（纺织工程专业论文）氨纶弹力针织物编织工艺及织物延弹性研究.pdf

v6 1 8 4 2 l 摘要 摘要 服装运动的舒适性是消费者所青昧的，氨纶弹力针织面料能够满足 消费者的要求，具有紧身、收腹、提臀、保形性好的功效。因此研究氨 纶弹力针织物的编织工艺和织物的拉伸、回弹、松弛是非常重要的，开 发具有良好双向延弹性面料也是非常必要的。 在对氨纶弹力针织物延弹性能研究之前，首先探讨了氮纶丝的拉伸 性能，根据氨纶丝拉伸的应力一一应变曲线和应力的变异系数可知，变 异系数c v 值在伸长率为l2 04 0 0 之间变化较小，表明在此范围内氨纶 丝的强力比较均匀稳定、变化小。因此氨纶丝在针织厦机上编织时，氨 纶丝的编织张力牵伸倍数取在这个范围之间是比较合理的。 影响氨纶丝弹力针织物的延弹性能的因素主要有织物组织结构，添 纱的性能及送纱量、氨纶丝的送丝路数比，氨纶丝送丝量、氨纶丝的细 度等。综合分析确定以添纱的送纱量、氨纶丝的送丝量、氨纶丝的送丝 路数比、氨纶丝细度四个因素进行正交试验设计，通过计算方差分析， 得出上述因素对织物的弹性恢复率有影响，特别是对织物的纵向弹性回 复率的影响程度显著。 为了更好地评价氨纶弹力针织面料在穿着时的服用性能，本文以触 力传感器作为非电量服装压力变换成电压的基本元件设计了测量氨纶 弹力针织物服装压力的装置。此装置线性度高，测量简便，数据准确。 利用此装置可以来探讨氨纶弹力针织物的应力松驰性能，定伸长的拉伸 性能及服装的宽裕率与织物延伸率的关系。 对单面氨纶弹力针织物的延弹性进行了较为细致的研究，选用 4 4 d t e x 的氨纶裸丝，在单面圆纬机上8 次改变氨纶丝的送纱量，得到不 同工艺条件下氨纶弹力针织物的延弹性的有关指标，利用力学模型及回 归分析，找到了氨纶弹力针织物的延伸性、弹性回复率和应力松驰性能， 随着氨纶丝送纱量的不同而进行变化的规律及回归方程。对单面氨纶弹 力织物编织工艺裁剪工艺的制定起到一定指导作用。 关键词：氨纶弹力针织物服装压力弹性恢复率应力松驰 送纱量 第1 页 摘要 t h er e s e a r c ho r lt h ek n i t t i n gt e c h n o i o g ya n dt e n s il e e ia s t ic i t yo f s p a n d e x k n i t t e df a br ic a b s t r a c t t h es p o r tc o m f o r to ff a b r i ci sf o u n df a v o ri nc o n s u m e r l s e y e s 、a n ds p a n d e xe l a s t i c k n i t t e df a b r i cc o u l dm e e tt h en e e d so fc o n s u m e r sv d t ht h eg o o dc l o s ef i t t i n ga n d s h r i n k a g ee f f e c to nb o d i e ss oi ti sv e i n 。u s e f u lt od e v e l o ps p a n d e xe l a s t i c k n i t t e df a b r i c w i t hv e r t i c a la n dh o r i z o n t a lp r o p e r t i e s s p a n d e x 。f i b e rt e n s i l ep r o p e r t yi ss t u d yb e f o r et h er e s e a r c ho nt h ee l a s t i c i t yo fw e f t s p a n d e xk n i t t e df a b r i c a c c o r d i n gt o t h es p a n d e xf i b e rs t r e t c hs t r e s ss t r a i nc u r v ea n d s t r e s sv a r i a b l ec o e m c i e n t ，w ec o u l df i n dt h a tt h ec h a n g ev a l u eo fv a r i a b l ec o e f f i c i e n ti s l i t t l ea n dt h es p a n d e xs t r e n g t hi se v e no rs t a b l ew h e nf i l et e n s i l er a t i oi sb e t w e e n12 0 p e r c e n ta n d 4 0 0p e r c e n t s os p a n d e xy a mk n i t t i n gt e n s i o na n dd r a w i n gm u l t i p l es h o u l db e o na b o v es c a l ew h e ns p a n d e xi sk n i t t e di nk n i t t e