤维织成或是将弹性纤维同棉、麻、丝、毛等纤维进行混纺而成的织物。由于弹性面料具有一定的弹性且穿着较舒适,因此备受消费者的喜爱[1]。弹性纤维及面料在纺织行业占据着非常重要的地位,在GB/T 4146.1—2020《纺织品 化学纤维 第1部分:属名》中明确规定的弹性纤维共有4种,包括聚氨酯弹性纤维(氨纶)、二烯类弹性纤维、聚烯烃弹性纤维和聚酯复合弹性纤维,而目前弹性面料的生产主要是通过加入氨纶或聚酯复合弹性纤维[2]。

氨纶是目前面料中使用最广泛的弹性纤维[3],在常温下处于高弹态,在很小的应力下就能发生很大的形变,弹性伸长性优异[4],但是氨纶存在耐热性和强力较差、在面料中较易发生断裂、染色困难等问题。聚酯复合弹性纤维是利用聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维(PBT)与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的热收缩率差异,经过复合纺丝得到的具有自卷曲性能的复合纤维[5],高度卷曲使其具有巨大的延伸性和弹性回复率。虽然这一类新型的聚酯复合弹性纤维弹性伸长率不如氨纶纤维,但弹性稳定性和持久性、染色性能较好[6-7],因而也受到广泛关注。

行业制服领域常使用毛型面料作为制服外衣面料以体现其良好的服装造型和挺阔版型[8-9],但毛型面料易产生折皱和鼓包等现象,因此一般会对其进行弹性处理[10]。面料弹性处理过程比较复杂,且由于织物是黏弹体,其伸长后回复受许多因素(如弹性纤维的种类、线密度、混纺比例、组织结构等)的影响和制约[11-13]。为了生产出合适的面料,从原料的选用、纺纱、织造到染整工艺的选择都需要经过不断的试验与选择。

本文参照FZ/T 01034—2008《纺织品 机织物拉伸弹性试验方法》、FZ/T 70005—2006《毛纺织品伸长和回复性试验方法》2种面料弹性测试标准,通过对含氨纶和含聚对苯二甲酸丁二酯纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PBT/PET)双组分复合弹性纤维毛型制服面料进行弹性测试,对比探究2类面料的弹性耐久性差异、面料组分对弹性的影响规律以及不同弹性测试方法之间的差异,为开发更加优良的弹性制服面料提供相关参考。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

材料:含氨纶或PET/PBT双组分复合弹性纤维的毛型制服面料(江苏箭鹿毛纺股份有限公司),其中AX-1和SX-1、SC-1和SC-2分别是2组弹性纤维不同,织物组织、纱线线密度和面密度相同的毛型制服面料,面料具体规格见表1。

表1 试验材料规格

试验面料均为纬弹织物,因此仅测试面料纬向弹性。本文主要对比含不同弹性纤维毛型制服面料的弹性耐久性,所以经过大量预试验后选择初始弹性接近的面料进行试验。氨纶或双组分复合弹性纤维长丝作为芯纱,羊毛、涤纶和Lyocell等短纤维作为外包纤维构成混纺包芯纱为纬纱。双组分弹性纤维以赛络菲尔纺复合为长丝,赛络菲尔纺为改进形式的环锭纺,因此纺纱方式无明显差异,对面料的弹性耐久性也并无影响。

仪器:YG026 MB-250多功能电子织物强力机(温州方圆仪器有限公司)。

1.2 测试方法与标准

1.2.1 弹性伸长与非回复性伸长测试

参考FZ/T 70005—2006进行弹性伸长试验和非回复性伸长试验,测试指标分别为弹性伸长率和非回复性伸长率。

1.2.2 弹性回复测试

参考FZ/T 01034—2008进行弹性回复试验,拉伸速度设置为100 mm/min,隔距为200 mm,宽度为50 mm,施加定负荷或定伸长停顿时间为1 min,回复时间为3 min,预加张力按照面料的面密度选择。

