测定缎纹棉织物拉伸断裂强力的方法与流程

本发明涉及纺织品物理性质测量技术领域，具体涉及一种测定缎纹棉织物拉伸断裂强力的方法。

背景技术：

随着我国经济水平的日益提升，我国进入了全面发展的时期，人们对于物质水平有了更高质量的追求。因此，人们对于穿着、装饰、家居环境都有了更高的要求，尤其是缎纹棉织物在人们的生活中扮演着极为重要的角色。因此，各种各样的纺织品应运而生，不但如此，美观漂亮的纺织品需要有着更全面的质量要求，比如：耐用性、悬垂性、透气性、舒适性等等，而织物组织的物理机械性能是这些性能存在的前提。因此，研究织物的拉伸性能就极为重要，其中的拉伸断裂强力指标更是十分重要的评价指标。然而在当前的纺织品生产检测研究中，想要做出预期强力的纺织品，只有通过大量的破坏织物的实验，才可能达到预期的效果，这是一个极其费时费力费钱的庞大的项目，这会给高质量织物产品的研发、生产等环节带来极大的不便。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明的发明目的是提供一种测定缎纹棉织物拉伸断裂强力的方法，以解决如何在不损坏或较少地破坏织物的情况下快速准确的测定出织物的拉伸断裂强力。

织物的断裂过程可以描述如下：首先拉力方向也就是经纱方向的纱线在拉伸作用下会逐渐伸直，使织物处于一个紧绷的状态。织物在拉伸的过程中开始出现纱线中纤维的滑移，织物中并不是所有纱线同时发生滑移，而是因为纺纱工艺的原因，纱线会出现不匀的情况，因此纱线的强力会不匀，但差距不会太大。织物在某点处发生断裂，但是在断裂过程中，织物并不是像一个内部均匀的材料一样均匀断裂，通过大量的实验研究分析发现，当在标准实验情况下，织物的断裂应该呈现出从某一点断裂之后，沿该点将应力扩散到临近纱线上，即遵循局部分配法则。

在织物几何结构力学模型中，由于经纬纱交织点处纱线相对于y轴左右对称，为便于分析研究，取右侧经纱微元纱段。经纬纱交织点受力分析如图1所示，在此纱段上受有张力t、t+dt、剪力q、q+dq、弯矩m、m+dm、摩擦力ffds及纬纱对经纱的支持力nds，其中ff、n为单位长度的纱线所受到的摩擦力和支持力。

由受力和力矩平衡，总的纱线所受到的拉力可表达如下：

式中：t0为经纱的断裂强力，r1为纬纱半径，r2为经纱半径，μ为经纬纱间的摩擦系数，θ为纱段末端位置的弧度，θm为经纱在纬纱表面上包围角的一半。

不同位置经纱所受拉力如图2所示，由式(1)可以看出，当时，在经纬纱交织点处经纱受到的拉伸力为最小值，即因此在经纬纱交织点处的那一段纱线会最先断开，断裂的力量就是纱线的断裂强力。也就是说：在拉伸断裂过程中，经纬纱结合处即经纱所包围纬纱中点的位置受到最小的拉力，受到的最大拉力在与纬纱相切的经向纱线上，当织物发生断裂时，在交织点处与纬纱相切的那一段纱线会受到最大的拉力，会最先断开，断裂的力量就是纱线的断裂强力；而非交织点的纱线上会因为交织点的摩擦力受到较小的拉力，因此需要用大于经纱的拉力才会使纱线断裂。

基于上述基础研究发现及断裂机理，本发明采用以下技术方案来实现发明目的：

设计一种测定缎纹棉织物拉伸断裂强力的方法，包括以下步骤：

采集数据，测定待测织物的经纱排列密度pj(根/10cm)、纬纱半径r1(mm)、经纱半径r2(mm)、经纬纱间的摩擦系数μ、单根经纱的断裂强力z(cn)和经纱在纬纱表面上包围角δ(rad)，θm＝δ/2；

