Chap10织物的结构与性能

纺织物理Chap10织物的结构与性能织物的应用：按用途分为12个类别：1、农用类（Agrotech）：2、建筑类(Buildtech)：3、服装类（Clothtech）：4、土工类（Geotech）：5、家装类（Hometech）：6、工业类（Indutech）：7、医用类（Meditech）：8、交通类（Mobiltech）：9、环保类（Oekotech）：10、包装类（Packtech）：11、防护类（Protech）：12、体育类（Sporttech）：纺织物理Chap10织物的结构与性能一、织物的结构分类与名称织物的分类方法众多，可以根据加工方法、成形方式、基本性能、选用纤维或纱线、织物组织和结构、厚度和轻重、用途和功能等进行分类。但作为织物结构、性能和成形的相互关系讨论，则较多地运用直接相关结构特征和成形方式进行分类。纺织物理Chap10织物的结构与性能问题：★单一或复合、二维或三维织物的结构均有定性的阐述，对结构与常用性能间的关系也有讨论。★但对织物结构、性能、成形及其相互间关系的定量描述还显得比较粗浅，尤其是对复杂结构织物及其定量表征与实际存在较大差距。纺织物理Chap10织物的结构与性能纺织物理Chap10织物的结构与性能1、A类织物A类为纱线按一定的排列组合结构形成织物。2、B类织物B类结构中，纱线以粘结的方式成形。3、C类织物C类织物为非织造布4、纤维类和非纤维类片状物D类为胶质物质将纤维粘结在一起，并与微孔共同构成稳定的结构。E类薄片一般为均匀结构膜，可以是“合金”物质，亦可为多孔结构，一般较多地以涂层和覆膜成形。纺织物理Chap10织物的结构与性能二、复合和层合织物各类织物简单层合构成复合织物，以及混合、组合、交叉等方式构成复杂复合织物。纺织物理Chap10织物的结构与性能三、常用织物的结构特征常用织物主要是指一般民用的普通机织物、针织物、编织物和非织造布。纱线相互交织成形（interweaving），如机织物；纱线相互圈结成形（interlooping），如纬编和经编织物；纱线相互缠绕扭结成形（intertwiningorinterlacing），如编结织物；纤维相互粘结或纠缠成形，如毛毡和非织造布；基布表面成圈或簇绒成形（terry-loopingortufting），如机织、针织起绒织物和地毯。纺织物理Chap10织物的结构与性能四、特殊织物结构指的特殊织物是在成形方式和结构上，为非常规方法直接所得的织物，这类织物主要为多层复合织物，如柔性建筑顶蓬织物；纺织结构材料，如增强编织材料、人造血管与肌腱；涂层复合织物，如过滤防护材料。纺织物理Chap10织物的结构与性能五、织物结构的作用与不均匀性1、织物结构对最终用途的影响2、织物结构的不均匀性织物结构的不均匀性受纤维或纱线形态和弱节的影响。但多道加工的纤维混合，纱线织物的组合，原先的弱节已被弱化。实际织物的结构不均匀性主要表现在三个方面：★织物组织结构不均匀，普通织物是均匀结构，而复杂织物组织为不均匀结构★纤维或纱线的排列的方向性引起的结构不对称性和层合与起绒织物的各向异性★构成织物单元（如纱线或纤维）聚集的缺陷和织物接缝或使用中的结构缺陷纺织物理Chap10织物的结构与性能第二节织物几何结构与表征一、机织物的几何结构1、Peirce的几何模型Peirce（1937）对机织物的几何模型作了下述近似描述，假设纱的截面为圆形，不考虑纱的抗弯性，并内应力为0，其几何模型为下图：纺织物理Chap10织物的结构与性能图中各几何参数为：a=(l-Dθ)cosθ+Dsinθh=(l-Dθ)sinθ+D(1-cosθ)1alaalclalal1纺织物理Chap10织物的结构与性能2、非圆形纱线的几何结构参数弹性曲线的曲率半径可以由下式表达当时，达最大值（大于由Peirce模型导出的曲率半径值）sin82xaFxm2/axsin4maxa纺织物理Chap10织物的结构与性能3、紧密织物的几何学紧密织物中纱线的截面肯定发生变形，如用椭圆形截面，无法积分解出，故大多采用“跑道形”截面。