第十章織物的結(jié)構(gòu)與基本性能(講習(xí)要點(diǎn)Print)

1、第十章 織物的結(jié)構(gòu)與性能概述n 紡織材料直接和主要的產(chǎn)品是織物，柔性平面薄層狀的物質(zhì)n 織物的成形：纖維經(jīng)成網(wǎng)固著；成紗織、編而成n 織物的軸與維：一維結(jié)構(gòu)、二維結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)；單軸和多軸n 一般織物：機(jī)織物、針織物、非織造布、編織物等n 特種織物：三維結(jié)構(gòu)或三維成形織物、層合或混合復(fù)合織物、可呼吸織物、電子織物等n 織物的應(yīng)用：建筑(architectured and construction)、土工(geotextile)、防護(hù)(safety and protective)、運(yùn)動(sports and recreation)、運(yùn)輸(automotive and transportation

2、)、航空航天(aviation and spaceflight )、醫(yī)用(medical)、軍用(military and defence)、產(chǎn)業(yè)(industrial)，以及人類穿著用的重要的高科技紡織品(high-tech textiles) 的基礎(chǔ)用材。n 問題：單一或復(fù)合、二維或三維織物的結(jié)構(gòu)均有定性的闡述，對結(jié)構(gòu)與常用性能間的關(guān)系也有討論，但對織物結(jié)構(gòu)、性能、成形及其相互間關(guān)系的定量描述還顯得比較粗淺，尤其是對復(fù)雜結(jié)構(gòu)織物及其定量表征與實(shí)際存在較大差距。章節(jié)分配（34學(xué)時）本章僅對已有的理論和傳統(tǒng)織物結(jié)構(gòu)及其常用性能作簡要介紹，并較多地限于服用織物結(jié)構(gòu)和性能的描述。§1.

3、織物的類型與結(jié)構(gòu)表征§2. 纖維的介電性能§3. 纖維的靜電性質(zhì)§4. 導(dǎo)電高聚物的導(dǎo)電性質(zhì)第一節(jié) 織物的類型與結(jié)構(gòu)表征一、織物的結(jié)構(gòu)分類與名稱織物的分類方法眾多，可以根據(jù)加工方法、成形方式、基本性能、選用纖維或紗線、織物組織和結(jié)構(gòu)、厚度和輕重、用途和功能等進(jìn)行分類。但作為織物結(jié)構(gòu)、性能和成形的相互關(guān)系討論，則較多地運(yùn)用直接相關(guān)結(jié)構(gòu)特征和成形方式進(jìn)行分類。1A類織物： A類為紗線按一定的排列組合結(jié)構(gòu)形成織物。2B類織物： B類結(jié)構(gòu)中，紗線以粘結(jié)的方式成形。3C類織物： C類織物為非織造布。4纖維類和非纖維類片狀物D類為膠質(zhì)物質(zhì)將纖維粘結(jié)在一起，并與微孔共同構(gòu)成穩(wěn)定

4、的結(jié)構(gòu)。E類薄片一般為均勻結(jié)構(gòu)膜，可以是“合金”物質(zhì)，亦可為多孔結(jié)構(gòu)，一般較多地以涂層和覆膜成形。二、復(fù)合和層合織物各類織物簡單層合構(gòu)成復(fù)合織物，以及混合、組合、交叉等方式構(gòu)成復(fù)雜復(fù)合織物。三、常用織物的結(jié)構(gòu)特征 常用織物主要是指一般民用的普通機(jī)織物、針織物、編織物和非織造布。紗線相互交織成形（interweaving），如機(jī)織物；紗線相互圈結(jié)成形(interlooping)，如緯編和經(jīng)編織物；紗線相互纏繞扭結(jié)成形(intertwining or interlacing)，如編結(jié)織物；纖維相互粘結(jié)或糾纏成形，如毛氈和非織造布；基布表面成圈或簇絨成形(terry-looping or tufti

