無縫針織運(yùn)動(dòng)服織物組織拉伸性能評價(jià)與應(yīng)用

趙欲曉，李秀青，宋彥杰，李 月

(北京服裝學(xué)院，北京 100029)

無縫針織服裝是一種一體成型類產(chǎn)品，其采用固定的筒徑和針數(shù)，通過組織和原料變化得到具有三維曲面形態(tài)的針織服裝，其結(jié)構(gòu)有別于普通針織或機(jī)織面料裁剪縫制的服裝[1]。無縫針織服裝通過材料的選擇和組織結(jié)構(gòu)的配合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的舒適感和塑形效果。

目前，主要對從編織工藝和染整工藝方面，無縫針織技術(shù)進(jìn)行研究，探討分析針織物的變形機(jī)制和尺寸穩(wěn)定性的影響因素[1-3]。無縫針織主要用于襪子和針織內(nèi)衣的工業(yè)化生產(chǎn)，研究者多從壓力舒適性和熱濕舒適性方面對多項(xiàng)服用性能指標(biāo)進(jìn)行測試[4-5]。針對運(yùn)動(dòng)服，應(yīng)用關(guān)聯(lián)分析理論對織物的透濕性、速干性、透氣性、彈性等服用性能進(jìn)行評價(jià)優(yōu)選[6]。

通過織物拉伸實(shí)驗(yàn)，結(jié)合不同運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下體表皮膚的變化規(guī)律，可以有效地將面料拉伸度與體表皮膚變化相匹配?；诖?，本文研究對織物組織結(jié)構(gòu)和拉伸性能之間的關(guān)系，進(jìn)行分析研究，以期為該類針織運(yùn)動(dòng)服裝的開發(fā)提供一定的技術(shù)依據(jù)和參考價(jià)值。

1 織物試樣設(shè)計(jì)

1.1 編織設(shè)備

選擇單針筒SM8-TOP2無縫針織圓機(jī)(意大利圣東尼公司)進(jìn)行編織。該機(jī)型結(jié)合了襪機(jī)和提花圓機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，采用多級(jí)電子選針技術(shù)，利用多次選針來實(shí)現(xiàn)復(fù)合花型的編織。通過電動(dòng)機(jī)控制成圈三角和針盤的升降運(yùn)動(dòng)來控制編織的速度和線圈的大小。

SM8-TOP2針織圓機(jī)主要由給紗機(jī)構(gòu)、送紗機(jī)構(gòu)、牽拉卷取機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電子控制機(jī)構(gòu)組成。給紗機(jī)構(gòu)由8個(gè)IRO SFE儲(chǔ)紗器、8個(gè)BTSR KTF/25HP包覆氨綸傳輸器、8個(gè)LGL SMART長絲輸送器和8個(gè)ELAN裸氨紗輸送器共同構(gòu)成[7]。

1.2 組織結(jié)構(gòu)及編織方案

考慮透氣性和液態(tài)水分管理能力在后續(xù)產(chǎn)品研發(fā)中的要求，通過前期比對，優(yōu)選出聚酯纖維71.2%、丙綸22.7%、氨綸6.1%作為原料紗線的配比方案。

使用GRIPHIC6軟件進(jìn)行無縫針織織物組織結(jié)構(gòu)的編寫，組織結(jié)構(gòu)的程序語言只可識(shí)別GRIPHIC6軟件色板界面左側(cè)的前4種顏色，且與面紗和底紗選針器的工作狀態(tài)相對應(yīng)，代表面紗、底紗的選定和編織控制程序：黑色代表底紗和面紗均不編織；綠色代表面紗不編織、底紗編織；紅色代表面紗編織、底紗不編織；黃色代表面紗和底紗都編織?；窘M織結(jié)構(gòu)單元編寫方法如圖1所示，圖中■、▲、●和□分別對應(yīng)GRIPHIC6軟件色板中的黑、綠、紅、黃4種顏色。

圖1 基本組織結(jié)構(gòu)單元編寫方法

選擇最具代表性的平紋組織、羅紋組織、網(wǎng)眼組織、間隔抽條組織、交錯(cuò)抽條組織等組織結(jié)構(gòu)，部分對應(yīng)織物外觀效果見圖2，根據(jù)針數(shù)和針法的不同，設(shè)計(jì)了多種組織結(jié)構(gòu)并進(jìn)行分析。