dm a c h i n e s o m ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ei e n s i l ep r o p e r t i e so ft h es p a n d e xk n i t t e df a b r i ca r e a n a l y z e di nt h er e s e a r c h ，m a i n l yi n c l u d i n g ：t h et y p eo f c o n s t r u c t i o n ，t h et y p eo f b a s i cy a m ， t h ef e e da m o u n to fb a s i ca n ds p g m d e x y a m ，t h ef e e dr a t i oo fs p a n d e xa n dt h ec o u n to f s p a n d e xy a r n ao r t h o g o n a le x p e r i m e n ti sd e s i g n e dt og e tt h ei n f l u e n c ed e g r e eo ft h el a s t f o u rf a c t o r s t h e ya r et h e 盎e da m o u n to fb a s i ca n ds p a n d e xy a r n ，t h ef e e dr a t i oo f s p a n d e xy a r na n dt h ec o l i n to fs p a n d e xy a r n a c c o r d i n gt ot h em a t h e m a t i c a lv a r l a n g e a n a l y s i s ，w ec o n f i r mt h a tt h ef o u rf i a c t o r ss h o u l dp o s s e s st h ee f f e c to nt h ee l a s t i cr e c o v e r y r a t eo fs p a n d e xk n i t t e df a b r i c ，e s p e c i a l l yo nt h ev e r t i c a le l a s t i cr e c o v e r yr a t eo fk n i t t e d f a b r i c i no r d e rt om o r ee v a l u a t et h ec l o t h i n gp e r f o r m a n c eo fs p a n d e xe l a s t i ck n i f e df a b r i c ， ac l o t h i n gp r e s s u r ei n s t r u m e n ti sd e s i g n e dw i t ht h ep r e s s u r es e n s o ra sab a s i cn o n e l e c t r i c c o m p o n e n t 1 h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss u g g e s tt h a tt h i sm e a s u r i n gm e t h o di sv e r yp r a c t i c a l ， a c c u r a t e ，a n dc a ns h o wt h es t r e s sr e l a x a t i o n ，t e n s i l ep r o p e r t i e so fs p a n d e xk n i t t e df a b r i c s a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec l o t h i n gs i z ea n de l a s t i cp r o p e r t i e so fn b f i c af i t r t h e rr e s e a r c hi sd e v e l o p e do nt h et e n s i l ee l a s t i c i t yo fs i n g l ew e f ts p a n d e x k n i t t e dn b f i c s t h es p a n d e xy a r no f 4 4 d t e xi su s e di nt h ee x p e r i m e n t ，i nw h i c ht h ef e e d a m o u n to fs p a n d e xy a mi sc h a n g e df o r8t i m e s ，s ot h a tt h ec o n c e r n e dp r o p e r t yi n d e xo f k n i t t e df a b r i cu n d e rd