5、ng)，如機(jī)織、針織起絨織物和地毯。四、特殊織物的結(jié)構(gòu)這里所指的特殊織物是在成形方式和結(jié)構(gòu)上，為非常規(guī)方法直接所得的織物，這類織物主要為多層復(fù)合織物，如柔性建筑頂蓬織物；紡織結(jié)構(gòu)材料，如增強(qiáng)編織材料、人造血管與肌腱等；涂層復(fù)合織物，如過濾防護(hù)材料。五、織物結(jié)構(gòu)的作用與不均勻性1織物結(jié)構(gòu)對最終用途的影響2織物結(jié)構(gòu)的不均勻性織物結(jié)構(gòu)的不均勻性受纖維或紗線形態(tài)和弱節(jié)的影響。但多道加工的纖維混合，紗線織物的組合，原先的弱節(jié)已被弱化。實(shí)際織物的結(jié)構(gòu)不均勻性主要表現(xiàn)在三方面：Ø 織物組織結(jié)構(gòu)不均勻，普通織物是均勻結(jié)構(gòu)，而復(fù)雜織物組織為不均勻結(jié)構(gòu)。Ø 纖維或紗線的排列的方向性引起的結(jié)構(gòu)不

6、對稱性和層合與起絨織物的各層異性。Ø 構(gòu)成織物的單元（如紗線或纖維）聚集的缺陷和織物接縫或使用中的結(jié)構(gòu)缺陷。第二節(jié) 織物幾何結(jié)構(gòu)與表征一、機(jī)織物的幾何結(jié)構(gòu)1Peirce的幾何模型Peirce（1937）對機(jī)織物的幾何模型作了下述近似描述，假設(shè)紗的截面為圓形，不考慮紗的抗彎性，并內(nèi)應(yīng)力為零，其幾何模型的各幾何參數(shù)為: (10- 1) (10- 2) (10- 3) (10- 4)2非圓形紗線的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)彈性曲線的曲率半徑可以由下式表達(dá) (10- 5)當(dāng)x = a/2時，達(dá)最大值（大于由Peirce 模型） (10- 6)3緊密織物的幾何學(xué)緊密織物中紗線的截面肯定發(fā)生變形，如用橢圓形截

7、面，無法積分解出，故大多采用“跑道形”截面。這種假設(shè)，在A、B之間紗的截面為圓形，仍采用Peirce的模型。紗間距a為 (10- 7)式中，B=b1+b2為經(jīng)、緯紗的厚度值之和；w為紗線跑道距截面的寬度值。由于, a=a-(w-b)；且h1+h2=B，可得 (10- 8)4、機(jī)織物的厚度與體積分?jǐn)?shù)機(jī)織物的厚度，考慮表面毛羽的影響，在幾何概念上大致可分為四種厚度，分別為：含毛羽的厚度Tmax，；織物結(jié)構(gòu)相厚度Ts；織物為等支持面時的厚度T0；織物的壓縮變形厚度T，即織物受壓力P作用時的厚度?？椢镏械睦w維填充密度取決于纖維所占的體積，平紋織物的體積分?jǐn)?shù)Vf為： (10- 9)式中，j為纖維在紗中得

8、堆砌體積分?jǐn)?shù)；T為織物的厚度，T » D =2d；紗線的織造角q 為 (10- 10)二、針織物的幾何結(jié)構(gòu)1線圈長度與密度Peirce將其在機(jī)織物幾何模型的概念推廣到針織物，考慮一個針圈在兩個正交的近似圓柱體上。則其線圈長度l為 (10- 11)式中，C是橫向圈距；W是縱向圈距（或圈高）；d為紗線的直徑。根據(jù)針織物的橫密Pc和縱密Pw的定義，得； (10- 12)理論上，圈距的乘積應(yīng)該是正比于線圈長度的平方，即 或 (10- 13)式中P為線圈密度。Munden的結(jié)果證實(shí)了這一關(guān)系。并未充滿系數(shù)d 和其他參數(shù)； ； ； ； (10- 14)2Munden的幾何模型 Munden給出了

9、針織線圈模型，其假設(shè)與Peirce的彈性模型相同，討論線圈AB段的特征。在A，B點(diǎn)作用力間的距離是織物的縱向間距W，A，B點(diǎn)垂直線間的距離相當(dāng)于紗線的直徑d，由前機(jī)織物的推導(dǎo)式(10-3)可知， (10- 15)并有 (10- 16)其中Crim 為很難測量，因線圈有三維空間的彎曲。3 針織物的厚度與體積分?jǐn)?shù) (10- 17)有關(guān)針織物的體積分?jǐn)?shù)，有別于覆蓋系數(shù)，可更為精確地表達(dá)織物的填充密度。三軸方向，X為長度方向（縱向X=W/2）；Y是寬度方向（縱向Y=C/2）；Z=T為織物的厚度；q 為紗線的取向角。并假設(shè)紗線為圓形，直徑為d，當(dāng)紗線擠壓時，則有若纖維在紗中堆砌的體積分?jǐn)?shù)為j，針織物的體

