陳翠婷， 陳思霞，眭建華

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006；2.江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 紡織絲綢產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所，江蘇 南通 226018；3.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州)，江蘇 蘇州 215006)

PTT類織物形狀記憶功能的測試方法

陳翠婷1,2,3， 陳思霞1，眭建華1,2,3

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215006；2.江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 紡織絲綢產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所，江蘇 南通 226018；3.現(xiàn)代絲綢國家工程實驗室(蘇州)，江蘇 蘇州 215006)

為探求PTT類面料形狀記憶功能的客觀測試評價方法，自行研制矩形溝槽式和滑塊式仿平撫測試裝置，設(shè)計了相應(yīng)的試驗與評判方法.試驗中，采用棉、蠶絲、黏膠絲、PET及Milk/Tencel混紡等普通面料和純PTT、PTT與PET交織的面料進(jìn)行可塑成形定性試驗，結(jié)果表明僅有純PTT、PTT與PET交織、高緊密結(jié)構(gòu)PET織物具有可塑性.進(jìn)一步對可塑性面料進(jìn)行可塑成形和形狀恢復(fù)的定量對比，結(jié)果如下：自行設(shè)計的面料形狀記憶功能測試方法的CV值在5%以內(nèi)，該方法有較好的參考價值；以PTT纖維為經(jīng)緯絲線原料，配置平紋組織等緊密結(jié)構(gòu)和一定的經(jīng)緯交織密度，可以使面料的形狀可塑且形狀恢復(fù)的性能得以提高；在原料、組織、緊密度這3個影響因素中，纖維原料最為重要，PTT纖維顯然優(yōu)于其他纖維.

形狀記憶織物；可塑成形性能；形狀恢復(fù)性能；測試評價方法

PTT纖維是從石油及生物玉米工藝路線通過PTA與PDO聚合、紡絲制成的新型聚酯纖維[1].雖然PTT面料具有的形狀記憶功能并非研發(fā)者的初衷，但形狀記憶這個概念一經(jīng)提出,便帶來了一個熱火朝天的市場，新產(chǎn)品層出不窮，甚至將概念原意也模糊成了記憶面料.

由PTT纖維引發(fā)的形狀記憶面料開發(fā)熱潮至今已有十多個年頭，關(guān)于面料形狀記憶功能的測試評價也有諸多報道，但尚未有文獻(xiàn)提出一個易于操作和測評的具體方法[2-6].有關(guān)資料表明，所謂面料的形狀記憶功能，包含面料易于可塑成形功能和易于恢復(fù)原狀功能.可塑成形功能指面料受一定外部作用后從原始形狀變成某一擬定形狀的能力，恢復(fù)原狀功能指已成形的面料在一定外部作用下又能回到原始形狀的能力[7-13].鑒于此，本課題自行設(shè)計了可塑成形和形狀恢復(fù)測試裝置.

1 測試裝置的制作與試驗方法的設(shè)計

1.1 溝槽式可塑成形測試裝置

1.1.1 裝置的制作

溝槽式可塑成形測試裝置如圖1所示.

圖1 矩形槽式成形裝置Fig.1 Rectangular groove forming device

該裝置由槽座和壓條組成，槽座為橫向并列的3個尺寸與隔距相同的矩形溝槽，溝槽寬度b=10 mm，高度h=15 mm，長度l=100 mm.設(shè)計溝槽間隔距a為測試變化值，分別為 2 mm，6 mm和10 mm.壓條數(shù)量與槽模的溝槽數(shù)量相等，寬度b′比b大2～3 mm，以便將一定厚度的測試樣布卡入溝槽，高度h′比h大5～10 mm，長度l′比l大5～10 mm，以便試驗操作.測試需要另行配備厚度為0.1 mm的單面貼膜，試驗時可對不同厚度的樣布采用不同層數(shù)的貼膜加以調(diào)整.

1.1.2 試驗方法

(1)樣布準(zhǔn)備

分別沿經(jīng)向、緯向和45°斜向剪取10 cm×10 cm的樣片，熨平并置于恒溫恒濕室內(nèi)平衡24 h，溫度為(20±2)℃，濕度為(65±2)%.測量樣布厚度，貼膜調(diào)整壓條寬度b′.

