經(jīng)編紡織品結(jié)構(gòu)對(duì)涂層整理性能的影響

經(jīng)編紡織品結(jié)構(gòu)對(duì)涂層整理性能的影響

紡織布局的分類是紡織布局根據(jù)紡織工藝開發(fā)的一種加工技術(shù)。它是在織物表面均勻涂抹一層親水化合物或其他親水化合物，以形成膜上的聚吡咯或其他建筑材料。它既能賦予織物各種性能,又能賦予織物獨(dú)特的風(fēng)格手感和外觀,且能大大提高產(chǎn)品的附加值,其效果是一般印染整理所難以達(dá)到的。特別是近十幾年,涂層產(chǎn)品被廣泛地用于產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域。目前,世界上涂層產(chǎn)品基布的生產(chǎn)技術(shù)絕大部分采用傳統(tǒng)的機(jī)織生產(chǎn)工藝,經(jīng)編用布所占的比例非常小。但是由于經(jīng)編織物的組織結(jié)構(gòu)具備的許多性能優(yōu)勢使其更適合應(yīng)用于復(fù)合材料,而且其生產(chǎn)效率高,還可以節(jié)省原材料,降低生產(chǎn)成本,因而得到了廣泛的重視,發(fā)展勢頭迅猛,正不斷替代其他產(chǎn)品。1雙軸向經(jīng)編結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)D.O.S.結(jié)構(gòu)(Directionallyorientedstructures,直接取向結(jié)構(gòu))是由經(jīng)編工藝生產(chǎn)的多層織物。利用這些工藝,完全平直、無卷曲的紗線可以按任何需要的角度襯墊到結(jié)構(gòu)當(dāng)中;可以設(shè)計(jì)織物特性用以提高在需要的方向上的面內(nèi)特性。因此生產(chǎn)出的織物是優(yōu)異的機(jī)械性能和低耗生產(chǎn)的理想組合1。D.O.S.結(jié)構(gòu)的類型有:單軸向、雙軸向、三軸向和多軸向,如圖1示。雙軸向經(jīng)編結(jié)構(gòu)(圖2(a)示)是由襯緯、襯經(jīng)機(jī)構(gòu)和一把地梳共同編織而成的,從而使長度方向和寬度方向分別得到加強(qiáng),是用于涂層后整理加工的尺寸穩(wěn)定的一種結(jié)構(gòu)。雖然經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)與機(jī)織物(圖2(b)示)從外觀上看都存在經(jīng)紗和緯紗,但該結(jié)構(gòu)卻具有許多機(jī)織物所無法比擬的性能優(yōu)勢。2延長測試2.1拉伸性能為了與國際上同類產(chǎn)品進(jìn)行比較,這里采用了英國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)BS3424method6A進(jìn)行織物的拉伸試驗(yàn)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn),試樣為矩形,總長為300mm,寬為50mm,中間測試部分為200mm,上下夾持端長度各為50mm,試樣尺寸見圖3。經(jīng)緯向各取5塊。本次拉伸試驗(yàn)在南通宏大HD026N電子織物強(qiáng)力儀上進(jìn)行,拉伸速度為200mm/min,夾距為200mm。試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度為(20±2)℃,相對(duì)濕度為(65±2)%。2.2無效數(shù)據(jù)及其基布結(jié)構(gòu)測試結(jié)果為測得多組數(shù)據(jù)的平均值,對(duì)于試樣在夾頭處斷裂和拉伸過程中發(fā)生試樣滑移的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均視為無效數(shù)據(jù)。試樣原料、基布結(jié)構(gòu)及其他性能指標(biāo)如表1示。機(jī)織物和經(jīng)編雙軸向織物拉伸時(shí)的負(fù)荷—伸長曲線如圖4示。2.3紗線拉伸性能從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中我們看到,兩種試樣原材料相同,基布結(jié)構(gòu)相類似,雖然經(jīng)編雙軸向織物的涂層比重比機(jī)織物少了將近10%,但其拉伸強(qiáng)力卻明顯高于機(jī)織物。