10、積分?jǐn)?shù)可被導(dǎo)出(10- 18)針織物的體積分?jǐn)?shù)相對機(jī)織物來說較低， Vf 0.2時，紗線就開始擠壓。三、非織造布幾何結(jié)構(gòu)1 毛氈傳統(tǒng)的毛氈，是由羊毛纖維穿插運(yùn)動而糾纏成氈的結(jié)果。其它纖維采用針刺糾纏的方法，使纖維集合成氈。用針刺、編縫、粘結(jié)的方法，可以生產(chǎn)高質(zhì)量的織物。2針刺纖維氈針刺氈為非均勻相結(jié)構(gòu)，其為針刺點(diǎn)的糾纏結(jié)構(gòu)（豎直和糾纏纖維及其針刺點(diǎn)分布與密度），原纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)（平行纖維）和過渡區(qū)結(jié)構(gòu)（纖維傾斜和密度變化）的組合。針針刺纖維氈的體積分?jǐn)?shù)Vfq 可以導(dǎo)出； (10- 19)式中為單元體的截面積。通常針總是刺穿織物，所以，則 (10- 20)b）造 3、粘結(jié)纖維網(wǎng)根據(jù)纖維粘結(jié)方式，可將

11、此類非織造布分為：（a）纖維自粘結(jié)（熱熔與熔噴纖維）；（b）纖維由粉末粘結(jié)劑粘結(jié)；（c）纖維熱軋熔融粘結(jié)；（d）纖維與浸漬液的粘結(jié)。第三節(jié) 織物的基本性能織物的性能涉及多方面的內(nèi)容，大致歸納起來分為三方面?？椢锏幕疚锢砗突瘜W(xué)性質(zhì)，取決于織物的結(jié)構(gòu)與組成；織物的可加工性，織物的易染整加工性和使用后的易處理與可再生性；織物應(yīng)用中的功能與作用，如耐用性，防護(hù)作用和易護(hù)理或易使用性。尤其是服用織物的舒濕性和與人體的協(xié)調(diào)性；裝飾類織物的各種穩(wěn)定性和不易污染與霉變；產(chǎn)業(yè)用織物的功能的有效性、耐各種老化和應(yīng)用場合的適應(yīng)性，極其重要。本節(jié)僅對織物的一些基本物理性能和與服用材料相關(guān)的易加工性和使用性能作基本介

12、紹。一織物的基本力學(xué)性能織物的力學(xué)性質(zhì)涵蓋多方面，如纖維和紗線的力學(xué)性質(zhì)，有靜態(tài)和動態(tài)力學(xué)性質(zhì)，以表征織物的基本力學(xué)特征；有在低負(fù)荷下的織物力學(xué)行為，以模擬實(shí)際穿著和手感風(fēng)格；有破壞和耐久試驗(yàn)，以討論織物各種破壞的形式、條件和耐久性。這里主要給出小負(fù)荷下的織物拉伸、彎曲、剪切、起拱等的描述。1織物的拉伸 織物位伸中的幾何結(jié)構(gòu)變化 (10- 21) 拉伸模量的估計情況A：情況B：情況C：情況D： 情況E： 織物各方向上的模量 (10- 22)式中， G為剪切模量；為織物的波松比；為位伸方向與經(jīng)紗方向的夾角。2織物的彎曲與起拱 織物的彎曲 ； 織物的起拱（Buckling）兩端握持的彈性體起拱的E

