第12章 织物的力学性质

1、第第12章章 织物基本织物基本力学性质力学性质 织物基本力学性质v拉伸性能v撕裂性能v顶破性能v弯曲性能v耐疲劳性能v磨损性能第第1节节 织物的拉伸性质织物的拉伸性质v1. 拉伸性能的测试方法v1.1 机织物v(1)条样法条样法(Raveled-Strip Method)将织物扯去边纱到规定的宽度，并全部夹入夹持器内的测试方法，按照规定条件进行测试。v(2) 抓样法抓样法(Grab Method)将一规定尺寸的织物试样仅一部分宽度被夹入夹钳内的试验方法v(3) 切割条样法切割条样法(Cut-Strip Method)将剪切成规定尺寸的织物试样全部夹入夹钳内的实验方法。织物拉伸图 (a) 上上夹

2、夹头头 下下夹夹头头 织织物物 (b) 缝缝边边 (c) (d) 针针织织梯梯形形样样 1.2 针织物v不宜采用上述矩形试样作拉伸试验。原因：会出现显著的横向收缩，在夹头钳口处产生的剪切应力集中，使大多试样在钳口附近撕断，影响准确性。v试样形式：梯形或环形试样v优点：改善钳口处的应力集中现象，且伸长均匀性也比矩形试条好。 (a ) 上上 夹夹 头头 下下 夹夹 头头 织织 物物 (b ) 缝缝 边边 (c ) (d ) 针针 织织梯梯 形形样样 2. 织物的拉伸曲线 麻麻织织物物 棉棉织织物物 毛毛织织物物 蚕蚕丝丝 织织物物 伸伸长长( (c cm m) ) 拉拉伸伸力力(N) 经经向向 纬

3、纬向向 高高强强低低伸伸 涤涤/ /棉棉织织物物 伸伸长长( (c cm m) ) 拉拉伸伸力力(N) 低低强强 高高伸伸 涤涤/ /棉棉 织织物物 (a) 纯纺织物 (b) 方向和混纺织物 织物拉伸曲线对比v织物拉伸曲线特征与组成织物的纤维和纱线拉伸曲线基本相似v混纺织物的拉伸曲线保持所用混纺纤维的特性曲线形态（接近比例大的纤维）v织物结构不同，拉伸曲线有差异。v与织缩率有关。越大，在拉伸开始阶段伸长较大的现象越明显织物拉伸曲线 平行纵向 (cN/tex) (cN/tex) (%) (%) 机织布 针刺非织造布 热轧非织造布 (a) 不同取向铺网的影响 (b) 不同成形方式的影响 交叉纵向

4、交叉横向 平行横向 3. 织物拉伸性能指标v（1）断裂强度和断裂伸长率v（2）断裂功、断裂比功v注意：断裂强度和断裂比功计算 P2 P2 P1 P1 (a) 对称双向 P2 P2 P1 P1 (b) 一端保持 (c) 非对称双向 P1 4. 织物的拉伸断裂机理 (b) 拉伸束腰 拉伸 拉伸 机织 针织 非织 编织 (a) 原样 (c) 断裂 继续 拉伸过程（1）机织物v初始阶段，织物的伸长变形主要是由受拉系统纱线屈曲转向伸直引起的v后阶段，受拉系统纱线已基本伸直，伸长主要是纱线和纤维的伸长与变细（2）针织物v线圈取向变形，在较小受力下呈较大地伸长v取向变形完成以后，纱线段和其中的纤维开始伸长拉

5、伸特点v（1）初始模量较低v（2）拉伸曲线有陡增现象v（3）织物破坏首先是纱线断裂，直至织物结构解体v（4）织物受拉过程中有束腰现象机织物纱线强度利用系数大于1？v经纬纱线在交织点处产生挤压，相互之间切向阻力增大，有助于织物强力增加，降低纱线强伸性能不匀的作用v针织物和无纺布不存在。织物密度(根数/10厘米)纱线的强度利用系数经纬经纬3392911.251.223002681.141.182572241.061.025. 影响机织物拉伸性能因素（1）纤维性质v纤维性状v混纺纱线涤/棉织物性能低强高伸涤高强低伸涤断裂强度(N/5cm)纬422.4473.3经414.5496.9断裂伸长(%)纬3