i f f e r e n t t e c h n i q u e sc o n d i t i o n sa r eo b t a i n e d t h er e g r e s s i o n e q u a t i o n sa r ee s t a b l i s h e db ym e a n so ft h em e c h a n i c a lm o d e la n dr e g r e s s i o na n a l y s i s ，a n d t h er u l eo ft e n s i l ep r o p e r t y ，e l a s t i cr e c o v e r y r a t ea n ds t r e s sr e l a x a t i o no ff a b r i cu n d e r d i f f e r e n tf e e da m o u n to fs p a n d e xy a r na r ea l s of o u n di tc o u l db eh e l p f u lf o rw o r k i n go u r t h ek n i t t i n ga n d c u t t i n gt e c h n o l o g y o fs i a g l es p a n d e xk n i t t e df a b r i c k e yw o r d s ：s p a n d e x ， e l a s t i ck n i t t e dn b f i c ， c l o t h i n gp r e s s u r e ， e l a s t i c r e c o v e r y， 、rates t r e s sr e l a x a t i o nt - e e da m o u n t 第1 i 页 第一章绪论 第一章绪论 11 引言 1 1 1 人体的皮肤变形 当人体参加各种各样的劳动时，会带动人体的皮肤产生变形，表卜l 为人体运动时几个主要部位皮肤的变形情况“1 ，因此作为服装面料只有 在低负荷下的伸长率大于表卜l 的人体皮肤的最大伸长率时，才有可能 满足人体的皮肤变形要求，提供良好的变形运动舒适性。 表卜l ，人体皮肤的最大伸长率 背部臀部肘部膝部 水平伸长率( ) 1 3 1 64 61 5 2 21 2 1 4 垂直伸长率( ) 3 5 4 0 2 l 4 5 1 i 2 服装运动的功能性 消费者的生活水平从温饱型迈向小康型的时候，对服装面料的性能 要求则从强伸度、耐久性转化为视觉风格、手感、穿着舒适性等服用性 能。穿着的舒适性主要内容是热湿舒适性和运动功能性两大类。前者是 评价内农面料的主要品质指标，而后者是评价几乎所有服装面料的主要 品质指标。所谓服装的运动功能性是指人类在穿着衣服时，服装对人类 进行人体运动时的难易程度所表现的功能性，也可称为服装对人体运动 的适应性心1 。面料的变形特征，即面料的伸长变形能力、剪切变形能力 来支配服装运动的功能性。若人体的运动受到服装的束缚时，人体必然 会产生对服装的阻力傲相反的功，使无效功量增加，人体疲劳引起不快 感觉，此时服装的运动功能性不好。比如，运动时人们喜欢穿针织服装， 感觉它的运动舒适性好，不易引起人体疲劳，这是因为针织面料的伸长 变形能力、剪切变形能力大。人体穿着服装会遇到的运动阻力主要有运 动时服装的力学阻力、服装和皮肤的摩擦阻力、服装压力、褶皱积聚的 实体感、夹杂物等，其中前三种阻力对服装的合身、运动的功能性影响 最为严重。因此，从人体的运动学上来看，赋予服装良好的延伸性和弹 性是非常重要的，从而诞生了采用弹性材料的效仿体形服装。这类服装 第l 页 第一章绪论 的代表性品种是紧身服装有滑雪服、游泳服、舞蹈服等等，往往是大运 动量时穿用的服装，对舒适性要求很高，面料的生产难度也很大。要设 计好这类面料，必须首先了解人体皮肤的变形情况。只有当面料在低负 荷下的伸长率大于表卜l 所示的人体皮肤的最大伸长率时，才有可能提 供良好的运动舒适性。 1 1 3氨纶弹力针织物 弹力针织物是一种受到夕 力能伸长较大，外力去除后能较快恢复到 原状的针织物。它具有较高的伸长率( 弹性率) 和弹性恢复率。弹力织 物制成的服装能够满足下列两个目的：( 1 ) 穿脱方便。( 2 ) 人体动作和运动 时能够随心所欲地进行。近几年，随着氨纶纤维生产推广应用，以及人 们对衣着舒适性的追求，弹力已成为衣料的主要功能之一。弹力强的衣 料可以随着人体的活动自如地伸缩，消除或减少对身体的张力和压力， 不会产生紧绷感而使人感觉舒适。利用氨纶丝的高伸长率和弹性恢复 率，达到织物紧密、服装紧身的保暖效果；依靠织在针织物中的氨纶， 达到收腹、提臀、挺背的目的，具有美体塑身的功效是当代消费者特别 是青年人追求的时尚。弹力织物的应用是根据衣料的用途来选择不同的 织物组织结构及织物延弹性的。1 。 表卜2弹力织物衣料用途分类 f 紧身式贴身内衣类紧身练功服、游泳衣滑冰服装、滑雪服装 | 合身式袜类、汗衫圆领衫、网球衫 廷明移荚、午仟服、菜 身裙 l 松身式运动裤、短裤衬衫、罩衫连衣裙、夹克衫 由此可见：区域的紧身服装，制作时服装的宽裕量 0 ，伸长率在1 0 2 0 左右可满足需求。 