13、uler表達(dá)，臨界起拱力為： (10- 23)其彎曲的曲線微分方程為 (10- 24)式中，P為壓縮力；s為沿彎曲線的距離，其給出了曲率半徑與彎矩M=Py的關(guān)系，由此式經(jīng)整理可變?yōu)? (10- 25)3織物的剪切伸長方向上的應(yīng)變?yōu)?；原長為l0，則伸長后的長度為l= l0 (1+)。由于面積不變，垂直方向上長度的收縮應(yīng)為l0 /(1+)，小變形時可近似為l0(1-)。 (10- 26)這只是特定變形角度下的靜態(tài)方程，如果連續(xù)觀察在F作用下的位移和織物的向上收縮，即F力作功和重力W提升作功的差值為剪切變形功。由此 (10- 27)二、織物的耐久性耐久性質(zhì)討論的是織物破壞的力學(xué)行為，其包括拉伸、撕裂

14、、頂破、銳器割刺、沖擊、疲勞、磨損等機(jī)械的破壞，以及熱、光、電作用的降解、變形失效和擊穿破壞等。1拉伸斷裂與疲勞破壞2織物的雙軸向拉伸與頂破對球面膨脹： (10- 28)對園柱膨脹： 軸向應(yīng)力s1為 ； 圓周向應(yīng)力s2為 3撕裂破壞由單縫撕裂作用的三角區(qū)來看，所得的最大張力值為： (10- 29)當(dāng)橫向A紗的斷裂強(qiáng)力為Ty時： (10- 30)三織物的易護(hù)理性能織物的易護(hù)理（easy-care）性能通常是指織物在使用過程中的易于保養(yǎng)，便于使用，并能保持原有外觀特征的性能。如易洗快干、免燙或洗可穿、抗皺防縮、抗菌、防霉防蛀、機(jī)可洗、不易沾污、不易掉色和變色、不易起毛起球等性質(zhì)。其中起毛起球與織物

15、的磨損有關(guān)，往往歸耐久性討論。四、織物的其他性能服用織物最為人們所關(guān)注的性能還有織物的手感風(fēng)格，是織物在低應(yīng)力下的力學(xué)性質(zhì)、形狀特征和部分導(dǎo)熱性的綜合感覺；織物的視覺風(fēng)格，表達(dá)人們對織物外觀效果和色澤特征的綜合評價；織物的舒適性，反映織物熱濕傳導(dǎo)和與皮膚接觸的生理感覺；成衣加工所需的性質(zhì)，如可縫紉性（sewability）、尺寸穩(wěn)定性（dimensional stability）、可裁剪性（tailorability），抗靜電性等；以及特殊應(yīng)用的功能要求，如阻燃與耐高溫、拒水和防風(fēng)、耐酸堿和化學(xué)作用、防彈防刺割、高吸水、防護(hù)隔絕等。綜上所述的各種性能，可以將服用織物的基本性能歸納為五點(diǎn)：力學(xué)性

16、質(zhì)、審美學(xué)有關(guān)的性質(zhì)、生理需求的性質(zhì)、成衣可加工性質(zhì)和使用功能需求的性質(zhì)。第四節(jié) 織物的接觸舒適性織物視覺舒適性(visual comfort)，較多地體現(xiàn)人的心理直接感受，如面料的色彩、光澤、組織和形態(tài)?？椢锏臒釢袷孢m性(thermal comfort )，則反映人織物環(huán)境間微氣候（microclimate）對人體的作用，主要為人體的生理和物理感覺，如透氣導(dǎo)濕性，傳熱或保暖性等。觸覺舒適性(tactile comfort)，稱接觸舒適性，是指人體皮膚在受到外加織物或服飾作用時的生理感覺，具有被動和不可回避性。其作用位置是人體須遮蔽保護(hù)或保暖的皮膚。其作用形式則是局部的刺激和壓迫，往往是不愉悅

17、的感覺(discomfort)。這種刺激還會引起皮下神經(jīng)末梢的感應(yīng)和激發(fā)，刺激周圍感應(yīng)細(xì)胞，形成連鎖反應(yīng)，如分泌、散發(fā)、充血、細(xì)胞收縮和疲勞，其結(jié)果往往產(chǎn)生生理不適和心理不悅。一、 觸覺舒適性與皮膚構(gòu)造接觸的舒適感源于皮膚與織物接觸時，織物對表皮層下的感覺接受器（sensory receptor）的刺激。這些感受器即為人體的感覺神經(jīng)，其包括：觸覺感受器（touch receptor）、熱感受器（thermal receptor）和痛感受器（pain receptor）。皮膚與織物接觸時會產(chǎn)生各種感覺，其一般定性的描述是：癢或瘙癢（tickle，itch），刺癢或刺痛（prickle），刮擦癢（