6、5.329.2经31.319.6断裂功(Nm)纬16.17.8经13.48.5影响机织物拉伸性能因素（2）纱线的线密度和结构v纱线粗，强力高，经纬纱接触面积增加，纱线间切向滑动阻力增大，提高织物断裂强度。v股线强度高，织物强度高v捻度：在纱线达到临界捻系数之前，织物强度上升并达到最大值v捻向：捻向相同，交织点处纤维相互啮合，阻力增大，有利于提高强度纬向纱线特数纬向纱线特数(tex)18236212422424829258织物纬向强度织物纬向强度(N/5cm)833715.4916.3840.8961.4894.7985.9924.1影响机织物拉伸性能因素（3）经纬密度和织物结构v经密不变，纬密

7、增加，织物纬向强度增加，经向减少上机张力增大，摩擦增加，织造中反复拉伸次数增加v纬密不变，经密增加，经向/纬向强度均增加经纬纱交织次数增加，摩擦阻力增加v断裂强度/伸长率：平纹斜纹缎纹v交织点越多，浮长线越短，经纬间挤压力增大，切向滑动阻力增大，强度提高；但纱线屈曲增多，织物伸长大，模量降低v经纬密度增加的影响还要考虑到织造过程的影响。影响机织物拉伸性能因素（4）上机张力v张力大，纱线负荷较大，多次开口，纱线强度损失大（5）测试条件v夹持长度：毛100mm，其它200mmv拉伸速度：毛织物203s，其它305sv温湿度：标准大气条件第2节 机织物的撕裂（撕破）性能v织物在使用过程中经常会受到集

8、中负荷的作用，使局部损坏而断裂。织物边缘在一集中负荷作用下被撕开的现象称为撕裂，亦称撕破。v应用：评价后整理产品的耐用性v经向撕破强力试验经纱被拉断的试验v纬向撕破强力试验纬纱被拉断的试验1. 撕破强力的测试方法v1.1 舌形法舌形法 上夹头 (a) 单缝法试样 P 夹持线 织物 (b) 夹持与拉伸 (c) 双缝法(舌形法)的 下夹头 1.2 梯形法梯形法(Trapezoid method) 30 上夹头 下夹头 织物 (a)(a) (b)(b) 开缝 夹持线 1.3 落锤法落锤法(falling pendulum method)v快速的单缝型试验方法，近似于单缝法快速的单缝型试验方法，近似于

9、单缝法v也称为冲击撕裂强力也称为冲击撕裂强力 (a) 落锤法撕破仪 (b) 落锤撕破试样 1.4 翼形法翼形法(Wing tear method)v从单缝法发展而来v适用于稀疏织物舌形尾部断裂强力li+1 将拉断 纱线li 第i +1根断裂 纱线li+1 P P P P 开裂 (a)单缝法 (b) 梯形法 2.1 单缝法破坏机理v双缝法/落锤法/翼形法机理相似v被拉伸纱线屈曲消失被拉伸纱线屈曲消失伸直，并滑动（在非拉伸纱线上）v形成受力三角形形成受力三角形经纬交织点处切向阻力使纵向纱线靠拢v受力三角形增大受力三角形增大非拉伸纱线张力迅速增大，伸长变形急剧增加v受力情况受力情况：三角形底边的第1

10、根非拉伸纱线变形、张力最大，其余纱线承受的张力随离第1根纱线距离的增大而逐渐减少v断裂断裂：当撕拉到第1根非拉伸纱线达到断裂伸长率时，发生断裂，出现第一个负荷峰值v 非拉伸纱线发生逐根断裂逐根断裂使织物撕破 PT m a x L (c m ) L (c m ) PT m a x PT i (a ) 单 缝 法 撕 裂 曲 线 (b ) 梯 形 法 撕 裂 曲 线 v单缝法撕破时，断裂的纱线是非受拉伸系统的纱线v即沿经向拉伸，纬纱断裂v 沿纬向拉伸，经纱断裂v注意！v试样长边平行于经向的撕裂称为“纬向撕破”v试样长边平行于纬向的撕裂称为“经向撕破2.2 梯形法撕裂机理v同样存在受力三角形v受力三