1 2 选题的目的和意义 以往穿着较为舒适的针织服装，是用不含高弹纤维的针织物制成 的，因为针织的线圈结构易改变其形状，并且针织物的变形具有一定几 何可逆性，即变形针织物有恢复到原始状态的趋向，使其比机织物更容 易适应人体的运动，但此类针织物在延伸性和弹性方面存在着不足：( d 第2 页 第一章绪论 虽然通过线圈的变形可以改变衣着的横向或纵向尺寸，但织物总面积变 化甚微，不适应人体较大的伸长量。( 2 ) 织物线圈形状变更后，由于塑性 变形织物本身无足够的力使织物恢复到原来的形状，从而使衣着变形， 外观失佳。 为此，设想从三个方面来解决衣着的穿着舒适问题：( 1 ) 服装做得很 宽大，可在身体上自由滑动。但这排斥了人们需要衣蓑贴体这一需求。 而衣着贴体在诸如内衣、运动衣、特别是游泳衣等衣着方面是必不可少 的一个质量要求。( 2 ) 服装做得特别紧身。但这也会限制身体的自由活动， 使人体感到不舒适。( 3 ) 由高弹丝在内的纱编织新型针织弹力织物，此种 弹力织物的弹性可与身体的自由活动所需的弹力相当或略微大一些。这 可满足人们对服装要求穿着舒适、贴体和保持外形不变这三个方面的要 求。使面料具有良好的延弹性，满足人们对这三个方面的要求，就必须 从原料的选用、织物组织结构、织物的力学性能等三方面来考虑，也就 是研究开发弹力织物。 弹力织物是一种能超过原尺寸而伸长，同时当拉力去除后又能恢复 到原尺寸的织物。具有较高的运动功能性，即透气而又紧贴身体，又不 限制着装者运动自由。用高弹性针织物缝制的服装很具有现代感，突出 了向紧身服装方向发展的趋势。氨纶纤维具有较大的延伸率和恢复率， 但初始模量较低，摩擦力较高，是熵弹性，。因此将氨纶高弹裸丝在定 的延伸度状态下，与其它纤维或纱线混纺( 包缠、包芯) ，提高纱线模 数、延弹率，与其它纱线交织，提高织物的延弹性，这两种途径是目前 研究开发弹力织物的主要手段。织物结构和上机条件的科学设计是实现 织物具有良好延弹性的关键。人体在运动时，某部位的织物会产生较大 的伸长，这种伸长是多向性的，因此，在进行织物设计时，不但要考虑 织物的横向延弹性，还要考虑织物纵向延弹性。弹性纤维与普通纤维交 织的工艺：纱线的编织张长、纱线的给纱量、氨纶的含量、织物的密度 等工艺参数的设计制定是弹力织物成功开发的技术关键“1 。通过正交化 设计实验，利用数学分析方法，研究张力、给纱量等工艺参数对织物服 用性能的影响，是确定弹力织物编织工艺的方法。弹力织物根据其用途 及延伸率，分为舒适类、行动类和强制类。服装穿着的舒适性、面料的 第3 页 第一章绪论 性能和有效伸长率之问存在着关系，有效伸长率在2 0 4 0 时，服用舒 适性较好，与人体皮肤的伸缩相适应。根据织物的力学特性，建立应力 伸长数学力学模型来评定弹力织物的拉伸性能，建立应力松弛数学力学 模型来评定弹力织物的拉伸力松弛性，从而进步确定编织织物的工艺 参数也是本课题研究的一个重要内容。 本课题通过氨纶弹力织物编织工艺和织物性能研究，可以获得具有 使用价值的上机工艺参数和织物组织结构，开发新一代具有优良双向延 弹性的针织面料，为企业的批量生产提供理论依据，增加花色品种，满 足市场需求，产生较好的经济效益和社会效益。 1 3 氨纶弹力针织物发展动态 1 3 1 人体皮肤变形伸长率的研究3 1 人体运动产生皮肤变形的研究追溯到1 9 6 4 年研究者们对人体的 各种动作形成的身体表面伸长率通过人体静止和运动，由站到坐，抬胳 膊和弯腰等引起膝臀等弯曲进行了大量实验测量，并在美国美国织物 杂志上刊登了人体运动皮肤表面伸长率示意图。这些数据给出衣服弹性 所必须的定量描绘，但带有定的局限性。二十世纪八十年代，在奥地 利的栋比恩召开的第1 9 次国际化纤会议上公布了更为详细的弹性衣料 设计数据。这些数据考虑了一般动作和激烈运动的情况，考虑了服装衣 料的用途和场合，提出了舒适弹力( 1 0 2 0 ) 、行动弹力( 2 0 4 0 ) 、 强力弹力( 4 0 以上) 。给人们在弹力织物的研究开发和使用上提供了有 效设计依据，并应用至今。 1 3 2 高弹纤维及纱线 弹力织物的研究开发首先由原材料入手。较早的一种高弹丝为橡筋 线，具有极优的弹性和延伸性，但耐热极差、易老化，对皮肤有接触性 反应，不单独制作织物，现已应用较少。利用合成纤维在机械和热作用 下使伸直的纤维变为卷曲性纤维，因此而具有良好的弹性，成为变形弹 力丝( 简称弹力丝) ，并分为高弹丝与低弹丝两类。其中高弹变形丝p b t 是一种新型高弹聚酯纤维，其急弹性伸长率可以达到2 0 0 ，优于锦纶、 涤纶高弹丝，能够满足一般高弹织物的要求，用于紧身衣、健美裤、泳 装、袜类及各种仿丝绸弹力布。氨纶纤维是目前高弹丝原料的最佳原料， 第4 页 第一章绪论 7 0 00 6 的高延伸度，比橡胶耐热、耐目光强，有裸丝、包缠丝、包芯丝等 多种形式，可编性好，因此在目前国内外市场中占很大份额，如美国杜 邦公司的菜卡纤维( l y c r a ) 、日本东洋纺织公司的氨纶高弹丝、德国拜 尔公司氨纶( d o r l a s tl i n ) ，我国也建设了多家氨纶生产企业：烟台氨纶 股份有限公司、连云港杜仲氨纶有限公司、上海浦东氨纶厂，还有许多 生产氨纶加工丝的企业。