(2)嵌條塑形

將樣片平鋪置于矩形槽模上方并對齊方向，將壓條輕輕嵌入溝槽，使織物產(chǎn)生凹凸造型，如圖2中(a)與(b)所示，壓條上方外加5 kg的壓力，時間為5 min.

(3)取樣懸掛

去除壓力，靜置5 min，輕輕取出壓條，夾持樣片一側(cè)取出樣片，自然懸掛30 min，如圖2中的(c)、(d)和(e)所示.

(4)測試評定

①將樣片輕輕平鋪于水平臺板上，如圖2(f)所示，觀察樣片的基本成形狀況，如布面拱起和壓印折痕同時存在，則其具有形狀可塑能力.

圖2 織物形狀可塑試驗設(shè)計Fig.2 Design of fabric shape plasticity test

②用游標(biāo)卡尺測取形狀可塑樣品每個拱起部分的最大高度，取平均值，分別記為Hji，Hwi，Hxi，樣品個數(shù)為5，用公式(1)取平均值，分別記為Hj，Hw，Hx,單位為mm，精度為0.1 mm.H值越大，說明樣品的可塑成形性能越好.公式(1)如下：

(1)

1.2 滑塊式形狀恢復(fù)測試裝置

圖3 滑塊式平撫裝置Fig.3 Sliding block stroking device

1.2.1 裝置的制作

設(shè)計制作的滑塊式平撫裝置模擬人手快速平撫織物的過程(人的手掌溫度忽略)，如圖3所示.裝置主要由試驗水平臺板、樣布夾、滑塊、滑塊導(dǎo)軌、牽引線、導(dǎo)輥、滑輪、重力碼組成.試驗水平臺板為長500 mm、寬 270 mm的長方形平板，沿長度方向配有刻度尺.滑塊為長120 mm、寬30 mm、質(zhì)量200～300 g的長方條形金屬塊，滑塊在重力碼的牽引下可沿導(dǎo)軌自左向右滑動.

1.2.2 試驗方法

(1)樣布準(zhǔn)備

分別沿經(jīng)向與緯向剪取210 mm×100 mm的樣片各5塊，熨平并置于恒溫恒濕室內(nèi)平衡24 h，溫度為(20±2)℃，濕度為(65±2)%.

(2)折疊成形

將樣片沿長度方向往復(fù)折疊，單向折幅為20 mm，往返10次(折疊部分的總長度為200 mm)，施加 5 kg的壓力，時間為24 h.然后，去除壓力，將樣片置于水平臺板上自然恢復(fù)5 min，讀取刻度尺上樣片的長度，取平均值，記作L0,單位為mm，精度為0.1 mm.

圖4 織物塑形恢復(fù)試驗設(shè)計Fig.4 Design of fabric shape recovery test

(3)滑撫試驗

用樣布夾將樣片未折疊部分(10 mm)夾持，輕輕將滑塊靠貼樣布夾置于樣片上方，滑塊接上牽引線，牽引線的滑輪下方掛上100 g的重力碼.快速釋放重力碼，使滑塊平貼樣片快速滑過，試驗過程如圖4中(a)與(b)所示.

(4)測試評定

撤去滑塊，靜置5 min后，讀取刻度尺上樣片的長度，記為Li，單位為mm，精度為0.1 mm.運用公式(2)計算樣片的折痕回復(fù)率εi，樣品個數(shù)為5，用公式(3)取平均值ε.ε值越大，試樣的形狀恢復(fù)性能越好.公式(2)和公式(3)如下：

(2)

(3)

2 驗證

2.1 試驗材料

樣品的材質(zhì)、組織、交織密度等規(guī)格如表1所示.

表1 樣品規(guī)格Tab.1 The sample specification

2.2 驗證方法

(1)采用1.1.2提出的方法，以a值為2 mm對1#至8#結(jié)構(gòu)相近、材質(zhì)不同的樣品進(jìn)行可塑成形試驗，根據(jù)樣品的成形效果判斷哪些材質(zhì)的織物具有可塑成形性能.