将上步测得的数据代入式(2)，求得该织物对应的拉伸断裂强力p(cn)；

式(2)中，k是织物的枚数，即织物一个完全组织循环的纱线根数r。

在所述采集数据步骤中，经纬纱间的摩擦系数μ和单根经纱的断裂强力z的测定方法均为本领域常规方法。

优选的，在所述采集数据步骤中，还包括获取所述织物的纱线的线密度、体积密度和纬纱排列密度，将对应物理量代入式(3)：

式(3)中，ntj为经纱的线密度(tex)，ntw为纬纱的线密度(tex)，ρj为经纱的体积密度(g/cm³)，ρw为纬纱的体积密度(g/cm³)，pw为织物的纬纱排列密度(根/10cm)；计算得到所述织物对应的经纱在纬纱表面上包围角δ(rad)。

上述拉伸断裂强力测定方法尤其适用于五枚二飞结构、五枚三飞结构或七枚三飞结构的缎纹棉织物。其中，飞数是相邻两根经纱或纬纱上单个组织点之间相隔的纬纱数或经纱数。由于r枚s飞的经面缎纹的反面即为r枚s飞的纬面缎纹，所以所测定的缎纹不区分经纬面缎纹。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

获得织物对应的经纱在纬纱表面上包围角δ(rad)后，在不破坏织物或较少地破坏织物的条件下，测量织物的前述物理参数，即可预测织物拉伸断裂强力p(cn)，较现有技术省略了大量的、繁琐的试验过程及对试验数据的整理，效率高，省时省力，且检测成本低，易于实施。

附图说明

图1是本发明的实施例中织物的拉伸断裂过程的经纬纱交织点受力分析图。

图2是本发明的实施例中织物的拉伸断裂过程的不同位置经纱所受拉力图。

图3是本发明的实施例中织物的拉伸断裂过程的经纱包围角示意图。

图4是本发明的实施例中织物的拉伸断裂过程的理论强力与实际强力关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

根据机织物的结构特点，同时也是为了分析方便，将机织物的结构特征作如下假设：

1.织物在实验之前没有任何的物理损伤和伸长。

2.假设织物在拉伸断裂过程中，夹距内织物的临界长度一致。

3.织物在拉伸断裂过程中，收拉系统纱线截面为圆形态，非受拉系统纱线截面也为圆形。

以下实施例中所涉及的各物理参数的测量或测定方法，如无特别说明，则均为本领域的常规方法。

实施例1：一种测定五枚二飞结构的缎纹棉织物拉伸断裂强力的方法，在该织物中，任取一根经纱和两根纬纱，分别按照常规方法测定经纱的排列密度pj、经纱半径r2、单根经纱的断裂强力z；测定纬纱的排列密度pw和半径r1，获取经纬纱间的摩擦系数μ(斜面法)和经纱在纬纱表面上全部包围角δ；为使采集的数据误差更小，还可以采集多根经纱、纬纱并获取对应参数的平均值，其中，θm＝δ/2，则五枚二飞织物的拉伸断裂强力为：

式中，p为织物拉伸断裂强力(cn)，pj为经纱排列密度(根/10cm)，z为单根经纱的断裂强力(cn)，μ为经纬纱间的摩擦系数，r1为经纱半径(mm)，r2为纬纱半径(mm)，θm为经纱在纬纱表面上包围角δ的一半(rad)，θm＝δ/2。

一种计算式(4)中θm的方法如下所示：

θm＝δ/2(6)

式(5)中，ntj为经纱的线密度(tex)，ntw为纬纱的线密度(tex)，ρj为经纱的体积密度(g/cm³)，ρw为纬纱的体积密度(g/cm³)，pw为织物的纬纱排列密度(根/10cm)；式(5)计算得到所述织物对应的经纱在纬纱表面上包围角δ(rad)后，由式(6)计算出θm。