圖2 代表性組織結(jié)構(gòu)的織物外觀

1.3 各種組織的基本性能

14種面料試樣組織結(jié)構(gòu)與規(guī)格見表1。從組織結(jié)構(gòu)的基本測試可以看出，常見的平紋和羅紋組織結(jié)構(gòu)在厚度和面密度上比較適中；因?yàn)橥庥^的需求，立體提花和抽條結(jié)構(gòu)的厚度較一般組織結(jié)構(gòu)更厚，適用于身體需要保暖且可以突出設(shè)計(jì)的部位。點(diǎn)狀交錯(cuò)結(jié)構(gòu)可有效減少織物與身體的接觸點(diǎn)，有效提高穿著舒適性。

表1 面料組織結(jié)構(gòu)與規(guī)格

2 面料拉伸性能實(shí)驗(yàn)

針織物在穿著過程中，因彈性良好，經(jīng)向和緯向會(huì)互相牽扯影響。因此，實(shí)驗(yàn)階段分別對試樣做經(jīng)向和緯向的拉伸測試，對拉伸結(jié)果進(jìn)行比對和分析。

實(shí)驗(yàn)儀器：INSTRON強(qiáng)力拉伸機(jī)(美國英斯特朗和香港理工大學(xué)聯(lián)合研發(fā))。

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：按照FZ/T 70006—2004《針織物拉伸彈性回復(fù)率試驗(yàn)方法》進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)驗(yàn)方法分為定伸長(率)拉伸彈性回復(fù)率測試和定力拉伸彈性回復(fù)率測試2部分。按照需求，實(shí)驗(yàn)選擇定伸長測試。

測試方法：每塊試樣通過平行裁樣法得到經(jīng)向和緯向各3個(gè)測試樣，測試樣大小為100 mm×50 mm，預(yù)加張力0.1 N，拉伸速度50 mm/min，反復(fù)拉伸1次和10次。根據(jù)運(yùn)動(dòng)服延展性能要求，設(shè)置最大拉伸形變?yōu)?0%。每次拉伸到預(yù)設(shè)最大形變時(shí)，停置1 min，以回程速度回到起點(diǎn)，停置3 min，周而復(fù)始，反復(fù)拉伸。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 一次拉伸結(jié)果分析

各試樣經(jīng)向和緯向一次拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。經(jīng)向拉伸中，達(dá)到預(yù)設(shè)最大形變時(shí)，2#試樣載荷最大，7#試樣載荷最?。痪曄蚶熘?，達(dá)到預(yù)設(shè)最大形變時(shí)，8#試樣載荷最大，7#試樣載荷最小。

表2 一次拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果 N

在一次拉伸過程中，試樣達(dá)到最大形變時(shí)的載荷量并不能完全表示織物在受到外力作用時(shí)產(chǎn)生彈性形變的難易，可以通過擬合函數(shù)來求取對應(yīng)的彈性模量，從而判斷不同組織結(jié)構(gòu)的形變特性。初始彈性模量，即拉伸開始階段載荷—位移曲線起始段直線部分的斜率，可以通過擬合函數(shù)來求取得到，視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)，其值越大，即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小。2#和7#試樣載荷—位移及擬合函數(shù)曲線圖如圖3所示，在經(jīng)向拉伸實(shí)驗(yàn)中，達(dá)到預(yù)設(shè)最大形變時(shí)載荷最大和最小的2#和7#試樣，載荷—位移曲線起始段直線部分的斜率即為對應(yīng)的初始彈性模量。各組織結(jié)構(gòu)經(jīng)、緯向一次拉伸擬合函數(shù)見表3，表中Adj.R-Square為調(diào)整后相關(guān)系數(shù)R的平方，用于評估回歸模型的擬合度和效果，越接近1，表明擬合度越好。

圖3 2#和7#試樣載荷—位移及擬合函數(shù)曲線圖

如表3所示，由經(jīng)向拉伸的初始彈性模量可知，羅紋組織經(jīng)向抗拉伸性最好，不易發(fā)生塑性變形。8#菱形立體提花、14#縱向三針點(diǎn)狀交錯(cuò)、1#平紋和12#橫向2針線性循環(huán)組織拉伸性能良好。10#間隔抽條、7#菱形提花和6#大網(wǎng)眼組織經(jīng)向拉伸性能偏弱，易發(fā)生拉伸形變。

表3 各組織結(jié)構(gòu)經(jīng)向、緯向一次拉伸擬合函數(shù)