(2)分別以a值為6 mm和10 mm對表1中具有可塑成形性能的樣品進(jìn)行可塑成形測試.結(jié)合a值為2 mm時的測試結(jié)果，對取得的Hj，Hw，Hx進(jìn)行相關(guān)性分析，以選定試驗a的值.進(jìn)一步按公式(4)進(jìn)行H值的CV值計算，以分析本方法的可采信情況.公式(4)如下：

(4)

(3)采用已選定的a值對9#至11#樣品進(jìn)行可塑成形測試，與1#至8#樣品中具可塑成形性能的樣品在該a值下的測試結(jié)果進(jìn)行可塑成形性能與織物結(jié)構(gòu)關(guān)系的分析.

(4)對所有具有可塑成形功能的樣品按1.2.2提出的方法進(jìn)行形狀恢復(fù)試驗，分析織物形狀恢復(fù)性能與織物材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系.按公式(5)進(jìn)行ε值的CV值計算，分析本試驗方法的可采信情況.公式(5)如下：

(5)

3 結(jié)果與討論

3.1 織物可塑成形性能試驗

試樣的可塑成形性能測試結(jié)果如表2所示.

表2 織物的可塑成形性能測試結(jié)果Tab.2 Plasticity test results for fabrics

注：9#至11#樣品僅是在結(jié)構(gòu)上與1#至8#樣品不同，故未做視覺判別.

由表2的視覺結(jié)果可以看出：1#至5#樣品均為非PTT纖維織物，沒有形狀可塑效果；6#樣品為純PTT纖維織物，可塑效果最為明顯；7#樣品為PTT與PET交織織物，有一定的可塑性能；8#樣品雖然是純PET織物，但由于織物密度很高，也有一定的可塑性能.

不同a值下各向測試的H值相關(guān)性分析結(jié)果如表3所示.從表3可以看出，當(dāng)a=6 mm時，各向H值的相關(guān)系數(shù)基本在0.95以上，與a=2 mm和a=10 mm時相比，試驗結(jié)果最為穩(wěn)定，故可塑成形試驗宜采用a=6 mm.

表3 不同a值下的H值相關(guān)性系數(shù)Tab.3 Correlation coefficient of H value under different a values

9#樣品的絲線規(guī)格和經(jīng)緯交織密度基本與6#樣品一致，但其各向H值均明顯小于6#樣品.分析認(rèn)為，6#樣品采用平紋組織，其平均浮長為1，織物交織最為緊密；9#樣品采用斜紋組織，平均浮長為2，結(jié)構(gòu)有所松弛，織物結(jié)構(gòu)的松緊明顯影響其可塑成形性能.

10#樣品的試驗結(jié)果又明顯小于9#樣品.分析認(rèn)為，由于10#樣品使用了線密度小的緯線，雖然密度有所提高，但仍然會導(dǎo)致可塑成形性能的下降.

11#樣品的試驗結(jié)果與9#樣品相比，各H值有所提高.分析認(rèn)為，這兩個樣品的絲線線密度與經(jīng)緯密度規(guī)格基本相同，都采用了平均浮長為2的斜紋組織，但由于11#樣品局部配置了平紋的一上一下結(jié)構(gòu)，其可塑成形性能提高.

8#樣品雖然采用了平紋組織和與6#相同線密度的絲線，經(jīng)緯密度配置還高于6#樣品，但試驗得到的H值還略低于10#樣品，這說明材料形狀記憶功能的影響程度更為突出.

當(dāng)a=6 mm時，6#至11#樣品H值的CV值如表4所示.從表4可以看出，各向H值的CV值均小于5%，本試驗裝置和試驗方法可以采信.

3.2 織物塑形恢復(fù)性能試驗

樣品的塑形恢復(fù)性能測試結(jié)果如表5所示.