18、scratchiness），局部壓迫(localized tightness)，接觸冷感或溫感(initial cool/warm feeling)，濕粘澀(wet and tacky clinging)，振動與拔拉汗毛(fibre shedding)，過敏反應(yīng)(allergic response)等，以及表面光滑或粗糙，堅硬或柔軟。接觸不適感主要包含三個方面的內(nèi)容：刺癢感，粘澀與濕冷感、局部壓迫不適。皮膚的結(jié)構(gòu)分為表皮層（epidermis）、真皮層（dermis）和皮下組織。表皮層有五層結(jié)構(gòu)，厚度為0.10.2mm。真皮層中含有豐富的神經(jīng)末梢（nerve fiber end）和小體感受器（

19、recepter），以及毛細(xì)血管、汗腺、皮脂腺和立毛肌。皮膚可感知的單一的接觸感覺有：觸/壓覺、冷/溫覺和痛覺。而對應(yīng)的感受體是觸壓感受小體（Meissner小體和Merkel細(xì)胞）、壓覺環(huán)層小體（Pacini 細(xì)胞），冷（Krause終球）、溫（Ruffini末端體）感受器和痛覺游離神經(jīng)末梢（free fiber ends）。二、織物的刺癢感當(dāng)作用外力大于某一閾值時（>75mgf），癢可能變換為痛的感覺。1刺癢的生理作用皮膚電極刺激實(shí)驗(yàn)表明，通常在長有汗毛的皮膚表層，痛覺神經(jīng)末梢分布最接近皮膚表層。要使受刺激神經(jīng)纖維產(chǎn)生反應(yīng)，必須施加一定程度的刺激，大部分的疼痛神經(jīng)都是如此。刺癢感產(chǎn)生

20、的閾值的探討還未見報道。2刺扎纖維的特征與作用不同纖維性狀及毛羽形態(tài)對人體產(chǎn)生的刺癢感是不同的。纖維性能與形狀，如直徑、長度和剛度是最為重要的影響因素。3織物的組織結(jié)構(gòu)織物結(jié)構(gòu)影響皮膚刺癢感，主要是織物組織的稀密程度和紗線的捻度大小?？梢越忉尀?，毛羽是一端被織物中的紗線所抱合握持，一端伸展在外的纖維。如果織物結(jié)構(gòu)松散，紗線捻度小，毛羽被握持一端的活動余地大。4其他作用和反應(yīng)刺癢的其他作用主要是指人穿著衣物過程中的一些化學(xué)刺激和皮膚過敏。三、 織物刺癢感的評價與消除1主觀評價方法顯然主觀評價方法與手感評價早期的主觀評價方法一樣。是以人體感覺器官的感受及描述為依據(jù)的，即在一定的外界刺激水平S下，刺

21、激的增量 DS與被測試者的主觀感應(yīng)量R的相互關(guān)系：或，故人為和環(huán)境影響很大。根據(jù)Weber-Fechner定律,心理反應(yīng)變化量DR與DS的關(guān)系為： (11. 21)式中K為常數(shù)，積分上式得，時，。所以， (11. 22)2客觀評價方法毛羽的測量法，纖維不起拱的刺扎力（critical buckling load）0.75mN，薄膜壓痕法，唱機(jī)劃片作用法等。 3織物刺癢感的消除方法四、觸覺舒適性的其它內(nèi)容織物的接觸冷、溫感的評價。織物與皮膚間的濕粘作用評價。人體的物理、化學(xué)調(diào)節(jié)作用的產(chǎn)生與表征仍鮮見報到。一 般 參 考 書參 考 文 獻(xiàn)第十章 思考題1 討論織物的一般結(jié)構(gòu)及其于用途間的相互關(guān)系。2 從織物結(jié)構(gòu)的角度討論織物功能化的方式與可能性。3 試述復(fù)合織物的基本定義與成形方法。4 試述紡織結(jié)構(gòu)材料的“維（Dimensional）”與“軸(axial)”的概念以及成形方式。5 討論多軸向綁結(jié)織物和多軸向編織織物的區(qū)別與作用。6 試述織物結(jié)構(gòu)不勻的內(nèi)涵、基本形式