这种假设，在A、B之间纱的截面为圆形，仍采用Peirce的模型。纱的间距为：式中，B=b1+b2为经、纬纱的厚度值之和；w为纱线跑道距截面的宽度值。由于，；且，可得：)(22bwhBa2'2)(aBh)('bwaaBhh211)(1)(122'222'1BaBa纺织物理Chap10织物的结构与性能4、机织物的厚度与体积分数机织物的厚度，考虑表面毛羽的影响，在几何概念上大致可分为四种厚度，分别为：①含毛羽的厚度Tmax；②织物结构相厚度Ts；③织物为等支持面时的厚度T0；④织物的压缩变形厚度T,即织物受压力P作用时的厚度。织物中的纤维填充密度取决于纤维所占的体积，平纹织物的体积分数Vf为；式中，为纤维在纱中的堆砌分数；T为织物的厚度，T≈D=2d，纱线的织造角θ为：)/()/(4)/(242dTdadlVf)/arctan()3)/(/2arctan(2adda纺织物理Chap10织物的结构与性能二、针织物的几何结构1、线圈长度与密度Peirce将其在机织物几何模型的概念推广到针织物，考虑一个针圈在两个正交的近似圆柱体上。则其线圈长度为：式中，C是横向圈距；W是纵向圈距（或圈高）；d为纱线的直径。dWCl94.52纺织物理Chap10织物的结构与性能根据针织物的横密PC和纵密PW的定义，得：;；理论上，圈距的乘积应该是正比于线圈长度的平方，即：或式中为线圈密度。Munden是结果证实了这一关系。并且得未充满系数和其它参数关系：；；；；CPC/50WPW/50CWl22/1lPPPWCPdlWClk21Clk2Wlk3WCk4纺织物理Chap10织物的结构与性能2、Munden的几何模型Munden给出了针织线圈模型，其假设与Peirce的弹性模型相同，讨论线圈AB段的特征。在A、B点作用力间的距离是织物的纵向间距W，A、B点垂直线间的距离相当于纱线直径d，由前机织物的推导式可知，并有但其中为是很难测得的值，线圈有三维空间的弯曲。)1(rimABCWlrimCWd34rimCWWlAB/)(纺织物理Chap10织物的结构与性能3、针织物的厚度与体积分数有关针织物的体积分数，有别于覆盖系数，可更为精确地表达织物的填充密度。三轴方向，为长度方向（纵向）；是宽度方向（纵向）；为织物的厚度；为纱线的取向角。并假设纱线为圆形，直径为，当纱向积压时，则有：；；或；eadedT22'X2/WXY2/CYTZ22dWdXcossin12max2dCdYcos1tandXdZ2纺织物理Chap10织物的结构与性能若纤维在纱中堆砌的体积分数为，针织物的体积分数可被导出：针织物的体积分数相对机织物来说较低，时，纱线就开始挤压。)/2(tan1)/()/2(tan1cos2)/()/()/(1822YddYXddXdYdXVf纺织物理Chap10织物的结构与性能三、非织造布几何结构1、毛毡传统的毛毡，是由羊毛纤维穿插运动而纠缠成毡的结果。其它纤维采用针刺纠缠的方法，使纤维集合成毡。用针刺、编缝、粘结的方法，可以生产高质量的织物。纺织物理Chap10织物的结构与性能2、针刺纤维毡针刺毡为非均相结构，其为针刺点的纠缠结构（竖直和纠缠纤维及其针刺点分布与密度），原纤维网结构（平行纤维）和过渡区结构（纤维倾斜和密度变化）的组合。针刺毡纤维的体积分数Vfθ可以导出：;式中为单元体的截面积。通常针总是刺穿织物，所以，则：cos/zfflVVucpAA/yxAuc1zlcos/ffVV纺织物理Chap10织物的结构与性能3、粘结纤维网根据纤维粘结方式，可将此类非织造布分为：⑴纤维自粘结（热熔与熔喷纤维）；⑵纤维由粉末粘结剂粘结；⑶纤维热轧熔融粘结；⑷纤维与浸渍液的粘结。