多集中在l b 东、江苏、广东、浙江等地区。因 此充分利用氨纶纤维，推广氨纶纤维的应用也是具有较大经济效益和社 会效益的。 1 3 3弹力织物 弹力织物按成布方式主要分机织弹力织物和针织弹力织物，本文只 研究探讨针织弹力织物。 服装穿着无束缚感、压迫感和松弛感必须进行考虑，它表明了服装 运动功能性的优劣。目前消费者穿着的服装也体现着这样一个总的发展 趋向。第一，以前被看作内衣的服装，现在已为愈来愈多的消费者用作 日常穿着的便服。第二，以前主要是在体育活动时才穿着的运动服，现 在也在运动之余场合穿着。这些服装都具有穿着舒适、永久适体和实用 的功效。所以含有高弹丝的针织物是这一发展总趋向的最佳面料。 根据人体的功效学，人体身体皮肤的应变= 服装的贴体+ 服装的滑移 性能+ 服装本身的弹性”。要符合这一要求，解决衣着穿着的运动舒适性 问题，国内外专家的共同意见为用目前国内外已经研制成功的细高弹丝 与其它纤维进行针织交织，可以编织出符合上述要求的弹力织物。 日本东洋纺织公司根据面料的用途和弹性延伸率对弹力织物进行 了分类：舒适性( 1 0 2 0 ) 行动类( 2 0 3 0 ) 强制类( 3 0 5 0 ) ，因 此在利用氨纶纤维与其它材料交织时，弹性延伸率和弹性恢复率的控制 就显着特别重要。目前国内外研究者对这种弹力织物编织工艺和织物性 能进行了一定的研究，提出并设计了一些针织弹力织物组织结构和局部 的上机工艺参数，分析了弹力针织物的弹性恢复率、伸长率。但在氨纶 织物加工工艺、面料质量及氨纶织物的应用方面还存在着急需解决的问 题： l 、高弹丝的收缩会使编织成的织物重量趋于太重或使织物变硬， 第5 页 第一章绪论 因此高弹丝在编织过程中的纱线张力、送纱量、织物密度要严格控制。 2 、弹力织物布面质量差，常见的问题有布面起横、布面断丝、跑 丝露芯等。因此要控制好编织过程中普通纱与两弹丝的送纱量，两种原 料的相对送纱量必须平衡，从而保证弹性纤维闭锁在织物内。积极式的 给纱装置是控制送纱量的重要手段。 3 、最终面料延伸率和恢复率的控制，除了与原料性能有关外，还 有一个重要的影响因素就是织物组织结构的设计。高弹性纤维参与到织 物结构中的方式直接影响着织物横向、纵向延伸性和弹性。 4 、氨纶弹力织物应用领域在不断地扩大，其中服装方面占较大的 比重。服装在制作过程中各部位的尺寸直接影响到穿着过程中各部位拉 伸程度，拉伸性和弹性恢复率直接影响到服装运动的功能性和舒适性。 关于这一方面的研究，在二十世纪八十年代日本就有专家进行研究，主 要是从服装的宽裕量、服装的束缚性能和服装压等方面进行了探索。 本文从氨纶丝的拉伸性，织物的拉伸机理和松弛机理入手，来探讨 氨纶弹力针织物在低负荷条件下的拉伸性、弹性恢复性、松弛性能。研 制一服装压力测试仪，来探讨服装在穿着过程中，服装压力对运动舒适 性的影响 14 研究的内容和解决的主要问题 本课题拟以氨纶纤维和天然纤维为原料，利用先进的针织圆机编织 具有双向延弹性好的织物面料。并对编织工艺和弹性织物的运动舒适性 进行研究分析。确定合理的工艺参数和织物性能，解决生产过程的一些 实际问题，提高产品的服用性能。主要研究的内容和解决的问题如下： 1 、研究分析氨纶丝的拉伸性能，确定在编织氯纶弹力织物时，氨 纶丝编织张力和牵伸倍捌。 2 、原料的选用及织物结构的设计：根据设备的机号和性能，原料 的特性来确定原料的纱支、织入织物中的方式和织物结构的设计。 3 、根据服装在穿着时，由于服装面料的弹性变形或人体运动而产 生压迫人体的接触压，即服装压力。设计服装压力测量装置，用其来评 定服装穿着时的应力松弛性和服装的宽裕率与织物延伸率的关系。 4 、上机工艺参数的优化试验：根据影响氨纶弹力织物延弹性的因 第6 页 兰二童堕堕 素来选定织物上机的工艺参数。通过正交试验设计方案、利用数学方差 分析方法，研究添纱的送纱量、氨纶的送纱量、氨纶丝送纱的路数比、 氨纶丝的细度这四个因子对织物延弹性能的影响。 5 、 氨纶弹力针织物力学性能分析和研究：根据织物力学特性、建 立拉伸机理和松弛机理数学结构模型，通过实验测试手段来评定力学模 型和研究织物的运动舒适性能。如氨纶弹力针织物的弹性恢复率、氨纶 弹力针织物的应力松弛性能。 6 、探讨服装在穿着过程中不同拉伸程度，产生的拉伸力和服装压 对服装运动的功能性和舒适性的影响。 第7 页 第二章氨纶纤维性能测试分析 第二章氨纶纤维性能测试分析 2 1 氯纶纤维简介n 1 氨纶纤维是聚氨基甲酸酯纤维( p o l y u r e t h a n e ) ，它的简写p u 国际 化纤商品系统中，含有8 5 以上聚氨酯链段的弹性纤维称为“s p a n d e x ”( 斯潘德克斯) 。氨纶纤维首先由德国的b a y e r 公司于1 9 3 7 年 研究成功，美国杜邦( d u p o n t ) 公司于1 9 5 9 年首次开始了聚氨酯液干 法纺丝的工业化生产。目前已有近4 0 个工厂，年总产量约为l o 万吨左 右。它的商品名称因生产商而异，比如美国杜邦公司的莱克拉( l y c r a ) ， 就是我们平时所称的“莱卡”。