11、角形形成受力三角形形成：被拉伸纱线的伸直和变形v受力情况受力情况：紧边的纱线首先受拉伸直，第1根纱线变形量最大，其余纱线承受的张力随离第1根纱线距离的增大而逐渐减少，直到受力三角形顶点处的纱线，张力为零v断裂断裂： 第1根纱线达到断裂伸长率时，发生断裂，出现第一个负荷峰值v 纱线发生逐根断裂逐根断裂，受力三角形的顶点不断向前扩展，最后使织物撕破v梯形法撕破时，断裂纱线是受拉伸系统的纱线v即沿经向拉伸，经纱断裂v 沿纬向拉伸，纬纱断裂 PT m ax (N) L (cm ) (N) L (cm ) PT m ax PT i (a) 单 缝 法 撕 裂 曲 线 (b ) 梯 形 法 撕 裂 曲 线

12、 织物撕裂破坏过程v织物撕破过程是纱线的逐根断裂，即受力三角形中纱线的受力是不均匀的，受力三角形底边的纱线受力最大，受力三角形顶点处的纱线尚未受力v织物撕破强力总是小于其拉伸断裂强力v撕裂强力大小与撕破过程中的受力三角形的大小成正相关3. 影响机织物撕裂强力的因素v纱线强度和有效承担外力的纱线根数v（1）受力三角形大小v纱线的断裂伸长率v织物织缩v（2）纱线根数v纱线的摩擦系数（舌形法）v机织物的组织类型（舌形法）v织物密度v织物后整理v水平倾角（梯形法）3.1 内在因素v（1）纱线性质v纱线断裂强度成正比（依次断裂） 羊毛 涤纶 100 0 75 25 50 50 25 75 0 100 混

13、纺比(%) 棉 涤纶 100 0 75 25 50 50 25 75 0 100 混纺比(%) 撕裂强力 撕裂强力 (a) 毛/涤混纺 (b) 棉/涤混纺 受力三角形受力的纱线根数摩擦系数断裂伸长率v（2）织物组织v经纬纱的交织点数纱线的相对移动程度v平纹最小，方平最大，缎纹和斜纹介于两者之间v（3）织物织缩v正效应：织缩织物伸长受力三角形撕裂强力增加（主导因素）v负效应：织缩纱线受弯曲程度纱线间相互挤压和摩擦受力三角形v（4）织物经纬密v梯形法：密度承力纱线根数v舌形法：A. 密度 承力纱线根数v B.密度 纱线间摩擦阻力 受力三角形v纱线相对移动程度（如纱布）v经纬密都较大，受力三角形变小

14、v经密比纬密大时，梯形法经向撕破强力大于纬向（如府绸），日常应用出现横向断裂现象v（5）织物后整理v影响纱线的滑动能力v抗皱整理（树脂整理）：滑动能力v柔软整理：滑动能力3.2 试验条件v（1）试样尺寸vA. 梯形法v第1根纱线长度，最大撕裂强度v受力纱线的根数与试样条和夹头水平线夹角有关v我国规定15 30 上夹头 下夹头 织物 (a)(a) (b)(b) 开缝 夹持线 vB. 单缝法v试样宽度小于撕裂过程中两组纱线相互滑动影响的长度，强力降低 上 夹 头 (a) 单 缝 法 试 样 P 夹 持 线 织 物 (b) 夹 持 与 拉 伸 (c) 双 缝 法 (舌 形 法 )的 下 夹 头 v（

15、2）撕裂速度v纤维集合体具有粘弹性能v纱线间的滑移与作用时间有关v梯形法：速度，撕裂强力（拉伸）v单缝法：速度，撕裂强力（滑移）v（3）温湿度v影响纱线的断裂强度和断裂伸长率、纱线的表面摩擦条件4. 织物的纰裂 v织物的纰裂是指织物在使用过程中受到外力作用后所产生的纱线横向滑移v经纬纱交织不够牢固，在很小外力作用下被扒出裂缝的一种损坏现象v如衣裤接缝、多次受摩擦的外拱处 4.1 织物纰裂产生的原因 v纤维：摩擦系数小、伸直度高、硬度和抗弯刚度大v织物：经纬密度小、结构松、交织点小v纱线：结构紧、表面光滑、捻度大v织造：上机张力v丝绸织物、长丝纤维机织物和低密度机织物v纰裂测试指标：织物中纱线的

