低温下锦纶物的手感异同

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目前，人类的大多数活动在－10～30℃的环境温度中进行，而在高海拔、高纬度等严寒地区的环境温度可能达到－30℃，东北漠河地区可达到－40℃以下，本文称－10℃以下的温度环境为低温环境。低温环境中使用的羽绒服和防寒服等面料一般为锦纶和涤纶织物，由于具有较高的强度和耐磨性能而被广泛应用，但是，实际使用中发现锦纶和涤纶面料在低温环境下的手感会变得僵硬，影响其穿着舒适性。原因是高分子材料的模量随着环境温度而变化，低温环境下材料易发生脆化。国内外虽然没有高寒环境下织物手感的直接研究报道，但是已有学者研究过部分纤维材料的低温动态力学性能。PTT高分子材料的玻璃化温度为45～65℃［1］，远远低于涤纶的80℃［2］、锦纶的40～87℃［3］和锦纶66的50～90℃［4］，表明PTT高聚物有可能具有比其他常规服用合成纤维更低的脆化温度，使其在高寒环境下具有相对更加柔软的手感。本文分别在标准温湿度的环境和低温环境下测试比较由不同纤维、相同组织结构制成的织物的弯曲性能、剪切性能，并根据这些力学性能与手感的关系［5］，客观评定织物的手感柔软程度。

1试样选取

由于织物的弯曲性能和剪切性能与织物本身的原料和结构参数密切相关［6］，诸如纱线线密度、纤维线密度、织物组织结构、织物紧度、织物面密度等参数之间的差异会在很大程度上影响测试结果，因此在各类试样的选取过程中，要选取纤维和纱线线密度尽量相同，织物组织、经纬密和面密度尽量接近的织物，使试验结果更具有可比性。本文试验选取了4类织物，各类织物间的主要差别是纤维原料的高分子材料不同，原料规格和织物结构相同或相近，全部满足羽绒服面料要求，都是市场上具有代表性的织物。所选2类共4种织物的具体参数见表1。

2试验方法

2.1试验环境温度的选择本文侧重于研究不同温度下尤其高寒环境下织物的手感变化情况。根据所具备的条件，选取20－5、－15、－25℃4种环境温度测试。其中，20℃时的测试在标准恒温恒湿室(20℃±3℃、相对湿度65%±3%)中进行，而－5、－15、－25℃3种温度下的测试在人工气候室中进行，只控制温度，不控制湿度，但对比试验的湿度条件相同，而且在比较干燥的初冬季节测试，人工气候室内不产生冷凝水。首先进行－5℃环境下的测试，而后依次降至－15、－25℃下测试。测试前将全部织物试样单层铺放在人工气候室内，降至设定温度以后再平衡1h以上，使织物试样充分达到对环境温湿度的平衡，由于是合成纤维织物主要是温度平衡。

2.2测试方法在常温条件下织物手感风格测试常用的仪器为KES风格仪、FAST风格仪等，但这2种仪器在低温下不能正常工作。由于本文采用的人工气候室空间比较小，需要设计出方便有效的测试方法。对于表1所示的4种轻薄型非弹性织物，其压缩和表面摩擦等性能较为接近，而非弹性织物的拉伸性能对织物手感影响较小，因此弯曲和剪切性能是影响这些织物手感的最主要因素。织物弯曲和剪切性能的主要表达指标是弯曲刚度和剪切刚度［7］。对于同类织物弯曲滞后量与弯曲刚度相关，剪切滞后量与剪切刚度相关［8］。低温下测试弯曲刚度和剪切刚度，需要搭建简易测试装置，要求具有简便性、实用性、可靠性和耐低温性能。

2.2.1织物弯曲刚度的测试方法织物弯曲刚度的测试采用斜面法［9］，其原理如图1所示。具体测试步骤与斜面法类似。分别测试织物经纬向伸出长度L，对于结构和面密度差异不大的织物，伸出长度越长，说明织物的弯曲刚度越大，表明织物越刚硬。将织物的伸出长度代入下式［10］可计算出织物的弯曲刚度式中:B为织物的弯曲刚度，cN•cm2/cm;W为织物面密度，g/m2;K为无量纲常数，斜面角度为45°时K=2.1。为更直观表达织物中纱线的弯曲刚度变化情况，可以通过公式［7］折算出每特克斯纱线的弯曲刚度，用以表达纱线弯曲刚度差异。式中:By为纱线的弯曲刚度，cN•cm2/tex;N为织物单位宽度上的经纬纱线根数，根/cm;C为织物中经纬纱的屈曲率，C=(L2－L1)/L1×100%，L1为单位组织循环中织物的长度，L2为单位组织循环中纱线的长度;Tt为织物中经纬纱线密度，tex。弯曲性能测试裁取尺寸为250mm×25mm的试样，经纬向各测3块，每块织物都进行正反面测试。