美国橡胶公司( u s r u b b e rc o ) 的 “v y r e n e ”，日本东洋纺( t o y o b o ) 的“e s p a ”( 氨丝霸) ，德国拜耳公 司( b a y e r ，a g ，w g e r m a n y ) 的“d o r l a s t a n ”，英国c o u r t a u l d s ，u k 的“s p a n z e l l e ”，日本富士纺的“f u j i b o ”( 富士宝) ，日本东丽公 司的尼奥纶( n e o l o n ) ，d u p o n 与日本东丽合作的“t o r a y d u p o n t ”， 美国g l o b e m a n u f a c t u r i n gc o 的“c l e a r s p a n ”和“g l o s p a n ”，韩 国泰光( t a e k w a n g ) 的“a c e l a n ”，东国合纤的( 东国) ，日本旭化成的 “r o i c a ”( 罗依可) ，其后旭化成更于1 9 9 9 年初与台湾台塑集团合作开 办 “f o r m o s aa s a h i ”公司，简称“f a s ”，日本吕清纺的“m o b i l o n ” 莫比龙亦在台湾增加生产线生产( t o w n s p a n ) 东华丝，而台湾自行投资 有薛恒兴的“s h e i f l e x ”( 雪霏丝) 等。我国于二十世纪八十年代开始引 进设备技术生产氨纶纤维，现有生产能力1 万吨左右。比较著名的企业 有：烟台氨纶股份有限公司、连云港杜仲氨纶有限公司、上海青浦氨纶 有限公司和广东鹤山氨纶有限公司等。福建长乐、南通海门、山东淄博 亦开始生产氨纶，而浙江华蜂的“千禧”牌氨纶亦于2 0 0 0 年投产。另 外d u p o n t 亦与其他厂合作( 但d u p o n t 不参与生产事宜) 以 “e l a s p a n ”( 伊邦) 牌销售。全球各地均投资或增扩氨纶之产一量令弹 性纤维市场一片畅旺。 氨纶是一种弹性合成纤维，以其独特的高延伸性和高弹性恢复在纺 织纤维领域中的地位日益突出，氨纶在织物中的用量一般很小，( 机织 第8 页 第二章氨纶纤维性能梗i 试分析 物氨纶的混用比占织物重量的1 5 、针织物为5 1 0 ) ，但却能使内 衣、紧身衣达到全方位的强大弹力和光滑平整没有折纹的外观，使运动 服、休闲服更贴身，运动更自如，因而称之为衣料中的“味精”。并且 随着化工、化纤和纺织技术的进步，氨纶的应用领域甚至越来越多地运 用于西装、时装、衬衣、装饰布等纺织品的各个品类中，成为优质纺织 产品的潮流和保证。尤其要近几年来氨纶弹力织物风靡世界。 表2 1氨纶的品牌及市场占有比例 生产厂商商品名称市场占有比例( ) 美国d u p o n t 公司 l y c r a 5 0 韩国t e a k w a n g 公司 h c e l a n1 3 德国b a y e r 公司 d o r l a s t a n9 韩国t o n g k o o k 公司 t e x l o n 6 日本a s a h i k o c i a4 日本东立杜邦公司o p e l o n 5 美国g l o b e 公司g l o s p a n4 其它 9 2 2 氨纶的物理化学性能b 9 1 2 2 1弹性 氨纶纤维有很大的弹性，其伸长率可大于4 0 0 ，甚至高达8 0 0 。 而一般锦纶弹力丝的伸长在3 0 0 左右。其回弹率比锦纶弹力丝好，伸长 5 0 0 时，其回弹率为9 5 9 9 ，而锦纶弹力丝是难以达到的。一般来说， 氨纶纤维分子结构中，软链段部分的分子量越大，纤维的弹性和回弹率 越高，聚醚型氨纶比聚酯型氨纶弹性和回弹率高；化学交联型氨纶的回 弹能力较物理交联型好。 在i n s t r o n 万能强力仪上，采用定伸长测试弹性恢复率方法，测试 氨纶丝定伸长率1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 的平均弹性恢复率。测试结果表明， 氨纶丝弹性恢复率达到了1 0 0 。因此氨纶丝加入到针织物中后，将大大 提高织物的弹性恢复率。 2 2 2 强度 氨纶纤维的强度( 断裂强度) ，湿态为0 3 5 0 8 8 c n d t e x ，干态为 0 4 4 0 8 8 c n d t e x ，是橡胶丝的3 5 倍，当纤维达到最大伸长时，纤 维变细。在这个细度下，测出的强度称为有效强度。氨纶的有效强度可 第9 页 第二章氮纶纤维性能测试分析 达5 2 8c n d t e x 。 2 2 3 弹性模量 弹性模量是物体在外力作用下抵抗形变能力的量度。纤维的弹性模 量为纤维受拉伸其伸长为原来的1 时所需的应力，其单位为c n d t e x 。 弹性模量越大，纤维越不易变形，强度高，但柔软性差。氮纶的弹性模 量较小，弹性模量为0 0 7 8 1 c n t e x ，所以丝的柔软性好。 2 2 4 耐热性 不同品种氨纶的耐热性差异较大，大多数纤维在9 5 1 5 0 时，短 时间存放不会损伤纤维。在1 5 0 以上时，纤维变黄、发粘、强度下降。 由于氨纶往往是在其它纤维包覆的状态下存在于织物中，因此在热定型 过程中采用较高温度( 1 8 0 1 9 0 ) 是允许的，但处理时间不得超过4 0 s 。 