其根本原因在于機(jī)織物結(jié)構(gòu)中的紗線是彎曲的,而經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)因襯入了平行排列的紗線,如圖5示,其拉伸強(qiáng)力得到顯著提高,紗線的物理機(jī)械特性利用率非常高。而機(jī)織結(jié)構(gòu)中由于紗線存在卷曲結(jié)構(gòu),織物處于一種不穩(wěn)定狀態(tài),在外力尚未完全施加于紗線之前,就有微量的伸長;當(dāng)承受外力時(shí),紗線潛能的一部分浪費(fèi)在垂直方向中推開其他的紗線,同時(shí)會(huì)有超過20%的強(qiáng)力損失。從圖4中還不難看出,經(jīng)編雙軸向織物的E-模量明顯高于機(jī)織物。這是因?yàn)闄C(jī)織結(jié)構(gòu)的紗線彎曲會(huì)對(duì)強(qiáng)力產(chǎn)生消極影響,機(jī)織物中的紗線彎曲甚至是紗線本身的加捻,都會(huì)影響到彎曲強(qiáng)力、E-模量、拉伸強(qiáng)力以及抗沖擊性能。與機(jī)織物結(jié)構(gòu)相反,在經(jīng)編雙軸向織物中,經(jīng)緯紗被平直襯入并拉緊,所以彎曲強(qiáng)力和E-模量非常高。最大的E-模量值可以通過平行纖維增強(qiáng)得以實(shí)現(xiàn)。3斷裂試驗(yàn)3.1織物強(qiáng)力測試這里采用了英國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)BS3424method7A舌形法進(jìn)行織物的撕裂試驗(yàn)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn),試樣大小為200mm×60mm,舌寬20mm,試樣尺寸如圖6示。經(jīng)緯向各取5塊。上夾頭夾持舌頭bc,下夾頭(活動(dòng)夾頭)分別夾持住ab和cd。在試驗(yàn)過程中,若試樣滑移或紗線從試樣中抽出,應(yīng)重新制備試樣。本次試驗(yàn)在南通宏大具有自動(dòng)繪圖功能的HD026N電子織物強(qiáng)力儀上進(jìn)行。撕裂速度為100mm/min,夾距為100mm。試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣溫度為(20±2)℃,相對(duì)濕度為(65±2)%。3.2原料、基布結(jié)構(gòu)及其他性能指標(biāo)測試結(jié)果為測得多組數(shù)據(jù)的平均值。試樣原料、基布結(jié)構(gòu)及其他性能指標(biāo)如表2示。機(jī)織物和經(jīng)編雙軸向織物撕裂時(shí)的負(fù)荷—時(shí)間曲線分別如圖7中(a)、(b)示。3.3抗撕裂性能優(yōu)化在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),經(jīng)編雙軸向織物的撕裂方式與機(jī)織物的完全不同。前者在撕裂過程中因紗線易于發(fā)生集聚而形成難看的撕裂外觀(圖8(a)),且撕裂無法正常持續(xù)進(jìn)行;而機(jī)織物則一般是一根紗線接一根紗線進(jìn)行撕裂,紗線間不會(huì)發(fā)生集聚現(xiàn)象(圖8(b))。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖8中不難看出,經(jīng)編雙軸向織物的撕裂強(qiáng)力和抗撕裂延展性能大大優(yōu)于機(jī)織物,其撕破強(qiáng)力幾乎是后者的兩倍。這是因?yàn)榻?jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)允許承擔(dān)載荷的紗線有較大的位移,因此當(dāng)撕裂持續(xù)進(jìn)行的時(shí)候,紗線發(fā)生集聚——首先是2根紗線,這會(huì)使持續(xù)撕破強(qiáng)力增倍;然后增加到5到6根紗線的集聚,這會(huì)使撕破停止,從而抵抗撕破的持續(xù)進(jìn)行。從結(jié)構(gòu)上來因此提高機(jī)織物抗撕裂延展性能的一種方法就是采用2/2巴拿馬編織(圖9)。該編織結(jié)構(gòu)中,經(jīng)紗和緯紗每隔一根經(jīng)紗就相互交叉,從而產(chǎn)生更大的可移動(dòng)性,更接近于D.O.S.結(jié)構(gòu)的性能。