16、滑移阻力和滑移量v方法：缝合法、模拟缝合法和摩擦法4.2 防止织物纰裂办法v纤维：提高纤维的表面粗糙度和摩擦系数，增加纤维的卷曲，以改善纤维间的相互作用及机械锁结。v纱线：取较低的捻系数，提高纱线径向可变形性，以增加接触与摩擦，减少滑移。v织物：增大经纬密和经纬紧度；增加交织点，即改变织物组织（平纹或纱罗组织）增强交织点间的正压力（提高经纱上机张力，增加纱线的屈曲）v后整理：使纤维间得到良好地固定与联接，可有效改善纰裂的同时，同时主要保证原织物的风格v此外注意应用场合、款式、缝纫条件等第3节 织物顶破性能v织物在一垂直于其平面的负荷作用下，顶起或鼓起扩张而破裂的现象称为顶破(顶裂)或胀破。v典

17、型现象：织物的膝部、肘部、手套及袜子v测试特点：提高织物多向强伸特征信息，特别适用于针织物、三向织物、非织造布及降落伞布1.测试方法v顶破伸长比单向断裂伸长更反映织物本身实际变形能力（单向拉伸时非拉伸方向收缩）v哪个方向的纱线先断？ P v 顶杆 钢球 织物 环形夹具 下支架 上支架 P (a) 弹子式 (b) 气压式 2. 织物的顶裂破坏机理 v织物为各向异性材料，当织物平面中央受一垂直集中负荷作用时，织物多个方向的变形能力不同v非经纬纱方向的织物变形是由经纬纱线相互剪切产生，其伸长变形较经纬向要大v裂口特征：v（1）变形较小和强度最薄弱处纱线断裂，接着沿经向或纬向断裂，裂口一般呈直线形v（

18、2）经纬纱变形能力接近，接近同时断裂，裂口常为“L”或“T”字形3. 影响织物顶破性质的因素 v（1）织物拉伸断裂强力和断裂伸长率：直接影响v（2）经、纬两向的结构和纱线性质：很大影响 A. 当经、纬纱的断裂伸长率、织缩率和经、纬密相近经、纬两系统纱线同时发挥分担负荷的最大作用，顶破强力较大。 B.差异大伸长能力差的系统先断裂，顶破强力就较小。v（3）织物的伸长率和织缩率：，顶破伸长，顶裂方向的有效分力，顶破强力 针织物正是具有高伸长率的特点和各向同性的调整，顶破强度较高。适当增加线圈密度也能使针织物顶破强力提高。v（4）非织造布的纤维强度，纤维间固着点的强度是影响顶破的最关键因素。其次，纤维

19、摩擦、卷曲和纠缠作用亦影响顶破性质。v（5）试验条件：如试样直径越大，弹子直径越小，测得织物顶破强力将降低。温、湿度的影响与织物拉伸强度影响相似。第4节 织物的刚柔性v织物刚柔性是织物弯曲性能的基本内容v影响：（1）成型性v （2）身骨v （3）触感1. 织物弯曲刚度测量方法和指标v1.1 斜面法v抗弯长度、弯曲刚度、弯曲弹性模量v厚型织物和毡制品 刻度尺条 织物 l 梯形木块 梯形木块 织物 l0 1.2 心形法v薄型织物、丝绸和有卷边现象织物 织物 夹头 l 注意：经向和纬向一般不同注意：经向和纬向一般不同2. 影响织物刚柔性的因素v(1) 纤维性状v纤维初始模量v异形截面：轴惯性矩大、纱

20、线直径大v纤维卷曲和摩擦系数v(2) 纱线形状v粗细v捻度v经纬纱捻向配置v(3) 织物几何结构vA. 机织物：交织点数、浮长、切向阻力 平纹斜纹缎纹 经纬密度增加、紧度增加vB. 针织物vC. 厚度v(4) 后整理v柔软整理：利用柔软剂润滑作用，减少纤维及纱线间的摩擦阻力，以及织物与人体之间的摩擦阻力v硬挺整理：成膜高分子物质，硬挺光滑手感第5节 织物的耐磨损性v磨损织物间或与其他物质间反复摩擦，织物逐渐磨损破损的现象v1. 磨损机理v（1）从浮在其表面纱线的屈曲波峰或线圈凸起弧段的外层开始，逐渐向内发展v（2）部分纤维受到磨损而断裂后，纤维端竖起，织物表面起毛v（3）纤维的碎屑脱落，部分纤