2 2 5 比重 氨纶的比重为1 o o 1 2 5 ，由于成分和软硬链段的比例不同，而 有一些差别。 2 2 6 吸湿性 氨纶的吸湿范围一般为0 3 1 3 ，吸湿率的大小主要取决于纤维原 料的配方及组成。同种化学组分的纤维，复丝的吸湿率要高于单丝( 在 标准温湿度下) 。 2 2 7耐久性 氨纶的耐久性强，亦即耐疲劳性好。将此种纤维与橡胶丝作对比， 在5 0 3 0 0 伸长范围内，作每分钟2 2 0 次的拉伸收缩疲劳试验，结果氨 纶可耐1 0 0 万次且不断裂，丽橡胶丝只耐2 4 万次。 2 2 8 染色性 氨绘的染色性一般，用于染聚酰胺纤维豹大多数染料都能用于染氨 纶。通常用分散染料、酸性染料或络合染料染色。 2 2 9 耐化学药品性 氨纶耐多数的酸、碱和化学溶剂，但有些品种耐热碱较差j 如聚酯 型在热碱中会发生分解；次氯酸钠等漂白剂会使纤维变黄、强力下降。 2 3 氨纶丝的高延弹性机理分析m 1 氨纶纤维所以具有如此高的弹力是因为它的高分子链是由低熔点、 第1 0 页 第二章氮纶纤维性能女i 试分析 无定型的“软”链段为母体和嵌在其中的高熔点、结晶的“硬”链段所 组成。软链段和硬链段共存形成一个高分子交联网的网络结构。如图2 - 1 所示。硬链段为氨基甲酸酯，行有多种极性基，分子间的氢键和结晶起 硬链段硬链段硬链段 图2 一l 氨纶纤维延弹性机理模型 到了大分子链闻的物理铰链作用，能在相邻分子的硬链段间形成很 强的吸引力，从而构成纤维的结晶区段。结晶区长度不很大，分子量仅 有5 0 0 7 0 0 ，但其软化和熔融温度高达2 3 0 2 6 0 ，硬链段基本上不 会在应力下发生变形，防止了分子间的滑移，保证了氨纶纤维的强度。 软链段分子量2 0 0 0 4 0 0 0 ，软链段的长度约为硬链段长度的1 0 倍，构 成了纤维的无定形区，熔点低5 0 ，玻璃化温度( 一5 0 7 0 ) ，在室温 的条件下处于高弹态，即已处于卷曲状态，所以很小的应力作用，便会 产生形变，赋予纤维易拉伸的特征。这两种不同性能的链段相互镶嵌， 在纤维自然放松期间，它们无规则地缠结在一起。当有外力作用时，软 链段由于相互作用力小，可以自由伸缩，造成大的伸长性能。而一旦释 放外力，分子力图卷曲的趋向和有很规整的活动空间这一特点，又赋予 了迅速恢复变形的特长。因此软链段赋予纤维以延伸性和弹性，硬链段 赋予纤维以强度，从而导致了氨纶纤维的高拉伸和良好的弹性恢复性。 2 4 氨纶的种类及使用方式 目前生产的氨纶纤维有物理交联型和化学交联型两种。在物理交联 型中，通过硬链段的紧密敛集产生结晶，使大分子闯发生横向连接。在 化学交联型中，通过硬链段间发生一定的化学作用而使大分子闻发生连 接。到目前为止，世界上工业化氨纶纺丝主要有四种方法，e p 熔融积压 法纺丝( m e l ts p i n n i n g ) 、化学反应法纺丝、湿法纺丝( w e ts p i n n i n g ) 和千法纺丝( d r ys p i n n i n g ) 。其中干法纺丝产量较大，占氨纶总产量的 8 0 ，其中湿法纺丝占l o 。 第l l 页 第二章氮纶纤维性能测试分析 根据氨纶纤维链结构中软链段部分是聚酯还是聚醚，氨纶纤维共有 两个品种，一种是由芳香双异氨酸酶和含有羟基的聚酯链段的镶嵌共聚 物( 简称聚酯型氨纶) ，另一种是由芳香双异氰酸酯与含有羟基的聚醚 链段镶嵌共聚物( 简称聚醚型氨纶) 。 在氨纶纤维的使用上，一是直接使用氨纶裸丝，二是使用氨纶复合 丝。其中氨纶复合丝有：包芯纱、包缠纱、合股纱、网络纱、赛络纺纱 等几种形式“。 ( j ) 氨纶裸丝( b a r ey a r n ) 氨纶裸丝可以直接进行织造，这样生产的产品成本较低。它主要用 于针织品，同时还需在针织机上加装专门的送纱装置。应用方式主要是 以交织方式织入织物中，氨纶丝以衬垫、衬纬、添纱等方式加入地组织 中。这种方式适用于针织紧身衣、运动服、衣领口、袖口等的加工。氨 纶裸丝近几年来在针织产品上的应用呈上升趋势。 ( 2 氨纶包芯纱( c o r es p u ny a r n ) 包芯纱是弹性复合纱应用较为广泛的一种方法，氨纶包芯纱是以氨 纶长丝为纱芯，外包一种或几种短纤维( 如棉、毛、丝麻、涤纶、腈纶、 粘胶或各种混纺短纤维等) ，通过环锭纺、气流纺、涡流纺或静电纺等 不同方法纺制而成的。氨纶丝芯提供优良的弹性，而外围纤维则可提供 纱线( 织物) 所需要的表面特性。这种纱具有三个特征：一是具有与外 包纤维纱同样的手感、外观与性能，包覆严密，芯丝不外露；二是纱线 密度小，弹性伸长大，不易变形，织物布面丰满有弹性；三是弹性百分 率能控制在2 0 以下，可根据产品的用途选择不同的弹性值。 ( 3 ) 氨纶包缠纱 以氨纶丝为纱芯，外包以合成纤维长丝或短纤维纱线按螺旋形的方 式对伸长状态的弹力长丝予以包覆而形成的弹力纱称为包覆纱，又称包 缠纱。其特征是手感硬挺，纱支粗，其伸长可达2 0 0 。这种纱主要用于 需求高弹性的织物，部分用于援织物。用包覆纱织制的面料较厚实，特 别适用于织造运动紧身衣，如游泳衣、滑雪服等。 ( 4 ) 合股线 将氨纶丝边牵伸边与其它非弹性纤维的几根单纱加捻而成。 