各組織試樣在緯向上表現(xiàn)出了較大的差異性，8#菱形立體提花的緯向延伸性較差，緊實(shí)、不易變形，可以提供足夠的壓力，并且起到保護(hù)作用。7#菱形提花組織和14#縱向三針點(diǎn)狀交錯(cuò)組織緯向延伸性最強(qiáng)，適合用于運(yùn)動(dòng)中橫向皮膚拉伸明顯的區(qū)域。其余組織結(jié)構(gòu)緯向拉伸性能相近，可以結(jié)合透氣、透濕等性能進(jìn)行綜合評估。

綜合分析經(jīng)緯向，7#組織結(jié)構(gòu)在經(jīng)向和緯向上都具有良好的延伸性，可以滿足70%的皮膚拉伸變化需求。5#、6#試樣經(jīng)向的延伸性遠(yuǎn)好于緯向。2#、3#、4#組織結(jié)構(gòu)經(jīng)向的延伸性略差于緯向，這是由于羅紋組織緯向易伸展的特性造成的。其余組織結(jié)構(gòu)經(jīng)、緯向的拉伸性能沒有較大差異，產(chǎn)品使用中可以弱化雙向拉伸性能差異的影響。

3.2 10次拉伸結(jié)果分析

針織織物具有良好的回復(fù)性，但是在回復(fù)過程中表現(xiàn)出一定的塑性變形?？椢锢飚a(chǎn)生形變，卸載后產(chǎn)生殘余形變，即載荷為零而形變不回到零，稱之為“滯后”現(xiàn)象。

服用性能中，“滯后”現(xiàn)象重要的考量指標(biāo)就是服裝拉伸多次后的回復(fù)性，本文研究參考FZ/T 70006—2004，測試反復(fù)拉伸了10次。針織織物在反復(fù)拉伸過程中，表現(xiàn)出良好的回復(fù)性，2#試樣經(jīng)向反復(fù)拉伸10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。在第1次拉伸中，滯后性明顯，在之后的拉伸過程中，滯后性逐漸被弱化。

圖4 2#試樣經(jīng)向10次反復(fù)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

滯后性因滯后效應(yīng)產(chǎn)生，參考量為滯后變量。一般情況下，被解釋變量與解釋變量的因果關(guān)系不一定就在瞬時(shí)發(fā)生，可能存在時(shí)間上的滯后，或者說解釋變量的變化可能需要經(jīng)過一段時(shí)間才能完全對被解釋變量產(chǎn)生影響。同樣地，被解釋變量當(dāng)前的變化也可能受其自身過去水平的影響，這種解釋變量受到自身或另一解釋變量過去值影響的現(xiàn)象稱為滯后效應(yīng)，表示過去值的變量稱為滯后變量[8-9]。

拉伸載荷—位移曲線中，點(diǎn)A和B分別為加載載荷的起點(diǎn)和終點(diǎn)，點(diǎn)M為AB線段的中點(diǎn)，過最大應(yīng)變值作應(yīng)力軸的平行線，過最大應(yīng)力值作應(yīng)變軸的平行線，2平行線相交于點(diǎn)N，連接NM。NM的中心記為點(diǎn)O，過點(diǎn)O作NM的垂線，交弧線的2點(diǎn)分別記為點(diǎn)C和點(diǎn)D，如圖5所示。

圖5 滯后性分析示意圖

滯后性能的大小，可以通過特定的數(shù)學(xué)計(jì)算量來表示，其中比較方便快捷的辦法是，設(shè)CD的長度為a，NM的長度為b，那么比值k=a/b即是表征的物理量，k值越大表示滯后性越強(qiáng)。對14個(gè)試樣組織結(jié)構(gòu)的k值進(jìn)行計(jì)算，得到結(jié)果見表4。

表4 各組織結(jié)構(gòu)經(jīng)向、緯向滯后性k值

10次拉伸后，各組織結(jié)構(gòu)在經(jīng)向、緯向上的滯后性有所差異。滯后性最弱的是11#橫向三針線性循環(huán)組織的經(jīng)向拉伸，k1為0.102。滯后性最強(qiáng)的是9#交錯(cuò)抽條組織的緯向拉伸，k2為0.154。滯后性太強(qiáng)的組織不適用于頻繁運(yùn)動(dòng)或者長期拉伸、彎曲的部位，織物的堆積會(huì)帶來不舒適感，同時(shí)阻礙導(dǎo)濕散熱。1#、2#、4#、6#、7#、8#、12#、14#組織結(jié)構(gòu)經(jīng)緯向的拉伸滯后性相接近，均處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)。3#和9#試樣經(jīng)向、緯向滯后性差異明顯，k值約相差0.02。3#和9#組織結(jié)構(gòu)在運(yùn)用中，可依據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定組織結(jié)構(gòu)的橫向、縱向排列。