FZ/T 01034—2008标准中推荐可使用的定伸长比例为3%、5%和10%,FZ/T 24006—2015《弹性毛织品》中所推荐的混用弹性纤维的单向精纺毛织物弹性伸长率16%、18%和20%为合格,因此综合考虑测试定伸长分别为10%(单次)和18%(10次)条件下的定伸长(反复)弹性回复率和定伸长(反复)塑性变形率以及定负荷为30 N(单次和10次)条件下的定力(反复)弹性回复率和定力(反复)塑性变形率。试样在测试前均在标准温湿度环境条件下平衡24 h,试验均在标准温湿度条件下进行。

2 结果与讨论

2.1 弹性伸长率和非回复性伸长率对比与分析

4种面料的弹性伸长率和非回复性伸长率的对比如图1所示。

图1 弹性面料FZ/T 70005标准测试对比

SX-1含双组分复合弹性纤维面料的弹性伸长率和非回复性伸长率均相对AX-1含氨纶面料更小,说明氨纶弹性面料相较于双组分复合弹性纤维面料在相同负荷作用下弹性伸长性能较好,但是回复性能较差。

双组分复合弹性纤维面料SC-2的弹性伸长率和非回复性伸长率相比较双组分复合弹性纤维面料SC-1小,造成二者差异的原因可能是SC-1的含毛量高,涤纶含量低,羊毛具有天然卷曲,毛的弹性伸长性也较好[14],在一定负荷拉伸下面料的弹性伸长率比较大,从而使得定伸长拉伸率增加,弹性伸长率越大,定伸长拉伸比例也越大,且拉伸时间较长,使得面料的非回复性伸长率更大。

2.2 定伸长弹性回复对比与分析

图2为4种面料分别在定伸长为10%和18%条件下测得的单次拉伸测试结果。

图2 不同定伸长单次拉伸弹性回复率和塑性变形率

在不同定伸长下进行单次拉伸时,AX-1和SX-1相比,虽然氨纶含量和双组分复合弹性纤维比例不同,但二者在2种定伸长下进行单次拉伸的弹性回复性接近。SC-1和SC-2的弹性回复率和塑性变形率数值也比较接近,SC-1较好,可能是因为面料的弹性主要来源于双组分复合弹性纤维,但2种面料的双组分复合弹性纤维比例相同,其余纤维组分的影响则较小,且单次拉伸产生的塑性变形积累较少,在单次拉伸下回复性接近。此外对于同一种面料,在10%和18%定伸长拉伸下,由于定伸长比例的增加,面料在拉伸过程中产生更多难以回复的变形即塑性变形,因此面料的弹性回复率减小,塑性变形率增大。

图3是4种面料分别在定伸长为10%和18%下测得的反复10次拉伸测试结果。

图3 不同定伸长10次拉伸弹性回复率和塑性变形率

在2种定伸长下,经过反复10次拉伸后,含双组分复合弹性纤维的面料SX-1的弹性回复性明显优于含氨纶弹性面料AX-1。SC-1和SC-2含双组分复合弹性纤维面料相比较,SC-1回复性更好,究其原因是2种面料弹性纤维含量相同,但SC-1的组成中毛含量高,由于毛纤维具有较好的弹性,SC-1相对来说弹性回复性更好。

与单次拉伸下相比,面料经过10次拉伸后弹性回复率和塑性变形率都有较大程度的变化,尤其是在18%定伸长下,10次拉伸使得面料产生了更多的塑性变形积累,塑性变形率相对于10%定伸长10次拉伸增加显著。AX-1和SX-1在单次拉伸下弹性回复性接近,但经过多次拉伸尤其在18%定伸长下,含氨纶面料AX-1弹性回复率有大幅度降低,从89.00%降到63.10%,弹性回复率值降低了25.90%,而含双组分复合弹性纤维面料的弹性回复率仍维持在74.50%,表明其弹性耐久性更好,用于制服面料的优势凸显。

