(1.苏州大学 艺术学院, 江苏 苏州 215006； 2. 绍兴文理学院 元培学院, 浙江 绍兴 312000)
织物力学性能研究涵盖拉伸、弯曲、顶破、撕裂、摩擦等，其中拉伸性能研究的发展阶段利用织物力学性能参数，如断裂强度、伸长率、拉伸模量和断裂功以及拉伸曲线作为评价织物综合性能的指标。对织物拉伸性能的研究包含实验测试和理论分析。理论分析部分如陈国华[1]结合纱线强度、纱线和机织物结构等参数建立机织物拉伸断裂束链模型，预测机织物拉伸断裂强度；杜凤霞[2]建立织物结构参数与其力学性能之间数学关系，建立织物拉伸-伸长模型。相关研究[3-4]采用有限元法对材料进行疲劳损伤分析，基于均质纱线或纤维层力学性能建立细观渐进损伤模型。实验部分如李焰等[5]从多个方向测试分析机织物力学性能，得到同一机织物不同方向上拉伸性能的差异；白刚等[6]对不同规格参数的机织物进行撕裂破坏和拉伸破坏实验，建立断裂强力和撕裂强力之间的关系；潘月等[7]将机织物和针织物沿不同方向角度进行拉伸，探究服用织物在低应力作用下拉伸各向异性变化规律。文献[8-10]研究了后处理技术对纱线或织物的力学影响。
综上可得，织物拉伸过程中主要与织物结构及纱线本身性能相关，由于织物拉伸破坏过程中涉及纱线形变和纱线断裂等破坏过程，本文通过高速摄像机实时监控织物拉伸过程中纱线变化过程，分析织物拉伸过程中纱线细度变化及其纱线断裂持续时间对织物强力的影响。
选择4块常规涤纶仿毛织物，具体织物规格参数如表1所示。
表1 织物规格参数表Tab.1 Fabric specification parameters
仪器：YG(B)026H-500型电子织物强力机(温州大荣仪器有限公司)，2F01型高速摄影机(沈阳星迈科技有限公司)，YG(B)021A-Ⅱ型电子单纱强力机(温州大荣仪器有限公司)，FA2104型电子天平(上海精密仪器仪表有限公司)。
1.2.1 经纬纱线拉伸性能测试
依据GB/T 3916—2013 《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》 ，采用扯纱法将4种涤纶机织物沿经向和纬向分别抽取20根纱线，并对各纱线进行拉伸断裂实验，计算各纱线断裂强力、断裂伸长率的平均值及标准差。
1.2.2 织物拉伸性能测试
依据 GB/T 3923.1—2013 《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，使用YG(B)026 H-500型电子织物强力机分别测试各织物经纬向拉伸性能，每个实验测试5次，取平均值。
1.2.3 织物拉伸后经纬纱线动态变化
纱线细度变化测试：在织物拉伸性能测试中，将2F01高速摄影机固定在距离织物1 m处，强力机拉伸速度设定为50 mm/min，调整高速摄像机光源及焦距，保证采集到的图像足够清晰；拍摄采用延时摄影模式，按下仪器启动按钮的同时开始摄像，直至试样完全断裂停止拍摄。采用2F01高速摄像机自带软件分析纱线直径变化规律。
将4款织物经纬向纱线仔细扯下后，用YG(B)021A-Ⅱ型电子单纱强力机分别测试各织物的经纬纱断裂强力及断裂伸长率，测试结果如表2所示。
由表2示出，除2#织物外，其他织物经纬纱断裂强度接近，拉伸断裂伸长率误差都在2%以内，故认为1#、3#、4#织物经纬向纱线力学性能接近，2#织物经纱力学性能好于纬纱。
各织物经纬纱拉伸断裂强力及伸长率的标准差都在3%以内，说明各织物的纱线力学性能差异较小，可不考虑纱线本身力学性能偏差对后续织物力学性能测试分析的影响。
从各织物经纬纱细度随时间变化趋势看，除4#织物经纱直径随时间变化的斜率比纬纱略大外，其他试样纬纱直径随时间变化的斜率都比经纱的大，同时由于织物纬向织缩率普遍大于经向，织物受拉伸力作用过程中，相同拉伸力作用下纬向纱线更易伸长，且相同宽度织物中，纬纱根数较经纱少，相同拉力下，单根纱线平均受力相对经纱大，这也是纬纱更易变形的主要原因。
结合表1中经纬向紧度数值，1#～3#织物为经向紧度大于纬向紧度的织物，其纬纱拉伸变形速率快，而4#织物纬向紧度大于经向紧度，经纱拉伸变形速率快，可得织物中纱线拉伸直径变形速率与未拉伸方向紧度成正相关关系。主要原因是未拉伸方向织物紧度大，与拉伸纱线接触面积增大，但拉伸纱线因无拉伸力，会形成较大的弯曲，更多地包覆拉伸纱线的表面，形成较大的正压力，使得拉伸方向纱线直径进一步变小，使其纱线表观直径变小。
由于织物拉伸过程中纱线断裂具有不同时性，断裂持续时间越长，对织物断裂强力测试值影响也越大。以织物拉伸过程中出现纱线断裂作为初始时间，织物中所有拉伸方向纱线全部断裂作为最终时间，用2个时间的差作为织物拉伸过程纱线断裂持续时间，纱线断裂持续时间测试结果如表3所示。
分别计算5次测试的持续时间，取平均值，可得各织物拉伸纱线断裂情况，将表1中各纱线强力乘以织物5 cm宽度的纱线根数可得织物理论强力，用织物测试强力平均值除理论强力值，计算织物强力利用系数。
以织物强力利用系数为横坐标，织物拉伸过程纱线断裂持续时间为纵坐标，织物强力利用系数随断裂持续时间变化趋势如图2所示。由图2示出，织物强力利用系数与其断裂持续时间呈负相关关系，即织物中纱线断裂持续时间越短，织物强力利用系数越高。因此同等情况下，减少纱线断裂持续时间，有助于提升织物断裂强力值。1#～3#平纹织物的纱线断裂持续时间范围为0.22～0.28 s，而4#斜纹织物的纱线断裂持续时间分别是1.02 s和1.24 s，说明织物组织显著影响其断裂持续时间，即交织次数少，结构相对疏松的织物纱线断裂持续时间偏长。
图2 织物强力利用系数随断裂持续时间变化趋势Fig.2 Fabric coefficient of strength utilization with duration of yarns breaking
结合涤纶仿毛织物的基本参数及其经纬纱的力学性能，利用高速摄像机监测并分析了涤纶仿毛织物拉伸过程中纱线直径变化趋势、纱线持续断裂时间、织物强力利用系数等指标及各指标相互关系，得到结论如下：
①织物拉伸过程中，经纬纱直径与拉伸时间都呈线性递减趋势，由于未拉伸方向纱线对拉伸方向正压力作用，而未拉伸方向纱线紧度越大，正压力越大，纱线表观直径越细，因此纱线直径随时间呈递减趋势与织物未拉伸方向紧度显著相关，即经向紧度大的织物与纬纱直径变化速率相对快，纬向紧度大的织物与经纱直径变化速率相对快。