第1 2 页 第二章氮纶纤维性能测试分析 ( 5 ) 氨纶网络丝 是利用空气变形加工技术，将氨纶长丝与涤纶、丙纶、锦纶等化纤 长丝进行复合网络而成。 目前，在针织服装中得到广泛应用的主要是氨纶裸丝和氨纶包缠 纱，本课题将主要研究氨纶裸丝在纬编织物中的应用。 2 5氨纶丝拉伸性能测试 在编织氨纶弹力织物的生产中，我们发现氨纶丝只有以一定的拉伸 状态织入到织物中，才能赋予织物一定的延伸性和恢复性。氨纶丝牵伸 倍数和编织张力的大小与氨纶丝的拉伸性能有关，为此我们先探讨一下 氨纶丝拉伸性能。 2 5 1测试试样及实验方法 本实验所用试样为烟台氨纶有限公司生产的2 2 d t e x ，4 4 d t e x 氨纶 丝。 在标准大气条件下，按照f z t s 0 0 0 6 9 4 行业标准试验方法，在 i n s t r o n - - 4 2 0 6 型万能材料试验机上测试氨纶丝的拉伸性。 试样夹钳隔距长度为5 0 0 5 m m ，拉伸速度5 0 0 m m m i n ，对试样施加 预张力，其值为0 0 14 - 0 0 0 l c n t e x 。每种试样测试1 5 次，画出氮纶丝 强力伸长率曲线，并记录断裂强度和断裂伸长率。求出平均断裂强力、 断裂强度、断裂伸长率及各自的变异系数。 2 5 2测试结果 表2 - 2氨纶丝的拉伸性能( 只列出1 5 个试样平均值) 从氨纶丝拉伸性能的数据中可看到：氨纶丝具有很大的延伸性能， 利用其延弹性与其它原料的交织物，能改善织物的性能，氨纶丝是编织 弹力织物的理想原料。 图2 - 2 为氨纶丝实际拉伸曲线示意图，在拉伸的初始阶段，即低伸 长、低张力条件下，表现出良好的延弹性，施加较小的力产生较大的伸 长。并且曲线平滑。但随着拉仲过程拉力的增大，拉伸变形进入塑性变 第1 3 页 第二章氮纶纤维性能测试分折 形区，单丝容易产生滑脱，而使曲线的后半部分呈锯齿形( 见图2 - 2 所 示) ，因此氨纶丝在实际生产中，其拉伸率不能在曲线的后半部分呈锯 齿形的范围内。为了从理论上来分析研究氨纶的拉伸性能，直接从曲线 上读取数值不够准确。因此需要对数据进行处理，其方法为插值法。具 体作法是在每种试样的1 5 条拉伸曲线上，由零点开始等间距取1 5 个点， 这样每个点有1 5 个数值，求其平均值即为某一点的测试值( 见表2 3 ) 。 图2 2 氨纶丝实际拉伸曲线示意图 表2 - 3氨纶丝测定数据 等分点 12345 6 78 91 01 l1 21 31 41 5 伸长率 0 4 0 8 01 2 01 6 02 0 02 4 02 渤3 4 0 04 4 04 8 。锄5 6 0 ( ) 2 0 d 强 2 器4 8 5矗2 23 2r5 6l2 0乳9 61 35 1 6 5 1 22 12 59 3 0 , 0 1 3 50 23 82 力( c n ) 2 0 d 变 1 25乳翮2 65 0 654 6丘0 1矗8 3& 1 25 7 6丘2 l70 1吼5 81 l - 92 4 6 2 6 异系数 4 0 d 强 2 74 75974& 81 n 7 1 置21 垃6雏1嚣53 0 , 13 & 94 6 - o5 1 55 电2 力( 硎) 4 0 d 变吼4 8 2 a 5 9 7 41 3 5堕0 2 7 1 05 舶5 4 35 2 1量4 6& 0 26 41 2 21 重3 异系数 皇 8 r 垂 靶 辅 撼 氨纶伸长率佛) 图2 - 3 氨纶丝拉伸曲线 第1 4 页 第二章氨纶纤维性能丧i 试分析 氨纶丝拉伸曲线方程： y = o 0 0 0 1 x 2 + 0 0 0 5 x + 3 7 4酽= o 9 9 3 0 ( 2 2 d t e x ) y = o 0 0 0 2 x 2 - 0 0 0 0 5 x + 4 0 1 群司9 9 4 5 ( 4 4 d t e x ) 由此可见： ( 1 ) 在相同的氨纶伸长率条件下，4 4 d t e x 的拉伸力大于2 2 d t e x 。这 归结于氨纶纤维的高分子交联网的网络结构。应力与网络中分子链数目 ( 或交联点的密度) 成正比。单位长度内交联点的密度4 4 d t e x 大于 2 2 d t e x 的，因此拉伸力4 4 d t e x 的大于2 2 d t e x 的。 ( 2 ) 根据图表中氨纶的变异系数c v 值，氨纶丝在一定伸长范围内， 每根氨纶丝的伸长拉力是比较稳定、一致的。2 0 d t e x 氨纶丝变异系数 c v 值在伸长率为1 2 0 3 6 0 之间变化较小，4 0 d t e x 氨纶丝变异系数c v 值在伸长率为1 2 0 4 0 0 9 6 之间变化较小，表明在此范围内氨纶丝的强力 比较稳定、均匀、变化小。此结论应用于氨纶弹力织物编织工艺时，氨 纶丝送丝到织针的牵伸倍数要在上述的1 2 3 6 倍。牵伸倍数过小或 过大，编织张力差异大后会影响布面效果，产生的主要质量闯题有布面 横条纹、布面起泡、面纱线圈被收缩呈毛圈状、翻丝等。同时会影响织 物延弹性。 ( 3 ) 根据氨纶丝的线性回归曲线和回归方程，在拉伸的初始阶段，很 小的拉力便会产生高于普通纤维多倍的伸长，这完全是由于氨纶纤维的 软段和硬链段组成的网状结构引起的。 ( 4 ) 通过拟合的拉伸曲线或瞌线方程，可精确地得到