2.3 定负荷弹性回复对比与分析

图4、5是AX-1和SX-1、SC-1和SC-2这2组面料分别在定负荷为30 N下测得的单次和反复10次拉伸测试结果。

图4 面料定负荷30 N单次拉伸对比

图5 面料定负荷30 N 10次拉伸对比

在定负荷30 N下测试得到的结果可知,与AX-1相比,在单次和10次拉伸的情况下都是SX-1的弹性回复性更好,与2.1节弹性测试结果相同;2种含双组分复合弹性纤维面料SC-1和SC-2相比,在单次和10次拉伸下的弹性回复率都较为接近。

2.4 定伸长与定负荷弹性回复对比与分析

从图2和图4测试结果可以看到,4种面料在10%和18%定伸长和30 N定负荷下分别进行单次测试,面料在定伸长为18%时弹性回复性均最差,在定伸长为10%时弹性回复性最好。纤维在拉伸时,在屈服点之后会产生较多不可回复的塑性变形[15]。与纤维的弹性变化机制相似,面料在进入屈服区时,变形会显著的增加,并产生大量难以回复的变形从而导致面料的弹性回复性变差[16]。因此在测试时设置的拉伸定伸长率或定负荷值越接近屈服点的伸长率或力,面料的弹性回复性就会越差,塑性积累会越多。

由图6中4种面料的拉伸曲线可以看到,伸长率为18%的位置在拉伸曲线上最靠后,在单次拉伸状态下,面料的弹性回复性也最差,和试验测试结果一致。而在3种不同的测试参数条件下进行反复10次拉伸测试,可以看到面料的弹性变化规律同单次拉伸,依旧是在定伸长为18%下10次拉伸弹性回复率下降最多。

图6 面料拉伸曲线

2.5 测试方法对比

参考FZ/T 70005—2006进行测试,弹性伸长率是在定负荷29 N下反复拉伸3次得到的,且无拉伸停置时间和回复时间;定伸长率则是在得到的弹性伸长率基础上确定的,各面料的定伸长比例不同,弹性伸长率越大,定伸长的拉伸伸长率也越大。因此若弹性伸长率越大,非回复性伸长率也越大。

参考FZ/T 01034—2008标准进行测试可以对不同的面料设置相同的定伸长或定负荷值,使其处于相同的测试条件。在测试过程中发现进行反复多次拉伸时,在定伸长的测试条件下会发生应力松弛,每次拉伸到定伸长所需要的负荷在不断增加,作用会更加剧烈,造成其塑性积累越多;而定负荷测试是蠕变过程,每次拉伸到定负荷,塑性积累在增加,但相对来说变化较为缓和。因此在进行面料之间的弹性耐久性对比测试时可以适当选用定伸长弹性测试,更强化面料之间的差异来进行对比,同时在定负荷或定伸长的选择时,可以参考拉伸曲线。

3 结 论

本文旨在探究含氨纶和聚对苯二甲酸丁二酯纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PBT/PET)双组分复合弹性纤维毛型制服面料的弹性耐久性差异和面料组分、测试条件等对面料弹性的影响,通过多种弹性测试方法对面料进行弹性回复性测试及对比分析,得到结论如下:

①采用定伸长的方法分别对弹性纤维种类和含量不同、单次拉伸时弹性回复率和塑性变形率相近的含氨纶和双组分复合弹性纤维的毛型制服面料进行测试时,多次拉伸后氨纶面料的弹性回复性下降会更多,双组分复合弹性纤维面料则在弹性耐久性方面表现出明显的优势。

②由于织物为混纺弹性面料,面料中的各种组分如涤纶、毛的比例会对面料的弹性产生一定的影响。对于双组分复合弹性纤维面料,面料组成中的弹性纤维比例相同,若面料中含毛量更高,在定伸长测试下弹性耐久性会相比较更好。

③弹性测试过程中,选择的定伸长率或定负荷值越接近屈服点的伸长率或力,面料的弹性回复性越差,塑性积累越多。