由于經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)的經(jīng)緯紗在織物面內(nèi)永遠(yuǎn)不會(huì)相互穿插,這使得該結(jié)構(gòu)除了具有良好的抗撕裂延展性能外,還具有優(yōu)良的抗初始撕裂的性能,因而是一種理想的織物增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。值得思考的是,不管采用舌形法還是梯形法來進(jìn)行撕裂試驗(yàn),試驗(yàn)前必須人為地在試樣上制造裂口,也就是說,如果沒有初始撕裂力,撕裂一塊涂層織物幾乎是不可能的2,如圖10所示。之后通過持續(xù)的撕裂來增加織物破壞的范圍是比較容易的,因而絕大部分人利用撕裂過程中獲得的持續(xù)撕裂強(qiáng)力作為評(píng)定織物撕裂性能的指標(biāo)。實(shí)際上織物在服用過程中,其撕裂破壞往往并不是像實(shí)驗(yàn)中做的那樣獲得初始撕裂力。如何考慮尋求另一種更符合實(shí)際情況的獲得初始撕裂力的方法,如用尖銳物體刺破織物是今后的研究方向。同時(shí),將初始撕裂力與持續(xù)撕裂力進(jìn)行比較,確定存在于兩者之間的一種內(nèi)在的關(guān)系參數(shù),從而得到一個(gè)總的抗撕裂力值參數(shù),該課題至今還未有人正式地研究過。4機(jī)織增強(qiáng)材料在涂層織物密度方面的應(yīng)用通過上述試驗(yàn)分析可知,較之傳統(tǒng)的機(jī)織物,經(jīng)編雙軸向織物用作涂層基布具有一系列非常符合應(yīng)用目的的性能優(yōu)勢,從而被認(rèn)為是高性能復(fù)合材料中增強(qiáng)織物的最佳選擇。(1)不像機(jī)織物的卷曲結(jié)構(gòu),經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)中的紗線是完全平直拉伸排列的,這使得經(jīng)編雙軸向織物具有下列特性:①紗線特性可被充分利用以承擔(dān)變形力;②高拉伸強(qiáng)力和E-模量;③織物設(shè)計(jì)簡單,織物特性可根據(jù)最終的產(chǎn)品用途預(yù)先進(jìn)行設(shè)計(jì)。(2)優(yōu)異的抗撕裂和抗撕裂延展性能。紗線層在受到負(fù)荷時(shí)會(huì)聚集到一起,因此要想破壞這種結(jié)構(gòu)需要較大的受力。(3)應(yīng)指出的是,機(jī)織增強(qiáng)材料在織物的密度方面有它的優(yōu)勢。在產(chǎn)品的拉伸強(qiáng)度一定的情況下,機(jī)織增強(qiáng)織物可以采用較細(xì)的原材料、較大的織物密度達(dá)到所需要的強(qiáng)力3。經(jīng)后整理后,成品較薄且柔軟。目前用來制作膜結(jié)構(gòu)建筑的涂層織物絕大部分是機(jī)織物,其強(qiáng)力通過其組織結(jié)構(gòu)密度的加大而得到很好的彌補(bǔ),而且機(jī)織物的卷曲結(jié)構(gòu)使其具備了一定的張力,這對(duì)于膜結(jié)構(gòu)材料來說是必要的。值得一提的是,當(dāng)使用一種D.O.S.結(jié)構(gòu)作為基布結(jié)構(gòu)經(jīng)PVC涂層后,除了尺寸更加穩(wěn)定外,紡織結(jié)構(gòu)的各種特性也大大得到改進(jìn)。經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)可在拉舍爾機(jī)上生產(chǎn),有的拉舍爾機(jī)上的襯緯機(jī)構(gòu)可對(duì)紗線進(jìn)行輕微的處理,可以使用較便宜、未加捻的紗線,從而可降低材料費(fèi)用。而且,由于最近襯緯系統(tǒng)的更新和發(fā)展,幅寬為447cm的機(jī)器的緯紗的邊紗浪費(fèi)可減少到2.18%。此外,經(jīng)編雙軸向結(jié)構(gòu)采用直接取向的平直紗線層,當(dāng)受到拉伸時(shí)紗線同時(shí)伸長,紗線的拉伸強(qiáng)力得到充分的利用,因此織物密度可以減少,這使得織物在具有很高的總體強(qiáng)力下可減少質(zhì)量。從經(jīng)濟(jì)的眼光來看,可以節(jié)約原材料,從而降低生產(chǎn)費(fèi)用。目前市場上最受歡迎的復(fù)合材料織物——經(jīng)編雙軸向增強(qiáng)非織造布,在獲得與機(jī)織物同等水平的物理性能下,其原料消耗僅為機(jī)織物的50%。在目前的國內(nèi)外市場上,一些功能涂層產(chǎn)品也越來越受到廣大用戶的青