纺织物理Chap10织物的结构与性能第三节织物的基本性能织物的性能涉及多方面的内容，大致归纳起来分为三方面：织物的基本物理和化学性质，取决于织物的结构与组成；织物的可加工性，织物的易染整加工性和使用后的易处理与可再生性；织物应用中的功能与作用，如耐用性，防护作用和易护理或易使用性。尤其是服用织物的舒适性和与人体的协调性；装饰类织物的各种稳定性和不易污染与霉变；产业用织物的功能的效用性、耐各种老化和应用场合的适应性，极其重要。纺织物理Chap10织物的结构与性能一、织物的基本力学性能织物的力学性质涵盖多方面，如纤维和纱线的力学性质，——有静态和动态力学性质，以表征织物的基本力学特征；有在低负荷下的织物力学行为，以模拟实际穿着和手感风格；有破坏和耐久试验，以讨论织物各种破坏形式、条件和耐久性。这里主要给出小负荷下的织物拉伸、弯曲、剪切、起拱等描述。纺织物理Chap10织物的结构与性能1、织物的拉伸（1）织物拉伸中的几何结构变化（2）拉伸模量的估计情况A：情况B：情况C；情况D：情况E：（3）织物各方向上的模量式中，G为剪切模量；v12为织物的波松比；α为拉伸方向与经纱方向的夹角。ccdadh5.11242211214sincossin)21(cos1EEvGEE纺织物理Chap10织物的结构与性能2、织物的弯曲与起拱（1）织物的弯曲BF=nBy·（2）织物的起拱（Buckling）两端握持的弹性体起拱的Euler表达，临界起拱力为：其弯曲的曲线微分方程为：式中，P为压缩力；s为沿弯曲线的距离，其给出了曲率半径与弯矩M=P·y的关系，由此式经整理可变为：c11)1)(1(cnBByF224lBPFcryPdsdBFdds)cos(cos2PBddsF纺织物理Chap10织物的结构与性能3、织物的剪切伸长方向上的应变为ε；原长为l0,则伸长后的长度为：l=l0(1+ε)。由于面积不变，垂直方向上长度的收缩应为：l0/(1+ε)，小变形时可近似为l0(1-ε)。S=F-F′=F-Wtanθ这只是特定变形角度下的静态方程，如果连续观察F作用下的位移dx和织物的向上收缩dy，即F力作功和重力W提升作功的差值为剪切变形功。由此：Sdx=Fdx-Wdy=()dx有效剪切力即为：S=，此式可以应用于织物的剪切作用分析。dxdyWFdxdyWF纺织物理Chap10织物的结构与性能二、织物的耐久性耐久性质讨论的是织物破坏的力学行为，其包括拉伸、撕裂、顶破、锐器割刺、冲击、疲劳、磨损等机械的破坏，以及热、光、电作用的降解、变形失效和击穿破坏等。纺织物理Chap10织物的结构与性能1、拉伸断裂与疲劳破坏2、织物的双轴向拉伸与顶破对球面膨胀：对圆柱膨胀：轴向应力σ1为：圆周向应力σ2为：3、撕裂破坏由单缝撕裂作用的三角区来看，所得的最大张力值为：T===当横向A纱的断裂强力为Ty时：Ty=tPR221tPR21tPR2NiiP11NiiP1111NP11NP纺织物理Chap10织物的结构与性能三、织物的易护理性能织物的易护理（easy-care）性能通常是指织物在使用过程中的易于保养，便于使用，并能保持原有外观特征的性能。如易洗快干、免烫或洗可穿、抗皱防缩、抗菌、防霉防蛀、机可洗、不易沾污、不易掉色和变色、不易起毛起球等性质。其中起毛起球与织物的磨损有关，往往归耐久性讨论。纺织物理Chap10织物的结构与性能四、织物的其他性能服用织物最为人们所关注的性能还有织物的手感风格，是织物在低应力下的力学性质、形状特征和部分热导性的综合感觉；织物的视觉风格，表达人们对织物外观效果和色泽特征的综合评价；织物的舒适性，反映织物热湿传导和与皮肤接触的生理感觉；成衣加工所需的性质，如可缝性（sewability）、尺寸稳定性（dimensionalst