表4 a=6 mm時的CV值Tab.4 The value of CV when a is 6 mm %

表5 樣品塑形恢復(fù)性能測試結(jié)果Tab.5 Results of fabric shape recovery test %

從表5中可以看出：

(1)6#純PTT形狀記憶織物的塑形恢復(fù)性能最好，9#至11#樣品的塑形恢復(fù)性能略低于6#樣品，7#樣品為PTT×PET/PTT交織半記憶織物， 8#樣品為純PET仿記憶織物，均有一定的塑形恢復(fù)性能.

(2)9#樣品的絲線規(guī)格和經(jīng)緯交織密度與6#樣品基本一致，但其各向ε值均明顯小于6#樣品.分析認(rèn)為，6#樣品采用平紋組織，9#樣品采用斜紋組織，織物結(jié)構(gòu)的松緊明顯影響其塑形恢復(fù)性能.

(3)10#樣品相對于9#樣品，緯線線密度減少，但是緯密有所增加，故對測試結(jié)果的影響不大.

(4)11#樣品的各向ε值均大于9#樣品，分析認(rèn)為，這兩個樣品的絲線線密度與經(jīng)緯密度規(guī)格基本相同，而且都采用了平均浮長為2的斜紋組織，但由于11#樣品局部配置了平紋的一上一下結(jié)構(gòu)，其塑形恢復(fù)性能提高.

(5)6#至11#樣品折痕恢復(fù)率的CV值基本在5%以下，本試驗裝置和試驗方法可以采信.

4 結(jié)論

(1)采用矩形溝槽測試裝置，配置溝槽隔距a為6 mm，對PTT纖維類形狀記憶面料的可塑成形性能進(jìn)行測試，CV值控制在5%以內(nèi)；采用滑塊平撫式測試裝置，對該類面料的形狀恢復(fù)性能進(jìn)行測試，CV值控制在5%以內(nèi).故認(rèn)為，本研究設(shè)計的面料形狀記憶功能測試方法是可行的.

(2)試驗結(jié)果表明，以PTT纖維為經(jīng)緯絲線原料配置平紋組織等緊密結(jié)構(gòu)和一定的經(jīng)緯交織密度，可以使面料形狀可塑與恢復(fù)的性能得以提高.在原料、組織、緊密度這3個影響因素中，纖維原料最為重要，PTT纖維顯然優(yōu)于其他纖維.

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Study on testing method of PTT fabric shape memory function

CHEN Cuiting1,2,3, CHEN Sixia1, SUI Jianhua1,2,3

(1.CollegeofTextileandClothingEngineering,SoochowUniversity,Suzhou215006,China;2.ModernTextileandSilkScience&IndustrialTechnologyResearchCenter,Nantong226018,China;3.NationalEngineeringLaboratoryforModernSilk(Suzhou),Suzhou215006,China)

In order to explore an objective test to evaluate shape memory function for PTT fabrics, we developed a rectangular groove forming device and a sliding block stroking device and put forward the test method and evaluation method. In the experiment, we chose PTT, PTT/PET and common material fabrics, such as cotton, silk, viscose, PET and Milk/Tencel, for the plastic forming qualitative test. The results showed that PTT, PTT/PET fabric and PET fabric with high compact structure has plasticity. Further quantitative comparison of plastic forming and shape recovery of plastic fabrics was tested. Results showed that theCVvalues of the shape memory function testing method of the designing fabrics is less than 5%, which means that this method has a good reference value. Choosing PTT fiber as warp and weft yarn, right warp and weft density and compact structure, such as plain weave, can improve fabric shape plasticity and shape recovery performance. Among the three factors of materials, structure and compactness, the fiber material is the most important, and the PTT fiber is obviously superior to other fibers.

shape memory fabric; plastic forming performance; shape recovery performance; testing evaluation method

2017-02-27

陳翠婷(1993-)，女，江西贛州人，碩士研究生，主要研究方向為紡織材料與紡織品設(shè)計.

眭建華(1965-)，男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向為紡織材料與紡織品設(shè)計.E-mail：suijianhua@suda.edu.cn.

TS157

A

1674-330X(2017)02-0005-06