实施例2：一种测定五枚三飞结构的缎纹棉织物拉伸断裂强力的方法，在该织物中，任取一根经纱和两根纬纱，分别按照常规方法测定经纱的排列密度pj、经纱半径r2、单根经纱的断裂强力z；测定纬纱的排列密度pw和半径r1，获取经纬纱间的摩擦系数μ(斜面法)和经纱在纬纱表面上全部包围角δ；为使采集的数据误差更小，还可以采集多根经纱、纬纱并获取对应参数的平均值，其中，θm＝δ/2，则五枚三飞织物的拉伸断裂强力为：

式中，p为织物拉伸断裂强力(cn)，pj为经纱排列密度(根/10cm)，z为单根经纱的断裂强力(cn)，μ为经纬纱间的摩擦系数，r1为经纱半径(mm)，r2为纬纱半径(mm)，θm为经纱在纬纱表面上包围角δ的一半(rad)，θm＝δ/2。

一种计算式(7)中θm的方法如下所示：

θm＝δ/2(9)

式(8)中，ntj为经纱的线密度(tex)，ntw为纬纱的线密度(tex)，ρj为经纱的体积密度(g/cm³)，ρw为纬纱的体积密度(g/cm³)，pw为织物的纬纱排列密度(根/10cm)；式(8)计算得到所述织物对应的经纱在纬纱表面上包围角δ(rad)后，由式(9)计算出θm。

实施例3：一种测定七枚三飞结构的缎纹棉织物拉伸断裂强力的方法，在该织物中，任取一根经纱和两根纬纱，分别按照常规方法测定经纱的排列密度pj、经纱半径r2、单根经纱的断裂强力z；测定纬纱的排列密度pw和半径r1，获取经纬纱间的摩擦系数μ(斜面法)和经纱在纬纱表面上全部包围角δ，为使采集的数据误差更小，还可以采集多根经纱、纬纱并获取对应参数的平均值，其中，θm＝δ/2，则七枚三飞织物的拉伸断裂强力为：

式中，p为织物拉伸断裂强力(cn)，pj为经纱排列密度(根/10cm)，z为单根经纱的断裂强力(cn)，μ为经纬纱间的摩擦系数，r1为经纱半径(mm)，r2为纬纱半径(mm)，θm为经纱在纬纱表面上包围角δ的一半(rad)，θm＝δ/2。

一种计算式(10)中θm的方法如下所示：

θm＝δ/2(12)

式(11)中，ntj为经纱的线密度(tex)，ntw为纬纱的线密度(tex)，ρj为经纱的体积密度(g/cm³)，ρw为纬纱的体积密度(g/cm³)，pw为织物的纬纱排列密度(根/10cm)；式(11)计算得到所述织物对应的经纱在纬纱表面上包围角δ(rad)后，由式(12)计算出θm。

实验例：对不同缎纹织物进行拉伸断裂实验，测试方法采用条样法，在instron强力试验机上进行试验，并取平均值作为实验结果，如表1所示，其中理论强力系指本发明测定结果，实际强力为对照实验(gb/t3923.1-2013《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》)实际测试结果。

表1织物参数与强力表

然后用spss进行相关性分析。通过计算均值、标准差，均值的标准误差等，最终通过pearson相关性来表示两者是否相关。相关性分析结果如表2、表3所示：

表2描述性统计量

表3相关性

由上表可以得出，pearson相关性值为0.991，理论强力和实际强力在0.01水平(双侧)上显著相关。

配对样本t检验结果如表4、表5所示：

表4成对样本统计量

表5成对样本相关系数

对结果进行曲线拟合。因变量是理论强力，自变量为实际强力。从表6中可得到，r方越大拟合程度越高。

表6模型汇总和参数估计值

从图4所示的spss拟合相关性图像可以看出，理论强力与实际强力基本吻合，波动的幅度很小，证明了用力学模型法所得出的拉伸断裂强力模型成功可靠。