4 基于組織性能的運(yùn)動(dòng)服應(yīng)用設(shè)計(jì)

無縫針織運(yùn)動(dòng)服產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，應(yīng)充分考慮運(yùn)動(dòng)特性、人體體表和生理變化規(guī)律，結(jié)合組織性能測試結(jié)果進(jìn)行更科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。同時(shí)，無縫針織機(jī)的編織過程，需要多方面考慮相鄰區(qū)域組織結(jié)構(gòu)的牽扯力，編織樣板需要反復(fù)調(diào)節(jié)。特殊區(qū)域因?yàn)闄C(jī)械性能的影響，無法配置最佳組織結(jié)構(gòu)時(shí)，需要退而求其次，更換最為合適的組織以優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能。如在騎行上衣設(shè)計(jì)中，針對現(xiàn)有產(chǎn)品壓力值和運(yùn)動(dòng)中人體表面伸展關(guān)系模糊、散熱區(qū)域分布不科學(xué)等問題，結(jié)合織物組織拉伸、散熱、透濕等性能，在前胸、前腹，體側(cè)、后背肩胛骨區(qū)、后背脊柱區(qū)、后腰、腋下、上臂、肘部等部位進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，以滿足體表變化、穩(wěn)定肌肉、減輕疲勞、減小風(fēng)阻、增加散熱等功能需求[10-11]。騎行運(yùn)動(dòng)中體表尺寸特征、騎行上衣功能需求及對應(yīng)組織結(jié)構(gòu)見表5。

表5 騎行上衣的功能需求及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

成衣編織筒徑的確定主要參考人體運(yùn)動(dòng)所需要的壓力舒適值和短期有效提高競技水平的壓力值[12]，見表6。編織多種筒徑的樣片，對樣片的服裝壓力值進(jìn)行測試，依據(jù)評估結(jié)果確定編織為30.9 cm，以滿足運(yùn)動(dòng)中各部位的壓力和舒適度。

表6 服裝壓舒適感參考值 Pa

騎行上衣款式圖見圖6，騎行上衣工藝程序圖見圖7。

圖6 騎行上衣款式圖

圖7 騎行上衣的工藝程序圖

5 結(jié) 論

本文通過拉伸實(shí)驗(yàn)，對無縫針織織物的拉伸性能進(jìn)行分析研究，旨在有效地將無縫針織面料拉伸度與運(yùn)動(dòng)中體表皮膚變化、運(yùn)動(dòng)功能需求相匹配，為無縫針織運(yùn)動(dòng)服裝的開發(fā)提供一定的技術(shù)依據(jù)和參考價(jià)值。通過研究，得到如下結(jié)論：

①在一次拉伸實(shí)驗(yàn)中，達(dá)到最大位移時(shí)的載荷與拉伸初始彈性模量較為一致地反映出各試樣經(jīng)向、緯向產(chǎn)生彈性變形的難易程度。羅紋組織經(jīng)向抗拉伸性最好，菱形立體提花的緯向不易發(fā)生塑性變形，菱形提花組織在經(jīng)向和緯向上都具有良好的延伸性。

②通過10次反復(fù)拉伸實(shí)驗(yàn)測定各試樣的拉伸滯后性，滯后性最弱和最強(qiáng)的分別是橫向三針線性循環(huán)組織的經(jīng)向拉伸和交錯(cuò)抽條組織的緯向拉伸，同一組織結(jié)構(gòu)經(jīng)向、緯向滯后性差異最大的是2×2羅紋和交錯(cuò)抽條組織。滯后性根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，可加以有效利用，更好地滿足人體機(jī)能的功能和舒適性需求。

③無縫針織運(yùn)動(dòng)服裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要考慮人體運(yùn)動(dòng)特征、運(yùn)動(dòng)功能需求和相鄰區(qū)域組織結(jié)構(gòu)的牽扯作用，特殊區(qū)域因?yàn)榱W(xué)性能的影響，無法配置最佳的組織結(jié)構(gòu)時(shí)，需更換為相對合適的組織結(jié)構(gòu)，以達(dá)到符合人體工學(xué)的效果。