2.2.2织物剪切刚度的测试方法织物的剪切性能反映了织物斜向变形的难易程度。当织物受到自身平面内的力或力矩时，经纬向纱线的交角就会发生变化。本文试验基于45°斜向定负荷拉伸法［11］(参见FAST试验仪)搭建了试验装置来间接测试和评价织物的剪切变形性能。具体测试方法如下:首先用上夹头夹持试样一端，再用下夹头夹持另一端，夹距为20cm。下夹头的质量满足织物能够伸直但没有剪切变形。然后在下夹头上施加恒定负荷P，织物做剪切变形，并伸长。测出施加负荷后的织物长度，就可得出织物的斜向伸长率L，该值反映了织物剪切变形的程度。试验装置的示意图如图2所示。织物的初始夹持长度为20cm，斜向定拉伸负荷为20cN/cm。定负荷确定方法如下:织物在低负荷下的斜向拉伸过程(随着负荷的增大)主要分为纯剪切(经纬纱交角变化)、剪切和经纬纱滑移共存、纯粹经纬纱滑移3个阶段。要研究织物的剪切性能需要找出纯剪切阶段的临界负荷Pcr。不同织物的Pcr不同。不同织物要比较剪切性能，就必须在同样的负荷条件下，即要确定1个负荷P使得织物都在剪切阶段，并保证P≤Pcrmin(所有织物的临界负荷中的最小值)。经验上讲，大多数机织物的剪切角γ≤8°时为剪切阶段。目前KES-FB1剪切测试仪采用的最大剪切角即为8°。在斜向拉伸过程中剪切角为8°时，斜向拉伸变形量a可以根据图3所示的几何关系计算得出。通过a可以确定对应的拉伸负荷。经过试验，本文确定斜向定拉伸负荷为20cN/cm，保证了在该负荷下所有织物都处在剪切阶段。剪切性能测试沿45°方向裁取尺寸300mm×50mm的试样，每种织物3块。

3测试结果分析

3.1弯曲性能测试结果分析各织物的经、纬向伸出长度随温度变化的关系如图4所示。从图中发现1#的标准差比其他织物大，主要因为测试过程为正反面测试，如图5所示。1#织物为22斜纹，且采用拉幅工艺，织物经向剪成的试样存在小幅的卷曲现象。造成同一块织物的正反面伸出长度差异较大。从图4可看出随温度的降低，所有织物经纬向的弯曲刚度均不同程度地增大，说明织物手感逐渐僵硬。通过伸出长度计算织物的经纬向弯曲刚度与温度的关系，如图6所示。从图6中明显看出在20～－25℃范围内，PTT织物1#、2#的经向弯曲刚度最大变化量仅为0.047cN•cm2/cm，而锦纶织物3#、4#的经向弯曲刚度变化量分别为0.142、0.276cN•cm2/cm，尤其在20～－5℃的过程中，变化幅度最明显。从图5中可看出，4#织物的弯曲刚度变化量仍然是最大的，并且每块织物在20～－5℃的过程中，变化幅度也是最明显的。每特克斯纱弯曲刚度与温度的关系如图7所示。由图可知，锦纶经纱弯曲刚度远大于PTT经纱弯曲刚度。而锦纶纬纱弯曲刚度在20℃下相对较小，但是当温度降到－5℃后的弯曲刚度增加的幅度很大，3#、4#织物分别增加了1.59×10－4、4.25×10－4cN•cm2/tex，温度下降到－25℃时4#织物锦纶纬纱弯曲刚度达到最大，其值为7.45×10－4cN•cm2/tex，且均大于PTT纬纱的最大弯曲刚度6.74×10－4cN•cm2/tex。1#织物的纬纱刚度较大的主要原因在于纬纱规格为75dtex/36f，而2#织物为75dtex/72f，3#、4#为70dtex/48f。其次在后整理过程中，超喂拉幅作用使得织物纬纱基本处于平直状态，而经纱屈曲率较高，导致折算的经纱弯曲刚度偏低。总体而言，PTT、锦纶织物，PTT、锦纶纱线的弯曲刚度都随温度降低而增大，但是，锦纶织物及其纱线的弯曲刚度增加得更快，在20～－5℃的过程中尤为明显，说明锦纶织物手感在该温度范围内显著恶化。

3.2剪切性能测试结果分析各类织物的斜向伸长率与温度变化的关系如图8所示。随着温度的降低，所有织物的斜向伸长率总体趋势都在减小，说明织物的剪切变形程度随温度下降而减小。图中，1#、2#的斜向伸长率最大变化量比较小，分别为0.76%、0.98%，而3#、4#织物斜向伸长率下降量非常明显，分别达到2.92%、2.76%，说明锦纶织物手感变硬的幅度更大，尤其在20℃到－5℃的过程中尤为明显。

4结论

1)随着环境温度的降低，PTT、锦纶织物及其纱线的弯曲刚度都在增大，会导致织物手感变僵硬。PTT织物的经纬向弯曲刚度随温度降低而增大的程度明显低于锦纶织物，说明PTT织物随温度降低而变硬的程度明显小于锦纶织物，这一现象在20℃到－5℃的温度范围内尤为明显。2)随着温度的降低，PTT、锦纶织物的斜向伸长率在趋势上都在减小，也会导致织物手感上在变僵硬。PTT织物斜向伸长率随温度降低而变小的程度明显低于锦纶织物，说明PTT织物随温度降低变硬的程度明显小于锦纶织物，这一现象在20℃到－5℃的温度范围内也尤为明显。