21、维从纱线内抽出，纱线和织物变得松散v（4）纤维抽拔加据、纱线解体和织物局部变薄，重量减轻，直至出现破洞2. 磨损原因v物体凸起部分P从织物A处移动到B处，产生碰撞、钩挂、拉扯与切割；C处挤压PABC接触物体(磨料)织物表面移动 纤维疲劳 纤维抽拔 纤维切割 表面磨损 摩擦生热v（1） 纤维疲劳v条件：织物结构不是过分紧密，纤维具有一定的强度、伸长率与弹性变形能力较大v现象：受撞击部位微量移动，避免切割损伤v结果：织物纤维片段与接触物体反复摩擦，纤维受到反复拉伸作用，产生疲劳，最终断裂v（2）纤维抽出v条件：纤维抱合力较小，纱线及织物结构较松v现象：勾挂明显时，出现纤维被拉出v结果：造成纱线、织

22、物结构的松散v（3）纤维切割v条件：纤维抱合力较大，纱线及织物结构紧密，磨料较尖锐v现象：纤维片段难以移动，很易产生应力集中，导致纤维切割损伤v结果：在反复拉伸和弯曲下，裂口产生应力集中，使裂口扩大，以致使纤维断裂v（4）表面磨损v条件：纤维抱合力较大，纱线及织物结构紧密，磨料较细腻v现象：纤维表面磨损v结果：纤维两端和屈曲部位的表层出现零碎轻微的破裂，或原纤化结构，纤维变得脆弱，极易断裂v（5）摩擦生热v现象：物体表面温度上升，撞击区产生高温v影响：纤维变软，易于变形v 纤维熔融与塑性变形，增加接触面积而加速织物磨损3. 测量方法v分为耐磨仪测量和实际穿着实验v3.1 耐磨仪测量v（1）平磨

23、v平磨是指织物试样表面在定压下与磨料摩擦所受到的磨损。v模拟上衣肘部、裤子臀膝部、袜底、床单、沙发、地毯的磨损压块磨料往复移动块压力可调织物v速度可调p0(a)往复式压力可调p0织物磨轮转速可调0吸尘口转盘(b)回转式v（2）曲磨v试样在弯曲状态下反复与磨料摩擦所受到的磨损v模拟上衣肘部、裤子膝部等处磨损夹头织物磨刀(重量可调)重锤v（3）折边磨v织物试样在对折状态下，折边部位与磨料摩擦所受到的磨损v模拟上衣领口、袖口、袋口、裤边口及其他折边部位的磨损往复平台L夹头试样v（4）复合磨 v试样在反复拉伸和反复弯曲状态下与磨料摩擦所受到的磨损v模拟人体活动过程中的磨损砂纸织物(重量可调)重锤滑车(

24、磨料可换)速度可调v（5）翻动磨v试样在任意翻动状态下，受拉伸、弯曲、摩擦和撞击，并与磨料摩擦所受到的磨损。v模拟衣服在洗衣机中洗涤时的磨损试验筒叶轮磨料v（6）表达指标v强度、厚度、重量、表面光泽、透气性、起毛起球、纱线断裂及织物破洞v常用指标v破洞或纱线断裂根数v剩余强度或强度下降百分率3.2 穿着试验v实际应用对象在实际工作环境中测试v多用于工作服、制服类服装衣料4. 影响因素v主要决定于磨损条件、织物结构与纤维特性v（1） 纤维的性状va.纤维的几何特征v长度：精梳棉与普梳棉织物、长丝织物与短纤维织物v细度：强力，抗弯性能，抱合v卷曲：抱合v截面：应力vb.纤维的力学性能v断裂伸长率、弹性回复率和断裂比功：疲劳破坏v锦纶、涤纶（低强高伸、高强低伸）、丙纶vc.合成纤维的软化点v（2）纱线性状va.捻度： 纤维可移动性、接触摩擦面、纤维抽出vb.条干：粗（结构松） vc.单纱与股线：结构、抱合、可移动性v 平磨（线纱），屈曲磨、折边磨（线P1(P2)(P1)(Pc)2. 动态疲劳v织物（或纤维、纱线）经受多次加负荷去负荷（负荷远远小于断裂负荷）的反复拉伸循环作用，即在重复（交变）外力或伸长作用下性能衰退直至破坏，称为动态“疲劳”现象。2.1 疲劳破坏机理v纤维塑变、滑移和发热v塑变纤维断裂v滑